遼河油田洼60斷塊水平井篩管防砂工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

趙吉成

中國石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院 （遼寧 盤錦 124010）

洼60斷塊位于盤錦市大洼縣新建鄉(xiāng)，構(gòu)造位于遼河斷陷盆地中央凸起南部傾沒帶北端，構(gòu)造形態(tài)總體上為北西至南東走向的斷裂背斜。含油層系為沙河街組S1+2段和S3段，其中S3段為主力開采層段，探明含油面積4.7 km2， 儲量1 062×104t。 油藏埋深1 345~1 565 m，含油井段長30~225 m，沙三段儲層屬于水下扇沉積體系，巖性粗，發(fā)育有礫巖、礫狀砂巖、含礫不等粒砂巖等7種巖性，平均孔隙度24.5%，平均滲透率 1 462.6×10-3μm2，粒度中值平均0.12 mm，分選中等到差，碎屑顆粒呈點狀接觸、顆粒支撐，膠結(jié)物以泥質(zhì)為主，儲層溫壓系統(tǒng)正常，從油品性質(zhì)上看為超稠油，50℃地面脫氣原油黏度平均為 194 037 mPa·s，為厚層塊狀底水油藏[1]。

該斷塊1997年4月采用100 m井距正方形井網(wǎng)一套層系蒸汽吞吐開發(fā)。 截至2012年12月底，洼60斷塊沙三段油層投產(chǎn)油井124口，開井99口。累積產(chǎn)油 153.28×104t，累積產(chǎn)液 392.9×104m3，采油速度1.93%，采出程度16.7%。區(qū)塊經(jīng)過多年的開發(fā)，油井吞吐輪次平均已接近15輪，吞吐輪次高，加之稠油攜砂能力較強，油井出砂問題十分普遍。124口油井中，出砂井72口,占總井?dāng)?shù)的58%。油井大量出砂，使得油井檢泵頻繁，影響油井產(chǎn)量，同時也造成了區(qū)塊套管損壞井?dāng)?shù)不斷增加，使油井帶病生產(chǎn)，甚至關(guān)井，嚴(yán)重影響了區(qū)塊的開發(fā)效果。為提高區(qū)塊開發(fā)效果，洼60斷塊實施二次開發(fā)，部署水平井18口，因此需要對水平井防砂方式進行研究與優(yōu)選，延長水平井正常生產(chǎn)周期，保證二次開發(fā)的順利實施。

1 洼60斷塊水平井防砂方式優(yōu)選

中國石油遼河油田分公司（以下簡稱遼河油田）水平井完井方式主要有篩管防砂完井、套管射孔完井、下打孔套管完井、礫石充填完井、裸眼完井5種。適用于水平井防砂完井的僅有篩管防砂完井、礫石充填完井和復(fù)合射孔防砂完井3類，由于礫石充填完井適用于粉砂、細粉砂油藏，且完井成本較高，而復(fù)合射孔防砂完井在水平井防砂完井上還不成熟，因此選擇篩管防砂完井為該區(qū)塊主要防砂方式。目前，遼河油田水平井的防砂篩管主要包括割縫篩管、彈性篩管、梯縫篩管、燒結(jié)濾網(wǎng)篩管4種類型，均在不同類型油藏上獲得了成功的應(yīng)用，其技術(shù)適用性見表1。

利用研制的水平井篩管防砂模擬實驗裝置，對這4種篩管在洼60斷塊的適用性進行了評價，包括：流通性能、擋砂性能和抗堵塞性能等參數(shù)。優(yōu)選出適用于洼60斷塊的防砂篩管。

表1 不同類型的水平井防砂篩管

1.1 水平井篩管防砂模擬實驗裝置

水平井篩管防砂模擬實驗裝置采用模擬井筒與實際井筒直徑尺寸完全一致，能夠模擬近井地層的流動情況及水平井篩管防砂方式完井的生產(chǎn)過程。能夠模擬并檢測在不同參數(shù)下水平井防砂篩管對油井產(chǎn)能的影響，檢測出各種防砂篩管的流通性能、擋砂性能、抗堵塞性能等參數(shù)，實現(xiàn)防砂篩管結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，篩管防砂材料的優(yōu)選和防砂效果的評價，從而為防砂新技術(shù)的研發(fā)提供支持和保障[2-4]。該套裝置包括：供液系統(tǒng)、配液系統(tǒng)、混砂系統(tǒng)、模擬井筒、液固分離系統(tǒng)、儲液系統(tǒng)、安全控制系統(tǒng)、計算機數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)[5]，如圖1所示。

圖1 稠油熱采防砂模擬系統(tǒng)示意圖

1.2 實驗材料的選擇和配置

選擇洼60斷塊沙三段巖樣來進行地層砂粒度測試，測試結(jié)果見表2。

表2 洼60斷塊實際地層砂數(shù)據(jù)表

根據(jù)測試結(jié)果，繪制該區(qū)塊粒度組成累計分布曲線(圖 2），并進行回歸。

根據(jù)修正后的曲線可回歸出實驗砂的配置比例見表3。

根據(jù)前期區(qū)塊井溫測試結(jié)果，洼60斷塊吞吐周期地層平均溫度為160℃，查閱該區(qū)塊原油黏溫曲線，160℃時區(qū)塊平均原油黏度為93 mPa·s，選擇實驗流體黏度為100 mPa·s。

圖2 洼60斷塊地層砂累計分布曲線修正圖

表3 實驗砂配置數(shù)據(jù)表

1.3 選擇篩管

由油藏方案得知，本次部署的水平井均選用Φ177.8 mm篩管完井，因此分別選取割縫篩管、彈性篩管、梯縫篩管、燒結(jié)濾網(wǎng)篩管4種篩管進行實驗，篩管型號見表4。

表4 實驗篩管數(shù)據(jù)表

實驗步驟:①沉砂過濾罐、儲液箱注滿試驗流體；根據(jù)模擬的完井情況將主體外孔進行選擇性封閉；②將模擬套管與模擬地層內(nèi)層之間的環(huán)空裝滿所需的地層砂；③將試驗流體加滿主體裝置；蓋好上蓋；④設(shè)置流體的流量，開始進行試驗，并采集數(shù)據(jù)；⑤試驗完成后，將流體的流量設(shè)為零，關(guān)閉控制箱的電源開關(guān)及驅(qū)動開關(guān),進行數(shù)據(jù)處理,清理試驗裝置。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 篩管出砂量測試結(jié)果分析

分別記錄5 L/min、10 L/min流量下，240 min后4種不同篩管的出砂量（圖3）。

由實驗結(jié)果可以得到以下結(jié)論：①相同擋砂粒徑的篩管，實驗流速越大，出砂量也越大;②擋砂粒徑為0.25 mm的割縫篩管，出砂量最大，不能夠滿足區(qū)塊防砂要求;③其他3種篩管出砂量基本相當(dāng)，梯縫＞彈性＞燒結(jié)濾網(wǎng)。

2.2 篩管驅(qū)替壓力測試分析

圖3 4種不同篩管不同流速下出砂量數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖

將4種篩管在同樣的流體、地層砂和驅(qū)替條件下得到的壓力和時間的關(guān)系數(shù)據(jù)繪制在同一坐標(biāo)系中,得到驅(qū)替壓力與驅(qū)替時間曲線(流速為10 L/min),如圖4所示。

圖4 4種篩管驅(qū)替壓力隨時間變化關(guān)系圖

在驅(qū)替壓力與驅(qū)替時間曲線中，壓力上升快的篩管抗堵塞性能較差，由實驗結(jié)果可知，在相同條件下，燒結(jié)濾網(wǎng)篩管壓力隨驅(qū)替時間上升最快，因此最容易堵塞，彈性篩管、梯縫篩管抗堵塞性能相當(dāng)。因此燒結(jié)濾網(wǎng)篩管不能夠適應(yīng)洼60斷塊的防砂需求。根據(jù)實驗結(jié)果，洼60斷塊最適宜的篩管類型為0.15 mm彈性篩管，篩管流通性能、擋砂性能、抗堵塞性均能滿足區(qū)塊防砂需求。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

2014年—2015年利用該實驗方法對洼60斷塊新鉆水平井進行了防砂方式的優(yōu)選，截至2016年3月均為篩管出砂和堵塞現(xiàn)象，防砂成功率達到了100%，有效地提高了防砂篩管的應(yīng)用效果。

4 結(jié)論

根據(jù)遼河油田洼60斷塊的油藏出砂特點，利用研制的水平井防砂模擬實驗系統(tǒng)對不同篩管擋砂性能進行了評價實驗，優(yōu)選出該區(qū)塊水平井的最適宜的防砂方式，防砂成功率達到100%，有效地提高了方案設(shè)計和單井應(yīng)用的針對性。