防砂工藝現(xiàn)狀研究
2012-12-31 00:00:00吳波吳斌李棟王曉云
【摘要】疏松砂巖油藏開采過程中存在的主要問題是油井易出砂，油井持續(xù)出砂最終會(huì)導(dǎo)致油井停產(chǎn)甚至報(bào)廢，影響油井的正常生產(chǎn)，因此出砂的油井必須采取防砂措施。出砂嚴(yán)重的油層自開發(fā)以來先后采用過繞絲管管內(nèi)礫石充填防砂、涂料砂防砂和復(fù)合防砂工藝，取得了一定效果。但隨著油田開發(fā)的深入，地層出砂情況越來越復(fù)雜。
【關(guān)鍵詞】出砂嚴(yán)重；先期防砂；疏松砂巖
1.油藏基本概況
林樊家油田構(gòu)造位于濟(jì)陽坳陷東營凹陷與惠民凹陷之間的林樊家凸起東斜偏南，東部以尚店油田沙一段地層超覆線為界，北部和西部過渡在林樊家構(gòu)造上，是一個(gè)上第三系館陶組的大型披覆構(gòu)造。
本區(qū)自1957年開始進(jìn)行地球物理勘探，1986年投入開發(fā)，共分5個(gè)開發(fā)單元：林東主體、林中9塊、林中3塊、林17塊和林南1塊。主力油層為Ng組，油層埋深1050m，含油面積32.0km2，探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量3302×104t，動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量2581×104t。
1.1油藏地質(zhì)特征
1.1.1構(gòu)造特征
林樊家油田構(gòu)造簡單，館陶組底面為微弱北東傾的單斜構(gòu)造，構(gòu)造幅度小，塊內(nèi)無明顯斷層。主力油層在林樊家油區(qū)大面積分布，主要受不整合面和巖性控制，為巖性地層油藏。由于油源主要來自利津洼陷，到林樊家構(gòu)造油源已相對(duì)不足，館陶組其它油層平面上呈透鏡狀分布。
1.1.2儲(chǔ)層特征
館陶組油層具有厚度薄、埋藏淺、含油井段集中的特點(diǎn)，縱向上可分為4個(gè)砂層組，其中1-2砂層組無油層，僅少數(shù)井見氣層，3砂層組主要在林東分布，分3個(gè)小層，僅2-3小層含油；4砂層組為主要含油層段，共分7個(gè)小層，其中1、4小層無油，2-3小層為零星分布的稠油，5小層個(gè)別井點(diǎn)有油層，6、7小層廣泛分布，其中Ng46主要分布在林東，Ng47主要分布在林中9塊。
1.1.3油藏物性較好，但易出砂
林樊家油田油層埋藏深度均小于1050m，壓實(shí)程度差，油層物性較好。據(jù)取芯分析資料，孔隙度平均30.1%，滲透率平均387.4-3um2。儲(chǔ)層巖石的膠結(jié)物成份主要為泥質(zhì)和灰質(zhì)，泥質(zhì)含量7.3%，灰質(zhì)含量4.6%。膠結(jié)類型以孔-接式和接-孔式膠結(jié)為主，膠結(jié)疏松，出砂嚴(yán)重。
1.1.4原油物性
50℃時(shí)地面脫氣原油密度（0.9268～1.0261）g/cm3，平均0.9343，地面脫氣原油粘度（111～5224）mPa·s，平均329.1mPa·s，屬常規(guī)稠油油藏。
1.1.5溫度及壓力系統(tǒng)
油層中部溫度48-55℃，地溫梯度3.12℃/100m；原始地層壓力10.2MPa，壓力梯度0.995MPa/100m，屬常溫常壓系統(tǒng)。飽和壓力5.7 MPa，地飽壓差4.5Mpa。
1.2生產(chǎn)現(xiàn)狀
至2005年底，累積產(chǎn)油158.8175×104t，綜合含水58.4%，采出程度6.2%，采油速度0.28%，地層壓力7.93Mpa，比原始?jí)毫ο陆?.27Mpa。
2.防砂現(xiàn)狀
林樊家地區(qū)因油層出砂嚴(yán)重，油井必須進(jìn)行先期防砂才能投產(chǎn)，自開發(fā)以來先后采用過繞絲管管內(nèi)礫石充填防砂、涂料砂防砂和復(fù)合防砂工藝，取得了一定效果。但由于儲(chǔ)層巖性主要為細(xì)-粉細(xì)砂巖，顆粒直徑最小只有0.05mm，防砂困難，防砂后滲流阻力增大，油層供液能力下降。
2.1出砂原因分析
造成油井出砂的因素分析有以下幾點(diǎn)：
2.1.1儲(chǔ)層的膠結(jié)狀態(tài)
林樊家油田儲(chǔ)層的膠結(jié)物以泥質(zhì)為主，膠結(jié)類型以孔隙膠結(jié)為主，膠結(jié)物含量較少，膠結(jié)疏松，尤其在油層含水后，部分膠結(jié)物質(zhì)被溶解，降低了巖石膠結(jié)強(qiáng)度，導(dǎo)致儲(chǔ)層易出砂。
2.1.2應(yīng)力狀態(tài)的變化
儲(chǔ)層垂向應(yīng)力的大小取決于油層埋藏深度和上覆巖石的密度。鉆井前砂巖油層處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，但隨著油田開發(fā)的延續(xù)，油層壓力自然下降，儲(chǔ)層砂巖體承載的負(fù)荷逐漸增加，砂粒間的應(yīng)力平衡破壞，增加了地應(yīng)力對(duì)巖石顆粒的擠壓作用，擾亂了顆粒間的膠結(jié)，也易導(dǎo)致地層出砂。
2.1.3細(xì)粉砂影響
部分油井地層壓力較高，進(jìn)行繞絲管充填防砂充填施工時(shí)，地層細(xì)粉砂回吐進(jìn)入充填層，致使礫石層不致密，生產(chǎn)過程中地層砂就容易進(jìn)入井筒，造成油井出砂。
2.2防砂機(jī)理
2.2.1繞絲篩管礫石充填防砂
采用下入防砂管柱（如割縫襯管、繞絲篩管、膠結(jié)成型的濾砂管、雙層或多層篩管等）后再進(jìn)行充填，充填材料最常用的是礫石，還可用果殼、果核、塑料顆粒、玻璃球或陶粒等，有效地把地層砂限制在地層內(nèi)，并能使地層保持穩(wěn)定的力學(xué)結(jié)構(gòu)。該方法對(duì)地層的適應(yīng)能力強(qiáng)，無論產(chǎn)層厚薄、滲透率高低，夾層多少都能有效地實(shí)施；在老井作業(yè)中，還可起到恢復(fù)地層應(yīng)力的作用，從而延長生產(chǎn)周期，使出砂井能得到充分的利用。
2.2.2涂料砂防砂
將涂料砂通過管柱泵送到產(chǎn)層，并擠入套管以外的空穴中，形成密實(shí)充填，使地層恢復(fù)或部分恢復(fù)原始應(yīng)力。待這些充填材料凝固，形成具有一定強(qiáng)度的擋砂屏障后，再把井筒中多余的充填物鉆銑掉，使油井具備開井生產(chǎn)條件。涂料砂防砂適用于滲透率相對(duì)均勻的油層段，在粉細(xì)砂巖地層中的防砂效果優(yōu)于機(jī)械防砂。
2.2.3復(fù)合防砂
高壓予充填石英砂擠實(shí)地層大孔洞，在近井地帶形成濾砂高滲透區(qū)域，提高擋砂強(qiáng)度和近井地帶的泄油能力，減小管內(nèi)充填礫石層，降低井筒流阻，涂料砂在近井地帶固結(jié)為新骨架，形成新的耐沖刷、高強(qiáng)度的相對(duì)穩(wěn)定的擋砂屏障，起防砂和保護(hù)管內(nèi)礫石層的雙重作用，再下入金屬繞絲篩管或激光割縫管、金屬棉濾砂管礫石充填，形成第三道濾砂層。復(fù)合防砂通過對(duì)地層進(jìn)行高壓充填石英砂，有效阻止部分地層砂向近井地帶運(yùn)移，提高近井地帶的滲流能力，起到改造地層的作用。
2.3開發(fā)中暴露出的問題
由于地層狀況的不斷變化，各種防砂工藝的缺點(diǎn)也逐漸暴露出來，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：
2.3.1繞絲管防砂有效率下降
在林樊家油田開發(fā)初期，防砂工藝單一，油井都采用繞絲篩管管內(nèi)礫石充填工藝防砂投產(chǎn)，取得了良好的防砂效果。但隨著油田開發(fā)時(shí)間的延長，地層虧空加大，出砂程度加劇，防砂難度增加，繞絲管防砂有效率下降，2000-2004年繞絲管防砂71井次，有效率74.6%。單一繞絲篩管防砂工藝難以適應(yīng)不同井況油井防砂的需要。
2.3.2涂料砂防砂有效期短
為便于油井后期措施的實(shí)施，從1999年開始在林樊家油田進(jìn)行常溫涂料砂防砂試驗(yàn)，由于常溫涂料砂最佳的固結(jié)溫度要求在60℃以上，而林樊家油田地層溫度在50℃左右，造成常溫涂料砂固結(jié)不好。同時(shí)受施工參數(shù)及部分油井層數(shù)較多的影響，涂料砂在各層段不能均勻分布，難以形成堅(jiān)固的人工井壁，導(dǎo)致防砂有效期較短。1999-2001年在林樊家油田采用常溫涂料砂防砂24井次，平均有效率68%，有效期平均為6個(gè)月。
2.3.3地層細(xì)粉砂易堵塞充填層及繞絲管
復(fù)合防砂施工時(shí)，在涂料砂充填過程中，在高壓下破碎的顆粒與部分地層砂膠結(jié)并與充填砂交混，形成混砂帶，如果混砂帶距套管較近，會(huì)產(chǎn)生地層堵塞；同時(shí)油井長期生產(chǎn)，外來顆粒及地層微粒運(yùn)移也會(huì)產(chǎn)生堵塞。高壓充填改造后，初期會(huì)取得一定效果，但隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長，堵塞顆粒不能排出地層，導(dǎo)致油井產(chǎn)量下降。同時(shí)由于儲(chǔ)層巖性主要為細(xì)-粉細(xì)砂巖，施工時(shí)部分地層細(xì)粉砂回吐，堵塞防砂管柱的縫隙或孔隙，防砂后油流阻力增大，造成油層供液能力下降。 [科]
【參考文獻(xiàn)】
［１］張琪．采油工程原理，山東：石油大學(xué)出版社，2001.4．
［２］萬仁溥等．采油技術(shù)手冊，第八分冊，北京：石油工業(yè)出版社，1991．
