疏松砂巖稠油油藏防砂參數(shù)優(yōu)選試驗(yàn)研究

房茂軍，曾祥林，孫福街

曹硯鋒，梁 丹 （中海油研究總院海洋石油高效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100027）

對(duì)于渤海海域疏松砂巖稠油油藏來說，由于原油粘度高、地層膠結(jié)疏松，海上油田經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)對(duì)產(chǎn)量的要求高等，地層微粒的運(yùn)移不可避免[1～4]。同時(shí)，“嚴(yán)防死守”的防砂理念勢必使地層微粒在近井地帶堵塞，造成油井產(chǎn)能下降。因此，適當(dāng)放大疏松砂巖稠油油藏的防砂參數(shù)，使地層微小顆粒在可控的范圍內(nèi)從近井地帶排出，解除微小顆粒在井筒附近的堵塞，提高油井的產(chǎn)能，成為海上疏松砂巖稠油油藏開發(fā)的發(fā)展方向。目前，在渤海海域疏松砂巖稠油油藏開發(fā)中，常用的防砂方式包括礫石充填和優(yōu)質(zhì)篩管防砂。針對(duì)礫石充填和優(yōu)質(zhì)篩管兩種防砂方式，有學(xué)者對(duì)其防砂參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一系列研究工作[5～10]，但這些研究都是基于 “嚴(yán)防死守”的防砂理念進(jìn)行的設(shè)計(jì)。針對(duì)疏松砂巖稠油油藏需要放大防砂參數(shù)，采用適度出砂解除近井地層堵塞來提高產(chǎn)能這一要求，如何設(shè)計(jì)防砂參數(shù)，使油井產(chǎn)能得到提高，同時(shí)出砂量控制在可控的范圍內(nèi)，成為擺在油田開發(fā)人員面前的研究課題。筆者通過試驗(yàn)?zāi)M方法對(duì)礫石充填及優(yōu)質(zhì)篩管防砂方式不同防砂參數(shù)下的出砂規(guī)律進(jìn)行了研究，對(duì)疏松砂巖稠油油藏適度出砂條件下的防砂參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選評(píng)價(jià)。

1 試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

在該試驗(yàn)中，采用不同試驗(yàn)?zāi)M中的采油指數(shù)J作為試驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

式中，J為采油指數(shù)，m3/（MPa·d）；Q為通過防砂管或者礫石層的流量，m3/d；ΔP為防砂管及環(huán)空砂的生產(chǎn)壓差或防砂管及礫石層之間的壓差，MPa。

1.2 試驗(yàn)方法

圖1 試驗(yàn)評(píng)價(jià)裝置示意圖

試驗(yàn)采用全尺寸防砂管試驗(yàn)?zāi)M裝置 （圖1），恒定的注入壓力注入模擬地層流體，3個(gè)壓力計(jì)分別測試圖示3個(gè)位置的壓力 （分別為模擬地層砂外邊界壓力、礫石層或堆積砂外邊界壓力、防砂管內(nèi)部井筒壓力），針對(duì)不同防砂方式及防砂參數(shù)，記錄穩(wěn)定后的流量和壓力。

2 優(yōu)質(zhì)篩管擋砂參數(shù)優(yōu)選評(píng)價(jià)試驗(yàn)

近幾年來，渤海灣部分油田在現(xiàn)場試驗(yàn)中采用了金屬網(wǎng)優(yōu)質(zhì)篩管防砂，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中如何恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)防砂參數(shù)，成為現(xiàn)場要解決的問題。George Gillespie[5]針對(duì)金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管進(jìn)行了的室內(nèi)試驗(yàn)，通過模擬不同粒度砂粒樣品，測試其通過標(biāo)準(zhǔn)目數(shù)篩網(wǎng)的出砂量、產(chǎn)出砂粒徑以及篩網(wǎng)兩端的壓降，最終給出了標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管網(wǎng)孔目數(shù)選擇方法。該方法并非使用實(shí)際篩管進(jìn)行試驗(yàn)，得出的選擇標(biāo)準(zhǔn)范圍較大，不能精確確定篩管的擋砂精度，在適度出砂開采中使用起來具有一定的局限性。筆者通過實(shí)際的防砂管評(píng)價(jià)試驗(yàn)對(duì)金屬網(wǎng)布結(jié)構(gòu)防砂管的防砂參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

2.1 試驗(yàn)條件

以渤海某稠油油田主力油組儲(chǔ)層砂粒度分布為依據(jù)配置模擬試驗(yàn)用砂，其粒度特征值見表1（d50為砂粒粒度中值）。配置模擬地層砂的泥質(zhì)含量為10%，不均勻系數(shù)為4.4，生產(chǎn)壓差為3MPa，模擬稠油粘度200mPa·s。試驗(yàn)用防砂管為不同防砂參數(shù)的金屬網(wǎng)布結(jié)構(gòu)防砂管。

表1 試驗(yàn)?zāi)M用砂粒度特征值

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

針對(duì)不同防砂參數(shù)的防砂管進(jìn)行了5組試驗(yàn)，分別測試通過防砂管的流量、壓力及含砂量數(shù)據(jù)。計(jì)算每組試驗(yàn)中防砂管的平均采油指數(shù)，結(jié)果見表2。

表2 金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管出砂試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

繪制5組試驗(yàn)中試驗(yàn)穩(wěn)定后的ω/d50與堆積砂層采油指數(shù)及出砂量的關(guān)系曲線 （圖2）。可以看出，隨著防砂參數(shù)的增大，防砂管的滲透性逐漸增大。ω/d50＜0.65時(shí)，出砂量控制在0.1‰，防砂效果較好，但是篩網(wǎng)及其堆積砂的壓降較大，嚴(yán)重影響油井產(chǎn)能。ω/d50＝0.88時(shí)，出砂量控制在0.4‰。在適度出砂開采條件下，如果允許出砂量增大到0.5‰左右，可放大編織網(wǎng)優(yōu)質(zhì)篩管的防砂參數(shù)到1.32 d50，相對(duì)于較小的防砂參數(shù)，此時(shí)的防砂管滲透性已大大提高，有利于提高油井產(chǎn)能。

圖2 金屬網(wǎng)優(yōu)質(zhì)篩管優(yōu)選評(píng)價(jià)試驗(yàn)

3 礫石充填防砂礫石尺寸優(yōu)選評(píng)價(jià)試驗(yàn)

礫石充填防砂一般用于地層砂分布不均勻、細(xì)粉砂 （粒徑小于44μm）含量較高的地層，施工工藝較復(fù)雜，工期長，費(fèi)用較高，但是防砂效果好、壽命長。目前常用的礫石充填設(shè)計(jì)方法是Saucier方法，設(shè)計(jì)礫石的尺寸為d50的5～6倍。該方法是傳統(tǒng)的以防砂為目的的設(shè)計(jì)方法，在目前提出的適度出砂管理模式下，礫石尺寸是否有放大的空間，放大到什么程度可以提高礫石層的滲透能力，同時(shí)保證出砂量在允許范圍內(nèi)。筆者通過礫石充填防砂評(píng)價(jià)試驗(yàn)進(jìn)行了分析。

3.1 試驗(yàn)條件

以渤海某稠油油田主力油組儲(chǔ)層砂粒度分布為依據(jù)配置模擬試驗(yàn)用砂，其粒度特征值見表3。配置模擬地層砂的泥質(zhì)含量為10%，不均勻系數(shù)為4.0，生產(chǎn)壓差為3MPa，模擬稠油粘度200mPa·s。充填礫石尺寸：20～40、10～30、10～16、8～12目，根據(jù)8.5in井眼下入5.5in防砂管計(jì)算礫石充填厚度為30mm。

表3 試驗(yàn)?zāi)M用砂粒度特征值

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)中改變充填礫石的尺寸，待流量與壓力穩(wěn)定后測試流量、出砂量及各點(diǎn)壓力，結(jié)果見表4。

表4 不同礫石充填尺寸出砂模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)

繪制4組試驗(yàn)中試驗(yàn)穩(wěn)定后的礫石層采油指數(shù)、出砂量與D50/d50的關(guān)系曲線，結(jié)果見圖3。當(dāng)D50/d50＜6時(shí)，出砂量基本在0.2‰以內(nèi)，防砂效果好，礫石層采油指數(shù)隨著礫石尺寸的放大逐漸增加。當(dāng)D50/d50＝6.5時(shí)，出砂量達(dá)到了0.3‰；當(dāng)D50/d50＝6.75時(shí)，出砂量達(dá)到了0.4‰；當(dāng)D50/d50＝7時(shí)，出砂量達(dá)到了0.5‰，礫石層采油指數(shù)隨著礫石尺寸的放大逐漸增加。當(dāng)D50/d50＞7～8時(shí)，采油指數(shù)開始降低，出砂量繼續(xù)增加。隨著D50/d50從2.9倍提高到7～8倍，礫石層采油指數(shù)提高了近1.5倍，油中含砂量增加了3倍；當(dāng)比值達(dá)到9.2倍時(shí)，礫石層采油指數(shù)急劇降低到初始的25%，油中含砂量又提高了近70%，說明此時(shí)礫石層出現(xiàn)了嚴(yán)重的砂侵，并有部分細(xì)砂通過礫石層及防砂管產(chǎn)出。適度出砂開采時(shí)，允許出砂量控制在0.5‰范圍內(nèi)時(shí)，礫石尺寸的設(shè)計(jì)可適當(dāng)放大到7～8倍左右，礫石層采油指數(shù)比Saucier礫石充填設(shè)計(jì)方法提高20%～35%。

圖3 礫石充填評(píng)價(jià)試驗(yàn)

4 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

針對(duì)渤海海域疏松砂巖稠油油田放大防砂參數(shù)，提高油井產(chǎn)能的要求，通過試驗(yàn)的方法對(duì)礫石充填及優(yōu)質(zhì)篩管防砂方式的不同防砂參數(shù)下的出砂規(guī)律進(jìn)行了研究，進(jìn)行了適度出砂條件下的防砂參數(shù)優(yōu)選研究。

疏松砂巖稠油油藏適度出砂條件下的防砂參數(shù)優(yōu)選試驗(yàn)研究結(jié)果表明：在出砂量控制在0.5‰范圍內(nèi)時(shí)，可放大編織網(wǎng)優(yōu)質(zhì)篩管的防砂參數(shù)到1.32倍d50；礫石尺寸的設(shè)計(jì)可適當(dāng)放大到7～8倍d50左右，礫石層的采油指數(shù)相對(duì)應(yīng)Saucier的礫石充填尺寸5～6倍d50時(shí)可提高20%～35%。

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