楊翼波，趙 哲，楊萬立，張正山

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室 /地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069;2.中石化西南局測井公司，四川 成都610100;3.新疆油田公司風城作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依834000;4.遼河油田公司茨榆坨采油廠，遼寧 沈陽110206)

風城作業(yè)區(qū)重32井區(qū)侏羅系齊古組超稠油防排砂技術(shù)應(yīng)用

楊翼波1，趙 哲2，楊萬立3，張正山4

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室 /地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069;2.中石化西南局測井公司，四川 成都610100;3.新疆油田公司風城作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依834000;4.遼河油田公司茨榆坨采油廠，遼寧 沈陽110206)

新疆油田風城作業(yè)區(qū)重32井區(qū)侏羅系齊古組屬特稠油油藏，采用注蒸汽吞吐法開采。由于其地層膠結(jié)差，原油粘度高，地層能量低，在熱采過程中出現(xiàn)嚴重的出砂現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。以新疆油田公司風城作業(yè)區(qū)重32井區(qū)超稠油油藏的動、靜態(tài)資料為基礎(chǔ)，，分析儲層出砂的主要機理，開展現(xiàn)場防砂試驗，并對不同試驗進行方案優(yōu)選，選取適合的防砂方案。

超稠油;出砂現(xiàn)象;防砂;出砂機理;效果分析

我國稠油資源分布廣泛，儲量豐富。隨著世界對石油需求量的不斷增加以及未來將面對的各種能源短缺等實際問題，稠油資源的開發(fā)和利用也變得越來越重要。但由于大部分稠油油藏地質(zhì)情況復(fù)雜，諸多因素制約了稠油井的有效開采，其中之一就是目前普遍存在地層出砂問題。出砂是油田油氣開采過程中砂粒隨流體從油層中運移出來的現(xiàn)象。油井出砂危害極大，主要表現(xiàn)為:使地面和井下設(shè)備嚴重磨蝕，;沖砂檢泵、地面清罐等維修工作量劇增;砂埋油層或井筒砂堵造成油井停產(chǎn);出砂嚴重時還會引起井壁坍塌而損壞套管。這些危害不但提高了原油的生產(chǎn)成本，而且增加了油田的開采難度。因此，油井的防砂工藝是疏松砂巖油藏正常生產(chǎn)的重要保證。

1 地質(zhì)概況

新疆油田風城作業(yè)區(qū)地下淺層蘊藏著豐富的稠油資源。目前僅探明含油面積17.25 km2，地質(zhì)儲量3 941.87×104t。重32井區(qū)侏羅系齊古組超稠油油藏于1984年發(fā)現(xiàn)，1994年上報探明石油地質(zhì)儲量1 190×104t，含油面積6.0 km2。在區(qū)域構(gòu)造上位于準噶爾盆地西北緣烏夏斷裂帶，夏紅北斷裂上盤中生界超覆尖滅帶上。重32井區(qū)位于新疆油田風城作業(yè)區(qū)西緣，侏羅系齊古組儲層的頂、底部構(gòu)造形態(tài)與區(qū)域構(gòu)造形態(tài)基本一致，為向東南緩傾的單斜構(gòu)造，地層傾角約5°。

2 儲層特征

重32井區(qū)侏羅系齊古組儲層巖性以中砂巖、細砂巖為主(占80%以上)，砂礫巖和含礫砂巖次之。碎屑顆粒粒徑一般0.05～2 mm，顆粒分選中等。膠結(jié)物成分主要為黃鐵礦、方解石和菱鐵礦，含量為0～20%，膠結(jié)程度疏松，大多數(shù)屬于孔隙型膠結(jié)，雜基成分主要為泥質(zhì)(2%)和高嶺石(3%)。侏羅系齊古組儲層厚度為88 m，自下而上可劃分為J3q3、J3q2、J3q1，其中 J3q2層可細分為 J3q2－2和 J3q2－1，其中 J3q2－2地層自下而上又可進一步細分為 J3q2－2－3、J3q2－2－2和 J3q2－2－1三個單層。上部的J3q1砂層組僅在重32井區(qū)東南部發(fā)育。其中J3q3層沉積厚度在0～31 m，砂層厚度平均在16 m，J3q2－2層沉積厚度在0～70 m，砂層厚度平均在64 m，其中J3q3和J3q2－2儲層是重32井區(qū)侏羅系齊古組儲層的主要含油層。

表1 重32井區(qū)侏羅系齊古組沉積厚度統(tǒng)計表

3 油藏出砂機理

油藏出砂過程就是一個巖石顆粒從巖層骨架上剝離并搬運至井筒的過程。油層出砂是由于井底附近地帶的巖層結(jié)構(gòu)破壞所引起的，它與巖石的膠結(jié)強度、應(yīng)力狀態(tài)和開采條件有關(guān)。地層是否出砂取決于顆粒的膠結(jié)程度即地層強度。地層出砂沒有明顯的深度界線，一般來說，地層應(yīng)力超過地層強度就有可能造成油藏出砂。

3.1 拉伸破壞作用導(dǎo)致油層出砂

拉伸破壞作用是指當外界的拉張應(yīng)力超過巖石的抗張強度時，巖石發(fā)生塑性變形或破裂的現(xiàn)象。稠油油藏普遍具有中高滲、大孔喉、膠結(jié)差、結(jié)構(gòu)疏松的特點。在熱采過程中，由于高溫高壓蒸汽的壓裂、溶蝕、水化膨脹等作用，進一步降低了儲層的巖石強度。當流體對巖石的沖刷力與拖拽力超過巖石的抗拉強度時，顆粒便會從骨架中剝離下來，呈游離相懸浮于原油當中，并隨之一起運移至井底，導(dǎo)致油層出砂。拉伸破壞作用和流體的粘度及滲流速度有關(guān)，原油粘度越高、滲流速度越大，對砂粒的沖刷力與拖拽力越強，拉伸破壞作用越嚴重。

圖1 儲層拉伸破壞作用示意圖

3.2 剪切破壞作用造成油層出砂

剪切破壞作用是指當巖石承受的剪應(yīng)力超過其自身的抗剪強度時，內(nèi)部發(fā)生剪切而形成一系列破裂面的現(xiàn)象。在原始狀態(tài)下，地層內(nèi)部的應(yīng)力場基本上處于平衡狀態(tài);當油藏投入開發(fā)之后，隨著原油采出程度的增加，地層壓力逐漸下降，對上覆地層壓力的平衡作用減小。部分上覆地層壓力轉(zhuǎn)移到巖石顆粒上，增加了顆粒之間的壓應(yīng)力，并可分解出呈一定夾角的兩組剪應(yīng)力σJ1與σJ2。隨著縱向上有效壓應(yīng)力的增大，剪應(yīng)力值相應(yīng)增大，當超過巖石的抗剪切強度時，骨架顆粒間的穩(wěn)定狀態(tài)被打破，常沿著剪應(yīng)力的方向發(fā)生顆粒錯動而形成大量的微破裂面，從而降低了巖石強度，導(dǎo)致大量顆粒從巖石骨架上脫落，隨流體運移至井筒內(nèi)，造成油井大量出砂。

圖2 儲層剪切破壞作用示意圖

4 防砂試驗及效果

目前防砂工藝綜合起來可分為固、擋、排三種防砂方式。固是指在地層中打入化學(xué)藥劑將地層砂膠結(jié)在一起，防止地層砂體進入井筒;擋是用物理方法把地層出的砂擋在油管外，防止地層砂進入泵筒卡泵;排則是用螺桿泵將地層砂連同地層流體一同排到地面。

4.1 高溫固砂試驗

風城作業(yè)區(qū)重32井區(qū)采用高溫固砂試驗進行，高溫固砂劑是以含鈣的無機化合物為主體，加入有機硅化物及分散劑經(jīng)全密閉表面噴涂工藝所組成的白色粉沫狀固體顆粒。在快速攪拌下，能分散在水介質(zhì)中。懸浮液呈微堿性，是一種不溶于水的化合物。高溫固砂劑在注汽條件下，將固砂劑擠入井內(nèi)的硅化物在井筒近井地帶高溫表面脫水，使硅化物的兩端通過硅氧鍵與地層砂牢固地結(jié)合在一起，從而起到固砂的作用。

在重32井區(qū)的DF3038井進行試驗，根據(jù)模擬試驗結(jié)果在現(xiàn)場使用濃度為8.5%的高溫固砂劑懸浮液15 m3，高溫固砂劑溶質(zhì)的用量為15×8.5%=1.3 t。試驗結(jié)果得出:該井試驗前平均檢泵周期246 d，試驗后檢泵周期為128 d，試驗前平均沉砂速度為0.07 m/t，試驗后0.73 m/t。該井試驗效果并不理想，可以認為失敗。

4.2 鋼絲網(wǎng)防砂管套管懸掛防砂

通過懸掛器下掛防砂管下入到油層出砂部位，用液壓方式將懸掛器座封，使懸掛器密封段以下部位和防砂管以及套管之間形成一個具有滲流能力的腔體。由于地層砂體的充填壓實作用，在腔體內(nèi)形成穩(wěn)定的砂橋，一方面起到恢復(fù)地層應(yīng)力的作用，另一方面有效控制地層砂向井筒的運移(在一定程度上)，避免油層出砂造成砂卡抽油泵和砂埋油層現(xiàn)象發(fā)生，從而達到防砂的目的。

圖3 鋼絲網(wǎng)防砂管套管懸掛防砂示意圖

重32井區(qū)于2011年對2口井進行鋼絲網(wǎng)防砂管套管防砂試驗，其試驗依據(jù)是在對油層砂體粒度分析、油層攜帶砂體粒度分析、洗井沖出砂體粒度分析的基礎(chǔ)上，參照油井射孔井段及沉砂口袋長度，依據(jù)原油攜帶砂粒的能力和油層產(chǎn)能，合理選擇篩隙進行套管內(nèi)防砂的新型防砂技術(shù)。2012年通過對已實施2口井進行檢泵探砂面，發(fā)現(xiàn)平均降低砂面上升速度85%以上，效果明顯。

4.3 螺桿泵排砂試驗

螺桿泵的轉(zhuǎn)子、定子副(也叫螺桿——襯套副)是利用擺線的多等效動點效應(yīng)，在空間形成封閉腔室，并當轉(zhuǎn)子和定子作相對轉(zhuǎn)動時，封閉腔室能作軸向移動，使其中的液體從一端移向另一端，實現(xiàn)機械能和液體能的相互轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)舉升作用。沿著螺桿泵的全長，在轉(zhuǎn)子外表面與定子橡膠襯套內(nèi)表面間形成多個密封腔室;隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，在吸入端轉(zhuǎn)子與定子橡膠襯套內(nèi)表面間會不斷形成密封腔室，從而達到排砂目的。

在重32井區(qū)DF5032井進行試驗可知:2011年11月22日，在DF5032井于下入地面驅(qū)動井下單螺桿泵。使用螺桿泵以前平均檢泵周期為84 d，平均砂厚96 m。2012年2月28日第五輪注汽時此井使用螺桿泵生產(chǎn)194 d，注汽前檢泵沒有出砂。螺桿泵生產(chǎn)期間沒有發(fā)生過砂卡，平均檢泵周期達到194 d，平均砂厚17 m。生產(chǎn)效果表明，說明螺桿泵排砂能力比較強，防砂效果明顯。

5 結(jié)語

1)重32井區(qū)超稠油油藏由于其地層膠結(jié)差，原油粘度高，地層能量低，在熱采過程中出現(xiàn)嚴重的出砂現(xiàn)象。

2)侏羅系齊古組儲層厚度為88 m，其中J3q3和J3q2－2儲層是重32井區(qū)侏羅系齊古組儲層的主要含油層。

3)由于拉伸破壞作用和剪切破壞作用導(dǎo)致井底附近地帶的巖層結(jié)構(gòu)被破壞，當?shù)貙討?yīng)力超過地層強度就有可能造成油藏出砂。

4)在重32井區(qū)試驗中高溫固砂試驗效果不明顯，證明該種方法對于該區(qū)域并不適用。而鋼絲網(wǎng)防砂管套管懸掛防砂試驗效果最為明顯，平均降低砂面上升速度85%以上。值得在以后的工作中進行更加深入的研究和試驗對比。

5)螺桿泵排砂試驗在實際生產(chǎn)中生產(chǎn)效果明顯，延長了檢泵周期。從而證明排砂效果明顯，有著良好的防砂效果。

表2 螺桿泵采油周期生產(chǎn)效果統(tǒng)計

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TE358+.1

B

1004－1184(2012)04－0184－03

2012－05－25

楊翼波(1987－)，男，湖南長沙人，在讀碩士研究生，主攻方向:油藏開發(fā)工程和數(shù)值模擬。