克拉瑪依紅山油田有限責(zé)任公司

淺層特稠油砂巖油田的防砂

劉冬冬 李建勇 唐宇 習(xí)杰 劉世國(guó)克拉瑪依紅山油田有限責(zé)任公司

新疆油田紅003井區(qū)砂巖、砂礫巖儲(chǔ)層開發(fā)于2010年，通過對(duì)出砂機(jī)理的研究，得出影響紅003特稠油油藏出砂的主要地質(zhì)因素為儲(chǔ)層膠結(jié)強(qiáng)度和地質(zhì)構(gòu)造；影響出砂的主要開采因素為油井注蒸汽的開發(fā)方式和生產(chǎn)過程中的含水上升。通過軟件的數(shù)值模擬和實(shí)尺寸裝置的物模試驗(yàn)，得出以繞絲篩管礫石充填為主、精密微孔濾砂管為輔的適合該油田的防砂工藝。進(jìn)行了29口井的防砂試驗(yàn)，大大延長(zhǎng)了油井的生產(chǎn)周期，節(jié)省了修井費(fèi)用，解決了紅003特稠油的出砂問題。

砂巖油層；出砂預(yù)測(cè)；膠結(jié)強(qiáng)度；防砂

油井出砂會(huì)對(duì)油井正常生產(chǎn)造成一系列不利影響。砂巖、砂礫巖油井基本都存在出砂現(xiàn)象，而針對(duì)淺層特稠油砂巖油層防砂工藝的研究缺乏系統(tǒng)性，防砂決策多為被動(dòng)防砂。新疆油田紅003井區(qū)砂巖、砂礫巖儲(chǔ)層開發(fā)于2010年，主力油層平均埋深為453m，地面原油密度平均為0.962 g/cm3；50℃地面脫氣原油黏度平均為6 239mPa·s，孔隙度平均25.9%，滲透率平均847mD。紅003井區(qū)處于蒸汽吞吐開發(fā)初期，油井出砂問題日趨嚴(yán)重。若大面積注汽開發(fā)，地層強(qiáng)度會(huì)進(jìn)一步降低，同時(shí)由于特稠油的攜砂能力更強(qiáng)，該區(qū)后續(xù)將可能面臨非常嚴(yán)重的出砂問題。

1 出砂機(jī)理及出砂預(yù)測(cè)

1.1 出砂機(jī)理

砂巖層的出砂與巖石的強(qiáng)度有直接的關(guān)系。砂巖的強(qiáng)度主要取決于砂粒間膠結(jié)物的強(qiáng)度，而不取決于砂粒礦物的強(qiáng)度。紅003淺層特稠油油藏埋藏比較淺，成巖性差，地層膠結(jié)疏松，膠結(jié)強(qiáng)度低。通過巖芯應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，測(cè)得h9023井巖芯內(nèi)聚力僅為0.68MPa，內(nèi)聚力比較小，膠結(jié)疏松，開采時(shí)容易出砂。

蒸汽吞吐生產(chǎn)時(shí)，高溫水及蒸汽溶解了顆粒間的泥質(zhì)膠結(jié)物以及瀝青膠質(zhì)，使得地層的膠結(jié)強(qiáng)度降低；同時(shí)在含水達(dá)到60%以上時(shí)，地層骨架會(huì)發(fā)生坍塌性破壞，導(dǎo)致大量出砂。研究表明，原始情況下地層巖石彈性模量為104MPa數(shù)量級(jí)，當(dāng)含水量增大后，彈性模量迅速降低為103MPa數(shù)量級(jí)；原始情況下地層巖石泊松比值約為0.25～0.4，當(dāng)含水量超過10%～20%后，其值可增大到0.5，就會(huì)形成出砂。

1.2 出砂預(yù)測(cè)技術(shù)

1.2.1 聲波時(shí)差法

利用地層聲波時(shí)差Δt這一臨界值進(jìn)行出砂預(yù)測(cè)，Δt＜295μs/m，不易出砂；Δt＞395μs/m，地層極易出砂；295μs/m≤Δt≤395μs/m，地層可能出砂，應(yīng)考慮防砂。紅003試驗(yàn)井聲波時(shí)差統(tǒng)計(jì)見表1，由表1可以看出紅003井區(qū)易出砂。

表1 油井聲波時(shí)差統(tǒng)計(jì)

1.2.2 油井出砂臨界生產(chǎn)參數(shù)法

當(dāng)一口井在采出流體時(shí)，出砂與油井的生產(chǎn)參數(shù)有關(guān)。一口井開始出砂的生產(chǎn)參數(shù)稱為井的出砂臨界參數(shù)，主要包括：極限生產(chǎn)壓差和臨界采液強(qiáng)度。

各井不同井段的極限生產(chǎn)壓差如表2所示。

表2 極限生產(chǎn)壓差統(tǒng)計(jì)

各井不同井段的臨界采液強(qiáng)度如表3所示。

由極限生產(chǎn)壓差和臨界采液強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果可以看出：紅003井區(qū)極限生產(chǎn)壓差在0.85 MPa左右，臨界采液強(qiáng)度最小值為0.54m3/d·m，臨界參數(shù)都很低，油井易出砂，應(yīng)考慮采用先期防砂完井，同時(shí)在生產(chǎn)的過程中要控制好生產(chǎn)壓差和產(chǎn)量。

表3 臨界采液強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

2 防砂工藝優(yōu)化

2.1防砂技術(shù)優(yōu)選

防砂優(yōu)選的數(shù)學(xué)模型綜合考慮了油藏、地質(zhì)、完井等因素，對(duì)所有的防砂方法做出評(píng)價(jià)。考慮到影響防砂方法的因素很多，技術(shù)評(píng)價(jià)模型采用了綜合模糊評(píng)判的方法。引入隸屬系數(shù)和隸屬度計(jì)算各防砂方法對(duì)井的適應(yīng)性，最后可得到各種防砂方法的評(píng)判因子，根據(jù)評(píng)判因子優(yōu)選出防砂方法，如表4所示。利用軟件對(duì)不同防砂方式進(jìn)行模擬比較，可以得出：紅003井區(qū)特稠油油藏最佳防砂完井方式為繞絲篩管礫石充填完井，其次為精密微孔復(fù)合濾砂管防砂。

表4 防砂方法優(yōu)選所考慮的因素及分級(jí)

在液體黏度相同的條件下，繞絲篩管礫石充填壓力損失最小，預(yù)充填襯管壓力損失最大，精密微孔濾砂管介于其中。在液體黏度不同的條件下，不同防砂管均表現(xiàn)出隨著液體黏度越高，其壓力損失越大的現(xiàn)象。通過物模試驗(yàn)可以看出，紅003特稠油直井防砂可采取以繞絲篩管礫石充填為主，精密微孔濾砂管為輔的防砂工藝。

2.2防砂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1 機(jī)械防砂管擋砂精度設(shè)計(jì)

擋砂精度是機(jī)械防砂篩管的重要參數(shù)，目前國(guó)內(nèi)外常用的設(shè)計(jì)方法有Corly&Wagner法、Wilson&Gill法等。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用下式計(jì)算縫寬，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。

當(dāng)d50≥0.08mm時(shí)，W=0.1366×ln d50+ 0.418 7；

當(dāng)d50＜0.08mm時(shí)，W=d50

2.2.2 充填礫石選擇

Saucier方法是現(xiàn)場(chǎng)普遍使用的礫石尺寸選擇方法。Saucier建議采用工業(yè)礫石的粒度中值為防砂井地層砂粒度中值的5～6倍；當(dāng)原油黏度大、含水低時(shí)，攜砂開采有利于提高產(chǎn)量，礫石尺寸可以采用地層砂粒度中值的6～8倍。紅003特稠油油藏現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用砂粒度中值為地層砂5～6倍的礫石，應(yīng)用效果較好。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

紅003特稠油井防砂工藝首選繞絲篩管礫石充填防砂工藝，其次應(yīng)用精密微孔濾砂管防砂技術(shù)。2011年至今，紅003井區(qū)施工礫石充填防砂工藝2井次，精密微孔濾砂管防砂技術(shù)27井次，防砂施工一次成功率100%。截至到2013年5月，防砂井有效生產(chǎn)期最長(zhǎng)已經(jīng)超過600天，目前仍正常生產(chǎn)，從油樣分析的結(jié)果中也未發(fā)現(xiàn)出砂現(xiàn)象，紅003特稠油出砂問題得到有效的解決。

4 結(jié)論

（1）通過對(duì)出砂機(jī)理的研究，得出影響紅003特稠油油藏出砂的主要地質(zhì)因素為儲(chǔ)層膠結(jié)強(qiáng)度和地質(zhì)構(gòu)造；影響出砂的主要開采因素為油井注蒸汽的開發(fā)方式和生產(chǎn)過程中的含水上升。

（2）通過對(duì)出砂預(yù)測(cè)技術(shù)的研究，結(jié)合定性、定量的分析，紅003特稠油油藏存在出砂現(xiàn)象，這對(duì)該井區(qū)的滾動(dòng)開發(fā)，提供了防砂建設(shè)性意見。

（3）通過軟件的數(shù)值模擬和實(shí)尺寸裝置的物模試驗(yàn)，得出以繞絲篩管礫石充填為主、精密微孔濾砂管為輔的適合該油田的防砂工藝。

（4）進(jìn)行了29口井的防砂試驗(yàn)，大大延長(zhǎng)了油井的生產(chǎn)周期，節(jié)省了修井費(fèi)用，解決了紅003特稠油的出砂問題。

15209906076、61658072@qq.com

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.7.005

劉冬冬：2005年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），現(xiàn)任克拉瑪依紅山油田有限責(zé)任公司第一采油作業(yè)區(qū)副經(jīng)理。