耐高温负离子抗堵塞滤砂筛管研制与应用

陈昭伟，宾永锋

(1.中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580；2.中国石化胜利油田分公司 桩西采油厂，山东 东营 257232)



耐高温负离子抗堵塞滤砂筛管研制与应用

陈昭伟1，宾永锋2

(1.中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580；2.中国石化胜利油田分公司 桩西采油厂，山东 东营 257232)

为改善敏感性稠油油藏蒸汽吞吐井防砂效果，通过性能试验，优选出力学性能、耐温性能及耐介质性能好的氧化铝作为过滤材料，高强度溶融氧化铝作为结合剂，硅酸盐类负离子粉作为表面处理剂，研制出一种具有耐高温、高强度、高渗透率、抗堵塞的稠油热采防砂用滤砂管。该滤砂管具有较好的耐高温性能、优良力学性能，挡砂能力强、不易堵塞等优点。目前，现场已试验12井次，平均单井日增液28.1 m3，单井日增油2.7 t，动液面上升148.3 m。

筛管；高温；防砂；结构

稠油疏松砂岩油藏热采开发过程易出砂，油井防砂是维持正常生产重要措施，防砂效果直接影响了稠油疏松砂岩油藏热采开发效果[1-2]。目前国内外热采井滤砂筛管防砂主要以耐温、高强度金属滤为主，对敏感性稠油油藏适应性不强，生产过程堵塞严重，防砂周期短、液量下降快。因此，需要对滤砂管进行研究、改进，以满足稠油热采防砂的需要，提高产液量，延长有效期。

1 研制思路

敏感性稠油油藏滤砂筛管防砂堵塞的主要原因是泥质粘附在金属滤砂器表面，导致其渗透性急剧下降。泥质粘附主要是因为金属滤砂器表面多为正电荷，而粘土带负电荷，正负电荷相吸所致。鉴于此，确定研制思路：通过优选耐温能力强、渗透性好的过滤材料，对过滤材料进行负离子表面处理，提高其表面抗堵塞能力；优化设计合理的组装结构，形成新型耐高温抗堵塞滤砂管，在挡砂提液的同时达到延长防砂有效期的目的。

2 过滤材料研究

组成耐温高渗滤砂管的基本材料，必须具有较高硬度和一定机械强度的颗粒材料，由该材料制成的滤砂管件还必须具有较高渗透性以便能顺利地让地下流体流过[3]。因此，作为这种颗粒材料必须具备的基本特性应满足以下几个方面的要求：较高的硬度、适度的抗破碎性、良好的热稳定性、化学稳定性好、便于加工成不同大小的颗粒[4]。

2.1 骨架颗粒初选

基于以上条件，从性能和成本方面考虑，初步选择高硬度、高机械强度的氧化铝 A、氧化硅M、氧化锆S、氧化钙W 这4种非金属材料进行试验。由于陶瓷材料组份较复杂，虽然在常温下化学性质非常稳定，但在显碱性(pH=11)的高温水蒸汽条件下，其化学性质稳定，才能用来制作滤砂管的滤芯材料。

试验条件是：分别将这4种非金属材料置于高压样筒中，加入蒸汽凝析液(pH=11)，放入干燥箱中，加热至350 ℃，恒温3 d。取出后，用pH试纸测水溶液的的酸碱值。若pH值无变化，说明非金属材料未发生反应，其化学性质稳定，反之亦然。试验结果如表1。从表1看出，A材料化学性质稳定，可以用来制作滤砂管的骨料。

表1 4种非金属材料的高温化学稳定性试验数据

2.2 结合剂优选

2.2.1 结合剂初选

将骨料制成滤芯，须用结合剂将其粘结起来，一般的有机胶粘剂很难满足热采井工况[5]。因此，重点调研了无机结合剂。无机结合剂的化学成分与物理性能如表2。

表2 几种结合剂的化学成分与物理性能

2.2.2 结合剂耐温性能试验

将A材料与以上3种无机结合剂(用量为10%)分别混合搅拌均匀，在模具内压紧，烘干，然后在1 200～1 300 ℃的高温条件下烧结成型。取注蒸汽凝析液作介质，将滤芯放入高压样筒中，加温至350 ℃。恒温3 d后取出，测抗压强度，数据如表3。由表3可知，高强度溶融氧化铝类结合剂具有较好耐高温性能。

表3 结合剂耐温性能对比试验数据

2.2.3 结合剂加量优化

将材料A与高强度溶融氧化铝类结合剂按不同比例混合搅拌均匀，在模具内压紧，烘干，然后在1 200～1 300 ℃的高温条件下烧结成型。取注蒸汽凝析液作介质，将滤芯放入高压样筒中，加温至350 ℃。恒温3 d后取出，测抗压强度和渗透率，数据如表4。

由表4数据分析，滤砂器强度随氧化铝结合剂加量的增加而上升，渗透率随氧化铝结合剂加量的增加而下降。为满足稠油热采防砂高强度注汽和采液要求，滤砂器不仅要有较高的强度，而且要有较好渗透率性。综合考虑5号样配方组成，即材料A与氧化铝结合剂配比为100∶11。

2.3 表面负离子化处理

地层中的粘土带负电荷，当粘土到达滤芯表面和孔道中时，由于滤芯能释放出负离子，与粘土中的负电荷相互排斥，不产生吸附。粘土就能顺利通过滤芯而减轻堵塞。

表4 滤砂器材料配比与强度及渗透率的关系

注：“质量份”表示混合物试样中2种材料的质量配比。

2.3.1 负离子选择

负离子是通过纳米包覆技术特殊加工的粉体，具有很强的热敏性和压敏性，在常温下粉体的负离子释放量为20 000～30 000个/cm2。负离子粉化学成分如表5。

表5 负离子粉化学成分

将其按2%的量添加到结合剂中，所制得的滤芯的表面和孔道中能释放出负离子。

2.3.2 效果对比试验[6]

试验条件：试验样件为A材料制成的滤筒(空白)和不同比例负离子处理后A材料制成的滤筒，长度均为1 m；介质为自来水+钠土(2%)+石英砂(粒径0.07 mm)，压力1 MPa，连续试验6 d，记录每天流量(如图1)。从对比试验看，在相同条件下，负离子处理后滤筒抗堵塞能力较强，流量较稳定。随着负离子比例增加，抗堵塞能力不断增强，当达到0.2%以后，增加效果不明，因此确定添加2%负离子进行表面处理。经负离子测量仪测定，释放量3 000～9 000 个/cm2。

图1 负离子处理前后抗堵塞对比试验

3 滤砂管结构设计及特点

3.1 结构组成

滤砂管主要由基管、滤芯等组成，圆形滤芯镶嵌入基管的圆孔内，然后采用特殊焊接工艺锚定而制成的。如图2。

1—上接头；2—基管；3—滤芯；4—下接头。

3.2 性能特点

1) 镶嵌式的滤芯藏于基管内，强度高，解决了滤芯脆性大、易受碰撞而损坏的弱点。

2) 热涨系数小，在高温环境下对基管不会产生应力破坏作用。

3) 滤砂管与热采封隔器下入防砂井段，实现分层防砂，操作方便，坐封可靠，起下灵活，提高了施工的成功率。

4) 使用范围广，既可用于注蒸汽热采井，又可用于常规井的防砂。

4 现场应用

自2016年以来，针对敏感性稠油油藏蒸汽吞吐油井应用该工艺，共实施12井次，可对比11 井次，成功率100%；平均日产液53.4 m3，日产油5.8 t，含水89.1%，动液面563 m；平均单井日增液28.1 m3，增幅52.2%，单井日增油1.7 t，动液面上升148.3 m，阶段累积增油12 790.5 t。可以看出，耐高温负离子抗堵塞滤砂管提液增油效果明显，能够满足敏感性疏松砂岩稠油油藏蒸汽吞吐油井的防砂要求。

5 结论

1) 通过室内试验评价，耐高温负离子抗堵塞滤砂管具有耐高温、抗堵塞等特点。该滤砂管适用于疏松砂岩稠油油藏蒸汽吞吐油井防砂要求。

2) 耐高温负离子抗堵塞滤砂管现场应用简易，提液增油效果好，成本较低，适于大规模推广。

[1] 王毅，杨海波，彭志刚.精密复合滤砂管防砂完井技术[J].石油机械，2008，36(6)：60-61.

[2] 张锡娟，马丁，王东.水平井热采高强度耐冲蚀筛管的研制及应用[J].石油机械，2015，43(1)：90-92.

[3] 蒋宝云，邓雄，梁政，等.盐家气田浅层气井防砂技术研究[J].石油矿场机械，2010，39(5)：39-42.

[4] 郑伟林.水平井可钻滤砂管的研制与应用[J].石油钻采工艺，2012，34(3)：94-100.

[5] 张骏华，盛租铭，孙继桐.导弹和运载火箭复合材料结构设计指南[M].北京：宇航出版社，1999：98.

[6] 伊西锋，董建国，刘永顺，等.筛管挡砂性能评价试验装置研制与应用[J].石油矿场机械，2013，42(2)：36-38.

Development and Application of High Temperature Resistance Anionic Anti-clogging Sand Screen

CHEN Zhaowei，BIN Yongfeng

(1.ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao266580，China；2.ZhuangxiOilProductionFactory，SINOPECShengliOilfieldCompany，Dongying257232，China)

In order to improve the effect of sand control in steam injection wells of the sensitive heavy oil reservoir，through performance test，alumina with good mechanical properties，temperature resistance and medium performance as filter material is optimized.High strength molten aluminum is used as a binding agent，silicate anionic powder is used as surface treatment agents，heavy oil thermal recovery sand screen with high temperature resistance，high strength，high permeability and anti-clogging properties is finally made.The sand screen has better high temperature resistance，excellent mechanical properties，perfect sand retention capability，anti-clogging，etc.At present，the sand screen has been used on 12 wells in field experiment.The average single well liquid increased is 28.1 m3，single well oil increased is 2.7 t and working fluid level rises 148.3 m.

screen liner；high temperature；sand control；structure

2016-05-14

中国石油化工股份公司先导试验“敏感性稠油油藏热采防砂技术”(YC2014-08)

陈昭伟(1990-)，男，山东东营人，硕士研究生，研究方向为油水井防砂增产技术，E-mail：1641918758@qq.com。

1001-3482(2016)11-0059-04

TE925.303

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2016.11.013