抽油機有桿泵出砂預(yù)防方法研究

曹傳鋼

【摘要】使用動態(tài)射孔完井出砂預(yù)測模型，對產(chǎn)量與地層出砂之間的關(guān)系進行深入研究，建立了一整套可預(yù)防出砂的采油方案設(shè)計方法，該方法可以根據(jù)井射孔段附近的地質(zhì)條件以及流體物性條件下得出該井在不出砂前提下的產(chǎn)量取值范圍，并由此進行不出砂時的抽汲參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。通過實例計算表明了在對潛在出砂井的設(shè)計中，限制產(chǎn)量對防止油井出砂確實具有重要意義，該設(shè)計方法對疏松砂巖油藏射孔完井井型的采油方案優(yōu)化設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】防砂 預(yù)測模型 有桿泵 優(yōu)化設(shè)計 射孔完井

油井出砂，易形成油層砂埋或油管砂堵使油井停產(chǎn)；使地下及地面設(shè)備嚴重磨蝕、砂卡；出砂嚴重時還會引起井壁坍塌而損壞套管致使油井報廢。因此，防砂是一項十分重要的工作。一般對于疏松砂巖油藏，引起油井出砂的主要因素有兩個，即地質(zhì)條件和開采因素。 砂巖油層的地質(zhì)條件，主要包括油層的應(yīng)力狀態(tài)、巖石的膠結(jié)狀態(tài)以及滲透率等；而開采因素則是人為可控的因素，在油藏開發(fā)過程中，固井質(zhì)量差、射孔方案的制定或者油井工作制度選擇得不合理以及頻繁而又低質(zhì)量地修井作業(yè)都可能引起油氣井出砂。

以中國某油田為例，該油田油藏平均埋深深達5700m左右，油層溫度140℃，初期地層壓力62MPa。 油藏儲層為東河砂巖，為屬具層狀特征的塊狀底水油藏。開發(fā)初期，因?qū)ζ鋵訝钐卣髡J識不足，采用底部注水補充油藏能量但并未及時得到補充，致使自噴生產(chǎn)期未達到設(shè)計指標(biāo)，于是很快就轉(zhuǎn)入機采生產(chǎn)。 油田產(chǎn)量回升，但隨之含水上升速度加快，油層出砂加劇。 油田生產(chǎn)已到了難以維持的地步。 由此可見，合理的開采制度對于易出砂區(qū)塊的開發(fā)生產(chǎn)具有十分重要的意義。

在油井的生產(chǎn)過程中，流體滲流而產(chǎn)生的對油層巖石，特別是近井地帶巖石的沖刷拖曳是油層出砂的重要原因。 對于一口已完成固井射孔的井來說，生產(chǎn)壓差越大，流體滲流速度越高，井壁附近流體對巖石的沖刷力就越大，從而使油層出砂的可能性增加。因此，制定合理穩(wěn)定的排采制度能夠有效地預(yù)防減少出砂的風(fēng)險。

目前國內(nèi)的出砂預(yù)測技術(shù)發(fā)展很快，對射孔完井預(yù)測模型來說，在假設(shè)射孔沿最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力兩個方向的前提下，通過對射孔孔壁地應(yīng)力分布的研究，建立了油井出砂預(yù)測模型，以井眼圍巖應(yīng)力場對射孔孔道穩(wěn)定性的影響為基礎(chǔ)，考慮變溫應(yīng)力和流體對巖石拖曳力的影響，建立一種動態(tài)射孔完井出砂預(yù)測模型，并在文獻中論證了考慮井壁附近井液拖曳力對井壁穩(wěn)定性的影響的模型比常規(guī)模型更準(zhǔn)確。

2 基于防砂的采油方案優(yōu)化設(shè)計方法

當(dāng)已知油井有出砂的可能時，制定合理的采油設(shè)計方案主要從兩方面考慮。 首先，建立一套合理穩(wěn)定的排采制度可以減少因更換工作制度而對射孔段造成沖擊，因為開始生產(chǎn)以及停產(chǎn)時突然建立壓差將會對地層造成比正常生產(chǎn)嚴重得多的沖擊；其次，當(dāng)油井有出砂的可能時，應(yīng)該適量減小產(chǎn)量，而不能一味地追求高產(chǎn)而造成井下出砂。綜上所述，考慮預(yù)防出砂的有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計方法可按如下步驟進行：

（1）繪制IPR曲線1；

（2）根據(jù)出砂預(yù)測模型計算出砂指數(shù)-井底流壓關(guān)系曲線2；

（3）由1與2確定該井的臨界井底流壓P；

（4）以某一略小于P的井底流壓為起始點，查找曲線1上對應(yīng)的產(chǎn)量作為指定產(chǎn)量Q，應(yīng)用多相管流公式計算井筒中的壓力分布，直到壓力低于保證最低沉沒度的壓力為止；

（5）計算沿井筒流體的充滿系數(shù)分布，繪制曲線3；

（6）由3選定充滿系數(shù)及泵吸入口壓力，確定出下泵深度；

（7）初設(shè)抽油桿直井從井口回壓向下進行桿管環(huán)空多相流計算，確定桿柱載荷；

（8）給定泵徑和初定泵效，確定沖程和沖次：

（9）進行桿柱設(shè)計。圖1 考慮防砂的有桿泵采油方案設(shè)計過程示意圖

圖1中曲線1為IPR曲線，曲線2為出砂指數(shù)+井底流壓關(guān)系曲線，曲線3為井筒壓降分布曲線，曲線4為延井筒分布的曲線，圖中陰影部分為易出砂區(qū)，在設(shè)計時應(yīng)避免使用該區(qū)域的產(chǎn)量作為設(shè)計的目標(biāo)產(chǎn)量。

參考文獻

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