稠油熱采井防砂篩管沖蝕損壞影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析

■質(zhì)量安全論壇

稠油熱采井防砂篩管沖蝕損壞影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析

徐路

中國石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院（遼寧盤錦124010）

對遼河油田某區(qū)塊地質(zhì)及生產(chǎn)資料進行分析，歸納出稠油熱采出砂井篩管沖蝕損壞的主要方式，并對其影響參數(shù)進行篩選。運用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，以累計出砂量作為參考數(shù)列，分別計算它們與篩管沖蝕損壞各影響參數(shù)之間的灰色關(guān)聯(lián)度，從而確定影響稠油熱采井篩管沖蝕損壞的主要影響因素。該方法簡單、受主觀因素干擾較少、精確度較高，是一種較為科學(xué)的定量評價方法，其計算結(jié)果可作為不同類型井防砂方式選擇及防砂參數(shù)優(yōu)化的參考。

稠油熱采井；篩管沖蝕；影響因素；灰色關(guān)聯(lián)法;灰色關(guān)聯(lián)度

遼河油田儲層主要為疏松砂巖，稠油占很大比重，出砂問題嚴重，防砂方式多為篩管防砂，生產(chǎn)方式以蒸汽吞吐熱采為主。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)多輪次蒸汽吞吐熱采后，防砂篩管沖蝕失效井日益增多，篩管擋砂精度變差，油井出砂加劇。目前對篩管沖蝕問題的研究主要集中在篩管沖蝕性能的室內(nèi)試驗和新型耐沖蝕篩管的研制方面[1-2]，對油井生產(chǎn)過程中導(dǎo)致篩管沖蝕損壞的影響因素研究較少。

生產(chǎn)過程中，稠油熱采井篩管沖蝕損壞的影響因素具有多樣性，量綱不一，其中有些參數(shù)只是定性描述而不能量化，采用灰色系統(tǒng)理論方法可以定量地分析生產(chǎn)過程中各因素對篩管沖蝕損壞的影響程度，從而可以根據(jù)不同井的地層參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)姆郎胺绞交驅(qū)Ψ郎皡?shù)進行優(yōu)化。

1 灰色關(guān)聯(lián)分析

1.1 灰色關(guān)聯(lián)分析的基本原理

灰色關(guān)聯(lián)分析的原理是在一個系統(tǒng)內(nèi)，通過序列曲線幾何形狀的相似程度判斷兩因素的聯(lián)系是否緊密，曲線越接近，則相應(yīng)序列變化的一致性越強，說明其關(guān)系越密切，即關(guān)聯(lián)度大；反之，則關(guān)聯(lián)度小。該方法對樣本的規(guī)律性和數(shù)量沒有要求，克服了隨機過程理論和回歸分析的不足，且計算量較小[3]。

1.2 灰色關(guān)聯(lián)分析的步驟

灰色關(guān)聯(lián)分析的方法主要是通過分析系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)序列，找出系統(tǒng)內(nèi)部各因素的關(guān)系，通過關(guān)聯(lián)度確定影響目標參數(shù)的主要因素，其計算步驟如下[4-6]：

1.2.1 確定參考數(shù)據(jù)矩陣和比較數(shù)據(jù)矩陣

參考數(shù)據(jù)矩陣Y={y1,y2,…,ym}。

設(shè)U={u1,u2,…,um}為所分析油井的集合，為篩管沖蝕影響因素各參數(shù)的集合，U和V的任意組合（ui，vi）所代表的元素記做xij，m×n個xij構(gòu)成比較數(shù)據(jù)矩陣記做X。

1.2.2 數(shù)據(jù)的均值化處理

由于參數(shù)的單位不同，要使其相互具有可比性，需對原始的參數(shù)數(shù)據(jù)進行處理[3-9]。常用的數(shù)據(jù)處理方法有：均值化、標準化以及初值化。這里采用均值化處理方法，具體如下：

式中：i=1,2,…,m；j=1,2,…,n。

1.2.3 求差序列

式中：i=1,2,…,m。

1.2.4 求兩極最大差和最小差

1.2.5 求關(guān)聯(lián)系數(shù)

式中：j=1,2,…,n；ξ為分辨系數(shù)，ξ∈(0,1)。

1.2.6 計算關(guān)聯(lián)度

式中：i=1,2,…,m。

2 影響篩管沖蝕損壞參數(shù)選取與分析

2.1 篩管沖蝕損壞方式分析

對遼河油田某4個區(qū)塊共計86口出砂井進行分析，所選區(qū)塊原油均屬稠油，其巖性以不等粒砂巖為主，夾雜礫巖和粉砂巖；儲層物性均較好，孔隙度、滲透率較高。其防砂方式為同一種篩管防砂，擋砂精度相同。對其套管及篩管損壞變形、檢泵次數(shù)、出砂量、出砂粒度中值、出砂粒徑最大值等參數(shù)對應(yīng)的井?dāng)?shù)分年進行分析，如表1所示。

由表1可以看出：

1）套管及篩管損壞變形井的數(shù)量逐年增加，大部分是套變井，篩管損壞井較少。分析原因：地層中，生產(chǎn)壓差較大或者蒸汽吞吐井注氣后放噴，壓力快速釋放，突然放噴產(chǎn)生的高速攜砂流體對篩管本身的沖蝕作用也是造成篩管損壞的原因。

結(jié)論：蒸汽吞吐放噴或地層高速流體是造成篩

表1 不同年份各參數(shù)對應(yīng)井?dāng)?shù)統(tǒng)計表

管沖蝕的一種方式，但不是主要方式。

2）隨著生產(chǎn)時間延長，檢泵次數(shù)、出砂量逐漸增大，出砂粒度中值、出砂粒徑也隨之變大，且最后有20口井出砂最大粒徑大于篩管下入時的擋砂精度。說明一方面隨著時間推移，地層出砂更加嚴重；另一方面，地層流體攜砂對篩管擋砂單元的縫隙不斷沖蝕，篩管防砂單元受到損壞，擋砂精度變差。

結(jié)論：地層流體沖蝕篩管擋砂單元縫隙，使其擋砂精度變差，最后造成出砂量加大甚至防砂失效，是地層流體沖蝕篩管損壞的主要方式。

2.2 地層、流體及生產(chǎn)參數(shù)與篩管沖蝕相關(guān)性分析

有研究表明[10-12]，篩管沖蝕磨損率主要與沖蝕流體的速度、流體所含固體顆粒的含量、固體顆粒的粒徑和沖蝕角有關(guān)，該4類因素為篩管沖蝕影響的直接因素。對于疏松砂巖稠油油藏?zé)岵删某錾坝绊懸蛩兀壳霸诟黝愇墨I中研究較多，主要集中在以下幾個方面[13-14]：

地質(zhì)及流體因素。地層巖性及壓實情況、膠結(jié)物含量、膠結(jié)方式、地層砂粒度中值、粉砂細粉砂含量、孔隙度、滲透率、地層壓力、原油黏度、含水飽和度等。

生產(chǎn)因素。開采方式、生產(chǎn)壓差、產(chǎn)液量、產(chǎn)油量、注汽壓力、注汽輪次、大修次數(shù)等。

另外，篩管的擋砂精度也是篩管防砂過程中極為重要的一個因素，它直接決定經(jīng)篩管過濾單元進入井筒的地層砂的粒徑。

通過對所研究區(qū)塊地質(zhì)資料進行分析，以上參數(shù)與篩管沖蝕相關(guān)性見表2。

2.3 參數(shù)分析及處理

1）地層巖性及壓實情況。該因素是影響地層出砂非常重要的一個因素，但對于該研究區(qū)塊，由于地層巖性相差不多，均以不等粒砂巖為主，夾雜礫巖和粉砂巖，壓實情況均較為疏松。故數(shù)據(jù)分析時，將該區(qū)塊地層巖性及壓實情況忽略。

表2 地層、流體及生產(chǎn)參數(shù)與篩管沖蝕相關(guān)性

2）開采方式。所研究區(qū)塊選井均為熱采蒸汽吞吐開采方式，數(shù)據(jù)分析時可忽略。

3）膠結(jié)方式。膠結(jié)方式為非定量數(shù)據(jù)，可采用非等差式賦值方法處理，膠結(jié)狀態(tài)歸一化后數(shù)據(jù)見表3[15]。

表3 膠結(jié)方式歸一化賦值數(shù)據(jù)

3 應(yīng)用實例

3.1 灰色關(guān)聯(lián)計算舉例

通過以上分析，選擇某一區(qū)塊資料較豐富，數(shù)據(jù)相對準確的12口井作為研究對象，確定參考數(shù)列為該井組3年內(nèi)累計出砂量Y，以地層砂粒度中值X1、膠質(zhì)含量X2以及地層孔隙度X3為例，計算地層參數(shù)與出砂量Y的灰色關(guān)聯(lián)度。

1）出砂量Y與各因素Xi統(tǒng)計見表4。

2）數(shù)據(jù)均值化處理。由式(1)對原始數(shù)據(jù)進行均值化處理，得到無量綱數(shù)列，見表5。

3）計算差序列。

4）計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。

取ξ=0.5，由式(4)及表6得到灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，見表7。

5）計算灰色關(guān)聯(lián)度。

由式(5)及表7，得到油井出砂量Y1與xi（i=1，2，…，13）的灰色關(guān)聯(lián)度，見表8。

結(jié)果表明：該4個地層及生產(chǎn)參數(shù)與出砂量的灰色關(guān)聯(lián)度，即對出砂量的影響從大到小依次為：地層砂粒度中值＞產(chǎn)液量＞膠質(zhì)含量＞孔隙度。

3.2 管沖蝕損壞影響因素的灰色關(guān)聯(lián)

同理，分別計算膠結(jié)方式X1、粉砂細粉砂含量X2、滲透率X3、地層壓力X4、原油黏度X5、含水飽和度X6、生產(chǎn)壓差X7、產(chǎn)油量X8、注汽壓力X9、注汽輪次X10、大修次數(shù)X11等參數(shù)與出砂量的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，見表9。

3.3 結(jié)果分析

綜合上述計算結(jié)果可知：15個地層及生產(chǎn)參數(shù)與出砂量的灰色關(guān)聯(lián)度從大倒小依次為：地層砂粒度中值＞產(chǎn)液量＞原油黏度＞膠質(zhì)含量＞孔隙度＞產(chǎn)液量＞注汽輪次＞生產(chǎn)壓差＞滲透率＞細粉砂含量＞膠結(jié)方式＞含水飽和度＞地層壓力系數(shù)＞注汽壓力＞大修次數(shù)。

表4 油井出砂量與各地層參數(shù)統(tǒng)計表

表5 無量綱化數(shù)列

表6 油井出砂量與各因素的差序列

表7 油井出砂量與各因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)

表8 油井出砂量與各因素的關(guān)聯(lián)度（1）

表9 油井出砂量與各因素的關(guān)聯(lián)度（2）

1）對出砂量影響最大的前5個參數(shù)依次是地層砂粒度中值、產(chǎn)液量、原油黏度、膠質(zhì)含量及孔隙度，與現(xiàn)場經(jīng)驗基本一致。

2）現(xiàn)場經(jīng)驗分析細粉砂含量對于稠油熱采井篩管沖蝕損壞影響較大，但細粉砂含量也是篩管堵塞的主要原因之一，其對篩管沖蝕及堵塞的影響需更加深入研究。

3）滲透率、含水飽和度是造成出砂的重要原因，由于區(qū)塊處于開發(fā)中后期，區(qū)塊內(nèi)地層滲透率、含水飽和度相差不大，使得該參數(shù)對篩管沖蝕損壞影響不大。

4 結(jié)論

1）稠油熱采井篩管沖蝕損壞影響因素復(fù)雜，是儲層巖石與流體流動及篩管共同作用的結(jié)果，很難構(gòu)建數(shù)學(xué)模型定量描述。

2）地層流體沖蝕篩管擋砂單元，使其擋砂精度變差，是地層流體沖蝕篩管損壞的主要方式，具體體現(xiàn)為篩管防砂后期出砂量加大、檢泵周期縮短，最后防砂失效。

3）用灰色關(guān)聯(lián)分析法定量分析稠油熱采井篩管沖蝕損壞與其影響參數(shù)之間的聯(lián)系，數(shù)據(jù)全部取自現(xiàn)場資料，克服了數(shù)據(jù)分析及模型建構(gòu)過程中人為主觀因素影響，該方法簡單、精確度高，結(jié)果與現(xiàn)場實踐相一致，可作為不同類型井防砂方式選擇的參考或與篩管數(shù)據(jù)結(jié)合進行篩管沖蝕的定量預(yù)測。

4）在篩管沖蝕損壞的影響因素中，有些因素也可以導(dǎo)致篩管堵塞失效，篩管沖蝕損壞與堵塞失效的相互影響及聯(lián)系值得深入研究。

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圖7 磁電式漩渦流量計（NO:15125210）30天數(shù)據(jù)曲線圖

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本文編輯：左學(xué)敏收稿日期：2016-11-08

The main erosion damage modes of the sand control liners in thermal recovery heavy oil wells are summed up,and the influence factors of the erosion damage of the sand control liners are analyzed based on the analysis of geological and production data of a wellblock in Liaohe Oilfield.The main influence factors of the erosion damage are determined through calculating the gray correlation degrees between cumulative sand production and the sand control liner erosion influence factors using grey correlation analysis method. This method is simple,of less interference of subjective factors and high accuracy.It is a scientific and quantitative evaluation method, and the results obtained by this method can be used as a reference for the selection of sand control modes of different types of wells and the optimization of sand control parameters.

thermalrecoveryheavyoil well;erosion ofsandcontrol liner;influencefactor;grey correlation method;gray correlation degree

路萍

2016-10-14

國家科技重大專項“渤海灣盆地遼河坳陷中深層稠油開發(fā)技術(shù)示范工程（二期）”子課題（編號：2011ZX05053）

徐路（1983-），男，碩士，工程師，主要從事油氣井防砂技術(shù)研究工作。