化学防砂方法与原理及其适用性
一 概述
化学防砂是向地层挤入一定量的化学剂充填于地层孔隙中以达到充填和固结地层提高地层强度的目的。
方法 一般分为人工胶结地层和人造井壁两种防砂方法，还有一些其他的固砂方法。
原理 前者是向地层注入各类树脂或各种化学固砂剂直接将地层固结它对疏松油层出砂特别适用。后者是把具有特殊性能的水泥、树脂、预涂层砾石、水带干灰砂或化学剂挤入井筒周围地层中这些物质凝固后形成一层既坚固又有一定渗透性和强度的人工井壁达到防止油层出砂的目的人工井壁法对由于出砂造成套管外油层部位坍塌所造成的亏空井防砂比较适宜。
适用性 它适用于渗透率相对均匀的薄层段地层防砂而层内差异大的厚层化学防砂施工由于注入剂锥进不均和重力作用易造成固结不均影响防砂效果。化学防砂还可适用于合采井上部地层防砂。化学防砂优点是施工后井内无遗留物并可用于异常高压井层的防砂缺点是对地层渗透率有一定伤害特别是重复施工时。另外注入剂存在老化现象使其有效期有限成功率不如机械防砂化学防砂不适用于裸眼井防砂。
我国疏松砂岩油藏分布范围广、储量大油气井出砂是这类油藏开采的主要矛盾。出砂往往会导致砂埋油层或井筒砂堵或油气井停产作业、使地面或井下的设备严重磨蚀、砂卡及频繁的冲砂检泵、地面清
罐等维修使工作量巨增既提高了原油生产成本又增加了油田管理难度。防砂是开发易出砂油气藏必不可少的工艺措施之一对原油稳定生产及提高开发效益起着重要作用。
二 方法
1.人工胶结法
人工胶结防砂法是指从地面向油层挤入液体胶结剂及增孔剂，然后
使胶结剂固化，在油层层面附近形成具有一定胶结强度和渗透性的胶结砂层，达到防砂的目的。目前已使用的方法主要有酚醛树脂溶液、酚醛溶液地下合成、脲醛树脂等方法。
1.1 酚醛树脂胶结砂层
酚醛树脂胶结砂层是以苯酚和甲醛为主料，以碱性物质为催化剂，按比例混合，经加热 熬制成的树脂，将其溶液挤入砂岩油层，以柴油增孔，再挤入盐酸作固化剂，在油层温度下反应固化，将疏松砂岩胶结以防止油水井出砂。该方法适用于早期出砂的油水井防砂，施工工艺简单，但成本较高，施工作业时间长。
1.2 酚醛溶液地下合成防砂
酚醛溶液地下合成防砂是将加有催化剂的苯酚与甲醛，按比例配
料搅拌均匀，并以柴油为增孔剂配成树脂溶液，酚醛溶液挤入出砂层后，在油层温度下逐渐形成树脂并附着于砂粒表面，固化后将油层砂胶结牢固，而柴油不参加反应为连续相充满孔隙，使胶结后的砂岩保持良好的渗透性，从而起到提高砂岩的胶结强度，防止油气层出砂的方法。该方法为油井先期和早期的防砂方法，适用于温度高于60℃，粘土含量较低的中细砂岩油层。平均有效期二年以上，施工较为简单，
对已大量出砂或出水后防砂效果差的油井不宜选用。
1.3 脲醛树脂固砂
脲醛树脂固砂液为白色流体，遇酸加速反应生成固体。在地层中受
到温度和压力的作用，发生缩聚、交联反应，粘度逐渐增加，在砂粒的表面沉积，将砂粒胶结在一起。固砂液与油脂类不相溶，在加入酸液前注入原油做增孔剂。固砂施工后，在井筒附近形成高强度、韧性大、渗透性较高的挡砂墙，起到固砂作用。脲醛树脂固砂剂具有价格低、适用于高含水期出砂油井的特点。
2.人工井壁法
人工井壁防砂方法通常是指从地面将支撑剂和未固化的胶结剂按一定比例混合均匀，用液体携至井下挤入出砂部位，在套管外形成具有一定强度和渗透性的壁面，可阻止油层砂粒流入井内而又不影响油井生产的工艺措施，如水泥砂浆、树脂核桃壳、树脂砂浆、预涂层砾石人工井壁等。
2.1 水泥砂浆人工井壁
水泥砂浆人工井壁是以水泥为胶结剂，以石英砂为支撑剂，按比
例混合均匀，拌以适量的水，用油携至井下，挤入套管外，堆积于出砂部位，凝固后形成具有一定强度和渗透率的人工井壁，防止油气层出砂的方法。该方法是油井后期防砂方法，渗透率较高，原材料来源广泛，施工简单，但用油量较大，胶结后抗折强度小于1MPa，有效期短。
2.2 树脂核桃壳人工井壁
树脂核桃壳人工井壁是以酚醛树脂为胶结剂和粉碎成一定粒度
的核桃壳为支撑剂，按一定比例混合均匀，使每个核桃壳颗粒表面都涂有一层树脂，并加入少量柴油浸润，然后用油或活性水携至井下，挤入射孔层段套管外堆积于出砂层位，在固化剂的作用下经一定时间的反应后树脂固结形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，防止油气层出砂的方法。该方法适用于油水井早期防砂，胶结后人工井壁渗透性较高，强度较大，具有较好的防砂效果，但原料来源困难。
2.3 树脂砂浆人工井壁
树脂砂浆人工井壁是以树脂为胶结剂，石英砂为支撑剂，按比例混合均匀，使石英砂表面涂覆一层均匀的树脂薄膜，并加入少量的柴油浸润，然后用油携至井下挤入套管外出砂层位，凝固后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，防止油气层出砂的方法。该方法是油水井后期防砂方法，适用于吸收能力较高的油水层，其适应性较强，不受井深限制，但施工中现场混合劳动量大。
2.4 预涂层砾石人工井壁
预涂层砾石人工井壁是在砾石外表面涂覆一层树脂，在常温下形成不发生粘连的稳定颗粒。将其携至油井出砂层位，在一定条件下砾石表面树脂软化粘连并固结，形成具有良好渗透性和强度的人工井壁方法。该方法适用于吸收能力较大，温度高于60℃的油层防砂，施工简单，成功率高，胶结后砾石抗折强度可达5MPa 左右，渗透率可保持在原始值的90%以上，是目前较好的化学防砂方法。 3.其它化学固砂法
主要有氢氧化钙固砂、四氯化硅固砂、聚氯乙烯固砂和氧化有机
物固砂法等。氢氧化钙固砂原理是将氢氧化钙饱和溶液在高于65℃温
度下，与油层中的粘土矿物反应生成铝硅酸钙，把砂粒胶结在一起，实现控制出砂；四氯化硅固砂原理是利用四氯化硅注入到地层中后和地层中的水发生化学反应，生成无定形的二氧化硅，生成的二氧化硅可以将地层的砂粒胶结在一起，达到固砂的目的；聚氯乙烯固砂有两种工艺，一是用聚丁二烯经稀释或加入催
化剂通过化学反应胶结疏松砂岩，二是利用聚二丁烯热聚合反应固砂；氧化有机化合物固砂是利用不饱和烯烃的氧化物聚合反应，在各分子间形成氧桥，使有机物生成网状的聚合物，从而将疏松的砂岩有效胶结在一起。
三 发展趋势
化学防砂一般只适用于短井段的防砂，防砂有效期短，存在老化现象，对油层的渗透率有一定的损害，而且防砂成本相对较高，其应用受到一定的限制，研究廉价实用高效的新型化学防砂剂及其工艺技术成为开发疏松砂岩油藏的必然趋势。主要研究方向和发展趋势有以下几方面：
（1）研制开发既可在低温又可在高温条件下固化且固结强度较高的
各类无机胶结剂； （2）完善和改进防砂用的各类助剂，以满足特殊地层的防砂要求； （3）应该在如何降低防砂的综合成本，延长防砂有效期等方面加强科研力度。 随着石油开发进入中后期，出砂油水井将越来越多，油田将把防砂技术作为一项重要的技术来研究,防砂工作者将不断改进和发
展各种防砂技术,使之满足新时期不同条件下的防砂要求； （4）开发新的无污染且成本低的高效化学防砂剂。