氟硼酸防砂工艺与应用

一、出砂现状

出砂是油井日常生产中经常遇到的影响油井生产的重要问题之一。由于地层出砂，将给油井的正常生产带来严重的危害，影响油井正常生产，造成严重的环境危害和成本浪费。

兴隆台采油厂目前共有各类出砂井95口。主要集中在大洼，大平房和荣兴屯油田。近几年大洼、荣兴区块部分由于生产时间较长，对地层破坏较严重，油井出砂粒径逐年变小，以泥质细粉砂为主，有时还会有泥浆返出，单纯实施机械类防砂措施效果逐年变差。

对于出砂粒径小、高泥质含量等油井，由于机械类防砂措施增加的一级或多级挡砂屏障会导致近井地带渗透率的下降，易造成油井液降。所以针对这部分井采用氟硼酸防砂体系进行防砂施工，通过氟硼酸与地层颗粒接触反应，将小片粘土“溶合”呈骨架，从而有助于阻止其分散和运移，这种稳定粘土效应是氟硼酸酸化的显著优点。

二、氟硼酸防砂技术原理

（一）氟硼酸防砂机理

氟硼酸防砂技术最早来自于油井的酸化工艺。当时发现氟硼酸进入地层后首先可以水解生成氢氟酸，并且水解反应可控。因此用氟硼酸可以使酸化范围更加深入地层深部，提高酸化范围。

氟硼酸通过水解产生的氢氟酸可以与地层矿物中的二氧化硅及铝硅酸盐发生化学反应，这种化学反应能够溶蚀细粉砂及粘土颗粒，对粘土矿物中铝离子的溶解，还可以使粘土钝化，减少膨胀，起到疏通油层的作用。同时反应生成的氢氟酸、氟硅酸及羟基氟硼酸还能进一步与地层岩石矿物反应，生成硅凝胶及硅硼酸盐覆盖物，从而起到提高地层胶结强度，稳定粘土层和细小颗粒的位移作用。经氟硼酸处理过的粘土敏感性下降，不易膨胀和分散。通过氟硼酸处理后的地层能够达到防砂、增产的作用。

（二）氟硼酸防砂室内试验

氟硼酸对地层矿物的溶解作用主要表现在对粘土矿物的溶解作用，因此泥质含量的高低影响氟硼酸的溶蚀率。相同条件下，泥质含量较高的Ⅱ类岩芯氟硼酸的溶蚀率也高于Ⅰ类岩芯。随着氟硼酸浓度的增大，溶蚀率增加，当20%增加到25%时，氟硼酸溶蚀率相比较增加量较小，因此可以认为20%左右的氟硼酸浓度是比较适宜的浓度。同时可以看出，在泥质含量由11.4%提高到13.6%时，15%的氟硼酸与20%氟硼酸对比溶蚀率差距由4%降低2%，所以在泥质含量越高时，不同浓度氟硼酸溶蚀率差距越小。

在氟硼酸对地层砂固砂性能实验中，将等量地层砂分别加入等量的浓度为15%、20%、25%的氟硼酸中，放置反应，48小时后，浓度为20%胶结砂样手感硬度较高，25%的胶结砂样次之，15%胶结砂样手感强度最弱。

综合上述实验我们可以得出结论：

1、在对地层矿物溶蚀率方面，15%的氟硼酸要弱于20%，但在泥质含量越高的情况下这个差距会减小，泥质含量达到13.6%以上时，两者溶蚀率差距仅为2%。

2、对地层砂胶结程度来看，20%氟硼酸胶结强度最大。25%的胶结强度次之，15%胶结砂样强度最弱。

三、氟硼酸防砂实际应用

（一）选井条件

1、油井出砂量主要为细粉砂或粘土类物质。

2、地层温度一般要求50℃以上。

3、储层的粘土含量较高，胶结物主要为泥质胶结。

4、对注水开发油藏，要求油井含水低于90%，若油井含水太高，大部分粘土矿物被溶解或随产出液带出，酸化后难以达到稳定地层的目的。

（二）防砂剂量确定

氟硼酸防砂剂的使用可以增大油层的处理深度，从而获得更加有效的长期防砂效果，在实际应用中按照油井处理半径为1-2m，依据油井地层孔隙度计算油井防砂剂用量，计算公式如下：

Q=KπR2ΦHρ

式中：Q——每米油层需要防砂剂的用量，m3;

R——处理半径，m; K——注入系数;

Ф——地层平均孔隙度，%;ρ——防砂剂密度，g/cm3

（三）2016-2017年应用情况

2016-2017年，根据其选井条件，对井温、出砂情况、泥质含量、综合含水进行综合分析筛选后，兴隆台采油厂共实施氟硼酸防砂技术6井次，至2017年底累计增油2595.3吨，累计增气61.14万方。

六、结论

（一）氟硼酸防砂，是直接作用于油层的化学防砂手段，施工简单，效果较明显，在防砂施工的工艺体系中提供了一种新的视角。

（二）氟硼酸针对地层粘土质矿物进行反应，具有防砂、解堵的双重功效，防砂的同时改善地层出液情况，防止了作业施工造成粘土膨胀、渗透率降低的问题。

（三）针对出砂较重、泥质含量较高、在传统防砂方式的基础上使用氟硼酸防砂技术，建立多层挡砂屏障，能取得更好的防砂效果。