南海東部疏松砂巖油藏防砂歷程研究及展望

田 波，魏裕森，汪紅霖，邢洪憲，鄧 晗

（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067；2.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）

位于中國南海的E 油田為2016 年新投產(chǎn)的疏松砂巖稠油油田，所在海域水深90～95 m。該油田屬于典型的疏松砂巖儲層，出砂風險高，自投產(chǎn)以來各井均采用了防砂方式。本文梳理了油田的防砂歷程，對不同防砂措施的效果進行分析，總結(jié)了該類油田的防砂經(jīng)驗，從而對南海東部類似油田的開發(fā)提供指導(dǎo)。

1 油田基本信息

1.1 儲層物性特征

E 油田儲層屬于三角洲前緣沉積，儲層物性較好。從常規(guī)巖心分析結(jié)果來看，巖心孔隙度主要分布在≥25%的區(qū)間內(nèi)，最大孔隙度為37.3%，最小孔隙度為15.0%，平均為28.2%，為中～高孔隙度；巖心滲透率主要分布在50～500 mD，最小滲透率15.2 mD，最大滲透率3 703.0 mD，平均滲透率1 179.9 mD，以中～高滲為主。測井解釋平均孔隙度23.7%～33.7%，平均滲透率130.3～1 243.1 mD，總體上是屬于中～高孔隙度、中～高滲儲集層。

1.2 流體物性特征

E 油田儲層原油具有高密度、低含硫、凝固點低的特點，屬于重質(zhì)稠油。地面原油密度（20 ℃）0.948～0.956 g/cm3，地面原油黏度（50 ℃）334.0～411.5 mPa·s，含硫量0.18%左右，瀝青質(zhì)含量為5.58%。地層水密度在1.025～1.027 g/cm3，地層水電阻率（25 ℃）在0.016～0.017 Ω·m，總礦化度在37 033～38 925 mg/L。

1.3 地層砂粒度分析數(shù)據(jù)

總體上看，油田主力儲層砂巖粒度分選性好～中，砂質(zhì)細，均質(zhì)系數(shù)和分選系數(shù)均較小。儲層地層砂樣品d50在78.6～193.2 μm，平均值119.6 μm；分選系數(shù)（d10/d95）為5.3～27.0，平均值9.9，分選好～差；均質(zhì)系數(shù)（d40/d90）為2.4～9.6，平均值3.6，為不均勻砂巖。細粉砂質(zhì)（≤44 μm）含量大部分＞10%，個別點達到22.4%。

2 油田防砂歷程

2.1 第一階段-獨立篩管簡易防砂

2016 年9 月E 油田開始投產(chǎn)，初期根據(jù)地層條件和鄰井開發(fā)歷史，開發(fā)水平井和定向井均采用了防砂方式。水平井采用裸眼+篩管簡易防砂完井，定向井采用套管射孔+篩管簡易防砂完井。篩管包括橋式復(fù)合篩管以及控水篩管等。整體來看，裸眼井產(chǎn)量高于套管射孔井，穩(wěn)產(chǎn)期更長，但含水上升較快。

2.2 第二階段-高速水礫石充填

現(xiàn)場實施幾口井，均采用礫石充填完井方式，現(xiàn)場產(chǎn)量得到一定提升，米產(chǎn)液指數(shù)高于篩管獨立防砂，且穩(wěn)產(chǎn)期更長，應(yīng)用效果良好。

2.3 第三階段-壓裂充填

圖1 某定向套管射孔井產(chǎn)量變化趨勢

對于前期出砂井，采取沖砂解堵措施后，單井產(chǎn)能恢復(fù)，但仍未能解決根本問題。后期生產(chǎn)過程中，大概率還會發(fā)生微粒運移，造成井筒堵塞甚至關(guān)停。而壓裂充填能夠有效提高與儲層的接觸面積，降低表皮系數(shù)，且壓裂充填能夠獲得更長的穩(wěn)產(chǎn)周期。一般來說，相較于普通高速水充填，壓裂充填有以下優(yōu)勢：一方面，改變地層流體流入井底的流動模式，能夠穿透近井地帶的污染，減小表皮因子，提高油氣井產(chǎn)量；建立短而寬的高導(dǎo)流裂縫，有效的增大了井筒泄油半徑，降低近井地帶的生產(chǎn)壓差和徑向流速。另一方面，對于膠結(jié)疏松的地層，防止近井地帶垮塌，減少近井地帶微粒運移，防止地層出砂，提高油井壽命。在后期老井的修井措施中，將壓裂充填防砂作為重要的手段。該區(qū)塊某井在實施壓裂充填防砂后，長期保持高產(chǎn)生產(chǎn)，產(chǎn)液量是修井前的2 倍左右，且未見出砂，防砂增產(chǎn)效果明顯。

3 防砂井失效原因分析

統(tǒng)計整個油田開發(fā)生產(chǎn)歷程，在開發(fā)初期部分井有出砂的現(xiàn)象。主要是套管射孔井，前期采用優(yōu)質(zhì)篩管簡易防砂，投產(chǎn)三個月后，產(chǎn)液量明顯減?。ㄒ妶D1），停產(chǎn)修井，進行沖砂解堵修井后，撈出地層砂，復(fù)產(chǎn)后產(chǎn)能得到很好的恢復(fù)，說明井下篩管存在嚴重的堵塞現(xiàn)象。

進一步對撈出的地層砂進行粒度分析，得到粒度分布關(guān)鍵特征值（見表1）。

對出砂原因進行分析，主要有以下幾點因素：（1）該井采用的優(yōu)質(zhì)篩管擋砂精度為177 μm，本次產(chǎn)出砂d10為112.4 μm，說明篩管未沖蝕破壞。但產(chǎn)出砂中泥質(zhì)含量高，說明優(yōu)質(zhì)篩管對泥質(zhì)的阻擋作用有限。（2）前期產(chǎn)液量高，地層原油黏度大，攜砂能力強，大量細粉砂巖成分快速向井筒運移，在近井筒地帶聚集，導(dǎo)致表皮增大，產(chǎn)液量快速下降。（3）含水率上升導(dǎo)致儲層巖石強度下降。由于儲層中含有大量遇水膨脹的蒙脫土成分，在含水上升后，巖石內(nèi)部膠結(jié)程度變?nèi)酰⒘＿\移加劇。

通過分析可知，優(yōu)質(zhì)篩管簡易防砂不適用于高泥質(zhì)疏松砂巖稠油油藏。生產(chǎn)過程中，篩管會逐漸被大量細粉砂堵塞，造成低產(chǎn)甚至躺井。當增大生產(chǎn)壓差，篩管將受到更嚴重的沖蝕破壞，導(dǎo)致破損風險增大（見圖2）。

圖2 簡易防砂失效原因分析

4 壓裂充填防砂特點

壓裂充填完井方式最突出的優(yōu)點是，將井筒附近的地層壓裂，進而穿過井筒附近的地層傷害帶，所以壓裂充填可以提高完井效率（表皮系數(shù)較低），進而提高產(chǎn)能，或增強注水能力。另一方面，跟普通礫石充填相比，壓裂充填防砂增加了流體滲流面積，對流體產(chǎn)生分流作用，在一定程度上降低了流體對地層顆粒的攜帶作用，從而減小井筒附近出砂的可能性。目前，壓裂充填防砂已在渤海油田得到廣泛應(yīng)用[1，2]，作業(yè)后防砂效果較好，同時鉆后產(chǎn)量均超過配產(chǎn)，尤其在蓬勃作業(yè)公司防砂、增產(chǎn)效果顯著[3]。

表1 產(chǎn)出地層砂粒度分布關(guān)鍵參數(shù)表

該區(qū)塊某井在經(jīng)過多次壓井后，生產(chǎn)三個月后躺井，壓井后未能成功復(fù)產(chǎn)，通過分析可能是地層細粉砂微粒以及原油膠質(zhì)瀝青質(zhì)析出堵塞，這是高泥質(zhì)疏松砂巖油藏減產(chǎn)的主要原因。常規(guī)洗井已無法徹底解決堵塞問題，通過實施壓裂充填二次防砂，疏通地層，延緩微粒運移，從而達到防砂、提產(chǎn)的目標。

以江蘇省為例，驗證上述配置模型的科學(xué)性與實用性，數(shù)據(jù)選自《江蘇衛(wèi)生計生年鑒》(2017年)、《江蘇統(tǒng)計年鑒》(2017年)。

4.1 防砂方式優(yōu)選和對比

通過統(tǒng)計海上油田3 000 多口井的生產(chǎn)情況和出砂歷史，發(fā)現(xiàn)原油黏度和泥質(zhì)含量是影響防砂方式優(yōu)選的重要參數(shù)。泥質(zhì)含量越高，對防砂方式的選擇更為嚴格，普通優(yōu)質(zhì)篩管獨立防砂往往難以滿足現(xiàn)場的生產(chǎn)需求。原油黏度越高，一方面對地層固相顆粒的攜帶作用更強，另一方面稠油導(dǎo)致的高生產(chǎn)壓差生產(chǎn)也會加劇出砂風險。該油田主力開發(fā)層位平均泥質(zhì)含量在15%以上，原油黏度在100 mPa·s 以上，選擇壓裂充填防砂是可行的。

進一步的對比不同防砂方式對產(chǎn)能釋放的作用。相比普通常規(guī)管內(nèi)充填防砂，采用壓裂防砂可形成雙翼垂直裂縫，改變井筒附近的流動方式，從徑向流變?yōu)殡p線性流動，增大了有效流動面積，降低了生產(chǎn)壓差和流體流動阻力，從而更有利于產(chǎn)能釋放（見圖3）。

4.2 裂縫參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)滲透率得到最優(yōu)的支撐縫長和導(dǎo)流能力，儲層滲透率在200 mD 左右，優(yōu)化得到的支撐縫半長為40～50 m，最優(yōu)導(dǎo)流能力在400～500 mD·m。

4.3 壓裂液優(yōu)選

儲層具有中～高孔、中～高滲的特點，黏度礦物中伊蒙混層含量較高，原油黏度較大，因此壓裂液選擇低濃度胍膠、?；鶋毫岩?，并控制破膠時間，提高返排效率。

4.4 支撐劑優(yōu)選

綜合考慮支撐劑粒徑與支撐劑的承壓等級進行優(yōu)選，同時兼顧經(jīng)濟因素。在滿足地層閉合應(yīng)力的條件下，可適當放大支撐劑粒徑，從而提高裂縫導(dǎo)流能力。

壓裂防砂在該油田某井實施后，在防砂和穩(wěn)產(chǎn)方面具有一定的效果，并形成了以下幾點認識：

（1）壓裂防砂通過提高儲層打開程度，能較好的降低表皮系數(shù)，從而提高地層流體流動效率，促進高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

（2）壓裂防砂能夠延長防砂有效期，控制地層固體顆粒移動，減緩擋砂層堵塞程度。

（3）壓裂防砂的實施效果，與儲層的物性特征、流體特征、施工程序息息相關(guān)，特別是細粉砂和泥質(zhì)含量高的儲層，會帶來地層黏土礦物膨脹的問題，導(dǎo)致儲層物性變差。同時射孔工藝還可進一步影響壓裂施工壓力，導(dǎo)致充填砂困難。

5 防砂完井措施展望

5.1 新型高效防砂篩管技術(shù)

為解決疏松砂巖高泥質(zhì)稠油油藏易出砂的問題，可引入新型高效防砂篩管技術(shù)，包括預(yù)充填防砂篩管、多孔隙金屬防砂篩管等。

5.1.1 預(yù)充填防砂篩管 為進一步提產(chǎn)增效，復(fù)雜結(jié)構(gòu)井開發(fā)是一種有效的手段，如多分支井、T 型井等，但目前礫石充填防砂完井存在充填效率低、成本高的問題，預(yù)充填篩管是一種有效的解決辦法。相比于簡易防砂篩管，預(yù)充填防砂篩管在不同泥質(zhì)含量條件下具有更好的地層適應(yīng)性，能兼容礫石充填防砂對泥質(zhì)敏感弱的優(yōu)點，產(chǎn)液強度更具有優(yōu)勢[4]。相比礫石充填防砂，預(yù)充填防砂篩管能適用于多分支井、T 型井等難充填的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井，并具有成本優(yōu)勢。因此，預(yù)充填篩管在防砂有效期、穩(wěn)產(chǎn)增效方面能在該疏松砂巖油藏具有較好的適應(yīng)性。

圖3 壓裂防砂與常規(guī)防砂對比示意圖

圖4 多孔隙金屬篩管結(jié)構(gòu)圖

5.1.2 多孔隙金屬防砂篩管 為進一步增大過流能力，可將普通優(yōu)質(zhì)篩管升級為立體孔喉型篩管（見圖4），孔隙率在80%以上，具有耐腐蝕、耐高溫、抗沖蝕、強度高的特點。實驗研究表明，該類型篩管具有遠優(yōu)于普通優(yōu)質(zhì)篩管的過流能力和擋砂效果[5]。針對高泥質(zhì)儲層的過流實驗表明，多孔隙金屬防砂篩管的過流能力仍是普通篩管的2～3 倍，抗沖蝕能力是普通篩管的3～4 倍，強度也遠優(yōu)于網(wǎng)布型篩管。因此，多孔隙金屬防砂篩管在高泥質(zhì)疏松砂巖稠油油藏比普通優(yōu)質(zhì)篩管具有更好的適應(yīng)性，能更好的滿足高產(chǎn)液強度的需求。

5.2 聚合物穩(wěn)砂技術(shù)

為進一步延緩細粉砂和泥質(zhì)向近井筒地帶聚集，可將管外防砂向地層深層防砂延伸。主要措施是采用高效的穩(wěn)砂劑，將細粉砂和泥質(zhì)控制在地層深處。主要原理是一定數(shù)量的穩(wěn)砂劑擠入地層，將疏松砂巖儲層的細粉顆粒膠結(jié)起來，產(chǎn)生“絮凝”效應(yīng)，最終形成大顆粒，沉降并附著在巖石骨架表面，起到穩(wěn)定地層細粉砂的作用。該方法具有施工工藝簡單的優(yōu)點，適用于高泥質(zhì)儲層，但存在成功率較低、有效期較機械防砂短的問題?？膳浜蠙C械防砂方式，進行復(fù)合防砂。

6 結(jié)論

（1）優(yōu)質(zhì)篩管獨立防砂不適應(yīng)于類似于E 油田這種疏松砂巖高泥質(zhì)稠油油藏，在提液生產(chǎn)后，泥質(zhì)和細粉砂會加速向井筒附近運移，堵塞篩管，從而對篩管造成局部沖蝕破壞，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)篩管的有效期縮短，油井出砂風險增大。

（2）為減小表皮系數(shù)、疏通地層近井地帶流通通道，可在E 油田推廣使用壓裂充填防砂方式，增強防砂效果，延長防砂有效期，提高油井高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)年限。

（3）為進一步的提高E 油田防砂效果和產(chǎn)能釋放，可在該油田運用新型功能性篩管，如預(yù)充填篩管、多孔隙金屬防砂篩管，也可配合使用化學(xué)劑控砂穩(wěn)砂技術(shù)。