防砂用纤维的筛选及其表面处理技术的研究

资源类型:pdf 资源大小:555.00KB 文档分类:工业技术 上传者:沙勇忠

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【作者】 李鹏  赵修太  邱广敏  张国荣  严锦根 

【关键词】孤东油田 防砂 纤维 表面处理 固结强度 

【出版日期】2005-03-25

【摘要】在覆膜砂中加入经过表面处理的纤维,只要纤维的种类、长度、直径和加量选择合适,其抗压和抗折强度都相应增大,尤其抗折强度增大较多。所以,在覆膜砂中加入纤维,可以提高覆膜砂的挡砂强度等性能。经过大量试验,确定了覆膜砂中添加纤维的种类、长度、直径、加量和合适的表面处理方法。该技术在孤东油田已投入使用,试验2口井,防砂成功率100%。

【刊名】断块油气田

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  注水井出砂不仅加大了水井的正常维护工作量和后期作业的难度,而且严重的出砂现象还能致使管柱短期失效,降低了油田注水开发的综合效益。为此,提出了“注水井纤维复合防砂新技术研究”的课题。针对孤东油田注水井出砂严重的问题,开发研制出了复合纤维防砂新技术,即在覆膜砂中加入表面处理过的纤维来增加覆膜砂的挡砂性能,形成适用于孤东油田不同类型油藏注水井防砂的配套工艺技术,提高了注水井防砂的成功率,延长有效期,降低综合成本,提高了综合效益。*1 主要实验材料和实验方法1 1 主要实验材料不同规格的聚酯纤维 (XJZ)、尼龙纤维(XNL)、玻璃纤维 (XBL)、金属纤维 (XJS)、碳纤维(XTX)、塑料纤维(XSL)、棉纤维 (XMX)、木质纤维(XMZ、XMX、XMC)等,为特制或市售产品加工。支撑剂:覆膜砂(ZCF),分别取在孤东采油厂工艺所、寿光胜利化工厂和实验室自制,粒径范围0 40~0 80mm。表面处理剂:各种活性剂、有机硅偶联剂、树脂等为市售工业品或室内自制。1 2 实验方法1 2 1 纤维的表面处理纤维表面预处理: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,再将其浸沾于树脂中,取出观察其与树脂的润湿亲和性。纤维表面涂敷处理:在室温下,将纤维浸入不同浓度的有机硅偶联剂溶液或树脂溶液中,取出自然晾干,再加入到支撑剂中,混合均匀,在 60℃下固化 48h,经干燥、两端磨平后测定抗压强度和抗折强度。1 2 2 纤维复合体的制备先处理后混合法:即将表面处理过的纤维按一定比例均匀混合于覆膜砂中,并添加必要的增效剂等制成纤维复合体 [1, 2]。1 2 3 纤维复合固结体的制备将纤维复合体装入25mm×(60 ~80)mm的玻璃管中,将其下端用金属丝网或纱布压实封堵 [3],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 60℃,固化时间为 48h),去除玻璃管,两端除糙磨平后备用。2 室内实验结果与讨论2 1 纤维种类的筛选纤维的种类很多,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 [4],选择了聚酯纤维、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。将纤维加工成 8~12mm,分别与自来水、污水、干支撑剂和湿支撑剂混合,室温下充分震荡 15min后,静止观察纤维的分散情况和悬浮情况。根据分散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,再进行下一步的复选试验。2 2 纤维直径的优选纤维的直径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。将初选的纤维加工成一定长度,在加量为 1%的条件下,与支撑剂ZCG-B覆膜砂混合后放入自来水中,充分震荡后 15min,静止观察纤维的分散情况和悬浮情况,根据分散性的好坏来判断和选择纤维的直径,试验结果见表 1。表 1 不同纤维直径的分散性试验纤维编号直径 /mm悬浮性分散性XJS-25 0 25 差较差XJS-21 0 21 差差XJZ-20 0 20 好好XJZ-18 0 18 好好XSL-44 0 44 差较差XSL-53 0 53 差较差XBL-40 0 04 较差较差XBL-90 0 90 较好差XNL-19 0 19 较好差XNL-34 0 34 较好差  从表 1的试验结果可以看出,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 纤维长度的筛选将加量为 1%、长度为 2, 4, 8, 12, 16m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,实验结果见图 1。图 1 抗压强度与纤维长度的关系  从图 1可以看出,纤维长度对固结体的强度有一定影响,纤维长度小于 12mm时,随着纤维长度的增加,固结体的抗压强度逐渐降低;纤维长度大于 12mm后,强度变化趋势平缓。因此,在室内试验条件下,纤维长度选用 4~8mm,实际应用时,考虑到固结体较大,可适当加长。2 4 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,实验结果见图 2。图 2 抗压强度与纤维加量的关系从图 2可以看出,纤维加量对固结体的强度影响较大,纤维加量越多,固结体的抗压强度越低,其原因可能是纤维加量越多,支撑剂之间的联结点越少,由于纤维与支撑剂的亲和性较差,因而其强度降低。由此可见,纤维的加量不应过大,对于不同种类的纤维,由于其密度不同,所以纤维的加量稍有不同,一般不超过 1 5%,最好为 1%。2 5 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 [5],从而提高固结体的强度。纤维的表面处理分为表面预处理和涂敷处理。2 5 1 纤维的表面预处理在室温下,将长度为 8mm的纤维XJZ-18浸入不同浓度的活性剂溶液或溶剂中,然后自然晾干,再将其浸沾于树脂中 2h,取出观察其与树脂的润湿亲和性,实验结果见表 2。表 2 纤维表面预处理与树脂的亲和性处理剂浓度,% 亲和性分散性ABS 0 5 好好OP-10 0 5 好好GMSJ 8 较差较好RJB 100 较差好YZS 8 较差较好SJ 6 较差较好  由表 2可以看出,ABS和OP-10表面处理液可以除去纤维表面的油污,改变表面的润湿性,从而提高其与树脂和砂粒的亲和力。因而初选ABS和OP-10为纤维表面预处理液。2 5 2 纤维表面的涂敷处理在室温下,将长度为 8mm的纤维XJZ-18,浸入到不同浓度的偶联剂溶液中,然后自然晾干,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,制成纤维复合体,待其固结后,测其抗压和抗折强度。从试验结果可知,偶联剂YJG-1比YJG-2稍好,随着YJG-1浓度的增加,固结体的抗压强度有所增加,当YJG-1的浓度大于 2%时,曲线趋于平缓,即当YJG-1处理液浓度大于 2%后,固结体的抗压强度变化不大,因此,选用 2%的YJG-1处理液对纤维进行处理。但是,单纯的偶联剂处理效果不是很理想,所以选用树脂液进行处理。试验方法是在室温下,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,实验结果见表 3。表 3 树脂表面处理对固结体性能的影响树脂浓度,% 抗压强度 /MPa抗折强度 /MPa孤东树脂0 3 24 1 7950 3 41 2 05100 3 73 2 12寿光树脂0 2 89 1 6550 3 01 1 81100 3 26 1 84  由表 3分析可知,经树脂处理过的纤维的固结体,其抗压和抗折强度都有所增加,增加幅度为13% ~15%。3 现场试验覆膜砂中添加纤维防砂技术,已在胜利油田孤东采油厂 2口注水井进行了现场施工。现场试验发现,选择的纤维无论密度、长短或加量都比较理想,没有出现纤维卡泵或注液压力突变等事故。这 2口注水井已开井生产半年,没有发现出砂情况,防砂有效率 100%。说明纤维固结体的挡砂性能良好,今后有望进入大规模的现场试验,来提高注水井防砂有效期,从而提高油田开发的综合经济效益。4 结论(1)对纤维的种类、直径、长度和加量等进行了筛选,初步确定XJZ作为试验用纤维。(2)纤维直径不能太粗也不能太细,应该和支撑剂的粒径相差不多,最好在 0 2~0 5mm。(3)纤维长度应小于 12mm,以 4 ~8mm为宜,纤维长度越长,纤维固结体的抗压强度越小,渗透率越大。(4)纤维加量越多,纤维固结体的抗压强度越小,渗透率越大,所以纤维加量应小于 1 5%,最好控制在 1%。(5)纤维的表面处理是提高纤维固结体强度的关键,通过对几种表面处理液的筛选,选定了表面处理的方法和处理液,可以提高抗压强度 15%左右。防砂用纤维的筛选及其表面处理技术的研究@李鹏$石油大学石油工程学院!东营 @赵修太$石油大学石油工程学院!东营 @邱广敏$石油大学石油工程学院!东营 @张国荣$胜利油田有限公司孤东采油厂 @严锦根$胜利油田有限公司孤东采油厂孤东油田;;防砂;;纤维;;表面处理;;固结强度在覆膜砂中加入经过表面处理的纤维,只要纤维的种类、长度、直径和加量选择合适,其抗压和抗折强度都相应增大,尤其抗折强度增大较多。所以,在覆膜砂中加入纤维,可以提高覆膜砂的挡砂强度等性能。经过大量试验,确定了覆膜砂中添加纤维的种类、长度、直径、加量和合适的表面处理方法。该技术在孤东油田已投入使用,试验2口井,防砂成功率100%。1 张国荣,严锦根,胡才志等延时固化混纤维酚醛树脂覆膜砂LH-Ⅱ研制油田化学,2004,21(2):100~102 2 严锦根,王志坚,张国荣等适用于多层防砂的LH网络树脂覆膜砂室内研究石油钻采工艺,2002,24(6):53~56 3 宋显民,孙成林,张立民等酚醛树脂防砂与改性树脂固砂石油钻采工艺,2002,24(6):57~60 4 张树军改性纤维与特种纤维北京:中国石化出版社,199593~108,305~332 5 王孟中,黄应昌胶粘剂应用手册北京:化工出版社,198797~131

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