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何必防砂?把砂子牢牢黏住不就好了!

何必防砂?把砂子牢牢黏住不就好了!

在解决防砂问题时,防砂筛管虽然昂贵,但确是一种常用的解决方案。而沙特阿美公司的工程师们提出了一种新方法,他们认为利用纳米颗粒可以稳住油藏和生产油流中的砂子。

来自 | Upstream
编译 | 周诗雨 影子

油气生产过程中易出砂的油藏让油公司非常头疼。砂子会损坏发动机,限制油气流量。最糟糕的是,不断受损的地层可能会发生坍塌并损坏井筒。而应对出砂问题的标准反应一直都是在井下安装防砂筛管。沙特阿美勘探及石油高级研究中心的石油工程顾问Frank Chang说:“但这并没有真正解决根本问题。”

这些设备可以通过简单的阻塞功能阻挡出砂,但是会有一个副作用:它会减缓石油的生产。几年前,Chang和他的同事们开始考虑疏松油藏更好的生产方法。“我们希望在防砂时能够采用更主动的方法,”Chang说:“我们想看看能不能把这些沙粒粘合在一起,这样砂粒就会固结在一起。但是流体仍会流动,而砂子会留在原处。”

如果能够将油藏中的砂子固结在一起,那么就不再需要在井眼中使用昂贵的防砂筛管了。

何必防砂?把砂子牢牢黏住不就好了!

显微照片下未经处理的沙粒

在这项于2015年开始的研究中,Chang和沙特阿美石油公司的聚合物科学家Rajendra Kalgaonkar研究了各种将砂子留在油藏和井筒外的方法。Chang说,树脂似乎一种可行的方法,这种材料可以从油服公司购买。环氧树脂确实能够稳住砂子,但却会造成更大的问题。树脂会填满储层孔隙,堵塞油的流动。他表示这是行业现有产品存在的主要问题。

“这促使我们重新整理思路,专注寻找一种新的化学剂。”。

他们想要找到的是一种既能够亲近砂砾,但本身之间不会亲近的东西,这样它就不会聚集在一起,堵塞孔隙空间。Chang说,理想的情况是,这种材料在与砂粒接触时会铺展成薄膜。

最开始提出这个问题的时候,研究人员都十分看好硅酸盐纳米颗粒。Chang说,虽然他们仍然在调整应用流程,但是基本要求已经到位。

研究选定的纳米粒子是正电荷的,在疏松储层中会与带负电荷的砂粒产生静电吸引,重新自整合成一层固结材料。自整合纳米粒子在储层温度下会发生固化并在砂粒周围形成一层薄的硬凝胶。砂粒会固结在一起,而油气生产的孔隙却不会被堵上。

何必防砂?把砂子牢牢黏住不就好了!

右边有一些碎石块的砂堆是松散的沙子;左边的圆柱形部分是松散砂粒压实后形成的一个有强度的岩石

我们想要开发的材料,简单来说是一种能从液态转化为固态的砂固结化学物质。当我们将其注入地层时,它只会覆盖在砂粒上,而不会填满孔隙空间。因此当它固化后,砂粒会粘在一起时,但碳氢化合物仍可以不受限制地流入井中。”Chang说。纳米颗粒可以利用连续油管通过一个简单的步骤—一个“药丸”,进行注入。

“我们仍在微调如何把它放在正确的地方。储层越厚,就越难将化学剂放在正确的位置实现全面覆盖。”在油藏工程师找到更好的纳米化学剂放置方法之前,化学剂在特别厚的储层或大水平井中的应用都会受限。“我们还有许多工作要做,我们离我们的理想目标还有很长的路要走”

未来几年内,研究团队可能会进行现场试验。下一步要做的工作包括对纳米颗粒材料进行优化,一方面要保持其对砂粒的亲和力,但形成的膜要更薄。“为了使其更薄,我们必须控制添加剂。为了让它从液态固定下来,我们需要一种能适用于化学剂中关键纳米材料的活化剂,”
Chang和Kalgaonkar正在对化学剂进行微调,以及合成各种新材料。“我们一直有这个目标,” Chang说。“我们相信,从工程上来说对这种性能是有需求的。我们要做的就是去寻找能够提供这种性能的产品。”

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