改善防砂效果的油井防砂预处理剂及其应用

摘要

本发明提供了一种油井防砂预处理剂及其制备方法与应用，所述预处理剂为酸性物质与表面活性剂的混合物或该混合物经水稀释后的水溶液；所述酸性物质选自盐酸、磷酸、硫酸、氟硼酸、柠檬酸、草酸等中的一种或多种的混合物；所述表面活性剂选自阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂。本发明还提供了一种油井防砂处理方法，其中包括向地层注入防砂剂前用本发明所述的油井防砂预处理剂处理地层的过程。本发明的油井防砂预处理剂应用于油井防砂预处理，能够改变砂粒表面性质，明显改善防砂效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种油井防砂预处理剂及其应用，应用于油井防砂处理，在向地层注入防砂剂前，用所述预处理剂处理地层，改变砂粒表面性质，改善防砂效果。

背景技术

油井出砂是油田开采过程中经常遇到的问题，它直接影响油井的正常生产。因此，必须采取各种有效的工艺技术措施来防止油井出砂。现有防砂技术主要包括机械防砂和化学防砂。机械防砂无法应用于套变防砂、对细粉砂防治能力也较弱。化学防砂是将一定量的化学胶结物及填充材料作为防砂剂注入地层，再注入固化剂，待其凝固后，可提高地层强度或形成具有一定强度的挡砂屏障，达到防砂的目的。化学防砂施工简便，只需泵入化学剂即可，井下不留任何装置，如果防砂失败，容易进行补救措施，具有其他防砂措施不可替代的优越性。

目前，国内外普遍使用的化学防砂剂主要包括酚醛树脂、改性呋喃树脂、尿醛树脂等防砂剂，在油田生产中发挥了积极作用，缓解了出砂给生产带来的压力。但由于油藏松散砂粒所处环境的特殊性，砂粒被原油和地层水饱和，阻碍防砂剂在砂粒表面上的吸附，导致防砂效果降低。

改善防砂剂在砂粒表面上的吸附性能是提高防砂效果的关键技术之一。在注入防砂剂之前用预处理剂处理地层，改变砂粒表面的性质，促使防砂剂吸附在砂粒表面，提高防砂效果。国内外主要使用的预处理剂主要有有机溶剂、表面活性剂水溶液等。例如：美国专利US 4018285介绍用甲醇、乙醇、异丙醇、酮、乙二醇醚等易与水互溶的有机溶剂(及其混合溶剂)作为预处理液(预处理剂)，处理近井地带，以驱替存在于地层中的原有液体，为随后注入的酚醛树脂溶液在地层岩石砂粒表面形成树脂薄膜创造有利条件，用有机溶剂处理地层，虽然获得一定的效果，但有机溶剂成本较高，导致防砂费用大幅度增加；US 7,114,570介绍用表面活性剂(非离子、阳离子等)水(盐水、卤水)溶液作为预处理液(预处理剂)，清理近井地带砂粒表面吸附的原油，以帮助随后注入的酚醛树脂溶液在地层岩石砂粒表面形成树脂薄膜，但没有获得预期的效果。

发明内容

本发明的一个目的在于针对上述现有油井防砂处理技术中预处理剂的不足，提供一种新的油井防砂处理预处理剂，以促使防砂剂更牢固地吸附于砂粒表面，提高固结强度进而提高防砂效果。

本发明的另一目的在于提供所述预处理剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述预处理剂的应用，具体是其用于油井防砂预处理过程。

本发明的另一目的还在于提供应用本发明的预处理剂的油井防砂处理方法。

一方面，本发明提供了一种改善油井防砂效果的预处理剂，该预处理剂是酸性物质与表面活性剂的混合物。该预处理剂应用于油田防砂处理技术，在向地层注入防砂剂前，用该预处理剂处理地层，能够改变砂粒表面性质，提高防砂效果。

根据本发明的具体实施方案，本发明的预处理剂中，所述酸性物质选自盐酸、磷酸、硫酸、氟硼酸、柠檬酸、草酸等中的一种或多种的混合物。

根据本发明的具体实施方案，本发明的预处理剂中，所述表面活性剂选自阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂。优选的，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(ABS)，所述非离子表面活性剂选自OP-7、OP-10、OP-15中的一种或多种。

本发明的油井防砂预处理剂，是将表面活性剂和酸性物质的效力充分融合，其中，起关键作用的是酸性物质，表面活性剂起辅助作用。本发明中酸性物质的主要作用是：酸性物质可作为防砂剂的固化剂，能够改变砂粒表面的性质，将砂粒表面变成酸性，酸是缩合反应的催化剂，使砂粒表面上的羟基与防砂剂分子中的羟甲基发生缩合反应形成强度较大的化学键，因此，可以促使防砂剂牢固吸附在砂粒表面，显著提高防砂效果；酸还可以清除砂粒表面上的无机垢等杂质(无机垢阻碍防砂剂吸附于砂粒表面)；通常酸性越强处理效果越好。表面活性剂的主要作用是清洗砂粒表面上的原油(油阻碍防砂剂吸附于砂粒表面)。从而，本发明的油井防砂预处理剂，能够清除砂粒表面上的原油、垢等物质并改变砂粒表面的性能，促使防砂剂牢固地吸附于砂粒表面，提高固结强度，可有效避免用有机溶剂处理地层对环境及施工人员的危害。

根据本发明的具体实施方案，本发明中，可根据酸性物质的酸性强弱、表面活性剂去油能力的大小以及价格，在所述范围内适当控制酸和表面活性剂用量，在保证效果的前提下，尽量降低预处理剂的成本，寻找效果与成本的平衡。例如，工业盐酸的酸性比工业氟硼酸较弱，在酸用量相同的条件下，处理效果也比氟硼酸较差，但考虑到氟硼酸比盐酸价格高，可以适当少用一些氟硼酸。如所用表面活性剂价格较高，也可适当减少用量。

本发明中，所述各酸性物质及表面活性剂均可采用工业产品。

本发明的油井防砂预处理剂，也可以是所述酸性物质与表面活性剂的混合物的水溶液。所述水溶液中的水可以是来自工业产品的酸性物质，例如，工业盐酸一般为浓度36％的溶液，工业氟硼酸一般为浓度40％的溶液，等等。事实上，在实际应用时，也是需要将该预处理剂配置成一定浓度的水溶液对地层进行防砂预处理。

根据本发明的一具体实施方案，本发明的预处理剂为酸性物质与表面活性剂的水溶液，其中，所述酸性物质含量为15wt％～32wt％，优选为20wt％～28wt％(所述酸性物质的有效含量，扣除工业产品中的水)；所述表面活性剂的含量为0.8wt％～5wt％，优选为1wt％～4wt％。该预处理剂在防砂施工时，还需要再加4～19倍重量的水(可以是油田污水)稀释后注入地层中进行防砂预处理。

除特别注明外，本发明中所述含量与比例均为重量含量与比例。

根据本发明的另一具体实施方案，本发明的预处理剂为酸性物质与表面活性剂的水溶液，其中，所述酸性物质含量为1wt％～5.6wt％(所述酸性物质的有效含量，扣除工业产品中的水)，所述表面活性剂的含量为0.05wt％～0.8wt％。该预处理剂无需再进行稀释，可直接注入地层中进行防砂预处理。

本发明的预处理剂在进行防砂预处理时，酸性物质和表面活性剂的浓度不宜过低，否则会降低处理效果。本发明中，配制所述预处理剂水溶液时所需的水可以是油田污水，采用油田污水配制预处理剂水溶液并不会降低本发明预处理剂的改善防砂效果的处理效果。

另一方面，本发明还提供了所述油井防砂预处理剂的制备方法，其中是将所述表面活性剂或其水溶液与所述酸性物质或其水溶液混合均匀，得到所述油井防砂预处理剂。

另一方面，本发明还提供了所述的油井防砂预处理剂在油井防砂预处理中的应用。具体是在油井防砂处理过程中，在向地层注入防砂剂前，先利用本发明的油井防砂预处理剂对地层进行防砂预处理，然后再注入防砂剂进行防砂处理。

另一方面，本发明还提供了一种油井防砂处理方法，该方法包括在向地层注入防砂剂前用本发明所述的油井防砂预处理剂处理地层的过程。

根据本发明的具体实施方案，本发明的油井防砂处理方法步骤：

将含有本发明所述的油井防砂预处理剂的水溶液注入地层；

再注入隔离水；

然后注入防砂剂、固化剂，关井固化。

根据本发明的优选具体实施方案，本发明的油井防砂处理方法中，所注入的含有所述油井防砂预处理剂的水溶液中，酸性物质含量为1wt％～5.6％(所述酸性物质的有效含量，扣除工业产品中的水)，表面活性剂的浓度为0.05％～0.8％。根据本发明的具体实施方案，该含有预处理剂的水溶液的注入量为防砂剂注入量的30％～70％；所述防砂剂的用量确定为所属领域的现有技术，本发明不做特别要求，例如可根据防砂作业油井的设计处理半径、油层厚度及孔隙度，计算防砂剂的用量。

根据本发明的具体实施方案，在注入预处理剂后、注入防砂剂之前，需注入隔离水，由于本发明的预处理剂中含有酸性物质，该酸性物质通常可使防砂剂固化，本发明中注入隔离水主要是用以隔离预处理剂与随后注入的防砂剂，避免施工过程中因防砂剂固化导致井筒固结堵塞的风险。所述隔离水可以是油田污水。本发明中，所述隔离水的注入量具体可控制为2～5m³。

根据本发明的具体实施方案，随后注入防砂剂及固化剂的后续操作可以按照所属领域的现有技术进行。例如，注入防砂剂后，再注入适量水(以隔离防砂剂与固化剂，避免施工过程中因防砂剂固化导致井筒固结堵塞的风险)，最后注入固化剂，并用污水将固化剂全部顶入地层，关井固化一定时间，即可油井投产生产。

本发明的油田防砂预处理剂，室内研究数据表明，油井(含油)砂经本发明预处理剂处理后，用防砂剂固结制备岩心的抗压强度大幅度增加(可增加4倍左右或更高)。

根据本发明的预处理剂的现场防砂试验，在用酚醛树脂有机防砂剂对油井进行防砂作业(即在向地层注入防砂剂)前，用本发明的预处理剂处理地层，取得了良好的防砂效果。对油井防砂作业时，使用本发明预处理剂既采用“首先注入10％本发明预处理剂，再注入酚醛树脂防砂剂，最后注入固化剂”施工工艺，与不使用预处理剂既采用“注入酚醛树脂防砂剂，再注入固化剂”施工工艺相比，酚醛树脂防砂剂的防砂有效期增加，防砂效果得到明显改善，说明预处理剂对提高防砂效果发挥了关键作用。

综上所述，本发明提供了一种油田防砂预处理剂，该预处理剂是将表面活性剂和酸性物质(特别是酸性物质本身就是固化剂)的效力充分融合，能够使砂粒表面变成酸性，并清除砂粒表面上的原油、垢，促使防砂剂牢固地吸附于砂粒表面，提高防砂效果，也避免了用有机溶剂处理地层对环境及施工人员的危害。本发明技术的实施，对提高防砂剂的防砂效果、拓宽防砂剂的应用范围具有深远的意义，应用前景广阔。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明的技术及特点，但这些实施例并非用以限定本发明的保护范围。

实施例1

在安装搅拌器的搪瓷反应釜中，加入270公斤水和30公斤OP-10，搅拌30分钟，然后加入700公斤工业盐酸(36％)，继续搅拌30分钟，将上述化合物混合均匀，即得到本发明预处理剂。

实施例2

在安装搅拌器的搪瓷反应釜中，加入300公斤水和40公斤十二烷基苯磺酸钠(ABS，30％)，搅拌30分钟，然后加入660公斤工业盐酸(36％)，继续搅拌30分钟，将上述化合物混合均匀，即得到本发明预处理剂。

实施例3

在安装搅拌器的搪瓷反应釜中，加入370公斤水和30公斤OP-10，搅拌30分钟，然后加入600公斤工业氟硼酸(40％)，继续搅拌30分钟，将上述化合物混合均匀，即得到本发明预处理剂。

实施例4本发明预处理剂的室内研究试验

用本发明实施例1制备的预处理剂(分别再加油田污水稀释成5％水溶液(加19倍重量的污水稀释)、10％水溶液(加9倍重量的污水稀释)、20％水溶液(加4倍重量的污水稀释))处理地层砂：辽河锦州采油厂油井(含油)砂用不同处理剂，在45℃浸泡处理1小时，减压抽滤，至无液体流出，备用。

岩心制备：在上述处理后的油井砂中，加入12％(占砂子质量)酚醛树脂防砂剂、10％固化剂盐酸(占防砂剂重量10％)，搅拌均匀，将其装入玻璃管(下端铺有铜丝网)中，压实，放入密闭容器内(装有适量的水)，然后将密闭容器放入恒温烘箱中，在45℃条件下，恒温48小时，取出冷却至室温，打开密闭容器，将玻璃管敲碎，制作长度为25±0.1mm岩心，测试强度。

抗压强度按中国石油天然气行业标准“化学防砂人工岩心抗折强度、抗压强度及气体渗透率的测定”SY/T5276-2000中的第三章执行。实验数据列入表1。

表1不同处理剂对抗压强度强度的影响

表1数据表明，油井砂用5％ABS表面活性剂水溶液预处理液处理后，抗压强度略有增加；用本发明预处理液处理后，抗压强度大幅度增加。

实施例5本发明预处理剂的现场防砂试验

根据防砂作业油井的设计处理半径、油层厚度及孔隙度，计算防砂剂的用量Q，首先注入0.5Q的预处理剂(实施例1的预处理剂用油田污水稀释成5％～20％水溶液)，再注入约3m³污水(由于酸性预处理剂是固化剂，以隔离预处理剂与防砂剂，避免施工过程中因防砂剂固化避免导致井筒固结堵塞的风险)，随后注入防砂剂，再注入约3m³污水(以隔离防砂剂与固化剂，避免施工过程中因防砂剂固化导致井筒固结堵塞的风险)，最后注入固化剂，并用污水将固化剂全部顶入地层，关井固化48小时，油井投产生产。按照该方法，对不同油井进行处理，在使用本发明的预处理剂后，防砂剂的防砂有效期增加40～60天左右(防砂有效期按200天算，增加20％～30％)。

实施例6

某油井出砂严重，因出砂引起的检泵周期仅为25天。该井有效油层厚度49.5m，有效孔隙度33.2％。在注入防砂剂前，首先注入约30方浓度10％的本发明实施例2的预处理剂稀释后的水溶液(3吨实施例2的预处理剂加9倍重量的油田污水稀释为10％浓度的预处理剂溶液，该稀释后的预处理剂溶液的总用量30吨)，再注入3m³污水(隔离液)，随后注入约60m³质量浓度10％的防砂剂溶液，再注入3m³污水(隔离液)，最后注入固化剂，并用污水将固化剂全部顶入地层，关井固化48小时，油井投产生产。防砂作业后，因出砂引起的检泵周期为275天。

实施例7

某油井出砂严重，因出砂引起的检泵周期仅为51天。该井有效油层厚度18.8m，有效孔隙度32.2％。在注入防砂剂前，首先注入约15方浓度10％的本发明实施例3的预处理剂(1.5吨实施例3的预处理剂加9倍重量的油田污水稀释为10％浓度的溶液，该稀释后的预处理剂溶液总用量15吨)，再注入3m³污水(隔离液)，随后注入约30方质量浓度10％的防砂剂溶液，再注入3m³污水(隔离液)，最后注入固化剂，并用污水将固化剂全部顶入地层，关井固化48小时，油井投产生产。防砂作业后，因出砂引起的检泵周期为305天。