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    預(yù)充填防砂篩管在海上砂巖油藏適應(yīng)性評(píng)價(jià)

    2015-07-22 12:20:29鄧福成劉書杰曹硯峰中海油研究總院北京0008長(zhǎng)江大學(xué)湖北荊州43403
    石油礦場(chǎng)機(jī)械 2015年5期
    關(guān)鍵詞:砂量篩管防砂

    文 敏,鄧福成,劉書杰,曹硯峰(.中海油研究總院,北京0008;.長(zhǎng)江大學(xué),湖北 荊州43403)

    預(yù)充填防砂篩管在海上砂巖油藏適應(yīng)性評(píng)價(jià)

    文 敏1,鄧福成2,劉書杰1,曹硯峰1
    (1.中海油研究總院,北京100028;2.長(zhǎng)江大學(xué),湖北荊州434023)

    我國(guó)海上油田使用獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管或者放大篩管擋砂粒徑來提高產(chǎn)量,該措施有時(shí)會(huì)引起油井出砂不可控。設(shè)計(jì)了以礫石層為主要防砂介質(zhì)的預(yù)充填防砂篩管,基于海上某油田地層特性的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了防砂試驗(yàn),結(jié)果表明:米采指數(shù)與泥質(zhì)含量及含砂量成反比關(guān)系,泥質(zhì)含量在5%~10%時(shí)對(duì)篩管的堵塞影響較大,且米采指數(shù)前者是后者的2.5倍;調(diào)節(jié)生產(chǎn)壓差僅在短時(shí)間內(nèi)有助于提高產(chǎn)量,對(duì)長(zhǎng)效增產(chǎn)意義不大。對(duì)比預(yù)充填篩管與現(xiàn)場(chǎng)常用獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管的防砂效果,發(fā)現(xiàn)前者對(duì)海上地層適應(yīng)性范圍更廣,更能滿足油井防砂要求。

    預(yù)充填篩管;海上油田;地層適應(yīng)性;防砂

    據(jù)統(tǒng)計(jì),大多數(shù)防砂井采用的是機(jī)械防砂。目前最常見的機(jī)械防砂方式有:割縫篩管、繞絲篩管、礫石充填、優(yōu)質(zhì)篩管等[1-2]。預(yù)充填防砂篩管在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的較少[3-4]。對(duì)于我國(guó)海上砂巖油藏,在開采初期對(duì)不同巖石特性和儲(chǔ)層特性的研究不夠,為了配合適度出砂技術(shù)使產(chǎn)量最大化,而盲目的使用獨(dú)立篩管或者是放大篩管擋砂精度,這樣使得很多油氣井出砂嚴(yán)重,引起大面積井下設(shè)備磨蝕、套管損壞、減產(chǎn)或者停產(chǎn),甚至油井報(bào)廢等事故的發(fā)生。本文基于現(xiàn)有常用防砂篩管,主要結(jié)合繞絲篩管和網(wǎng)布篩管的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了礫石預(yù)充填防砂篩管,并利用防砂管效果評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法進(jìn)行了預(yù)充填防砂篩管對(duì)南海西部地層的適應(yīng)性研究,主要從泥質(zhì)含量、地層的油砂比及配產(chǎn)的生產(chǎn)壓差這3項(xiàng)主要影響因素進(jìn)行了分析。

    1 預(yù)充填防砂管特征描述及評(píng)價(jià)原則

    預(yù)充填篩管分為外保護(hù)層、充填過濾層和基管3個(gè)部分。由于繞絲管、金屬網(wǎng)布和割縫管對(duì)泥質(zhì)敏感性較弱,適合與預(yù)充填的礫石配合使用,特別是繞絲管和割縫管對(duì)泥質(zhì)敏感性最弱,同時(shí)從成本上考慮,割縫管和繞絲管成本較低。所以,本文在設(shè)計(jì)外保護(hù)層時(shí)選用梯形口繞絲模型,縫寬為a=0.3mm,每根繞絲利用金屬連接條形焊接成一個(gè)繞絲整體。在篩管基管選擇上采用網(wǎng)布形式,基管上布滿過流孔,基管外側(cè)選用縫寬0.3mm的單層金屬網(wǎng)布層,防止充填的礫石顆粒在一定壓力下從篩管中脫落出來??紤]防砂管重力對(duì)作業(yè)施工的影響,選用材質(zhì)更好、更具彈性且質(zhì)量較輕的不銹鋼板作為防砂管最外層的繞絲保護(hù)層和內(nèi)層基管,其上設(shè)有方便地層流體流動(dòng)的導(dǎo)流孔。本文中設(shè)計(jì)的預(yù)充填防砂篩管其基管直徑為127mm(5英寸),充填厚度為20mm,填充礫石的尺寸為20~40目,篩管長(zhǎng)度35 cm,其原理圖及實(shí)物圖如圖1所示。該預(yù)充填防砂管防砂利用緊壓礫石層進(jìn)行防砂,借鑒于礫石充填的擋砂效果明顯優(yōu)于其他類型的機(jī)械防砂管,且具有很強(qiáng)的地層適應(yīng)性,耐高溫,耐酸堿。本文利用室內(nèi)試驗(yàn)研究了預(yù)充填防砂篩管對(duì)地層的適應(yīng)性。

    圖1 預(yù)充填防砂管示意

    筆者利用中國(guó)石油大學(xué)(北京)的油井防砂模擬試驗(yàn)裝置[5,6]完成了一系列預(yù)充填防砂篩管比較評(píng)價(jià)試驗(yàn)。在此所用到的出砂量是每次試驗(yàn)收集到的產(chǎn)出砂結(jié)合產(chǎn)液量計(jì)算而得,產(chǎn)量可用米采液指數(shù)來衡量[7],如式(1)。式中:J為米采液指數(shù),m3/(m·d·m Pa);Q為流量,m3/d;h為防砂管有效過流長(zhǎng)度,m;pe為儲(chǔ)層壓力,m Pa;pwf為井底壓力,m Pa。

    2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

    弱固結(jié)砂巖在中國(guó)的淺海海域有著廣泛的分布,對(duì)于弱固結(jié)砂巖儲(chǔ)層的防砂方式的選擇涉及到眾多因素,受到粒度中值、均質(zhì)系數(shù)、泥質(zhì)含量等多種因素影響,對(duì)地層特性也同樣涉及到泥質(zhì)含量、產(chǎn)液量中的油砂比等。本文在對(duì)海上某油田地層特性統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上,對(duì)預(yù)充填篩管的適應(yīng)性進(jìn)行了比較研究,其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如1所示。

    表1 海上油田儲(chǔ)層特性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

    從表1可以看出,海上油田的儲(chǔ)層特性為:粒度中值90%集中在100~250μm;均質(zhì)系數(shù)80%集中在3~10,均質(zhì)性較好;泥質(zhì)含量90%集中在1%~20%,基本上以蒙脫石和伊利石為主。在試驗(yàn)配砂時(shí),首先用激光粒度分析儀測(cè)定中砂(80~120目)和細(xì)砂(160~200目)的粒徑,并按照試驗(yàn)要求進(jìn)行配砂,相對(duì)于粒度中值為150μm,選取的配砂比為中砂與細(xì)砂比為3∶4,并根據(jù)質(zhì)量比來建立泥質(zhì)含量以及油砂比的質(zhì)量分?jǐn)?shù),試驗(yàn)中所用油品黏度為50mPa·s,密度為0.9 g/cm3。

    3 不同泥質(zhì)含量對(duì)比研究

    由于泥質(zhì)含量容易堵塞篩管的孔喉直徑,降低生產(chǎn)后期油井產(chǎn)量,所以在防砂設(shè)計(jì)中,泥質(zhì)含量對(duì)防砂方式的選取具有重要意義。參考表1數(shù)據(jù),在試驗(yàn)中把泥質(zhì)含量分為5%、10%及20%3種不同的條件進(jìn)行分析,同時(shí)考慮到地層的泥質(zhì)極限。當(dāng)儲(chǔ)層泥質(zhì)含量很高時(shí),在生產(chǎn)的過程中假設(shè)出砂全為泥質(zhì),為此在試驗(yàn)過程中,考慮泥質(zhì)極限情況,即相對(duì)應(yīng)試驗(yàn)配砂全為泥質(zhì)。在試驗(yàn)中考慮了泥質(zhì)與產(chǎn)液量的相對(duì)含量為2%情況下的預(yù)充填防砂篩管的堵塞性能。為此,分別針對(duì)5種不同泥質(zhì)含量分別進(jìn)行預(yù)充填型篩管防砂性能的影響評(píng)價(jià)對(duì)比試驗(yàn),其相應(yīng)的試驗(yàn)條件如表2所示。

    表2 不同泥質(zhì)含量對(duì)比試驗(yàn)的試驗(yàn)條件 %

    通過建立不同泥質(zhì)含量下的防砂試驗(yàn)?zāi)M條件,對(duì)每組試驗(yàn)測(cè)試防砂管的流量、出砂量等隨時(shí)間的變化規(guī)律,并對(duì)產(chǎn)出砂進(jìn)行粒度測(cè)試,其試驗(yàn)結(jié)果如圖2~3及表3所示。

    表3 不同泥質(zhì)含量下防砂管模擬試驗(yàn)結(jié)果

    圖2 不同泥質(zhì)含量下流量對(duì)比

    圖3 不同泥質(zhì)含量下出砂量對(duì)比

    由圖2可以看出,在生產(chǎn)初期,篩管流量都很高,隨著生產(chǎn)的進(jìn)一步進(jìn)行,同時(shí)防砂管堵塞,流量下降的很快,最后生產(chǎn)的產(chǎn)液量達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。5種泥質(zhì)含量下預(yù)充填篩管模擬試驗(yàn)米采指數(shù)隨生產(chǎn)液中的泥質(zhì)含量的升高而降低。從圖示2還可以看出,在篩管模擬初期,4者的初始米采基本相同,隨著模擬試驗(yàn)的進(jìn)行,泥質(zhì)含量越高篩管堵塞的越快,且穩(wěn)定的越快,當(dāng)泥質(zhì)含量小于5%時(shí),生產(chǎn)穩(wěn)定后篩管的米采指數(shù)相近。同時(shí),泥質(zhì)含量大于10%時(shí),穩(wěn)定后的米采指數(shù)相近,說明泥質(zhì)含量在5%~10%對(duì)篩管的堵塞影響較大,同時(shí)也可以明顯看出兩者之間前者的米采指數(shù)是后者的2.5倍。對(duì)于泥質(zhì)含量總量為4%,主要是在泥質(zhì)含量2%試驗(yàn)穩(wěn)定后,加倍添加粘土來增加泥質(zhì)含量。從試驗(yàn)結(jié)果看出,試驗(yàn)流量隨著粘土的加入逐漸降低,但下降梯度不大,隨著試驗(yàn)的進(jìn)行,其流量趨于穩(wěn)定。從產(chǎn)出粒徑分析,在沒有泥質(zhì)含量的情況下,試驗(yàn)的出砂粒徑大,說明地層砂在泥質(zhì)的影響情況下,無論多少都會(huì)在篩管外壁形成泥餅,從而建立起防砂管外的新的擋砂屏障。由圖3可以看出,4者穩(wěn)定后,油中的含砂量隨著泥質(zhì)含量的增加而降低,采出液的含砂量都不高,遠(yuǎn)低于海上油田防砂標(biāo)準(zhǔn)的門限值。

    考慮到20~40目礫石的孔喉直徑為139.6mm,在相同的試驗(yàn)條件下,同時(shí)利用經(jīng)驗(yàn)法(0.8~1.0d50)[8-11]確定海上油氣田常用的相同防砂精度(150μm)下的獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管進(jìn)行試驗(yàn),表4為不同泥質(zhì)含量下獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)。

    表4 不同泥質(zhì)含量下獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)

    圖4是優(yōu)質(zhì)篩管與預(yù)充填篩管穩(wěn)定后米采指數(shù)比較圖,可知在相同的地層條件下,預(yù)充填篩管穩(wěn)定后的米采指數(shù)較獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管有很大的提高,其升高幅值在34%以上,同時(shí)預(yù)充填篩管的油中含砂量在0.01‰以下,基本上是獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管防砂油中含砂量的20%以下,特別是當(dāng)產(chǎn)出液中的泥質(zhì)含量增高的情況下,產(chǎn)液強(qiáng)度提升效果更明顯,在泥質(zhì)含量20%時(shí),其產(chǎn)液量提升了將近64.2%,這說明預(yù)充填防砂篩管不同泥質(zhì)含量條件下具有更好的地層適應(yīng)性,其兼容了礫石充填防砂對(duì)泥質(zhì)敏感弱的優(yōu)點(diǎn)。

    圖4 不同泥質(zhì)含量下優(yōu)質(zhì)篩管與預(yù)充填篩管穩(wěn)定后米采指數(shù)比較

    4 不同含砂量對(duì)比研究

    考慮到南海西部油田不同的地層條件,其巖石的孔隙度及滲透率不一樣,則在生產(chǎn)過程中,各油井的產(chǎn)量不盡相同,生產(chǎn)設(shè)計(jì)針對(duì)地層的相對(duì)物性建立對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)制度,這樣會(huì)引起生產(chǎn)過程中油層生產(chǎn)液中的含砂量不一樣,現(xiàn)根據(jù)南海西部地層出砂特性,建立了3種油砂比,分別進(jìn)行3組不同油砂比(3%、6%、9%)下礫石預(yù)充填型篩管防砂性能的影響評(píng)價(jià)試驗(yàn),如圖5所示,試驗(yàn)中泥質(zhì)含量為10%。

    圖5 不同油砂比下流量對(duì)比

    從圖5可以看出,在相同的生產(chǎn)壓力初期,防砂管的過流流量都很高,隨著生產(chǎn)的進(jìn)一步進(jìn)行,流量逐漸降低并穩(wěn)定。隨著地層產(chǎn)出液中含砂量的增加,預(yù)充填防砂篩管的米采指數(shù)下降,當(dāng)?shù)貙訌?qiáng)度越低,則在生產(chǎn)過程中,出砂可能性越大,同時(shí)出砂量越大,這樣對(duì)篩管的堵塞越嚴(yán)重。儲(chǔ)層在生產(chǎn)過程中,地層的出砂量對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)量影響很大,當(dāng)防砂管外環(huán)空流體的含砂量小于3%時(shí),其對(duì)篩管的堵塞作用相對(duì)較小,含砂量增加對(duì)米采指數(shù)的影響很大,但在含砂量達(dá)到6%以后,其增加的幅度明顯減小,如圖6。

    圖6 不同油砂比下出砂量對(duì)比

    在相同的試驗(yàn)條件下,選用海上油田最常用的150μm獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管進(jìn)行試驗(yàn),表5為不同油砂比下獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)。

    表5 不同油砂比下獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)

    圖7是優(yōu)質(zhì)篩管與預(yù)充填篩管穩(wěn)定后米采指數(shù)比較圖,由圖示可知,在相同的地層條件下,預(yù)充填篩管穩(wěn)定后的油中含砂量在0.03‰以下,基本上是獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管防砂油中含砂量的10%以下,同時(shí)米采指數(shù)提高了19.6%~54.6%,這說明預(yù)充填防砂篩管在不同地層產(chǎn)出砂量的條件下具有更好的地層適應(yīng)性。

    圖7 不同油砂比下優(yōu)質(zhì)篩管與預(yù)充填篩管穩(wěn)定后米采指數(shù)比較

    5 不同生產(chǎn)壓差對(duì)比研究

    對(duì)于不同的油井,生產(chǎn)壓差是配產(chǎn)中的重要參數(shù),生產(chǎn)壓差的確定,即在一定程度上確定了油井的生產(chǎn)產(chǎn)量及油井生產(chǎn)過程中的出砂情況。在疏松砂巖或者弱膠結(jié)砂巖油藏中,生產(chǎn)井采用了不同的機(jī)械完井篩管,其同樣對(duì)產(chǎn)量有很大的影響。在試驗(yàn)過程中,當(dāng)試驗(yàn)流量穩(wěn)定0.5 h后,提高驅(qū)動(dòng)壓差,進(jìn)行下一個(gè)壓力的試驗(yàn),圖8~9是預(yù)充填防砂篩管在不同驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)壓差下的試驗(yàn)結(jié)果。

    圖8 預(yù)充填防砂篩管不同試驗(yàn)壓力與流量原始數(shù)據(jù)

    圖9 預(yù)充填防砂篩管不同試驗(yàn)壓力的米采指數(shù)與出砂量曲線

    由圖8~9可知,在試驗(yàn)過程中,隨著生產(chǎn)壓差的增加,防砂后的產(chǎn)液流量會(huì)隨著壓力有個(gè)階梯性增大,并隨著試驗(yàn)的進(jìn)行逐漸穩(wěn)定,但是相對(duì)應(yīng)的米采指數(shù)隨著提升壓力的瞬間有個(gè)很大的波動(dòng),而后繼續(xù)趨于穩(wěn)定,同時(shí)在壓力增大的瞬間,出砂量增大,說明提升壓力的同時(shí)打破了原有防砂管外砂橋的平衡,有部分砂粒通過防砂管隨白油產(chǎn)出,隨著壓力的穩(wěn)定,在防砂管外重新建立新的砂橋,平衡砂粒分布。防砂管外的重新架橋說明試驗(yàn)過程中出現(xiàn)了防砂解堵現(xiàn)象,更加印證了預(yù)充填型篩管在使用過程中不容易堵塞。表6為不同生產(chǎn)壓差下的獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管防砂試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù),分別測(cè)試了生產(chǎn)壓差在1、2、3mPa時(shí)防砂管的性能。通過對(duì)預(yù)充填篩管和獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管的比較,發(fā)現(xiàn)相同的生產(chǎn)壓力條件下,試驗(yàn)穩(wěn)定后預(yù)充填防砂篩管的米采油指數(shù)比獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管的高50%,這說明預(yù)充填篩管在相同的地層條件下比獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管的適應(yīng)性更好。通過不同生產(chǎn)壓差條件下的試驗(yàn)可以看出,在生產(chǎn)過程中,調(diào)節(jié)油田的生產(chǎn)制度對(duì)長(zhǎng)遠(yuǎn)提高油田產(chǎn)量的意義不大,只能增加短時(shí)間內(nèi)單井的產(chǎn)量。

    表6 不同油砂比下獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)

    6 結(jié)論

    1) 提高生產(chǎn)壓差時(shí),預(yù)充填篩管有解堵現(xiàn)象發(fā)生,說明預(yù)充填篩管不易堵塞。但是,調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程中的油井生產(chǎn)壓差,僅在短時(shí)間內(nèi)有助于提高產(chǎn)量,并不能長(zhǎng)效提高產(chǎn)量。

    2) 通過防砂模擬試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)米采指數(shù)與泥質(zhì)含量及含砂量成反比關(guān)系,泥質(zhì)含量在5%~10%對(duì)預(yù)充填防砂篩管的堵塞影響較大,前者的米采指數(shù)是后者的2.5倍。對(duì)于儲(chǔ)層泥質(zhì)含量在5%~10%的地層可以通過室內(nèi)防砂試驗(yàn)比較的方法來進(jìn)行防砂方式的選取,降低了海上油田的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)費(fèi)用。

    3) 針對(duì)海上油田的儲(chǔ)層物性特點(diǎn)對(duì)預(yù)充填防砂篩管進(jìn)行防砂試驗(yàn),分析了不同儲(chǔ)層物性(泥質(zhì)含量和油砂比)下預(yù)充填篩管和常用獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管的性能,預(yù)充填篩管的性能遠(yuǎn)優(yōu)于常用的優(yōu)質(zhì)篩管,如果能在海上油田完井防砂中廣泛使用,會(huì)大力提高海上油田的鉆完井效率及生產(chǎn)效率,使得海上油田的經(jīng)濟(jì)收益最大化。

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    Adaptability to the Formation Appraisal Analysis of Pre-Packed Screen in Offshore Oil Field

    WENmin1,DENG Fucheng2,LIU Shujie1,CAO
    Yanfeng1
    (1.CNOOC Research Institute,Beijing100028,China;2.Yangtze University,Jingzhou434023,China)

    Using screen independently or enlarge screen size to im prove production in China′s off- shore oilfield so metimes causes well sanding to be uncontrollable.In this paper,pre-packed screen is introduces,w hich design in sand controlis gravellay er.Based on the offshore oilfield formationcharacteristics,the pre-packed screen is used to research on the screen effect in sand control experiment.It is found that(1)the fluid productivity index permeter(FPIPm)is inversely proportional relationship with clay content and sand content.W hen the clay content is between 5%and 10%,the influence of the screen clogged is bigger.T he former FPIPmis 2.5 times of the latter.(2)Itis only for a short time to im prove the production with adjusting the draw dow n pressure.So this is not a good idea to increase production for a long time.A nd these results are analyzed comparatively with high quality sieve screen independent.Itis found that the formation adaptability of the pre-packed screen is wider than high quality sieve screen under the offshore oilfield formation.So the pre-packed screen ismore satisfy the sand control requirements.

    pre-packed screen;offshore oilfield;formation adaptability;sand control

    T E925.307

    B

    10.3969/j.issn.1001-3842.2015.05.008

    2014-11-23

    國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011Z X05024-003-02)

    文 敏(1982-),女,湖北荊門人,工程師,碩士,2008年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京),現(xiàn)主要從事鉆完井工藝及技術(shù)研究。

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