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忽玉保

(中國石化河南油田分公司采油二廠，河南南陽  473400)

 

摘   要：河南油田采油二廠稠油油藏出細粉砂嚴重。為了進一步提高細粉砂防砂開采效果，在出砂粒度中值、防砂工藝現狀等分析基礎上，對現有防砂工藝改進、優化，優選配套充填礫石及防砂管規格，優化施工參數。結合現場優化應用情況及防砂完井后油井產量進行分析，細粉砂油藏充填防砂工藝優化設計，可以獲得較好的防砂效果和經濟效益。

關鍵詞：細粉砂；粒度中值；防砂工藝；施工參數；防砂管

中圖分類號：TE358 文獻標識碼：B 文章編號：1671-2064(2023)02-0012-03

 

1.稠油細粉砂出砂粒徑分析

1.1稠油細粉砂出砂粒徑

采油二廠稠油細粉砂井年均防砂60井次以上，近一年檢泵出砂統計133井次，出砂井中砂堵尾管4井次、砂埋油層27井次、砂卡102井次。稠油油藏出砂細粉砂含量高，統計分析180井口沖出砂樣粒徑在80～220μm占比達到了82%。

1.2防砂粒徑認識對策

同一口井同一層不同砂樣篩析粒徑變化分析結果: 相同或近似生產情況下，地層出砂粒徑無明顯規律性變化。影響油井出砂的因素很多，它與油藏埋藏深度、地層膠結情況、地層壓縮率和自然滲透率、流體種類及相態(即油、水和氣的情況)、地層砂性質(棱角度、泥質含量、壓力降)、油層孔隙壓力、生產壓差大小等有直接關系。根據油田地質特點、出砂規律、巖心分析、開采狀況及其他相關資料來分析油藏出砂粒徑的具體情況，然后優選石英砂粒徑及防砂管規格。 

熱采井與常采井的不同之處：熱采井多了注汽（地層吞入）過程，使出砂粒徑變化變得復雜且無明顯規律，同時破壞了擋砂屏障，縮短了防砂有效期，影響了效果。井口砂樣和巖心砂樣篩析范圍不同，需要制定充填防砂設計規范，增大充填加砂半徑及砂比，提高近井充填堆砂比。優化合理生產參數可避免易出砂層因受激勵而突發出砂。

2.充填防砂工藝優化設計

2.1充填防砂工藝優化設計

2.1.1 油層上部充填防砂工藝優化

充填防砂根據充填口在出砂層及防砂管串中所處的位置分油層上部充填和油層底部逆向充填（見表1）。

上部充填過程：將砂漿從油管內泵入，到達充填工具下方的轉換孔流出，砂漿沿篩管和套管環形空間下行，并在油層及環形空間內逐漸堆積，而脫砂液通過篩縫進入篩管，通過沖管返至充填工具內、外管之間的夾壁腔，并從上方旁通孔流出進入油管和套管環形空間，繼續上行至井口，完成充填。

直井套管內充填防砂一般采用上部充填施工方法，避免了沉砂口袋淺時，充填礫石下沉過快堵塞底部充填口因反洗井洗不通，導致填砂量達不到設計要求或填砂過少。

（1）優點：充填口在頂部，重力沉降影響小，充填口不會被堵，確保油套環空能充滿。

（2）缺點：a)不適應井斜角大于35度的出砂井。b)對上部有射開層的井只能擠入充填不能循環充填。c)口袋淺沉出砂快易砂埋。

2.1.2 油層下部逆向充填防砂工藝優化

針對水平井、大斜度井采用油層上部充填后轉管柱丟手易卡管柱及部分井出砂嚴重，作業過程中管柱不能正常下到位的油井，優化設計一種下部沖防充填管柱，若中途因出砂遇阻，可邊沖邊下當管柱下到預定位置后，投球座封沖防砂封隔器并丟手，反洗出座封球后進行充填防砂施工，待施工結束后起出防砂服務管柱。在充填過程中需注意優化砂比、排量等充填施工參數，避免水平段形成砂橋導致底部充填過程中出現砂堵影響充填效果。

油層下部充填工藝克服了上部充填因水平井底部滲透率高或漏失而造成的水平段充填不完全，同時可進行酸洗，對水平井防砂井段泥餅進行清除，提高近井地帶的導流能力，提高油井產量。

（1）優點：解決大斜度井上部充填倒扣卡管柱及沉砂快的井下不到位的問題。 

（2）缺點：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重力沉降充填口易被堵塞。對攜砂液黏度和泵注連續性要求高。

（3）適用范圍：出砂程度嚴重，下管柱時因出砂不能正常下到位油井，適應水平井、大斜度井。

2.2充填防砂工藝優化設計原則

充填防砂優化設計原則如下：

a)設計應符合油井的實際情況及井筒技術狀況，能有效地阻擋住地層出砂。

b)設計的工藝、工序力求合理有效，保護油層，防止污染。

2.3充填防砂防砂管及參數優化設計

2.3.1 繞絲篩管優化設計

常用的繞絲篩管由打孔基管、繞絲防砂套、端環組成，其中繞絲防砂套由梯形絲與筋條螺旋繞焊而成。繞絲篩管的高強度和精確的縫隙控制使它成為常規井完井防砂的最好選擇。

梯型“自潔”縫設計使防砂縫隙間形成V字形開口，不易堵塞，易于反洗；過流面積約為30%，減少滲流阻力；擋砂精度可控。 

2.3.2篩網式濾砂管優化設計

篩網式濾砂管采用雙過濾結構，過濾間隙均勻、濾孔大小精確可控（±7μm），過流面積大（80%以上），滲透率高。基管與濾砂網焊接過程中經加熱及保溫可防止濾砂管應力破壞。

抗彎曲變形能力強，發生徑向變形20%時防砂能力不變，滿足水平井、大斜度井使用要求。

2.3.3  機械防砂參數優化設計

擋砂參數設計主要包括兩個方面，一是篩管擋砂精度設計，二是充填礫石尺寸設計。河南油田采用二廠最常用的防砂參數設計方法是Saucie法。該方法可以利用地層砂粒度中值直接計算得到充填礫石尺寸，也可以間接得出礫石孔喉直徑(見表1)并以此作為篩管擋砂精度。

Saucier礫石尺寸設計方法:

 D₅₀=5~6d₅₀                                                      （2.1）

其中，D₅₀是充填礫石粒度中值，單位μm；d₅₀是地層砂粒度中值，單位μm。

假設充填礫石形成孔喉直徑為d，那么直徑大于d的地層砂是無法通過此吼道的，因此獨立篩管的擋砂能力必須等同于此時所充填礫石的能力，即充填礫石孔喉直徑等同于獨立篩管的擋砂精度。

根據防砂方式選擇結果，對區塊防砂充填礫石尺寸篩管擋砂精度進行優化設計。

以井樓三區為例，考慮到儲層自身強度較低、出砂臨界生產壓差小、可能性極高等因素，選用粒度中值最小粒徑，結合公式2.1對儲層進行計算，結果如下:

在礫石充填防砂完井中，篩管用來支撐礫石層，篩縫提供流體通道。用的篩管主要有繞絲篩管、篩網式濾砂管，根據架橋理論(即固相顆粒尺寸是孔喉尺寸的1/3～2/3時，能形成穩定砂橋)，出篩縫尺寸，一般推薦使用2/3計算。

因此，井樓七區塊Ⅲ、Ⅳ儲層選用礫石充填防砂，儲層充填40～60目礫石，擋砂精度90μm，篩管縫寬為0.15mm。

礫石充填用量設計：包括一定半徑地層的孔隙體積、井筒環空容積、井底口袋容積及附加量，其中，井筒環空容積又分為篩套環空容積和光管段容積。

攜砂比及攜砂液粘度：攜砂液的攜帶能力取決于充填排量、攜砂比、攜砂液黏度。因此，可通過計算臨界排量的方法確定此兩項參數。計算臨界排量可依據以下兩原則:

(1)在油管及環空內，攜砂液流動速度大于石英砂自由沉降速度；

(2)在射孔炮眼內，攜砂液噴射速度大于石英砂自由沉降速度。

2.3.4充填防砂工藝參數優化： 

（1）排量優化：要求排量達到0.4m³/min以上，有利于提高攜砂，改善充填效率。

（2）攜砂比優化：排量0.4～0.8m³/min，攜砂比5%～20%（體積比）。

（3）施工壓力優化：充填壓力控制在油層破裂壓力內，充填結束壓力在正常充填壓力基礎上增加3～7MPa，以提高環空人工砂體的密度、強度，確保措施效果。

（4）排量優化：要求排量達到0.4m³/min以上，有利于提高攜砂能力，改善充填效率。

3.充填防砂工藝優化設計應用效果

近三年來，該廠充填防砂工藝優化設計應用168口井，措施有效率93.5%，防砂后累計生產16241天，累計產油18409.7噸，階段增油8940.9噸，防砂井生產時率由54.5%提高到99.0%。

（1）充填防砂方法及防砂管柱2020年10月獲得國家發明專利。 

（2）結合現場應用效果研究優化了稠油細粉砂充填工藝（充填口不同位置適應性、優缺點）及參數，實施效果明顯，推廣應用前景廣闊。 

 

參考文獻

[1] 張洪亮,鄭俊德.油氣田開發與開采[M].北京:石油工業出版社,1983.

[2] 董長銀,張啟漢,饒鵬,等.氣井系統出砂預測模型研究及應用[J].天然氣工業,2005,25(9):98-99.

[3] 趙東偉,董長銀,張琪,礫石充填防砂礫石尺寸優選方法[J]. 石油鉆探技術,2004,32(4):28-31.

 

收稿日期：2022-12-11

作者簡介：忽玉保（1974—），男，河南南陽人，大專，研究方向：油氣開發。

 

 

Optimization Design of Fine Silt Oil Reservoir Filling Sand Control Technology

HU  Yubao

(Sinopec Henan Oilfield Company Second Oil Production Plant, Nanyang   Henan  473400)

Abstract:The heavy oil reservoir of No. 2 Oil Production Plant in Henan Oilfield produces serious fine silt. In order to further improve the sand control mining effect of fine silt, the existing sand control technology is improved and optimized on the basis of the analysis of the median size of sand production and the current status of sand control technology, and the specifications of supporting gravel and sand control pipe and the construction parameters are optimized. Combined with the field optimization application and the analysis of oil well production after sand control completion, the optimization design of sand control technology for fine silt oil reservoir filling can obtain better sand control effect and economic benefits.

Key words:fine silt;median grain size;sand control technology;construction parameters;sand control pipe