基于灰色關(guān)聯(lián)法的金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管沖蝕失效主控因素研究

(中石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司，河南 南陽 473132)

目前針對疏松砂巖油藏最重要的防砂完井方式之一為優(yōu)質(zhì)篩管獨(dú)立防砂，現(xiàn)場所采用的優(yōu)質(zhì)篩管具有代表性的主要為金屬網(wǎng)布類篩管。然而這些篩管在生產(chǎn)過程中，先后出現(xiàn)了防砂篩管沖蝕失效的問題，導(dǎo)致油井大量出砂，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。已有研究[1,2]表明，影響防砂篩管沖蝕損壞的因素眾多，室內(nèi)篩管沖蝕機(jī)理模擬試驗也只是籠統(tǒng)考慮了流速、含砂濃度、顆粒尺寸等對防砂篩管沖蝕速率的影響，并沒有弄清楚影響沖蝕失效的主控因素。因此，探究防砂篩管沖蝕失效主控因素，對于弄清楚防砂篩管的沖蝕機(jī)理及油田防砂設(shè)計優(yōu)化具有重要指導(dǎo)意義。筆者以M油田金屬網(wǎng)布防砂篩管沖蝕失效為例，采用灰色關(guān)聯(lián)法，以油井流體含砂濃度作為參考序列，定量地分析防砂篩管沖蝕失效與各參數(shù)的關(guān)聯(lián)度，得出防砂篩管沖蝕失效主控因素，從而指導(dǎo)M油田的防砂設(shè)計，同時為研究其他類型篩管失效提供借鑒。

1 篩管沖蝕失效影響因素的選取與分析

已有研究表明[3～7]，防砂篩管的沖蝕磨損速率主要與攜砂流體流速、含砂濃度、砂粒粒徑、沖擊角度以及沖蝕材料性質(zhì)有關(guān)，而以上5個因素直接與疏松砂巖油藏出砂相關(guān)。因此，疏松砂巖油藏造成防砂篩管沖蝕失效直接因素有地質(zhì)因素、流量因素、生產(chǎn)因素和篩管因素[8～10]，防砂篩管沖蝕失效直接因素與各參數(shù)見表1。

地層砂粒度中值、非均質(zhì)性和篩管的擋砂精度決定了流經(jīng)篩管并與篩管發(fā)生沖蝕的含砂量；產(chǎn)液量、生產(chǎn)壓差和原始地層壓力決定了攜砂流體的流速，流體流速過大既加劇了地層出砂程度又加劇了篩管的沖蝕；孔隙度、黏土體積分?jǐn)?shù)、含水率和滲透率是地層出砂的主要地質(zhì)因素，直接影響了地層出砂量的多少，決定了產(chǎn)出液中的含砂濃度；地層原油黏度決定了流體攜砂能力，攜砂能力越強(qiáng)，含砂濃度越大；生產(chǎn)時間越長，含水率升高，儲層出砂風(fēng)險增加，導(dǎo)致含砂濃度也增大；篩管材質(zhì)決定了其耐沖蝕性，所研究區(qū)塊篩管材質(zhì)相同，因此該參數(shù)可忽略；井型和完井方式將對沖蝕角度產(chǎn)生影響，所研究區(qū)塊井型和完井方式相同，因此這些參數(shù)在數(shù)據(jù)分析時不予考慮。

2 灰色關(guān)聯(lián)法

表1 防砂篩管沖蝕失效直接因素與各參數(shù)

灰色關(guān)聯(lián)法在油田開發(fā)、礦區(qū)儲層評價領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[11～14]，其原理是屬于幾何處理的范疇，其實(shí)質(zhì)是對反映各因素變化特性的數(shù)據(jù)序列所進(jìn)行的幾何比較，而用于度量因素之間的關(guān)聯(lián)程度就叫灰色關(guān)聯(lián)度，它通過比較序列曲線幾何形狀的相似程度得到，關(guān)聯(lián)度越大則說明因素間的聯(lián)系越緊密，曲線就越接近，則相應(yīng)序列變化的一致性也就越強(qiáng)；反之，則關(guān)聯(lián)度小。采用灰色關(guān)聯(lián)分析的主要步驟是先確定比較序列與參考序列，然后求得它們之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，再通過關(guān)聯(lián)系數(shù)計算出各指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)度，進(jìn)行關(guān)聯(lián)度大小的排序，由此得出關(guān)鍵因素指標(biāo)。

2.1 分析序列確定

反映系統(tǒng)行為特征的因素被稱為主因素，其所組成的序列為參考序列或母序列，記為：

Y0=(y1,y2,…,yn)T

(1)

影響系統(tǒng)行為特征的各因素所組成的序列被稱為比較序列或子序列，記為：

Xj=(x1j,x2j,…,xnj)T(j=1,2,…,m)

(2)

2.2 原始數(shù)據(jù)處理

參考序列和比較序列構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣：

(3)

系統(tǒng)中各個因素代表的物理意義各不相同，量綱也不相同，因此需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，這里采用均值化處理，算法如下：

(4)

得到無量綱均值化矩陣為：

(5)

2.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)求取

對無量綱的均值化矩陣進(jìn)行如下計算可得出各子因素與主因素之間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)：

(6)

由關(guān)聯(lián)系數(shù)組成的矩陣為：

Y=(γij)n×m

(7)

2.4 關(guān)聯(lián)度確定

對矩陣Y的列求平均值，可求得各子因素與主因素的關(guān)聯(lián)度：

(8)

3 主控因素分析

選取M油田金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管防砂失效井作為研究對象，該油田為典型疏松砂巖油藏。選取資料比較全的5口金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管防砂失效井，通過調(diào)研現(xiàn)場的鉆完井資料和修井資料，獲得了這5口井的地質(zhì)、流體和生產(chǎn)參數(shù)。由于篩管沖蝕失效程度越大，產(chǎn)出液中含砂濃度也越大，因此采用油井流體含砂濃度來表征篩管沖蝕失效程度，并將其作為參考序列Y0。將地層砂粒度中值、地層砂非均質(zhì)性、黏土體積分?jǐn)?shù)、孔隙度、滲透率、地層原油黏度、生產(chǎn)時間、地層壓力、生產(chǎn)壓差、篩管擋砂精度、產(chǎn)液量、含水率作為比較序列Xj，計算各參數(shù)與出砂量的灰色關(guān)聯(lián)度。金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管的出砂量與各參數(shù)的原始數(shù)據(jù)見表2。

表2 金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管油井出砂量與各參數(shù)原始數(shù)據(jù)

由式(1)～(8)進(jìn)行均值化處理，計算關(guān)聯(lián)系數(shù)，最終求得各參數(shù)與出砂量的關(guān)聯(lián)度排序，M油田3種類型篩管計算結(jié)果見表3。金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管沖蝕失效的主要影響參數(shù)是生產(chǎn)壓差、生產(chǎn)時間和滲透率，也即是流速、含砂濃度對篩管的沖蝕影響最大，通過橫向?qū)Ρ?種類型篩管，計算結(jié)果與已有的研究結(jié)論[15]以及現(xiàn)場得到情況基本一致。因此，金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管沖蝕失效的主控因素是流速、含砂濃度。同時篩管的結(jié)構(gòu)以及擋砂機(jī)理也與篩管的沖蝕程度有關(guān)，金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管是由金屬保護(hù)套加多層金屬網(wǎng)布疊合焊接包裹在金屬基管上[16]，過流面積較大，因此，這類篩管生產(chǎn)壓差的增大和油井生產(chǎn)時間的延長，都會加劇儲層出砂，流體攜砂濃度增加，造成篩管沖蝕損壞。

表3 防砂篩管的沖蝕失效與各參數(shù)灰色關(guān)聯(lián)度排序

4 結(jié)論

1)防砂篩管沖蝕失效影響因素復(fù)雜多樣，是地質(zhì)因素、流量因素、生產(chǎn)因素和篩管因素相互作用的結(jié)果，從而導(dǎo)致金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管擋砂介質(zhì)形成沖孔，油井防砂失效。由于因素眾多，無法定量描述各因素。

2)采用灰色關(guān)聯(lián)分析法定量地分析了金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管沖蝕失效與各因素的關(guān)聯(lián)度，系統(tǒng)而全面地考慮了各因素之間相互影響的變化規(guī)律，克服了人為主觀因素的影響，分析結(jié)果認(rèn)為金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管沖蝕失效的主控因素是流速和含砂濃度，這與現(xiàn)場一致，說明該方法具有較高的準(zhǔn)確性和適用性。

3)依據(jù)金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管沖蝕失效主控因素的分析結(jié)果，可為M油田防砂設(shè)計提供相關(guān)的參考和有針對性的建議。