外圍油田防砂井的現(xiàn)場(chǎng)治理試驗(yàn)

魏薇（大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠）

1 目前發(fā)展現(xiàn)狀

研究的低滲透油田，隨開(kāi)發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，出泥砂井逐年增多，導(dǎo)致油井出現(xiàn)頻繁卡泵、漏失、垢卡、檢泵周期縮短等問(wèn)題[1]。目前發(fā)現(xiàn)的出泥砂垢油井有110口，已經(jīng)關(guān)停了17口，日影響產(chǎn)量12.1 t，平均檢泵周期387天，最短檢泵周期53天，嚴(yán)重制約了油田的正常生產(chǎn)開(kāi)發(fā)，為實(shí)現(xiàn)出泥砂井的有效治理，減少其對(duì)油田生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的影響，統(tǒng)計(jì)低于油井平均檢泵周期出泥砂井70 口，平均檢泵周期352 天，選取的出泥砂井情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，開(kāi)展了防砂井的現(xiàn)場(chǎng)治理試驗(yàn)。

表1 選取的出泥砂井情況統(tǒng)計(jì)

隨著引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)機(jī)械防砂工藝技術(shù)發(fā)展較快，主要應(yīng)用區(qū)域集中在東部油區(qū)，以勝利、大港、遼河及海洋公司為主[3]。該技術(shù)曾在冀東、遼河等油田出泥砂井上試驗(yàn)應(yīng)用，試驗(yàn)后，實(shí)現(xiàn)了出泥砂井有效封固，對(duì)單井產(chǎn)量影響較小，截止2016 年，最高免修期已達(dá)1 310 天，出泥砂井治理效果較好。

2 化學(xué)固砂試驗(yàn)

2.1 地層泥砂成分

室內(nèi)研究結(jié)果表明，泥砂中普遍含有鋁硅酸鹽和二氧化硅等，這些成分是構(gòu)成儲(chǔ)層巖石的主要礦物，說(shuō)明出泥砂的主要原因是儲(chǔ)層巖石顆粒脫落，通過(guò)對(duì)井1 和井2 檢驗(yàn)采集砂體中主要含有各種鋁硅酸鹽、井3采集砂體中主要含有二氧化硅鹽，外圍采油廠油井產(chǎn)出泥質(zhì)垢礦物成份分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 外圍采油廠油井產(chǎn)出泥質(zhì)垢礦物成份分析結(jié)果

表3 低滲透油田高強(qiáng)固砂劑滲透率損失試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)

2.2 化學(xué)固砂原理

由于油井出砂粒徑較小，多為細(xì)粉砂及泥質(zhì)砂，地層滲透率較低。對(duì)此制定了針對(duì)性防砂方案，選用由固砂劑、黏土穩(wěn)定劑等配制的高強(qiáng)固砂劑注入地層，膠結(jié)地層原有泥砂，建立具有一定滲透性、耐沖刷的人造遮擋，提高出泥砂井治理效率[4]。

2.3 優(yōu)選固砂藥劑

通過(guò)研究黏土含量、滲透性等因素對(duì)防砂工藝的影響，優(yōu)選出具有調(diào)節(jié)固化反應(yīng)速度，改善膠結(jié)強(qiáng)度、防砂性能，降低滲透率損失作用的高強(qiáng)固砂藥劑[5]，低滲透油田高強(qiáng)固砂劑滲透率損失試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

2.4 施工參數(shù)

1）設(shè)計(jì)藥劑配量。防砂劑的使用可以增大油層的處理深度，從而獲得更加有效的長(zhǎng)期防砂效果，在實(shí)際應(yīng)用中按照油井處理半徑為3～5 m，依據(jù)油井地層孔隙度計(jì)算油井防砂劑用量[6]，計(jì)算公式如下：

式中：Q為油層需要防砂劑的用量，m3；R為處理半徑，m；Ф 為地層平均孔隙度，%；H為油層厚度，m。

2）段塞設(shè)計(jì)。前置液需要21 m（5%～8%HCL+1.0%～1.5%緩蝕劑+1%～1.5%鐵穩(wěn)定劑+1%黏土穩(wěn)定劑+0.3%～0.5%助排劑+3%NH4CL）；防砂劑需要：55 m（5%HCL+5%～8%固砂劑+1%～1.5%緩蝕劑+1%～1.5%鐵穩(wěn)定劑+1%黏土穩(wěn)定劑+0.3%～0.5%助排劑+3% NH4CL）；后置液需要32 m（1%HCL+1%緩蝕劑+1%鐵穩(wěn)定劑+1%黏土穩(wěn)定劑+0.3%～0.5%助排劑+3%NH4CL）。

3 機(jī)械防砂技術(shù)

3.1 不銹鋼防砂管

在普通篩管外覆蓋雙層孔徑0.30～0.35 mm不等的不銹鋼篩網(wǎng)，同時(shí)增加篩管的直徑和長(zhǎng)度，篩網(wǎng)加工成波紋瓦楞型，增加過(guò)流面積；不銹鋼波紋型防砂管，設(shè)計(jì)安裝在抽油泵吸入口以下，代替常規(guī)篩管，以油管扣與抽油泵連接，起到防止直徑0.30～0.35 mm及以上固體物質(zhì)進(jìn)入抽油泵，避免造成卡泵[7]。

其設(shè)計(jì)外徑112 mm，長(zhǎng)度12 00～3 500 mm。內(nèi)部骨架為外徑96 mm油管，鉆?12 mm通油孔，每個(gè)圓周9 個(gè)孔，圓周間距50 mm。油管外覆蓋雙層厚度0.4 mm 防砂網(wǎng)，材質(zhì)為不銹鋼，防砂網(wǎng)孔眼0.30～0.35 mm。不銹鋼篩網(wǎng)加工波紋瓦楞型，增加過(guò)流面積，加大強(qiáng)度，具有耐腐蝕、耐高溫的功能，防砂網(wǎng)接口進(jìn)行對(duì)口點(diǎn)焊，與?96 mm油管兩端焊接成一體，下入油井內(nèi)，起到防砂作用。

3.2 防泥砂顆粒充填管的技術(shù)原理

裝置應(yīng)用雙層不銹鋼波紋瓦楞型篩網(wǎng)夾預(yù)固化覆膜陶粒結(jié)構(gòu)，篩網(wǎng)初次過(guò)濾泥砂后，利用預(yù)固化覆膜陶粒（具有良好的阻泥砂和導(dǎo)流能力）再對(duì)產(chǎn)出液進(jìn)行二次過(guò)濾，最大限度降低產(chǎn)出液中的泥砂含量[8-9]。中心管和外筒上均鉆有多個(gè)直徑10 mm的孔。中心管和外筒之間的環(huán)形空間所填充的預(yù)固化覆膜砂，是采用高強(qiáng)度樹(shù)脂陶粒，加入高分子防吐砂劑熱固樹(shù)脂，采用專(zhuān)用設(shè)備混制，添加樹(shù)脂改性劑，提高樹(shù)脂膜彈性，防泥沙管接在爆破閥下方，地層產(chǎn)出液經(jīng)外筒篩網(wǎng)進(jìn)入環(huán)空砂層起過(guò)濾作用，再經(jīng)中心管孔眼進(jìn)入到中心管內(nèi)上行。通過(guò)篩網(wǎng)和砂層的過(guò)濾作用，使得井液中的泥沙等非流體物質(zhì)不能進(jìn)入泵內(nèi)，從而避免非液物質(zhì)對(duì)抽油生產(chǎn)的危害。隨著應(yīng)用時(shí)間的延續(xù)，導(dǎo)流孔隙會(huì)因油井所處的泥沙淤塞而變小，使導(dǎo)流能力下降，這時(shí)可采用沖洗措施，解除油井產(chǎn)出泥沙在篩管預(yù)固化覆膜砂導(dǎo)流孔隙中的淤積。防泥砂顆粒充填管安裝在抽油泵下端，采用管柱錨定懸掛封隔裝置連接爆破閥及陶粒填充防砂管懸掛在泵下的套管壁上，降低泥砂進(jìn)入抽油泵的概率，從而達(dá)到防砂的效果。

4 管柱錨定懸掛封隔裝置的技術(shù)原理

該裝置由上接頭、調(diào)節(jié)套、中心管、膠筒組、上下錐體、錨筒、錨牙、扶正體、坐封活塞、卡簧、牙筒、釘座、下接頭、以及坐封和解封剪釘?shù)冉M成。下入深度應(yīng)在射孔頂界以上。下接配套的爆破閥，該爆破閥為活塞式，是以剪釘固定活塞，當(dāng)其上的管內(nèi)壓力上升到使剪釘斷裂，活塞下落到管柱底部，從而讓出液流通道[10]。

設(shè)計(jì)剛體最大外徑107 mm，與井壁之間的間隙達(dá)到9.5 mm，間隙增加了58%，可大幅度降低裝置駐井過(guò)程中因套變或解封時(shí)因錨牙不完全回位造成的打撈上提遇卡的危險(xiǎn)性。經(jīng)過(guò)5 ?2"模擬井筒內(nèi)試驗(yàn)，封隔承壓20 MPa 不漏，錨定力達(dá)到抗推20 t以上，完全能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。

5 應(yīng)用情況及效益

2018 年10 月17 日、19 日分別 在井1 和 井3 完成化學(xué)固砂方法現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，2020 年4 月井1 發(fā)生漏失，管內(nèi)沒(méi)出現(xiàn)泥砂，2019 年7 月井3 發(fā)生卡泵作業(yè)，第83-100 根油管結(jié)垢，管內(nèi)未發(fā)現(xiàn)泥砂，井1和井3的化學(xué)固砂試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4，說(shuō)明化學(xué)固砂方法能夠有效對(duì)地層進(jìn)行膠結(jié)，起到泥砂防治作用。

表4 井1和井3的化學(xué)固砂試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)

2019 年11—12 月機(jī)械防砂技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用12 口井，試驗(yàn)后未發(fā)生因出泥砂檢泵情況，平均免修期達(dá)到406天，機(jī)械防砂方法能夠有效進(jìn)行油井出泥砂治理，機(jī)械防砂試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。綜合化學(xué)固砂和機(jī)械防砂兩種試驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明出泥砂井治理技術(shù)能夠有效進(jìn)行油井出泥砂防治，滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需求。

表5 機(jī)械防砂試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)

隨著低滲透油田水驅(qū)開(kāi)發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，受壓裂、酸化等措施及其它地下因素的影響，出泥砂井?dāng)?shù)逐年增多，應(yīng)用化學(xué)固砂方法治理出砂較輕的單井，試驗(yàn)的2口井地層膠結(jié)性較好，泥砂在泵內(nèi)出現(xiàn)較少，平均檢泵周期延長(zhǎng)151天，選擇12口出泥砂較重的單井應(yīng)用機(jī)械防砂技術(shù)，平均免修期達(dá)到406天，累計(jì)減少作用費(fèi)用163.8萬(wàn)元。實(shí)現(xiàn)減少油井卡泵次數(shù)3 次，平均延長(zhǎng)油井檢泵周期354 天，降低油井作業(yè)維護(hù)成本42.1萬(wàn)元，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論

1）試驗(yàn)的化學(xué)固砂方法能夠?qū)Φ貙幽嗌斑M(jìn)行有效固結(jié)，形成泥砂遮擋屏障，適用于出泥砂嚴(yán)重且泥砂質(zhì)為細(xì)粉砂的油井。

2）在現(xiàn)場(chǎng)使用機(jī)械防砂篩管能夠代替常規(guī)篩管，有效阻擋地層泥砂進(jìn)入泵筒，同時(shí)配套錨定懸掛封隔裝置，提高了工藝適應(yīng)性，適用于出泥砂較輕且泥砂質(zhì)為顆粒、巖屑以及泥質(zhì)的油井。

3）下一步需要對(duì)固砂藥劑進(jìn)行改進(jìn)，能夠通過(guò)化學(xué)方法對(duì)已固砂膠結(jié)的地層進(jìn)行解封，降低固砂遮擋對(duì)地層滲透率的影響。