渤海灣中部地區(qū)生產(chǎn)井出砂分析及實(shí)驗(yàn)研究

文　敏　鄧福成　劉書杰　曹硯鋒　劉兆年（.中海油研究總院，北京　0008；.長江大學(xué)，湖北荊州　43403）

渤海灣中部地區(qū)生產(chǎn)井出砂分析及實(shí)驗(yàn)研究

文敏1鄧福成2劉書杰1曹硯鋒1劉兆年1
（1.中海油研究總院，北京100028；2.長江大學(xué)，湖北荊州434023）

通過對渤海灣中部地區(qū)海上平臺(tái)的現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)井出砂嚴(yán)重會(huì)造成分離器、電脫水器等設(shè)備的嚴(yán)重沉砂甚至砂堵，以及泵類設(shè)施的磨損破壞。為了檢驗(yàn)現(xiàn)場單井的出砂量，評(píng)價(jià)防砂措施的合理性，建立了加熱真空過濾實(shí)驗(yàn)裝置，以渤中A油田為研究對象進(jìn)行了室內(nèi)油砂分離測試及分析。結(jié)果表明：現(xiàn)有防砂方式中礫石充填的擋砂效果優(yōu)于獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管；部分生產(chǎn)井出砂量較大主要是由生產(chǎn)壓差大于儲(chǔ)層臨界生產(chǎn)壓差引起的。研究成果為海上油田生產(chǎn)制度的制定、工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供了良好依據(jù)，也為同類油田的開發(fā)生產(chǎn)提供了參考依據(jù)。

渤海灣；生產(chǎn)井；出砂量；防砂；實(shí)驗(yàn)

油氣井出砂是油氣開采中一直存在而無法避免的問題，特別是在海上油田，油井需要頻繁進(jìn)行撈砂、檢泵作業(yè)，不僅影響正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備砂堵、井壁坍塌等情況，造成生產(chǎn)井報(bào)廢。國內(nèi)外采用的防砂方式一般有礫石充填、獨(dú)立篩管、化學(xué)固結(jié)和地層預(yù)強(qiáng)化，但無論哪一種方法都有一定的局限性［1-3］。

新油田的開發(fā)需要考慮與周邊新、老油田綜合協(xié)調(diào)的問題，工程設(shè)計(jì)與鉆完井設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，需要嚴(yán)格控制每口生產(chǎn)井的出砂量，以減少出砂對篩管、油套管及海管管線的沖蝕損壞。海上油田傳統(tǒng)的防砂設(shè)計(jì)一般控制出砂量在0.3‰［4］。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)為了保證單井產(chǎn)量而在生產(chǎn)過程中不斷提高生產(chǎn)壓差，使生產(chǎn)過程中的出砂量不可控制；特別是獨(dú)立篩管防砂的油井，篩管大面積堵塞會(huì)導(dǎo)致局部沖蝕，造成油井出砂量增大，需要在海管設(shè)計(jì)校核時(shí)考慮并預(yù)留相應(yīng)的工程預(yù)算。因此，對海上油田不同防砂條件下的出砂井產(chǎn)出液進(jìn)行油砂分離，研究不同防砂方式下的出砂規(guī)律，為工程海管及地面設(shè)備的合理設(shè)計(jì)，乃至整個(gè)海上平臺(tái)的生產(chǎn)優(yōu)化管理提供依據(jù)。

1　出砂情況分析

由于生產(chǎn)井的出砂量較大，不可控的持續(xù)出砂造成了生產(chǎn)平臺(tái)的泵檢修頻率增加。渤中A油田的檢泵周期僅為設(shè)計(jì)值的一半，出砂嚴(yán)重導(dǎo)致了計(jì)量管匯球閥損壞甚至無法計(jì)量。原油處理系統(tǒng)的主要問題是沉砂嚴(yán)重，沉砂主要存在于分離器和電脫水器，當(dāng)生產(chǎn)井出砂嚴(yán)重時(shí)，一級(jí)分離器、二級(jí)分離器、電脫水器底部都會(huì)沉積泥砂，每天必須進(jìn)行沖排砂作業(yè)；特別是前兩級(jí)分離器的水室排砂口積砂尤其嚴(yán)重，如未有效排砂3 d以上，就會(huì)發(fā)生砂堵，必須使用高壓流體正擠排砂口解堵。在水處理系統(tǒng)中，同樣會(huì)發(fā)生沉砂嚴(yán)重的現(xiàn)象，降低了處理系統(tǒng)中容積的有效體積，減少了含油污水的有效處理時(shí)間，嚴(yán)重影響生產(chǎn)水處理設(shè)備的除油效果。此外，油井出砂嚴(yán)重還會(huì)致使喂給泵、污水泵、開排泵、氣浮循環(huán)泵、雙介質(zhì)濾器等設(shè)備發(fā)生不同程度的磨損損壞。

現(xiàn)有防砂設(shè)計(jì)主要是基于儲(chǔ)層物性的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，對于防砂設(shè)計(jì)的成功與否不僅體現(xiàn)于生產(chǎn)后期的日產(chǎn)液量，防砂后期的出砂量也是一個(gè)重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。但是從現(xiàn)場數(shù)據(jù)來看，出砂量很難完整的收集及記錄。以渤中A油田為研究對象進(jìn)行現(xiàn)場出砂量測試分析，基于現(xiàn)場原油的油砂分離實(shí)驗(yàn)，對平臺(tái)井口的產(chǎn)出液進(jìn)行測試評(píng)估，確定生產(chǎn)平臺(tái)單井在生產(chǎn)過程中的出砂量，進(jìn)而評(píng)價(jià)生產(chǎn)過程中篩管性能及防砂效果。

2　油砂分離實(shí)驗(yàn)

油砂分離處理技術(shù)主要有3種: 熱水洗分離法、溶劑萃取法、熱解干餾法［5］。常規(guī)方法的目的在于提取混合液體中的原油［6-7］，而本實(shí)驗(yàn)是在熱水洗分離裝置的基礎(chǔ)上建立了加熱真空原油過濾裝置（如圖1所示），目的在于提取混合液體中的砂量。實(shí)驗(yàn)儀器包括：恒溫水域系統(tǒng)、真空抽濾機(jī)、抽濾瓶、量杯。實(shí)驗(yàn)過程中有時(shí)需要添加煤油、甲苯等液體用來稀釋原油，降低原油黏度，便于油砂分離。

圖1　原油過濾裝置

實(shí)驗(yàn)步驟：用電子秤和量杯分別測量所取油樣的質(zhì)量和體積；調(diào)節(jié)恒溫水域系統(tǒng)，控制水溫在80 ℃左右，將測量后的原油置入水域杯中，等待油溫升至80 ℃；在漏斗中放入500目的篩網(wǎng)，把加熱后的原油放在漏斗中，使用離心機(jī)抽濾，依次重復(fù)過濾所有的油樣；原油過濾后，原油中的砂粒和微顆粒會(huì)留在篩網(wǎng)上，取出篩網(wǎng)用煤油清洗，標(biāo)上標(biāo)簽利用干燥機(jī)干燥；稱量干燥后的篩網(wǎng)，照相記錄；取出過濾后的砂樣進(jìn)行清洗稱量，并利用激光粒度測試儀測試粒徑，記錄數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)分析。

3　油砂分離測試及分析

對渤中A油田部分油樣分離后的殘留物進(jìn)行了對比分析。試驗(yàn)中，部分油樣在過濾過程中以及過濾后都會(huì)在篩網(wǎng)上留下大量的乳白色蠟狀物質(zhì)，例如過濾后A6H油樣的濾網(wǎng)如圖2（a）所示；經(jīng)過烘烤以后，篩網(wǎng)上只剩下清晰的砂粒，且在篩網(wǎng)下面的濾紙上留下大量的油污，經(jīng)過化驗(yàn)分析這些乳白色的物質(zhì)為原油中的蠟質(zhì)，烘干后的砂樣如圖2（b）所示，可以看出濾紙上存在明顯砂粒。

圖2　A6H油樣烘干前后對比

對于渤中A油田部分生產(chǎn)井先后進(jìn)行了兩次油砂分離試驗(yàn)，對分離后的砂樣進(jìn)行了稱重統(tǒng)計(jì)及數(shù)據(jù)分析，如圖3所示。結(jié)果表明，所取的油樣中或多或少都含有一定量的砂，證明目前該油田生產(chǎn)井全部采用的機(jī)械防砂方式十分必要。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中大部分生產(chǎn)井的出砂量介于0.3‰和0.5‰之間；僅A3H井、A5H井和A6H井的含砂量較高，A3H井和A5H井均高于海上適度出砂的基本要求0.5‰；其中A5H井在此次采樣的過程中含砂量最高，為0.8‰左右，與現(xiàn)場旋流分離器分離的出砂數(shù)據(jù)相近。

通過對渤中A油田生產(chǎn)井的防砂方式統(tǒng)計(jì)［8］，A5H井和A6H井均采用20/40目優(yōu)質(zhì)防砂篩管，其余井采用礫石充填防砂方式。結(jié)合防砂方式分析，相同擋砂精度下礫石充填防砂的生產(chǎn)井含砂量相對較小，而采用優(yōu)質(zhì)篩管防砂的井出砂量較大，說明生產(chǎn)井出砂量與防砂結(jié)構(gòu)相關(guān)。A3H井由于直接打開閥門進(jìn)行采液，未處理前置液，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果中含砂量較高。渤中A平臺(tái)上部分單井的出砂量較大，經(jīng)過一級(jí)分離器處理后，其含砂量下降至0.31‰。

圖3　渤中A油田油樣含砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)

在對渤中A平臺(tái)油樣進(jìn)行油砂分離過程中，對所取油樣中含砂量超過3g的井進(jìn)行了粒度測試。從測試結(jié)果來看，海管入口的含砂粒徑大于海管出口的含砂粒徑，說明在輸運(yùn)過程中，大顆粒的砂更容易在輸運(yùn)管道中發(fā)生沉降。對于出砂量較大的A6H井來說，篩管并未發(fā)生破壞，但是其生產(chǎn)壓差較大，超過臨界出砂壓差。通過統(tǒng)計(jì)分析類似的數(shù)口井發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)壓差較大是導(dǎo)致產(chǎn)出液出砂嚴(yán)重的又一重要原因。所以，在生產(chǎn)過程中需要對生產(chǎn)制度進(jìn)行調(diào)整，以此來控制生產(chǎn)井的出砂量，在產(chǎn)量與出砂量之間尋求一個(gè)最優(yōu)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)長期高效生產(chǎn)。

4　結(jié)論

（1）建立了加熱真空原油過濾裝置，通過對生產(chǎn)井現(xiàn)場油樣的油砂分離實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)井在采用機(jī)械防砂方式后產(chǎn)出液中都含有一定量的砂，表明目前該油田生產(chǎn)井采用的機(jī)械防砂方式十分必要。

（2）對比現(xiàn)場生產(chǎn)井的防砂效果，說明礫石充填防砂效果優(yōu)于獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管，部分出砂量較大的生產(chǎn)井主要原因在于生產(chǎn)壓差大于儲(chǔ)層臨界壓差。

（3）通過分析已開發(fā)生產(chǎn)井油砂分離實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果，可以判斷其生產(chǎn)制度的合理性、防砂方式的適應(yīng)性和有效性，為海上油田生產(chǎn)制度的制定、工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供了良好依據(jù)，也為同類油田的開發(fā)生產(chǎn)提供了參考依據(jù)。

［1］TALAGHAT M R, ESMAEILZADEH F, MOWLA D. Sand production control by chemical consolidation［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2009, 67（1-2）: 34-40.

［2］BOURGEOIS A, PUYO P, BOURGOIN S. Big bore completion and sand control for high rate gas wells［R］. SPE 102550, 2006.

［3］CHITALE A A, STEIN M H, ARIAS B J, et al. A new methodology to safely produce sand controlled wells with increasing skin［R］. SPE 124051, 2009.

［4］ 王利華，鄧金根，周建良，等. 適度出砂開采標(biāo)準(zhǔn)金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管防砂參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究［J］ .中國海上油氣，2011， 23（2）： 107-110.

［5］ 許修強(qiáng)，鄭德溫，徐金明，等.我國油砂分離技術(shù)研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代化工， 2010， 30（8）： 12-15.

［6］許修強(qiáng)，王紅巖，鄭德溫，等.溶劑抽提法處理油砂的研究［J］.石油煉制與化工， 2009， 40（4）： 57-60.

［7］許修強(qiáng)，鄭德溫，曹祖賓，等.新疆油砂水洗分離技術(shù)研究［J］.鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版， 2008， 29（1）： 24-27.

［8］李斌，黃煥閣，鄧建明，等，簡易防砂完井技術(shù)在渤海稠油油田的應(yīng)用［J］ .石油鉆采工藝， 2007， 29（3）： 38-41.

（修改稿收到日期2015-06-02）

〔編輯 李春燕〕

The sand production analysis and experimental of the Production Well in the Bohai Bay middle oilfield

WEN Min1, DENG Fucheng2, LIU Shujie1, CAO Yanfeng1, LIU Zhaonian1
（1. Research Institute of CNOOC, Beijing 100028, China; 2. Yangtze University, Jingzhou 434023, China）

Abstracts: Field investigation on offshore platform in the middle part of Bohai Bay indicates that severe sand production from production well may lead to severe sand fill, even sand plug, in separators or electric dehydrators, and damage to facilities like pumps. In order to test the sand production of single well and assess the properness of sand control measures, a heated vacuum filtering experimental apparatus was built and indoor oil/sand separation test and analysis was conducted taking Oilfield A in mid-Bohai Bay as the research object. The result shows that, among the present sand control manners, the gravel packing mode works more effectively than independent premium screen pipe, and that large sand production in some production wells is mainly due to the fact that the production pressure differential is greater than the critical production pressure differential of the reservoir. The research findings provide a favorable basis for preparation of offshore oilfield production system or optimization of engineering designs, and also provide reference basis for the development and production of similar oilfields.

Bohai Bay; production well; sand production rate; sand control; experiment

TE53

A

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0080 – 03

10.13639/j.odpt.2015.04.021

“十二五”國家科技重大專項(xiàng)“多枝導(dǎo)流適度出砂技術(shù)”（編號(hào)：2011ZX05024-003）。

文敏，1982年生。2008年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事鉆完井方面的研究與設(shè)計(jì)工作。電話：010-84526242。E-mail: wenmin@cnooc.com.cn。

引用格式：文敏，鄧福成，劉書杰，等.渤海灣中部地區(qū)生產(chǎn)井出砂分析及實(shí)驗(yàn)研究［J］.石油鉆采工藝，2015，37（4）：80-82.