出砂在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用與研究

孟 強(qiáng)，任大明，馮衛(wèi)華，萬(wàn)禧煌，楊 子

（1. 中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司，天津 300452；2. 中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459; 3. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

稠油開(kāi)采已成為中國(guó)石油行業(yè)的重要組成部分，如果將出砂冷采技術(shù)應(yīng)用到稠油開(kāi)采，特別是海上稠油油田，會(huì)大幅提高油井的產(chǎn)量，但卻面臨許多問(wèn)題[2]。由于油氣井出砂產(chǎn)生的嚴(yán)重的危害，為此油田每年都要花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力來(lái)進(jìn)行防砂和清砂工作[3]。例如中國(guó)海上油田已發(fā)現(xiàn)原油地質(zhì)儲(chǔ)量49×108m3，其中稠油儲(chǔ)量為34×108m3，占總地質(zhì)儲(chǔ)量的69%以上。渤海油藏地質(zhì)條件復(fù)雜是渤海海域含油氣構(gòu)造的一大特點(diǎn)，其中有一點(diǎn)表現(xiàn)極為重要：膠結(jié)疏松，油井出砂嚴(yán)重；油藏以細(xì)砂、粉細(xì)砂為主，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)疏松，生產(chǎn)過(guò)程中，尤其稠油油藏在開(kāi)采過(guò)程中，油井出砂嚴(yán)重。而出砂對(duì)油井產(chǎn)能有直接影響：一方面出砂后導(dǎo)致防砂管堵塞與環(huán)空砂的堆積，致使產(chǎn)能降低；另一方面出砂后儲(chǔ)層孔隙特性發(fā)生改變，特別是近井地帶的孔隙度、滲透率會(huì)有不同程度的增加，如果能夠形成蚯蚓洞，會(huì)大大地提高單井的產(chǎn)能[4]。所以，在正常的油田生產(chǎn)中對(duì)于出砂能有效的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。

1 油井出砂的危害

在不斷開(kāi)發(fā)油田的過(guò)程中，隨著地層的能量越來(lái)越低，就暴露出明顯的油井出砂的問(wèn)題，而油井的穩(wěn)產(chǎn)基礎(chǔ)又是十分薄弱的，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的出砂現(xiàn)象，而一旦砂進(jìn)入到了井筒之中，還會(huì)導(dǎo)致泵無(wú)法工作以及油井砂埋等問(wèn)題，并且當(dāng)出砂問(wèn)題較為嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)大大的提升后續(xù)油井開(kāi)發(fā)工作的難度，從而降低油田的最終采收率，油井出砂會(huì)對(duì)油田生產(chǎn)過(guò)程造成的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[5]：

1.1 出砂引起井下套管損壞

出砂會(huì)使地層形成洞穴，隨著出砂量的增加，套管外地層洞穴變大并使上部的巖石失去支撐，導(dǎo)致突發(fā)性地層垮塌，給套管很大的擠壓力，很容易使套管擠扁甚至擠斷、錯(cuò)位或使井報(bào)廢。

1.2 導(dǎo)致設(shè)備嚴(yán)重磨損

油井產(chǎn)出的地層砂中含有的主要成分是硬度很高的二氧化硅，會(huì)使井下的管柱和工具受到極大的磨損，尤其對(duì)井下的抽油泵的零部件有強(qiáng)烈的磨損，造成泵的閥座磨損而不密封、閥球磨燭、柱塞和拉傷，增大間隙，降低泵效，被迫提前檢修。同時(shí)，出砂也會(huì)對(duì)地面設(shè)備造成強(qiáng)烈的磨損，使地面閥門失靈、輸油葉輪嚴(yán)重磨燭等。

1.3 導(dǎo)致油井砂堵

油井出砂可造成油氣層砂埋，堵塞射孔孔道，堵塞井筒，嚴(yán)重時(shí)使油井停止出油，必須要進(jìn)行大修，此時(shí)會(huì)造成停產(chǎn)。

1.4 大量出砂增加地面處理難度

出砂使地面管匯和儲(chǔ)油罐積砂，因此不得不進(jìn)行沖洗清理等工作，使生產(chǎn)周期變短，油產(chǎn)量大減。有的油田不得不采取控制產(chǎn)量的辦法來(lái)抑制地層出砂，這勢(shì)必會(huì)減少油井產(chǎn)量。

1.5 出砂造成環(huán)境的污染

大量出砂會(huì)造成環(huán)境的污染，尤其是海洋油氣田，所以油氣井防砂不僅是油氣開(kāi)采本身的需要，也是環(huán)境保護(hù)的需要[3]。

2 出砂在線監(jiān)測(cè)裝置

2.1 結(jié)構(gòu)組成及功能

出砂在線監(jiān)測(cè)裝置主要結(jié)構(gòu)有高頻傳感器、前置處理、信號(hào)采集、信號(hào)提取及結(jié)構(gòu)分析單元，各個(gè)部分的功能如表1所示。

表1 出砂在線監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)組成及功能

2.2 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

A井完井方式為篩管水平井，投產(chǎn)后產(chǎn)液量為0.45 m3/d，由出砂在線監(jiān)測(cè)裝置對(duì)該井進(jìn)行了時(shí)長(zhǎng)為3 h 21 min監(jiān)測(cè)，井口壓力為1.28 MPa。

表2 A井出砂監(jiān)測(cè)含砂率統(tǒng)計(jì)

圖1 A井出砂率監(jiān)測(cè)曲線

最大出砂率75.30 g/h，最小出砂率0.79 g/h，平均出砂率4.55 g/h，方差16.47 g/h。根據(jù)A井的監(jiān)測(cè)：該井有明顯的出砂現(xiàn)象，但方差較小，為16.47 g/h，因此認(rèn)為該井的出砂情況為連續(xù)出砂，即屬于適度出砂范圍；該井的平均出砂率較小，僅為4.55 g/h，因此認(rèn)為總的出砂在合理范圍內(nèi)；由方差、最大出砂率、最小出砂率、平均出砂率等數(shù)據(jù)可以看出，該井無(wú)重大的突發(fā)性大量出砂；鑒于以上情況，認(rèn)為防砂管柱的完整性較好，儲(chǔ)層傷害不明顯。

B井注采方式為自噴，日產(chǎn)液量4.0 m3/d，由出砂在線監(jiān)測(cè)裝置對(duì)該井進(jìn)行了時(shí)長(zhǎng)為2 h 35 min監(jiān)測(cè)，井口壓力為0.32 MPa。

表3 B井出砂監(jiān)測(cè)含砂率統(tǒng)計(jì)

圖2 B井出砂率監(jiān)測(cè)曲線

最大出砂率19.41 g/h，最小出砂率10.08 g/h，平均出砂率13.55 g/h，方差3.55 g/h 。根據(jù)B井的監(jiān)測(cè)：由于該井的最大出砂率、最小出砂率、平均出砂率都比較接近，方差也很小，認(rèn)為該井的出砂情況非常平穩(wěn)，屬于正常出砂；監(jiān)測(cè)結(jié)果中未發(fā)現(xiàn)突發(fā)性的出砂信號(hào)，因此防砂管柱結(jié)構(gòu)完整；因?yàn)槌錾靶盘?hào)平穩(wěn)，因而可以推斷防砂管柱完整性好，這也說(shuō)明地層沒(méi)有受到嚴(yán)重?fù)p傷。

C井注采方式是機(jī)采，日產(chǎn)液量為1.5～2.1 m3/d，由出砂在線監(jiān)測(cè)裝置對(duì)該井進(jìn)行了時(shí)長(zhǎng)為2 h 10 min監(jiān)測(cè)，井口壓力為0.32 MPa。

表4 C井出砂監(jiān)測(cè)含砂率統(tǒng)計(jì)

圖3 C井出砂率監(jiān)測(cè)曲線

最大出砂率1.98 g/h，最小出砂率0.69 g/h，平均出砂率1.39 g/h，方差0.01 g/h 。根據(jù)C井的監(jiān)測(cè)：由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出, 最小出砂率接近于0，方差也很小，認(rèn)為該井基本不出砂，偶然的出砂可能是施工引起的人工砂；監(jiān)測(cè)結(jié)果中未發(fā)有現(xiàn)突發(fā)性的出砂信號(hào)，因此防砂管柱結(jié)構(gòu)完整；地層沒(méi)有受到損傷。與此同時(shí)，對(duì)其它井次也進(jìn)行相關(guān)出砂監(jiān)測(cè)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示。

3 主要問(wèn)題及改進(jìn)措施

（1）現(xiàn)有監(jiān)測(cè)模式與國(guó)外相同，即采用了筆記本電腦，這不適合現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間在線監(jiān)測(cè)，因此需要對(duì)其進(jìn)行采集、顯示、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理等方面的一體化設(shè)計(jì)，有利于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)油井出砂情況。

表5 其它井出砂監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)

（2）可以考慮加設(shè)無(wú)線傳輸系統(tǒng)，將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地發(fā)送到辦公室或監(jiān)測(cè)中心。

（3）有關(guān)出砂定量結(jié)果的準(zhǔn)確性在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過(guò)標(biāo)定，但針對(duì)低產(chǎn)井的準(zhǔn)確性還有待進(jìn)一步積累數(shù)據(jù)，以提高精度。

4 總結(jié)

（1）所采用的出砂監(jiān)測(cè)儀器工作正常。儀器曾與國(guó)外公司的出砂儀器在勝利油田的高產(chǎn)井中進(jìn)行了對(duì)比，得出了出砂率基本一致的結(jié)論，本次所測(cè)的多口井的情況也說(shuō)明儀器有較高的準(zhǔn)確性。

（2）儀器所采用理論模型和計(jì)算方法是正確的，出砂信號(hào)的提取及采用的濾波技術(shù)是有效的，能夠從惡劣的環(huán)境噪聲中提取出有用的出砂信號(hào)。

［1］劉剛，韓金良，陳超，等. 一種能有效監(jiān)測(cè)稠油出砂信號(hào)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2012, 30: 7868.

［2］耿瑞平, 李相方. 油氣井出砂信號(hào)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與處理[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2003, 11(9): 655-657.

［3］馮旭東. 稠油出砂監(jiān)測(cè)技術(shù)研究［D］. 西安石油大學(xué)，2012.

［4］鄧建明. 渤海油田防砂技術(shù)[M]. 石油工業(yè)出版社，2013.

［5］王培凇. 淺析油井出砂的危害及防砂技術(shù)[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（28）.