油井低成本防砂技術(shù)應(yīng)用效果分析研究

趙陽

（中國石化河南油田分公司采油二廠，河南南陽 473400）

2016-2021年，河南油田采油二廠出砂井681井次，平均每年在113井次，出砂以細砂、粉砂為主，預(yù)計2022年稠油出砂檢泵井120井次左右。

受井型、老井井況條件、多輪次吞吐等因素影響，防砂技術(shù)選擇受到較大制約。近2年出砂井中套損及復(fù)雜情況占比約30%，大斜度井、水平井占比40%以上，井況條件嚴重制約工藝選擇。目前稠油出砂井平均吞吐10周期以上，大部分井出現(xiàn)注氮、注汽后放噴轉(zhuǎn)抽出砂砂卡情況，井間汽竄嚴重，多井出現(xiàn)受汽竄出砂等問題。

常規(guī)擠壓充填防砂技術(shù)防砂效果好、有效期長，能夠改善近井地帶滲透率，但防砂成本相對比較高(39.6萬元左右)，單井產(chǎn)能低、采出程度高油井防砂經(jīng)濟效益差。井筒掛濾防砂的濾砂管間隙小，僅有0.07毫米，出細粉砂稠油井影響產(chǎn)能。在此情況下，開展低成本防砂技術(shù)研究并陸續(xù)投入應(yīng)用很有價值。

1.出砂原因及防砂技術(shù)應(yīng)用研究

1.1 出砂原因分析

1.1.1 地層膠結(jié)疏松

河南油田采油二廠稠油井地層膠結(jié)方式以孔隙膠結(jié)為主，膠結(jié)疏松，多個區(qū)塊多口油井出現(xiàn)射孔后出砂，新井投產(chǎn)或措施井補孔后2～3天后出現(xiàn)砂卡、砂埋油層等現(xiàn)象。

1.1.2 多輪次吞吐及汽竄影響

目前河南油田采油二廠稠油井進入高周期吞吐后期，井下近井地帶大多虧空嚴重，經(jīng)頻繁蒸汽沖擊、沖洗，地層孔滲性與原始條件相比變化巨大，地層膠結(jié)遭到較大破壞，地層膠結(jié)強度大幅度降低，進一步導(dǎo)致出砂。目前新莊油田、楊樓油田、古城油田、井樓油田等稠油熱采油井，經(jīng)高周期吞吐后50%以上油井出現(xiàn)過轉(zhuǎn)抽井卡。特別是油井注汽發(fā)生汽竄，蒸汽沿汽竄通道突進，更進一步破壞井下地層膠結(jié)強度，地層沿汽竄通道吐砂，2019～2021年發(fā)現(xiàn)多口油井因汽竄后沿汽竄通道吐砂。

1.1.3 激勵出砂

注氮或注二氧化碳井后期生產(chǎn)過程中產(chǎn)液量波動大，呈段塞式出液，產(chǎn)液溫度突升、產(chǎn)液量突升，或產(chǎn)出氮氣及二氧化碳。此時油井油壓也會突升，導(dǎo)致瞬間生產(chǎn)壓差過大，激勵地層出砂，一般出現(xiàn)在放噴轉(zhuǎn)抽后的3個月內(nèi)。此現(xiàn)象在楊樓油田YQ3區(qū)、YQ19區(qū)發(fā)生較多。

2.防砂技術(shù)應(yīng)用研究

2.1 應(yīng)用低成本機械防砂技術(shù)

優(yōu)先選用水泥車代替壓裂車，降低特車費用，單井節(jié)約費用16.5萬元，熱污水替代專用攜砂液，降低材料費用，單井節(jié)約費用6.6萬元；工具優(yōu)選及自主招標采購，單井節(jié)約工具費用4.3萬元；自主研發(fā)復(fù)合加砂罐替代混砂車，可控制砂比，且加砂均勻； 配套低成本機械防砂后，單井措施成本下降69.5%。

工藝原理：套管內(nèi)正對出砂地層下入防砂篩管，然后充填石英砂于篩套環(huán)空、炮眼和近井地帶，通過多級過濾屏障，保證油流沿充填體內(nèi)多孔系統(tǒng)經(jīng)過篩管被源源不斷地舉升至地面。而地層砂則被控制在地層內(nèi)，確保油井正常生產(chǎn)。

技術(shù)特點：（1）兩級擋砂屏障，防砂后對產(chǎn)量無影響，稠油細粉砂防砂有效率大于90%；（2）成功率高，有效期長（部分油井可達3年以上）。

技術(shù)適應(yīng)性：（1）油藏技術(shù)篩選標準，適應(yīng)范圍廣，尤其適應(yīng)于疏松砂巖油層，出一定量粒度介于細砂與中粗砂之間的油層。（2）井況條件良好，不影響工具下入、卡封等。（3）適用于直井、大斜度井、水平井等不同井型，受井型制約較小。

目前，低成本機械防砂工藝按充填方式分類有2種：（1）常規(guī)頂部充填：砂漿從油管到達充填工具下方的轉(zhuǎn)換孔流出，由于工具的單向密封作用，迫使砂漿沿篩管與套管的環(huán)形空間下行，并在油層及環(huán)形空間內(nèi)逐漸堆積。而脫砂液通過篩縫進入篩管，再通過沖管返至充填工具內(nèi)外管之間的夾壁腔，并從上方旁通孔流出進入油套管環(huán)形空間，上行至井口完成充填。此充填方式的優(yōu)點是：充填口在頂部，重力沉降影響小，充填口不會被堵；缺點是不適應(yīng)井斜角大于30度的出砂井，同時口袋淺沉砂快易砂埋部分油層。（2）底部逆向充填（含沖防一體）：充填口在底部，逆向充填。當管柱下到預(yù)定位置后，座封充填砂封隔器并丟手，反洗出座封球后進行充填防砂施工，待施工結(jié)束后起出防砂服務(wù)管柱。優(yōu)點是解決了大斜度井頂部充填倒扣卡管柱及沉砂快的油井管柱下不到位問題；缺點是長井段充填時各段間充填不均勻或部分段充填不實，砂比過高或不均勻時因重力沉降導(dǎo)致充填口易被堵塞。對攜砂液粘度和泵注入的連續(xù)性要求高。

2.2 應(yīng)用化學(xué)防砂技術(shù)

針對井況復(fù)雜、不能滿足機械防砂條件的現(xiàn)實，油井要實施化學(xué)固砂技術(shù)。目前技術(shù)手段有無機顆粒防砂及井底不留塞化學(xué)固砂技術(shù)。

無機顆粒防砂，主要是通過組分中的固結(jié)劑、高溫可溶性樹脂及助劑，在地層條件下固結(jié)，在井下近井地帶形成人工井壁，經(jīng)過注汽后，高溫致增孔劑溶解，提高人工井壁的滲透性和固結(jié)強度，在地層中阻擋和固結(jié)地層砂，達到防止油井出砂的目的。無機顆粒防砂工藝成本低、現(xiàn)場施工簡單，井筒無工具遺留；但從現(xiàn)場應(yīng)用來看，不同油層條件下適應(yīng)性不同，部分井措施后對產(chǎn)能影響較大；固砂劑成分、比例，注入濃度等均有較大影響，且強度相對較低；候凝結(jié)束后需重新鉆塞沖砂，工序多，周期長。

井筒不留塞化學(xué)固砂工藝主要通過向地層擠注石英砂，然后注入FSZ固砂劑來實現(xiàn)。FSZ固砂劑是以有機硅為主體，輔助以糠醛或糠醇等原料，通過聚合接枝復(fù)配工序研制出的綜合樹脂，它們是由線性、網(wǎng)狀、體型結(jié)構(gòu)分子組成的高分子化合物。由于這種樹脂具有極強的吸附性，當樹脂乳狀液注入地層后，樹脂全部牢牢吸附在砂粒表面，將砂粒相互粘結(jié)在一起，而乳狀液中的水存在于油層砂粒間的孔隙中，保證了固結(jié)體具有一定的滲透性。工藝特點：（1）低濃度：樹脂的使用濃度為25-50%，成本低，對油層滲透率傷害小；（2）單液法：無需后置增孔，適應(yīng)于非均質(zhì)油層分層防砂；（3）自乳化：在樹脂中加入水后即可形成乳狀液，施工工藝簡單；（4）強吸附：樹脂對砂粒具有極強的吸附性，固砂強度高。優(yōu)勢：（1）施工簡單、安全可靠；（2）對油層滲透率損害小、固砂效果好，無需打撈；（3）對油井井況的適應(yīng)性強，可實現(xiàn)多層分層防砂；候凝時間短，同時無需鉆塞沖砂，縮短作業(yè)周期、降低作業(yè)成本。存在的不足：（1）固砂劑需現(xiàn)場配置，藥劑不穩(wěn)定，不能長期存放，施工時間要求嚴格；（2）藥劑單價高于無機顆粒。

3.防砂技術(shù)選擇及參數(shù)優(yōu)化效果分析

3.1 防砂技術(shù)選擇

井況正常井，優(yōu)先選擇機械防砂工藝，綜合考慮成本、井型、出砂狀況，優(yōu)選不同充填工藝及防砂管，對加砂量進行優(yōu)化。針對吐砂嚴重、底部充填易埋充填口井實施頂部循環(huán)充填。大斜度井、水平井實施沖防一體工藝，大斜度井、水平井沖砂配套氮氣氣舉排砂工藝排砂凈，氣舉排砂后，極大解決了管柱下不到位等問題，在YQ3區(qū)水平井作業(yè)時實施氮氣氣舉排砂效果較好，且油井作業(yè)完井后油井時率及檢泵周期明顯延長。針對沉砂口袋淺井，為避免油層吐砂導(dǎo)致防砂管串下不到位，或充填前砂埋致防砂無效，實施沖防一體工藝，YQ19區(qū)出砂油井作業(yè)已推廣使用氮氣氣舉排砂。針對埋藏較深、加砂困難油井，采用精細篩管或高強度高精度繞絲篩管（注氮井），大斜度多輪次注氮井防砂管采用復(fù)合篩管，針對注二氧化碳等新工藝井采用耐腐蝕工具。

人防與技防相結(jié)合，在防砂技術(shù)不斷改進的同時，油井管理也需進一步精細化。除溫度控制在要求范圍內(nèi)，直井出砂嚴重的油井放噴時日產(chǎn)液量控制在10噸左右，且油嘴嚴格執(zhí)行1/2/3/4......9mm逐級更換，嚴禁越級使用，轉(zhuǎn)抽后及時調(diào)整參數(shù)，日產(chǎn)液量控制在15噸左右。出砂嚴重的大斜度井、水平井放噴時日產(chǎn)液量控制在15噸左右，且油嘴嚴格執(zhí)行1/1.5/2/2.5/3/4......9mm逐級更換，嚴禁越級使用，轉(zhuǎn)抽后及時調(diào)整參數(shù)，日產(chǎn)液量控制在25噸以內(nèi)。

3.2 工藝參數(shù)優(yōu)化研究

針對不同油層特點及出砂粒徑，優(yōu)選防砂管、充填砂粒徑，優(yōu)化充填半徑，攜砂液類型及粘度、砂比，加強現(xiàn)場施工壓力控制，提高加砂量，改善措施效果。

以A井為例，該井因頻繁出砂2019年9月22日防砂，2020年5月26日井卡，分析原因：該井屬中孔中滲油藏、油層埋藏深、施工壓力高、充填砂困難。第一次防砂實際加砂充填半徑小，注氮后生產(chǎn)壓力波動對防砂屏障造成較大沖擊，防砂屏障破壞導(dǎo)致防砂失效。6月9日對該井優(yōu)化工藝：（1）該井最大井斜21.53度，可采用循環(huán)充填和沖防一體工藝，考慮該井沉砂口袋淺，上一次施工加砂困難等情況，本次施工由底部充填的沖防一體工藝優(yōu)化為頂部充填防砂工藝。（2）該井出砂粒徑較細且注氮頻繁，防砂管優(yōu)化為0.12毫米的高強度繞絲篩管。（3）提高攜砂液粘度確保加砂量達標。（4）現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)優(yōu)化，及時調(diào)整控制砂比及加砂速度，確保加砂量達到設(shè)計要求。通過參數(shù)優(yōu)化，現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)優(yōu)化調(diào)整，本井本次措施加砂量由2噸上升到4噸，達到方案設(shè)計要求，后期生產(chǎn)效果改善明顯，日產(chǎn)油由0.9噸上升到2.5噸。

3.3 低成本防砂技術(shù)應(yīng)用效果統(tǒng)計

2021年，實施低成本防砂技術(shù)68井次，其中，機械防砂55井次，化學(xué)防砂13井次，防砂有效率93.1%，生產(chǎn)時率由防砂前39%上升到95.3%，累計增油1601.4噸。

4.結(jié)論與認識

（1）機械防砂對產(chǎn)能影響小、效率高、有效期長，但受井況條件制約較大。

（2）受油層條件限制，部分井充填困難，影響防砂效果。

（3）化學(xué)固砂整體有效率及增油量相對較低，需優(yōu)化工藝參數(shù)，加強研究，提高固砂劑適應(yīng)性。受目前技術(shù)條件限制，部分井只能采取化學(xué)固砂方式。

（4）井底不留塞化學(xué)固砂技術(shù)需加強跟蹤，分析措施效果，進一步研究推廣的可行性。