大港油田水平井篩管完井擋砂參數(shù)優(yōu)化研究

王曉彬，劉 民，董云龍，呂照鵬

（中國(guó)石油大港油田公司，天津大港300280）

大港油田出砂油藏水平井防砂完井經(jīng)過(guò)多年的研究，已經(jīng)形成了一套比較完整的防砂完井方式優(yōu)選模板，對(duì)分選、均勻性好，地層砂粒度中值較大的儲(chǔ)層，應(yīng)采取精密復(fù)合篩管完井，并經(jīng)研究證實(shí)篩管擋砂孔徑不能和地層砂粒度中值過(guò)于接近，不然容易導(dǎo)致篩管堵塞。

用ω表示擋砂孔徑，那么ω和地層砂粒度中值D50間可建立如下關(guān)系：ω＝nD50。據(jù)已有研究，n值不能等于1或與1過(guò)于接近，那么n值具體取多少能夠在滿(mǎn)足防擋砂有效的同時(shí)又能提高水平井生產(chǎn)效果呢？本文采用理論模型和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法確定n值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)擋砂孔徑的優(yōu)化。

1 理論模型的建立［1－5］

為研究方便，假設(shè)水平井筒中砂粒充滿(mǎn)裸眼井壁與篩管間的環(huán)空，此時(shí)油井產(chǎn)能最低，以此產(chǎn)能為基準(zhǔn)來(lái)研究環(huán)空砂層對(duì)產(chǎn)能的影響，進(jìn)而找出擋砂孔徑與產(chǎn)能的關(guān)系。

水平井產(chǎn)量模型公式為：

式中：q——油井產(chǎn)量，m3／d；re——油藏供油半徑，m；k——油層有效滲透率，μm2；h——油層厚度，m；△p——生 產(chǎn) 壓 差，Pa；L——水 平 段 長(zhǎng) 度，m；rw——水平井筒半徑，m；μ——原油粘度，Pa·s；B0——原油體積系數(shù)。

式中唯一未知參數(shù)為環(huán)空砂層表皮系數(shù)SG，可通過(guò)徑向流壓降公式推導(dǎo)得到：

式中：SG——環(huán)空砂層表皮系數(shù)；rm，rw——分別為篩管外半徑和井筒外半徑，m；h——水平段長(zhǎng)度，m；ρ——原油密度，m3／kg；k——油層滲透率，μm2；ks——砂層滲透率，μm2。

決定SG大小的環(huán)空砂層滲透率ks可通過(guò)Carman－Kozeny方程求取：

式中：ε——孔隙度，%；K——柯杰尼常數(shù)；Sv——比表面積，cm2／cm3。

決定ks的參數(shù)主要為環(huán)空砂層孔隙度ε，通過(guò)Suzuki不連續(xù)尺寸顆粒堆積公式求得：

式中：Svj——參照顆粒的體積分?jǐn)?shù)；εj——對(duì)參照顆粒j孔隙的體積分?jǐn)?shù)；Sak——球?qū)η騤部分面積數(shù)；βj——比例常數(shù)。

不同擋砂孔徑在篩管外會(huì)產(chǎn)生不同粒徑的砂粒堆積，從而導(dǎo)致不同的環(huán)空砂層孔隙度，依據(jù)以上公式反推可得到不同的水平井產(chǎn)量。依據(jù)這一理論開(kāi)展下面的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。

2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

2．1 實(shí)驗(yàn)原理與裝置

實(shí)驗(yàn)油經(jīng)高壓泵以設(shè)定的壓力從4個(gè)方向進(jìn)入高壓釜體，通過(guò)釜體內(nèi)壁分流網(wǎng)形成均勻徑向流動(dòng)經(jīng)過(guò)模擬地層砂，攜帶砂粒進(jìn)入模擬井眼環(huán)空中，一部分細(xì)顆粒砂通過(guò)防砂篩管被流體攜帶出來(lái)，大部分砂粒在防砂篩管外表面堆積而形成砂橋。實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

2．2 實(shí)驗(yàn)用材料

模擬地層砂采用工業(yè)石英砂配制，其粒徑特征數(shù)據(jù)值見(jiàn)表1，模擬流體采用不同粘度白油混配，實(shí)驗(yàn)用篩管擋砂孔徑分別為：50μm、100μm、150μm、230μm、300μm。

表1 實(shí)驗(yàn)用模擬地層砂粒徑特征數(shù)據(jù)值

2．3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到不同擋砂孔徑下流量和含砂量隨時(shí)間變化曲線(xiàn)，見(jiàn)圖2，圖3。

圖2 不同擋砂孔徑下流量隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

圖3 不同擋砂孔徑下含砂量隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

對(duì)實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定后的流量、壓降、油中含砂量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算比采油指數(shù)，與篩管擋砂孔徑的關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 篩管出砂模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了分析篩管擋砂孔徑對(duì)產(chǎn)能與油中含砂量的影響，以ω／D50為橫坐標(biāo)，以比采油指數(shù)和油中含砂量為縱坐標(biāo)，建立三者之間的關(guān)系，如圖4所示。

對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行回歸，可建立三者之間的回歸關(guān)系：

圖4 擋砂孔徑與比采油指數(shù)、油中含砂量關(guān)系

傳統(tǒng)防砂要求ASND‰ ≤0．3‰，代入公式（1）得：

適度防砂要求SAND‰ ≤0．5‰，代入公式（1）得：

3 實(shí)際生產(chǎn)情況

B60－43H、B60－33H、B64－33H井生產(chǎn)層位同為NgⅢ油組，地層砂粒度中值分別為132μm、180μm、185μm，均采用精密復(fù)合篩管完井，擋砂孔徑分別為1．14D50、0．83D50、0．81D50。在防擋砂有效的同時(shí)，B60－43H井產(chǎn)量是另外2口井的1．17倍和1．19倍（表3）。

另外，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析篩管擋砂孔徑比地層砂粒度中值大的水平井生產(chǎn)情況（表4），各井在防擋砂有效的同時(shí)，與相鄰常規(guī)井相比均有較好的生產(chǎn)效果，平均產(chǎn)量是常規(guī)井的2～3倍，但由于缺少可用來(lái)做對(duì)比的同區(qū)塊同層位水平井，因此與水平井的對(duì)比效果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

表3 水平井生產(chǎn)效果對(duì)比表

表4 擋砂孔徑大于地層砂粒度中值的水平井生產(chǎn)情況

3 結(jié)論與建議

（1）量化了擋砂孔徑和地層砂粒度中值之間的匹配關(guān)系，在滿(mǎn)足防擋砂有效的同時(shí)，擋砂孔徑取值范圍可放大為：1．1D50≤ω≤1．27D50。且通過(guò)增大擋砂孔徑，可一定程度上改善防砂篩管與地層環(huán)空間孔滲情況，提高水平井產(chǎn)量。

（2）在板橋、羊三木、孔店等地層砂粒度中值較大，分選均勻性好的儲(chǔ)層，設(shè)計(jì)擋砂孔徑時(shí)可選擇：1．18D50≤ω≤1．27D50，以進(jìn)一步掌握同區(qū)塊、同層位、相同儲(chǔ)層物性條件下，兩口水平井設(shè)計(jì)不同擋砂孔徑時(shí)產(chǎn)量的變化情況。

［1］鄒洪嵐，汪緒剛，鄧金根．大型疏松砂巖油藏出砂產(chǎn)能模擬試驗(yàn)及防砂方式優(yōu)選［J］．遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，8（3）：142－145．

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［5］韓俊偉，余杰．防砂篩管過(guò)濾精度對(duì)油井產(chǎn)能影響規(guī)律研究［J］．新疆石油天然氣，2009，5（1）：67－71．