適度防砂技術(shù)在渤海油田的應(yīng)用

適度防砂技術(shù)在渤海油田的應(yīng)用

適度防砂技術(shù)是指在油層段下進(jìn)入特殊的篩管，適度擴(kuò)大防砂粒的直徑。在生產(chǎn)過程中，非常小的地層砂被允許進(jìn)入井筒，并通過手動(dòng)上升法將砂粒上升到地板上。然后進(jìn)行分離和處理。與傳統(tǒng)防砂技術(shù)相比,該技術(shù)有控制地引導(dǎo)地層出砂,既能減少完井投入,又能明顯提高油井產(chǎn)能。該技術(shù)在北海Gullfaks海上油田和巴基斯坦Sawan油田成功應(yīng)用,將產(chǎn)量提高了10%左右。近幾年,渤海灣地區(qū)為提高油田的開發(fā)效率提出的“鉆井壓裂適度防砂技術(shù)”取得了重大成果,但隨著適度防砂開采年限的增加,逐漸暴露出某些油藏的適度防砂井出砂不可控、出砂量過大,造成地面處理砂困難、油層砂埋甚至報(bào)廢等問題。因此,針對(duì)不同儲(chǔ)層特性的油藏,確定合理的防砂方式及參數(shù)是油氣田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)迫切需要解決的關(guān)鍵問題。1防砂方式的選擇儲(chǔ)層的粒度特性是防砂方式選擇的基礎(chǔ),不同防砂設(shè)計(jì)方法采用的標(biāo)準(zhǔn)不同。近年來(lái),國(guó)外的防砂設(shè)計(jì)方法主要有Saucier、Tiffen和Johnson方法。Saucier法主要考慮粒度中值d50,Tiffen法考慮均質(zhì)系數(shù)UC(d40/d90)、分選系數(shù)SC(d10/d95)、細(xì)顆粒含量(<44μm含量)3個(gè)參數(shù),Johnson法考慮均勻系數(shù)UC、粒度中值d50絕對(duì)值范圍、d50相對(duì)值波動(dòng)范圍3個(gè)參數(shù)。但這些方法均建立在完全擋砂的基礎(chǔ)之上。適度防砂技術(shù)建立在出砂預(yù)測(cè)、儲(chǔ)層砂樣精細(xì)分析、配套地面設(shè)備的處理能力以及以往防砂經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上,在出砂可控的情況下,適當(dāng)放大防砂粒徑,盡可能發(fā)揮油井產(chǎn)能。因此,適度防砂技術(shù)防砂方式不能完全依照傳統(tǒng)方法進(jìn)行選擇,應(yīng)建立一個(gè)相應(yīng)的選擇依據(jù)。國(guó)外曾對(duì)出砂規(guī)律進(jìn)行了室內(nèi)模擬。筆者不僅模擬了出砂規(guī)律,同時(shí)利用全尺寸大型出砂模擬裝置進(jìn)行了大量的不同防砂方式下的出砂模擬試驗(yàn)。結(jié)果表明:儲(chǔ)層的泥質(zhì)含量和各種黏土礦物的吸水膨脹性對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)、不同類型篩管的堵塞程度及防砂后的產(chǎn)能有重要影響,也是決定防砂方式選擇的主要因素。常見的黏土礦物種類有蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石,且吸水膨脹性為蒙脫石>伊/蒙混層>伊利石>高嶺石>綠泥石。根據(jù)筆者得出的不同防砂方式下出砂模擬試驗(yàn)結(jié)果,其大小對(duì)不同類型篩管的堵塞程度及防砂后的產(chǎn)能有重要影響。因此,在前人防砂設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)上,增加了黏土礦物的吸水膨脹性這個(gè)參數(shù),提出適度防砂技術(shù)防砂方式的選擇理論依據(jù)為:均質(zhì)系數(shù)UC、泥質(zhì)含量Vsh、黏土礦物吸水膨脹性3個(gè)參數(shù)。而擋砂精度的選擇主要以地層砂粒度中值d50確定范圍,并結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)效果最終確定擋砂精度。2渤海灣地區(qū)典型的油田儲(chǔ)存特征及儲(chǔ)量評(píng)價(jià)2.1儲(chǔ)層砂特性分析渤海灣地區(qū)是典型的疏松砂巖油藏,埋藏淺,必須進(jìn)行防砂開采。NB35-2、SZ36-1、BZ34-1等3個(gè)典型油田的儲(chǔ)層特性如表1所示。由表1可知,3個(gè)典型油田儲(chǔ)層砂基本都在細(xì)粉砂巖和細(xì)砂巖之間,粒度偏小,非均質(zhì)性強(qiáng),泥質(zhì)含量平均10%以上,但各油田的黏土礦物組分差別較大。NB35-2、SZ36-1油田吸水膨脹性明顯強(qiáng)于BZ34-1油田。依據(jù)傳統(tǒng)防砂設(shè)計(jì)理論,均需采用礫石充填防砂方式以達(dá)到預(yù)期防砂效果。2.2過高的采液強(qiáng)度為評(píng)價(jià)目前渤海灣地區(qū)不同防砂完井方式對(duì)產(chǎn)能的影響規(guī)律,首先排除增產(chǎn)措施及修井停產(chǎn)等復(fù)雜情況的生產(chǎn)井,統(tǒng)計(jì)了防砂后正常生產(chǎn)井的采液量變化,從而判斷防砂管或礫石層的堵塞程度。在此特定義了采液強(qiáng)度與采液強(qiáng)度變化率兩個(gè)概念,對(duì)渤海灣地區(qū)3個(gè)典型油田不同防砂方式下的產(chǎn)能變化進(jìn)行對(duì)比。采液強(qiáng)度:單口油井單位儲(chǔ)層厚度下每天的采液量。采液強(qiáng)度變化率:油井生產(chǎn)一年后的平均采液強(qiáng)度與油井生產(chǎn)前半年的平均采液強(qiáng)度之差除以前半年平均采液強(qiáng)度。如圖1,依據(jù)傳統(tǒng)Saucier設(shè)計(jì)方法,NB35-2油田礫石尺寸選擇16~30目,同時(shí)還采用了小一級(jí)的20~40目礫石充填防砂,適度防砂應(yīng)用擋砂精度230μm優(yōu)質(zhì)篩管(相當(dāng)于10~20目礫石充填)、擋砂精度175μm優(yōu)質(zhì)篩管(相當(dāng)于16~30目礫石充填)防砂?？傮w來(lái)看,礫石充填防砂井的采液強(qiáng)度遠(yuǎn)好于優(yōu)質(zhì)篩管防砂井。從采液強(qiáng)度變化率來(lái)看,礫石充填防砂井后期產(chǎn)能增加,優(yōu)質(zhì)篩管防砂井后期產(chǎn)能下降,說明防砂管出現(xiàn)堵塞。因此,NB35-2油田采用礫石充填防砂方式要好于優(yōu)質(zhì)篩管。SZ36-1油田以礫石充填防砂為主,后期調(diào)整井采用適度防砂技術(shù)下的優(yōu)質(zhì)篩管防砂方式,依據(jù)傳統(tǒng)Saucier設(shè)計(jì)方法,礫石尺寸選擇20~40目,從圖2來(lái)看,采用礫石充填的防砂井產(chǎn)能高且后期增加,采用擋砂精度100μm優(yōu)質(zhì)篩管(相當(dāng)于40~60目礫石充填)的井后期產(chǎn)能下降,總體評(píng)價(jià)SZ36-1油田礫石充填比優(yōu)質(zhì)篩管防砂效果好。如圖3所示,依據(jù)傳統(tǒng)Saucier設(shè)計(jì)方法,BZ34-1油田礫石尺寸選擇20~40目,同時(shí)還采用了16~30目礫石充填、適度防砂技術(shù)的擋砂精度120μm獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管(相當(dāng)于30~40目礫石充填)防砂。BZ34-1油田采用優(yōu)質(zhì)篩管防砂井的采液強(qiáng)度高且有上升趨勢(shì),說明隨著微顆粒的產(chǎn)出,改善了近井地帶的油藏物性,優(yōu)質(zhì)篩管未發(fā)生堵塞。采用礫石充填的井產(chǎn)能偏低且后期下降,總體來(lái)看,采用優(yōu)質(zhì)篩管防砂要好于礫石充填防砂。2.3優(yōu)質(zhì)篩管防砂由NB35-2、SZ36-1、BZ34-1油田的不同儲(chǔ)層特性及不同防砂方式下的產(chǎn)能評(píng)價(jià)可知:(1)BZ34-1油田優(yōu)質(zhì)篩管的防砂效果要明顯好于NB35-2和SZ36-1油田,原因是NB35-2和SZ36-1油田的吸水膨脹性強(qiáng)于BZ34-1油田,即使泥質(zhì)含量達(dá)到24%也可采用獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管防砂。(2)當(dāng)泥質(zhì)中以蒙脫石、伊/蒙混層為主時(shí),其吸水膨脹性強(qiáng),易堵塞防砂管,應(yīng)采用礫石充填防砂,可適當(dāng)降一級(jí)礫石尺寸,進(jìn)一步阻擋黏土及細(xì)顆粒,延長(zhǎng)堵塞時(shí)間。當(dāng)泥質(zhì)中以高嶺石、伊利石為主,其吸水膨脹性弱,油田含水率低、含水率上升較慢時(shí),可采用優(yōu)質(zhì)篩管防砂,適當(dāng)降低擋砂精度,有利于細(xì)顆粒的產(chǎn)出和油層物性的改善。(3)一部分生產(chǎn)井采用金屬網(wǎng)布和金屬棉優(yōu)質(zhì)篩管獨(dú)立防砂。在NB35-2油田采用金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管的井大量出砂,其防砂范圍窄,不適用于非均質(zhì)性強(qiáng)的儲(chǔ)層;金屬棉優(yōu)質(zhì)篩管具有自潔功能和自修復(fù)功能,立體過流面積大,適用范圍較寬,對(duì)非均質(zhì)性強(qiáng)的儲(chǔ)層防砂效果好。3防砂方式選擇根據(jù)對(duì)渤海灣地區(qū)典型油田不同儲(chǔ)層特性在不同防砂方式下的產(chǎn)能評(píng)價(jià)及大量室內(nèi)不同完井方式下出砂模擬試驗(yàn),結(jié)合筆者提出的防砂方式選擇依據(jù),得出該地區(qū)適度防砂技術(shù)的防砂方式選擇標(biāo)準(zhǔn)。(1)Vsh<10%、UC<5時(shí),可選用金屬網(wǎng)布或金屬棉優(yōu)質(zhì)篩管;Vsh<10%,5<UC<10時(shí),選用金屬棉優(yōu)質(zhì)篩管。(2)10%<Vsh<25%、UC<10時(shí),黏土礦物組分中以蒙脫石為主或伊/蒙混層中以蒙脫石為主,吸水膨脹性強(qiáng),選用礫石充填;黏土礦物組分中以伊利石、高嶺石、綠泥石為主,吸水膨脹性弱,選用優(yōu)質(zhì)篩管防砂。(3)Vsh>25%、UC>10時(shí),優(yōu)質(zhì)篩管易堵塞,選用礫石充填。根據(jù)上述理論,為方便技術(shù)人員在防砂方案設(shè)計(jì)中直觀選擇防砂方式,最終建立了適用于渤海灣地區(qū)適度防砂技術(shù)的防砂方式選擇圖版(圖4)。針對(duì)礫石尺寸和優(yōu)質(zhì)篩管的精度設(shè)計(jì),建議礫石尺寸仍沿用5~6倍地層砂粒度中值(d50),適度出砂的獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管防砂建議相當(dāng)于礫石充填擋砂精度或稍放大一級(jí),但一定要把出砂量控制在適度出砂標(biāo)準(zhǔn)0.5‰以內(nèi),可通過室內(nèi)出砂模擬試驗(yàn)評(píng)價(jià)并進(jìn)行擋砂精度的修正。4u3000泥質(zhì)充填人工防砂性能試驗(yàn)在渤海灣地區(qū)利用圖4所示圖版對(duì)多個(gè)新開發(fā)油田的防砂方式進(jìn)行了優(yōu)選。以KL3-2油田為例,儲(chǔ)層特性參數(shù)為:粒度中值d50為50~210μm,平均80μm;UC為2.5~10;泥質(zhì)含量Vsh平均13%,泥質(zhì)中黏土礦物以蒙脫石和高嶺石為主,伊利石次之,吸水膨脹性強(qiáng)。依據(jù)圖4,KL3-2油田采用礫石充填并設(shè)計(jì)礫石尺寸40~60目,同時(shí)進(jìn)行了礫石充填和優(yōu)質(zhì)篩管防砂的室內(nèi)出砂模擬試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果圖5。由圖5可看出,礫石充填能滿足KL3-2油田配產(chǎn)要求;優(yōu)質(zhì)篩管初期能滿足配產(chǎn)要求,但由于高泥質(zhì)含量加快了優(yōu)質(zhì)篩管的堵塞,產(chǎn)量急劇下降。而礫石充填既能把出砂控制在0.5‰范圍內(nèi),又提高了產(chǎn)能,說明礫石充填方案是合理的。5確定防砂方式選擇的邊界(1)適度防砂技術(shù)防砂方式選擇的理論依據(jù)為均質(zhì)系數(shù)、泥質(zhì)含量、黏土礦物吸水膨脹性,并根據(jù)地層砂粒度中值確定擋砂精度。(2)儲(chǔ)層中蒙脫石、伊/蒙混層和伊利石吸水膨脹極易堵塞篩管,造成產(chǎn)能明顯下降,進(jìn)一步驗(yàn)證了黏土礦物組分在防砂方式選擇中的重要性,由此大致確定了防砂方式選擇的界限。