复合纤维防砂技术研究与效果分析

摘 要：油气井出砂是制约油藏开发速度的难题之一。2012年开展了复合纤维防砂防砂技术的研制和推广工作，并进一步的完善了防砂优化设计及管理系统。

关键词：油气井出砂；复合纤维防砂技术。

分类号】：TE358.1

复合纤维防砂新技术，即在覆膜砂中加入经表面处理过的纤维来增加覆膜砂的挡砂性能，形成适用于不同类型油藏油气井防砂的配套工艺技术，提高了防砂的成功率，延长有效期，降低综合成本，提高综合效益。

一、纤维复合防砂技术的作用机理

1.1 胶结防砂原理

纤维复合体在地层温度下，支撑剂、纤维相互胶结固化，形成牢固的防砂屏障，起到防砂的作用 。纤维不仅可以提高抗折强度，还可以提高早期的固结强度，因此纤维复合防砂技术可以形成三维网络结构，具有更高的抗折强度，起到了固砂、防砂和挡砂的作用，因而使防砂有效期延长。

1.2 网络挡砂原理

复合纤维防砂技术是利用特制的纤维，并对其表面进行处理，使得纤维表面吸附一层可以胶结的物质，通过化学作用和支撑剂连接在一起，互相连接形成稳定的三维网状结构，也就形成了较为牢固和渗透性较好的网络挡砂屏障，从而提高固结强度，特别是提高了抗折强度，起到了较好的挡砂作用。

1.3 纤维增强原理

由于支撑剂采用低分子量的改性树脂，支撑剂与纤维之间胶结形成三维网络结构的时间更短，纤维的加人提高了早期强度。从纤维复合固结体测定抗压强度后的状态来看，纤维与支撑剂之间形成了网状结构，固结体即使受高压也不会破碎，纤维将支撑剂连接在一起。因此，纤维复合固结体的强度和韧性优于未加纤维的覆膜砂。

二、纤维复合防砂技术室内实验研究与讨论

2.1 纤维的表面处理

在室温下，将纤维浸入到不同浓度的活性剂溶液或溶剂中，然后自然晾干，然后用带有塑料内袋的编织袋进行包装，并储存于通风良好仓库，备用。

2.2 纤维复合固结体的制备

将表面处理过的纤维按一定比例均匀混合于支撑剂（覆膜砂）中，并添加必要的增效剂等制成纤维复合体。将纤维复合体，装入φ25×（60～80）mm的玻璃管中，将其下端用金属丝网或纱布压实封堵，用真空抽滤的方式，使携砂液通过并浸湿玻璃管内的纤维复合体，然后置于恒温水浴中，在一定温度下恒温固结一段时间（除非特别注明，实验温度均为60cc，固化时间为48h），去除玻璃管，两端除糙磨平后备用。

2.3 纤维种类的筛选

2.3.1 纤维种类的初选

纤维种类很多，从众多的纤维种类中，综合考虑密度、直径和成本等多种因素，选择了聚丙烯纤维、金属纤维、尼龙纤维、碳纤维、玻璃纤维、木制纤维、棉制纤维、棕纤维、塑料纤维等作为考察的对象。试验证明，上述几大类纤维分散性的好坏，初步确定选用XJZ-18、XJZ-20、XJS-21、XSL-44和XBL-40等几种纤维，进行下一步的纤维种类复选试验。

2.3.2纤维种类的优选

将初步筛选的几种纤维与支撑剂ZCG―B覆膜砂均匀混合，在加量为1%的条件下，在60℃水中、固化48h后，测定固结体的抗压（折）强度，加入未经处理的纤维后，固结体的抗压（折）强度降低；在相同加量下，XJS-21，XJZ-20、XSL-44、XBL-40和XJZ-18五种纤维固结体的抗压强度相差不大，即纤维种类对纤维固结体的强度影响不是很大，所以暂时选用XJS-21，XJZ-20和XJZ-18三种纤维作为实验用纤维。

2.3.3纤维直径的优选

纤维直径的大小直接影响支撑剂ZCG-B覆膜砂与纤维之间的胶结，所以，选择合适直径的纤维非常重要。

试验结果可以看出，不同直径的纤维分散性和悬浮性不同，纤维XJZ-20和XJZ-18的悬浮性和分散性较好，也就是说纤维的直径应该和支撑剂ZCG-B覆膜砂的粒径相当，即为0.20～0.50mm。

2.3.4纤维长度的筛选

将加量为1%、长度为2mm、4mm、8mm、12mm和16mm的纤维和支撑剂ZCG-B混合均匀后，制成纤维复合体，待固结后测定其抗压（抗折）强度。

2.3.5 纤维加量的确定

将长度为8mm的不同纤维与支撑剂ZCG―B混合均匀后，制成纤维复合体，待固结后测定其抗压（抗折）强度，纤维的加量一般不超过1.5%，最好为1%。

2.3.6 纤维的表面处理

纤维的加入使固结体的强度降低，因此，必须对纤维的表面进行适当的处理，以提高纤维与支撑剂表面的亲和能力，从而提高固结体的强度。

1） 偶联剂处理

在室温下，将长度为8mm的纤维XJZ-18，浸入到不同浓度的偶联剂溶液中，然后自然凉干，再以加量1%和支撑剂ZCG-B充分混合，并用10%ZXW液体增效剂浸湿，制成纤维复合2） 树脂液处理

在室温下，将树脂液浸沾或涂敷于纤维上，然后自然晾干，再以1.5%的加量和支撑剂ZCG―B均匀混合，待其固化后，测定纤维固结体的抗压和抗折强度，经树脂处理过的纤维的固结体，其抗压和抗折强度有所增加，增加幅度为15～l8% 。

三、纤维复合防砂技术应用效果

自2010～2012年以来，以纤维复合防砂技术为核心的系列防砂技术在在辽河油田曙光采油厂、油气试采公司、锦州采油厂、兴隆台采油厂、欢喜岭采油厂、冷家油田、金马油田、高升采油厂、茨榆坨采油厂等推广与应用，累计实施78井次，其中稀油井61口，稠油井10口，气井防砂7口。措施成功率95%，措施有效率达到85%，总增油量达到4.8万吨，总增气量达到789万方，防砂有效期大大延长，取得了显著的经济和社会效益。

四、结论与认识

（1）对纤维的种类、直径、长度和加量等的进行了筛选，初步确定选用X.1Z作为试验用纤维；纤维直径最好在0.2―0.5mm之间；纤维长度应小于l2mm时，在4―8 mm为宜；纤维加量应小于1.5% ，最好控制在l%左右；

（2）纤维的表面处理是提高纤维固结体强度的关键，选用2%的偶联剂YJG―l处理液对纤维进行处理，其抗压强度可以提高29.9%，经树脂液处理过的纤维固结体，其抗压和抗折强度的增加幅度为15%～18%。

（3）继续加大防砂特色技术的开发和与之配套的各项配套工具及工艺的开发，在硬件研制的同时，完善软件的研发与现场施工、科研开发相结合。

参考文献

[1] 万仁薄，罗英俊.采油技术手册（第七分册）.北京：石油工业出版社，1991.

[2] 宋福军，等.曙三区综合防砂研究与应用[J].特种油气藏，2006，第13卷增刊.