第9讲防砂

油田化学剂课程讲稿授课题目（教学章、节或主题）：第9讲油井防砂用化学剂授课方式（请打√）理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□课时安排2教学要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1掌握防砂胶结剂种类及其处理工艺2熟悉防砂桥接剂种类及作用原理3了解油井出砂原因及危害教学重点、难点及关键知识点：本节课的重点与难点是油井防砂胶结剂的种类、作用原理及处理工艺。要讲清楚出砂的必然性和防砂的必要性，用图解的方式描述胶结剂的处理工艺。方法及手段板书教学基本内容（教学过程）改进设想1油井出砂及其危害2防砂桥接剂3防砂胶结剂及其处理工艺-1-油田化学剂课程讲稿⒉缓速剂retardant能延缓酸液对地层反应速度的化学剂称为缓速剂。酸液被挤入地层后，径向地向地层深处渗透，开始时由于浓度高，与堵塞物及胶结物反应速度很快，随着处理半径增大，酸浓度降低，很快残酸而失去作用。也就是说，井筒附近总是接触高浓度新鲜酸液，使大量的胶结物溶解，严重时会引起出砂。而离井眼较远的地层，由于酸液的浓度减小，反应速度减慢，溶解能力不大，因此酸化效果不好。采用缓速剂可降低酸液在近井地带的反应速度，扩大酸处理半径，提高酸化效果。常用的缓速剂有表面活性剂和聚合物两大类。⑴表面活性剂吸附形成疏水表面表面活性剂是比较理想的缓速剂，它是通过在地层表面上的吸附来降低酸与地层的反应速度的。表面活性剂刚与地层接触时，浓度高、吸附量大，降低反应速度的能力大，可控制高浓度酸的反应速度；随着酸液进入地层内部，表面活性剂浓度降低，吸附量也相对减少，因而降低反应速度的能力也减小，正适合低浓度酸的作用。可作为酸化缓速剂的表面活性剂有：R-SO3NaRSO3NaR-(CH2-CH2-O)nHR(CH2-CH2O)nHR-(CH2-CH2-O)nR-(CH2-CH2-O)nCH2SO3NaCH2COONaRCH3NCH3CH3[]ClRCl[]N可以将活性剂加到酸液中，也可在酸化前注入前置液。在酸液中加入表面活性剂，除可降低反应速度外，还可降低地层毛细阻力，减少酸化压力，使酸化后的残液易于排出。表面活性剂还可作为乳化剂，将酸乳化在油中，形成油包酸乳液而起到缓速作用，油包酸乳液中含有油，因此可溶解近井地带的有机堵塞物。油相可用各种馏份油，乳化剂可用Span和Tween的混合物。由于酸液被油相包裹，可降低酸与地层的反应速度，起到缓速作用。-2-油田化学剂课程讲稿⑵聚合物η↗，控制传质速度在酸液中加入可溶性聚合物可达到提高粘度的目的。由于酸液粘度的增加，降低了酸中的质子扩散到地层表面的速度和反应产物由地层表面扩散到酸中去的速度，因此聚合物是通过增加体系粘度，抑制物质的扩散速度，从而起到减缓酸液与地层反应速度的作用。可作为缓速剂的聚合物有：HO-(CH2-CH2-O)(CH2-CH)OHHnnOH(C3H6O)mnCH3CHCH2(C2H4O)O1212H(C3H6O)mn(C2H4O)（聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚）n[CH2-CH]CONH2n[CH2-CH]NOnm(CH2-CH)(CH2-CH)CONH2CONHCH3-C-CH2-SO3NaCH3AM/AMPS共聚物CH2CHmCONH2(CH2-CHCH-CH2)CH2CH3ClCH2CH3Nn丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵共聚物若粘度能达到25mPa·s，则酸液消耗时间可延长3.6倍。⒊铁稳定剂ironstabilizer能通过络合、螯合、还原和(或)pH控制等作用防止铁离子二次沉淀的化学剂。显然，通过定义可知，可以通过不同的途径使铁离子稳定在残酸中，不产生二次沉淀。通常可将其分为两类：-3-油田化学剂课程讲稿⑴络合或螯合剂这类稳定剂可与Fe3+络合或螯合，使它在残酸中不发生水解。CH3COOHHOOC-COOHCH3-CH-COOHOH(醋酸)(草酸)（乳酸）COOHCH2COOHHOCH2-COOHCH2COOHCH2-COOHCNHOOCH2C（柠檬酸，CA）（次氮基三乙酸，NTA）CH2-COOHCH2-COOHNHOOCH2CCH2CH2NHOOCH2C（乙二胺四乙酸，EDTA）作为稳定剂的醋酸还可起到pH值控制剂的作用。醋酸与砂岩和粘土不发生反应，而与氧化铁、硫化亚铁及碳酸盐反应很慢。因此，若在酸液中加入足够量(1～5%)的醋酸，则可使残酸保持在较低的pH值(2.4～2.8)，抑制铁盐的水解。醋酸的价格比较便宜，但耐温性差（66℃），对于高温井不适用。柠檬酸、次氮基三乙酸和EDTA耐温性好（200℃）,是较理想的稳定剂，尤其是EDTA，只要酸液中的EDTA足够多，就完全可以控制酸中的铁离子不发生水解沉淀。但它的价格较高，一般只用于高温井。⑵还原剂他们是通过还原作用使Fe3+还原成Fe2+，这样可使铁离子在残酸的pH值下不沉淀。如：CH2OH2N-C-NH2SH2N-H2NHO-NH2HCl异抗坏血酸是一种较好的还原剂，它还能与铁离子螯合，因此它对铁离子的稳定作用比EDTA还好。FeHOCHOHCH2OH3+2++CHOCHCCOOFeCHOHCH2OHCCHCCOO+OO222+H+-4-油田化学剂课程讲稿⒋助排剂用于压裂液助排剂的活性剂均可。5.暂堵剂temporaryblockingagent能暂时降低地层渗透性的物质。也称转向剂divertingagent，是指能封堵高渗透层，使工作液转向低渗透层的物质。目的在与提高酸化效果。通常有三种类型：⑴固体颗粒这种固体颗粒可分散在酸中，只要控制堵剂用量，及可使这种堵剂主要风度高渗透层。酸化后，产液中的油或水可将这种堵剂冲出来。苯甲酸、硼酸、氨基磺酸、羧甲基淀粉、羟乙基纤维素、萘、松香等等。⑵冻胶加有适当破胶剂的任何一种冻胶都可作暂堵剂，它在一定时间内将冻胶破坏，恢复地层的渗透性。这种堵剂在酸液前注入地层，并注一段隔离液，然后再注酸液。只要控制冻胶用量，及可使它主要封堵高渗透层。⑶泡沫可先注入起泡剂溶液，再注入气体（N2），然后再注酸液，泡沫中的气泡通过叠加的Jamin效应，可使酸液转向低渗透层，提高酸化效果。§3-3油井防砂用化学剂在油气开采过程中，油井出砂也是一个比较严重的问题。它影响油井正常生产，严重时会使油井报废。一油井出砂的原因及危害1出砂原因ⅰ地层岩石胶结物疏松（或太少，或没有）ⅱ施工不当（酸化）通常是两个原因都存在，这种松散的砂粒如果小于地层孔隙（平均孔径）的1/3，地层流体就可将其携带出来。即油井出砂。胶结剂对砂粒的胶结作用-5-油田化学剂课程讲稿2出砂的危害ⅰ管线设备损坏地层砂的主要成分是石英（SiO2），硬度很高，具有很强的磨蚀性，能刺坏油嘴、泵、阀、活塞、工作筒、油管、抽油杆等设备。ⅱ影响正常生产油井出砂，易造成地面管线和储油罐积砂，常常需要停产清砂，一旦开始出砂，停产清砂的周期越来越短，不仅影响产量，而清出来的油砂的排放会污染环境。尤其是海上油田。ⅲ井壁坍塌（油井报废）最严重的情况是随着出砂量的不断增多，套管外的空穴越来越大，到一定程度往往会导致突然性地层坍塌，使套管受挤压变形，有中会使油井报废。出砂问题主要是油井出砂，水井也会出现这一问题，但通常是在各种作业施工之后的排液或冲洗过程中，不像油井那样严重，但也会影响正常生产。要保证正常生产，对出砂井要进行治理（机械和化学）。二防砂用化学剂化学防砂有两种方法，一是用桥接剂，将松散的砂粒桥接起来；一种是用胶结剂，将松散的砂粒胶结起来。不论那种方法，都要一方面防止出砂，一方面要保持地层良好的渗透性。1防砂桥接剂bridgingagentforsandcontrol能将地层松散砂粒桥接起来的化学剂。防砂桥接剂都是阳离子聚合物，而砂粒表面均带有负电荷。桥接剂分子像架桥一样可以将多个松散的砂粒连接起来（如图），故称为桥接剂。常用的桥接剂有两类：⑴无机阳离子聚合物一些高价金属的羟基络合物，如羟基铝、羟基锆、羟基钛、羟基铬、羟基铁等均可作为防砂桥接剂。它们都是用相应的盐，在适当条件下制得。如羟基铝是在pH＝2.3～3.6条件下用三氯化铝按下列反应过程制得：桥接剂对松散砂粒的连接-6-油田化学剂课程讲稿AlCl3AlCl++33解离：[(H2O)6Al]++6HO23Al+3络合：H[(H2O)5Al(OH)]2+[(H2O)6Al]+3+＋水解：羟桥作用：[(H2O)5Al(OH)]+222HO2++[(H2O)4AlAl(H2O)4]OHOH4上述生成的羟桥络离子可发生进一步水解和羟桥作用，生成多核羟桥络离子：[(H2O)5Al(OH)]+2++[(H2O)4AlAl(H2O)4]OHOH4nAlH++HO2+++OHOHOHOH4n[(H2O)4AlAl(H2O)4]nnHO2HO2()n最后产生的铝的多核羟桥络离子与相应的阴离子一起称作羟基铝。二氯氧锆ZrOCl2在酸性条件下，经解离、络合、羟桥作用等步骤，可得到锆的多核羟桥络离子：62++OHOHOHOHnnHO2HO2()Zr[(H2O)6ZrZr(H2O)6]HOHO22⑵有机阳离子聚合物下列支链上含有季铵结构的有机阳离子聚合物可作为防砂桥接剂：nm(CH2-CH)(CH2-CH)CONH2CONHCH3CH3CH3CH3CH3CNClCH2+n[CH2-CH]CONHCH3CH3CH3NClCH2+-7-油田化学剂课程讲稿n[CH2-C]COOCH3CH3CH3CH3NClCH2+CH2OHCH+(CH2-CHCH-CH2)CH2CH3ClCH2CH3NpCH2O-CH2-CH-CH2-N-CH3ClOHCH3OHOnOHCH3这些阳离子聚合物主要靠离子键或氢键的吸附作用，来连接松散的砂粒，起到防砂作用，显然是不太牢固，因此适用于出砂不太严重的水井，长期水的冲刷裸露出砂岩表面。不适合油井。2防砂胶结剂处理工艺sandconsolidatingagent可将地层松散砂粒在接触点处胶结起来的化学剂。那么，怎样才能使胶结剂恰好停留在砂粒接触点处呢？防砂胶结剂主要是树脂类化学剂，处理时需要几个步骤。⑴地层的预处理（注预处理液）在向地层注入胶结剂之前，首先要对地层进行预处理。预处理的目的是清除砂粒表面的油、水、碳酸盐胶结物，改善砂粒表面的润湿性。类似于粘接物品之前，处理表面一样。清除不同的附着物，要用不同的预处理液。若要清除砂粒表面的油，可用液化气、汽油、煤油、柴油等作预处理液。若要清除砂粒表面的水，预处理液可用醇或醇醚，如正己醇或乙二醇丁醚。若要清除影响胶结固化的碳酸盐，可用盐酸进行预处理。若要改变砂粒表面的润湿性，可用表面活性剂溶液，例如烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、聚氧乙烯烷基苯酚醚等的水溶液，可使砂粒表面由亲油反转为亲水，从而能为胶结剂所润湿，产生较好的胶结效果。-8-油田化学剂课程讲稿⑵注胶结剂胶结剂是一种树脂预缩液，为使胶结剂易于进入地层，要求25℃时胶结剂的粘度为10～500mPa·s。若胶结剂粘度太高，可用适当的溶剂稀释。由于地层的非均质性，胶结剂将更多地沿着高渗透层进入地层，影响防砂效果。为使胶结剂能均匀地注入地层，可注一段前置液（油溶性高分子溶液，如乙基纤维素/异丙醇、柴油），让前置液更多地进入高渗透层，降低其渗透率，然后再注入胶结剂，这样可较均匀地进入地层。注入的胶结剂必然布满整个岩石孔隙的空间，若固化则必然堵住孔隙，因此要将孔隙内的胶结剂清除，使它们只保留在胶结点处。⑶注增孔液（柴油、煤油）目的是使地层孔隙中多余的胶结剂推至地层深处。要求增孔液不溶解胶结剂，不影响胶结剂固化。胶结剂通常都是极性物质，因此可使用煤油、柴油等非极性物质作增孔液。因砂岩表面已处理成亲水表面，所以增孔液不会将胶结剂全部带走。这样岩石孔隙内的胶结剂被推向地层深处，并稀释到不起作用，而砂粒接触点处的胶结剂树脂被保留下来。⑷胶结剂的固化（线型→体型）一般采用固化剂使胶结剂固化。根据情况，固化剂可以加到胶结剂中一起注入，增孔后即可候凝；也可以最后单独注入固化剂，再关井候凝。不同的胶结剂用不同的固化剂。有些胶结剂固化时需升高温度，因而需用井底加热器或通入蒸汽、热空气等。3防砂胶结剂cem