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東河石炭系油藏注氣受效井出砂加劇問題研究

2021-03-05 08:54:38鄭偉濤劉小岑林清金王俊芳李寶強許雪蓉
石油地質(zhì)與工程 2021年1期
關(guān)鍵詞:油嘴檢泵東河

鄭偉濤,劉小岑,林清金,王俊芳,李寶強,許雪蓉

(中國石油塔里木油田分公司東河油氣開發(fā)部,新疆庫爾勒 841000)

隨著東河石炭系油藏開發(fā)進(jìn)入中后期,開采特征整體呈現(xiàn)高含水、高采出程度,開發(fā)難度加大,注水開發(fā)已難以滿足生產(chǎn)需求[1–9]。鑒于塔里木油田氣源豐富且氣體滲流阻力低、對剩余油驅(qū)替能力強, 目前注氣開發(fā)已成為東河石炭系油藏提高原油采收率的主要方式[1]。

東河石炭系油藏于2014年7月開展注氣開發(fā)試驗,隨著最后一口注水井(東河1–4–7 井)的停注,油藏于2018 年4 月13 日全面進(jìn)入“注氣驅(qū)油時代”,開發(fā)效果得到較大改善。截至目前,已有15 口井注氣受效,10 口機采井實現(xiàn)自噴生產(chǎn),其中兩口井日產(chǎn)油達(dá)100 t,5 口井日產(chǎn)油50 t 以上,注氣累增油高達(dá)35×104t,為東河石炭系油藏穩(wěn)產(chǎn)20×104t 提供了重要保障。

雖然東河石炭系油藏注氣提采效果顯著,但與此同時也帶來諸多問題[1]。其中,注氣受效井出砂加劇問題顯著,產(chǎn)層砂埋、機采不適應(yīng)、井口裝置刺損等問題頻發(fā),嚴(yán)重影響產(chǎn)量和現(xiàn)場安全生產(chǎn)。本文旨在研究注氣開發(fā)過程中出砂加劇引發(fā)的系列問題并提出針對性對策,從而保障東河石炭系油藏注氣開發(fā)取得更好的效果。

1 出砂加劇機理

東河石炭系油藏儲層巖性以長石巖屑質(zhì)石英砂巖為主,平均埋深5 760 m,因儲層埋藏深、壓實作用強,膠結(jié)物以方解石為主,在開發(fā)初期通過理論計算和試油試采,認(rèn)為地層出砂可能性較小,因此,油井投產(chǎn)時未采取任何防砂措施[10–11]。在長期開采過程中,伴隨地層壓力衰減且經(jīng)過注水開發(fā)后,儲層中的黏土發(fā)生膨脹運移,嚴(yán)重破壞地層的膠結(jié)力,地層出砂問題日漸顯著[12–13]。在此基礎(chǔ)上,自2014年實施注氣開發(fā)試驗且伴隨注氣開發(fā)不斷深入,注氣受效井原油全分析顯示,含砂量不斷上升,井口取樣可見沉砂,地層呈現(xiàn)出砂加劇的特征(圖1)。

圖1 注氣受效井含砂量變化曲線

綜合分析注氣受效井出砂加劇原因主要包括三個方面:①生產(chǎn)壓差過大是地層出砂的主要外因。當(dāng)生產(chǎn)壓差過大甚至超過其臨界值時,地層將會發(fā)生剪切破壞而出砂[14–15]。由圖2 可以看出,地層出砂和生產(chǎn)壓差呈正相關(guān)關(guān)系。在注氣開發(fā)過程中地 層壓力逐漸上升,同時受效井氣油比上升導(dǎo)致流壓降低,從而使生產(chǎn)壓差變大,出砂加劇。②油藏長期降壓開發(fā)后經(jīng)注氣補充能量開發(fā),應(yīng)力變化導(dǎo)致儲層穩(wěn)定性變差。③在注氣開發(fā)過程中,隨著注氣受效,氣油比逐漸上升,而氣體有較高的線流速度,對巖石顆粒的拉伸破壞作用高于液體,嚴(yán)重影響儲層骨架和膠結(jié)強度。通過對比研究區(qū)10 口注氣受效自噴井生產(chǎn)參數(shù)變化特征發(fā)現(xiàn),地層出砂量與產(chǎn)氣量呈同步增加趨勢。

圖2 不同生產(chǎn)壓差下砂埋速度曲線

2 出砂的危害

隨著注氣受效井出砂加劇,產(chǎn)層砂埋、機采不適、井口裝置磨蝕等問題逐漸凸顯,嚴(yán)重影響產(chǎn)量,同時制約現(xiàn)場安全生產(chǎn)。

2.1 產(chǎn)層砂埋

自2014 年注氣開發(fā)以來,東河石炭系油藏砂埋速度呈現(xiàn)逐漸上升趨勢(圖3)。尤其自2017 年油藏擴大注氣規(guī)模以來,砂埋速度急劇增大,平均月砂埋速度已高達(dá)11.59 m。通過統(tǒng)計研究區(qū)8 口電泵井64 次清砂作業(yè)情況發(fā)現(xiàn),單井月砂埋速度最大可達(dá)32.89 m,產(chǎn)層砂埋嚴(yán)重。砂埋產(chǎn)層會堵塞流體由地層進(jìn)入井筒的通道,造成地層供液不足,影響產(chǎn)能釋放。

東河1–8–8 井為研究區(qū)注氣受效電泵井,自2018 年5 月開始,該井產(chǎn)液量和動液面逐漸下降,整體呈現(xiàn)出地層供液不足的特征。2018 年7 月因卡泵進(jìn)行檢泵作業(yè),作業(yè)中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)層全部砂埋,沖砂后產(chǎn)能迅速釋放,日產(chǎn)量和動液面均恢復(fù)至正常水平(圖4)。

2.2 機采不適應(yīng)

圖3 東河石炭系油藏砂埋速度變化

圖4 東河1–8–8 井生產(chǎn)曲線

電泵井出砂會引起泵軸砂卡,從而導(dǎo)致頻繁過載停機,同時會堵塞泵吸入口,造成欠載停機,還會導(dǎo)致抽油泵閥爾堵塞、泵卡。對于出砂嚴(yán)重的油井,電泵和抽油機采油已不能滿足正常生產(chǎn)。

油田開發(fā)方式由注水轉(zhuǎn)為注氣后,研究區(qū)機采井檢泵周期呈現(xiàn)逐年下降趨勢。尤其自2017 年擴大注氣規(guī)模以后,隨著注氣受效進(jìn)一步加劇,因地層出砂加劇、氣油比上升以及瀝青質(zhì)析出等原因?qū)е聶C采井檢泵周期大幅下降,目前僅為290 d。其中,由地層出砂引起的過載停機、泵卡、泵燒等檢泵作業(yè)占45%,嚴(yán)重影響時率和產(chǎn)量。

2.3 井口裝置磨蝕

伴隨注氣受效,油井逐漸呈現(xiàn)高氣油比和高含砂量的特征。高流速氣體夾雜地層砂對井口油嘴、堵頭以及地面管線彎頭處沖蝕作用大。若發(fā)現(xiàn)不及時,會發(fā)生堵頭和管線刺漏事件,為安全生產(chǎn)埋下隱患,現(xiàn)場安全無法得到保障。目前東河石炭系油藏共有15口注氣受效井,其中7口井地層出砂嚴(yán)重,日常檢查時均出現(xiàn)不同程度的油嘴刺大、堵頭刺損和管線減薄現(xiàn)象?,F(xiàn)場需頻繁檢查、更換油嘴和堵頭,嚴(yán)重制約現(xiàn)場安全和平穩(wěn)生產(chǎn)。

3 主要防砂技術(shù)

3.1 地層防砂

3.1.1 控制生產(chǎn)壓差

生產(chǎn)壓差過大是地層出砂的主要原因。利用BP法和Forchneier 法預(yù)測東河石炭系油藏臨界出砂壓差普遍低于7.00 MPa,而研究區(qū)地層出砂嚴(yán)重的7口井實際生產(chǎn)壓差均大于臨界生產(chǎn)壓差,其中東河1–H18C 井生產(chǎn)壓差高達(dá)24.62 MPa。選擇合理工作制度,確保油井實際生產(chǎn)壓差小于臨界生產(chǎn)壓差是源頭控制出砂的根本性措施。生產(chǎn)壓差過大,地層出砂嚴(yán)重;而生產(chǎn)壓差過小又會導(dǎo)致生產(chǎn)速度降低、產(chǎn)能下降[10–11]。因此現(xiàn)場生產(chǎn)制度調(diào)控應(yīng)兼顧產(chǎn)量和地層出砂雙重因素,確保注氣開發(fā)過程中油井高效平穩(wěn)生產(chǎn)。

3.1.2 PCS 地層防砂

PCS 地層防砂技術(shù)集化學(xué)和產(chǎn)層改造為一體,其防砂機理主要包括三個方面:①在近井地帶形成高滲透人工井壁,降低表皮系數(shù);②恢復(fù)坍塌的地層井壁,使附近地應(yīng)力重新分布,防止地層坍塌,減少套管破損;③有效解除地層堵塞,提高地層滲透率,既防砂又增產(chǎn)[16]。

東河1 井為東河石炭系油藏注氣受效井,該井地層出砂嚴(yán)重,在未采用PCS 地層防砂之前,月砂埋速度高達(dá)18.48 m。自2014 年采用PCS 地層防砂技術(shù)后,月砂埋速度平均為2.68 m,出砂速度明顯降低,地層出砂大幅減弱,PCS 地層防砂效果顯著(圖5)。

圖5 東河1 井PCS 地層防砂前后砂埋速度變化特征

3.2 井筒防砂

3.2.1 防砂完井

新井采取先期防砂完井方式,完井作業(yè)時將防砂篩管掛到套管上,下到產(chǎn)層部位防止砂由地層進(jìn)入井筒[9]。目前研究區(qū)共有兩口井采用防砂篩管完井方式,作業(yè)中未發(fā)現(xiàn)井筒砂埋且未發(fā)生因出砂嚴(yán)重導(dǎo)致的泵卡和泵燒問題,檢泵周期長,防砂效果好。

3.2.2 優(yōu)化防砂管柱

采用“MCHR 封隔器+防砂管+沉砂管”丟手防砂管柱。與傳統(tǒng)一體化防砂管柱相比,丟手防砂管柱可以通過打壓驗證封隔效果,同時因MCHR 封隔器與電泵管柱分開,可大大減少作業(yè)時間。東河1–7–7T 井地層出砂嚴(yán)重,采用一體化防砂管柱生產(chǎn)期間頻繁檢泵,平均檢泵周期為98 d,該井優(yōu)化為丟手防砂管柱后,砂卡故障減少,生產(chǎn)時率和檢泵周期大幅上升,生產(chǎn)情況好轉(zhuǎn)。

3.2.3 轉(zhuǎn)變采油方式

將原有的電泵和抽油機采油優(yōu)化為氣舉采油。氣舉采油利用氣體作為人工舉升的動力,井下無運動件,對出砂井的適應(yīng)性強,可極大地解決因出砂嚴(yán)重引起的機采不適和自噴井因積液、地層壓力下降停噴后難以復(fù)噴的問題。目前來說,氣舉采油為注氣受效井從機采到自噴生產(chǎn)必要的過渡采油方式。 通過對比三種機采井生產(chǎn)時率和維護(hù)作業(yè)井次發(fā)現(xiàn),自2017 年擴大注氣規(guī)模以來,電泵和抽油機井生產(chǎn)時率僅為87%,檢泵作業(yè)井次高達(dá)54 次,而氣舉井生產(chǎn)時率高達(dá)96%,因氣舉閥漏失進(jìn)行的維護(hù)作業(yè)僅1 次,作業(yè)次數(shù)大幅降低,生產(chǎn)時率和產(chǎn)量得以保障(圖6)。

圖6 機采井生產(chǎn)時率和作業(yè)井次統(tǒng)計

3.3 地面治砂

3.3.1 優(yōu)化油嘴和堵頭材質(zhì)

目前井口油嘴和堵頭材質(zhì)為35 鉻鉬,耐沖蝕作用相對較弱。通過借鑒高壓氣井井口裝置,將油嘴和堵頭材質(zhì)及結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化:在原有35 鉻鉬油嘴中心嵌入所需規(guī)格的碳化鎢芯管,同時在原有35 鉻鉬堵頭上鑲嵌厚度為7~10 mm 碳化鎢加固層。通過此種方式,極大地延緩了井口裝置磨蝕速率,地面生產(chǎn)安全得以保障。

東河1–5–9 井和東河1–H18C 井為石炭系油藏兩口注氣受效自噴井,出砂問題顯著。在使用35鉻鉬油嘴和堵頭生產(chǎn)期間,油嘴檢查周期僅為3 d,且檢查時仍發(fā)現(xiàn)油嘴刺大、堵頭刺損情況;將油嘴、堵頭材質(zhì)優(yōu)化為碳化鎢后,油嘴檢查周期延長至15 d,截至目前已使用98 d,仍未發(fā)生刺損現(xiàn)象。

3.3.2 井口加裝除砂器

在生產(chǎn)閥外側(cè)加裝除砂器(圖7),利用重力和旋轉(zhuǎn)時的離心力將砂從流體中分離出來,從而減小砂對后續(xù)管材的沖蝕作用,現(xiàn)場需定期進(jìn)行排砂并根據(jù)排砂量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控。

圖7 井口工藝流程

3.3.3 井口采用二級節(jié)流

在除砂器外側(cè)加裝角閥進(jìn)行一級節(jié)流,然后在角閥后加裝油嘴進(jìn)行二級節(jié)流,通過兩級節(jié)流(圖7),減小砂在管線中的流速從而減弱砂對油嘴、堵頭和后續(xù)管線的沖蝕,確保地面風(fēng)險受控。

4 結(jié)論

(1)隨著注氣開發(fā)持續(xù)推進(jìn),地層壓力穩(wěn)步回升,生產(chǎn)壓差和產(chǎn)氣量增大導(dǎo)致油井出砂加劇。

(2)伴隨出砂加劇,機采井嚴(yán)重砂卡、頻繁檢泵,自噴井產(chǎn)層砂埋、井口裝置刺損變形,嚴(yán)重制約了產(chǎn)量增長和現(xiàn)場安全生產(chǎn)。

(3)通過建立地層–井筒–地面防治一體化體系,源頭治理出砂,兼以井筒和地面治砂,保障油井高效安全生產(chǎn),助力注氣開發(fā)提采增產(chǎn)。

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