疏松砂巖稠油油藏防砂參數優選試驗研究

房茂軍，曾祥林，孫福街

曹硯鋒，梁 丹 （中海油研究總院海洋石油高效開發國家重點實驗室，北京100027）

對于渤海海域疏松砂巖稠油油藏來說，由于原油粘度高、地層膠結疏松，海上油田經濟高效開發對產量的要求高等，地層微粒的運移不可避免[1～4]。同時，“嚴防死守”的防砂理念勢必使地層微粒在近井地帶堵塞，造成油井產能下降。因此，適當放大疏松砂巖稠油油藏的防砂參數，使地層微小顆粒在可控的范圍內從近井地帶排出，解除微小顆粒在井筒附近的堵塞，提高油井的產能，成為海上疏松砂巖稠油油藏開發的發展方向。目前，在渤海海域疏松砂巖稠油油藏開發中，常用的防砂方式包括礫石充填和優質篩管防砂。針對礫石充填和優質篩管兩種防砂方式，有學者對其防砂參數設計進行了一系列研究工作[5～10]，但這些研究都是基于 “嚴防死守”的防砂理念進行的設計。針對疏松砂巖稠油油藏需要放大防砂參數，采用適度出砂解除近井地層堵塞來提高產能這一要求，如何設計防砂參數，使油井產能得到提高，同時出砂量控制在可控的范圍內，成為擺在油田開發人員面前的研究課題。筆者通過試驗模擬方法對礫石充填及優質篩管防砂方式不同防砂參數下的出砂規律進行了研究，對疏松砂巖稠油油藏適度出砂條件下的防砂參數進行了優選評價。

1 試驗評價指標及試驗方法

1.1 試驗評價指標

在該試驗中，采用不同試驗模擬中的采油指數J作為試驗的評價指標。

式中，J為采油指數，m3/（MPa·d）；Q為通過防砂管或者礫石層的流量，m3/d；ΔP為防砂管及環空砂的生產壓差或防砂管及礫石層之間的壓差，MPa。

1.2 試驗方法

圖1 試驗評價裝置示意圖

試驗采用全尺寸防砂管試驗模擬裝置 （圖1），恒定的注入壓力注入模擬地層流體，3個壓力計分別測試圖示3個位置的壓力 （分別為模擬地層砂外邊界壓力、礫石層或堆積砂外邊界壓力、防砂管內部井筒壓力），針對不同防砂方式及防砂參數，記錄穩定后的流量和壓力。

2 優質篩管擋砂參數優選評價試驗

近幾年來，渤海灣部分油田在現場試驗中采用了金屬網優質篩管防砂，但在實際設計中如何恰當地設計防砂參數，成為現場要解決的問題。George Gillespie[5]針對金屬網布優質篩管進行了的室內試驗，通過模擬不同粒度砂粒樣品，測試其通過標準目數篩網的出砂量、產出砂粒徑以及篩網兩端的壓降，最終給出了標準金屬網布優質篩管網孔目數選擇方法。該方法并非使用實際篩管進行試驗，得出的選擇標準范圍較大，不能精確確定篩管的擋砂精度，在適度出砂開采中使用起來具有一定的局限性。筆者通過實際的防砂管評價試驗對金屬網布結構防砂管的防砂參數設計進行了研究。

2.1 試驗條件

以渤海某稠油油田主力油組儲層砂粒度分布為依據配置模擬試驗用砂，其粒度特征值見表1（d50為砂粒粒度中值）。配置模擬地層砂的泥質含量為10%，不均勻系數為4.4，生產壓差為3MPa，模擬稠油粘度200mPa·s。試驗用防砂管為不同防砂參數的金屬網布結構防砂管。

表1 試驗模擬用砂粒度特征值

2.2 試驗結果與分析

針對不同防砂參數的防砂管進行了5組試驗，分別測試通過防砂管的流量、壓力及含砂量數據。計算每組試驗中防砂管的平均采油指數，結果見表2。

表2 金屬網布優質篩管出砂試驗數據表

繪制5組試驗中試驗穩定后的ω/d50與堆積砂層采油指數及出砂量的關系曲線 （圖2）?？梢钥闯?，隨著防砂參數的增大，防砂管的滲透性逐漸增大。ω/d50＜0.65時，出砂量控制在0.1‰，防砂效果較好，但是篩網及其堆積砂的壓降較大，嚴重影響油井產能。ω/d50＝0.88時，出砂量控制在0.4‰。在適度出砂開采條件下，如果允許出砂量增大到0.5‰左右，可放大編織網優質篩管的防砂參數到1.32 d50，相對于較小的防砂參數，此時的防砂管滲透性已大大提高，有利于提高油井產能。

圖2 金屬網優質篩管優選評價試驗

3 礫石充填防砂礫石尺寸優選評價試驗

礫石充填防砂一般用于地層砂分布不均勻、細粉砂 （粒徑小于44μm）含量較高的地層，施工工藝較復雜，工期長，費用較高，但是防砂效果好、壽命長。目前常用的礫石充填設計方法是Saucier方法，設計礫石的尺寸為d50的5～6倍。該方法是傳統的以防砂為目的的設計方法，在目前提出的適度出砂管理模式下，礫石尺寸是否有放大的空間，放大到什么程度可以提高礫石層的滲透能力，同時保證出砂量在允許范圍內。筆者通過礫石充填防砂評價試驗進行了分析。

3.1 試驗條件

以渤海某稠油油田主力油組儲層砂粒度分布為依據配置模擬試驗用砂，其粒度特征值見表3。配置模擬地層砂的泥質含量為10%，不均勻系數為4.0，生產壓差為3MPa，模擬稠油粘度200mPa·s。充填礫石尺寸：20～40、10～30、10～16、8～12目，根據8.5in井眼下入5.5in防砂管計算礫石充填厚度為30mm。

表3 試驗模擬用砂粒度特征值

3.2 試驗結果與分析

試驗中改變充填礫石的尺寸，待流量與壓力穩定后測試流量、出砂量及各點壓力，結果見表4。

表4 不同礫石充填尺寸出砂模擬試驗數據

繪制4組試驗中試驗穩定后的礫石層采油指數、出砂量與D50/d50的關系曲線，結果見圖3。當D50/d50＜6時，出砂量基本在0.2‰以內，防砂效果好，礫石層采油指數隨著礫石尺寸的放大逐漸增加。當D50/d50＝6.5時，出砂量達到了0.3‰；當D50/d50＝6.75時，出砂量達到了0.4‰；當D50/d50＝7時，出砂量達到了0.5‰，礫石層采油指數隨著礫石尺寸的放大逐漸增加。當D50/d50＞7～8時，采油指數開始降低，出砂量繼續增加。隨著D50/d50從2.9倍提高到7～8倍，礫石層采油指數提高了近1.5倍，油中含砂量增加了3倍；當比值達到9.2倍時，礫石層采油指數急劇降低到初始的25%，油中含砂量又提高了近70%，說明此時礫石層出現了嚴重的砂侵，并有部分細砂通過礫石層及防砂管產出。適度出砂開采時，允許出砂量控制在0.5‰范圍內時，礫石尺寸的設計可適當放大到7～8倍左右，礫石層采油指數比Saucier礫石充填設計方法提高20%～35%。

圖3 礫石充填評價試驗

4 認識與結論

針對渤海海域疏松砂巖稠油油田放大防砂參數，提高油井產能的要求，通過試驗的方法對礫石充填及優質篩管防砂方式的不同防砂參數下的出砂規律進行了研究，進行了適度出砂條件下的防砂參數優選研究。

疏松砂巖稠油油藏適度出砂條件下的防砂參數優選試驗研究結果表明：在出砂量控制在0.5‰范圍內時，可放大編織網優質篩管的防砂參數到1.32倍d50；礫石尺寸的設計可適當放大到7～8倍d50左右，礫石層的采油指數相對應Saucier的礫石充填尺寸5～6倍d50時可提高20%～35%。

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[2]梁丹，曾祥林，房茂軍 .適度出砂技術在海上稠油油田的應用研究 [J].西南石油大學學報，2009，31（3）：99～102.

[3]周守為 .海上油田高效開發新模式探索與實踐 [M].北京：石油工業出版社，2007.

[4]韓國慶，李相方，吳曉東，等 .渤海稠油油田適度出砂生產可行性研究 [J].鉆采工藝，2004，27（3）：29～30.

[5]George Gillespie.Screen selection for sand control based on laboratory tests [J].SPE 64398，2000.

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[7]曾祥林，孫福街，王星，等 .渤海稠油油藏簡易防砂條件下出砂規律模擬試驗研究 [J].中國海上油氣，2004，16（6）：395～399.

[8]田紅，鄧金根，孟艷山，等 .渤海稠油油藏出砂規律室內模擬試驗研究 [J].石油學報，2005，26（4）：85～89.

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[10]張偉青，汪強，王啟蒙，等 .油藏巖心室內模擬出砂試驗研究 [J].小型油氣藏，2005，10（2）：35～38.