文敏，王平雙，何保生，劉書杰曹硯鋒，楊玉貴，潘豪 （中海油研究總院，北京100028）

在油氣井開發(fā)生產(chǎn)過程中，防砂設(shè)計是完井中一個重要的決策過程，合理的防砂方法和參數(shù)設(shè)計確保了油氣井全壽命生產(chǎn)周期內(nèi)的高效高產(chǎn)開發(fā)。據(jù)相關(guān)資料報道，全世界的油井約有40%需要防砂，這個比例每年還在遞增。根據(jù)現(xiàn)有防砂原理及工藝特點，防砂方法大致可以分為機械式防砂、化學防砂、復合防砂和其他防砂方法幾類［1～3］，其中機械防砂應用最為廣泛［4］。通過調(diào)研現(xiàn)有對陸上油田的防砂研究比較透徹，但是在對于湖上和深水油氣田的防砂方式比較單一，由于水環(huán)境的復雜和風險性，多數(shù)深水油氣田采用礫石充填完井方式，注水井采用套管射孔、繞絲篩管及優(yōu)質(zhì)篩管完井。對特定的油氣田來說，地層粒度、泥質(zhì)含量、細粉砂含量的影響對防砂方式選擇具有重要的決定性。而對非洲中部烏干達西北部的湖上K油田，由于其粒度的不確定性及防砂后其產(chǎn)量的不確定性，根據(jù)粒度資料和測井資料，在防砂經(jīng)驗設(shè)計方法的基礎(chǔ)上利用實驗方法進行優(yōu)化，建立更適合于湖上K油田的防砂方法及方式。

1 油田基本情況

K油田位于非洲中部烏干達西北部的Albert湖區(qū)，受正斷層控制，南部圈閉以邊界斷層控制的半背斜為主。目的層主要位于上新統(tǒng)，沉積類型多為河流和三角洲，儲層為多期疊置河道、三角洲砂巖，物源方向主要為北東向。儲層埋深2200m，地層巖性主要以砂泥巖為主，砂泥巖成互層分布，且單層較薄，砂巖層厚度一般小于10m，泥巖層厚度比砂巖層略大，但基本不超過20m。儲層2C屬于中－高孔、中－高滲高凝油油藏，黏度較低。

2 K油田出砂可能性分析及評價

影響地層出砂的因素很多，一般認為井壁巖石的應力狀態(tài)和巖石強度等是油井出砂的內(nèi)因，開采過程中生產(chǎn)壓差的大小及地面操作條件是出砂的外因［5］。出砂指數(shù)是預測油氣井生產(chǎn)初期是否出砂的有效方法，目前廣泛應用的出砂指數(shù)有兩種，即模量和出砂指數(shù)與模量積出砂指數(shù)。利用K油田探井的測井數(shù)據(jù)結(jié)合聲波時差法對儲層2C進行了分析，這3種預測方法一致顯示其出砂可能性較大。

國內(nèi)外通用的出砂臨界壓差預測模型主要有：Morita模型、剪切破壞模型、W-P模型和UCS／2經(jīng)驗模型等［6，7］。各模型的假設(shè)條件、適用井型、考慮的參數(shù)和出砂判斷準則存在差異，因此具有自身不同的優(yōu)缺點。根據(jù)K油田油藏特性和儲層物性，結(jié)合地應力、巖石力學及儲層壓力等參數(shù)，優(yōu)選出經(jīng)驗模型UCS／2進行儲層的出砂預測。結(jié)果表明，K油田2C儲層臨界生產(chǎn)壓差較低，初始時期的生產(chǎn)壓差保持在2．5MPa以內(nèi)地層才不會出砂。鑒于海外開發(fā)的許可有效期有限，短期高產(chǎn)是海外作業(yè)的一貫模式，限產(chǎn)會帶來巨大的經(jīng)濟損失，所以K油田必須采取防砂措施。

3 K油田防砂經(jīng)驗設(shè)計

3.1 K油田儲層粒度及泥質(zhì)質(zhì)量分數(shù)分布規(guī)律

儲層粒度特征值分布范圍和泥質(zhì)含量的準確確定是有效防砂方式及參數(shù)設(shè)計的基礎(chǔ)［8］。對K油田2C儲層的地層巖樣采用了激光粒度測試和篩析測試相結(jié)合的方法進行了分析。儲層粒度變化范圍比較大，粒度中值D50變化范圍239～382μm，不均勻系數(shù)UC變化范圍2．078～24．825，細粉砂質(zhì)量分數(shù)6%～20%。主力儲層均為中粗顆粒，非均質(zhì)性強是該油田儲層的一個主要特征。

由于現(xiàn)場取心費用昂貴、巖心稀少以及沉積環(huán)境差異、油藏縱橫向上的各向異性和非均質(zhì)性等特點，建立伽馬、密度測井項與實測粒度特征值三者樣本庫，利用 “神經(jīng)網(wǎng)絡”學習性技術(shù)，結(jié)合開發(fā)井測井資料，建立整個粒度縱向分布剖面，為防砂設(shè)計提供準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。利用神經(jīng)網(wǎng)絡預測K油田2C儲層的粒度中值D50在230～380μm之間，粒度較粗；UC在0～25，主要集中小于6；細粉砂質(zhì)量分數(shù)為0%～24%，主要集中小于9%。對K油田2C儲層巖心進行了X－衍射全巖分析和黏土礦物成分分析試驗，結(jié)果表明2C主力儲層的泥質(zhì)質(zhì)量分數(shù)5%～18%，平均泥質(zhì)質(zhì)量分數(shù)11．8%，黏土礦物成分主要以伊利石為主，蒙脫石和綠泥石次之，吸水膨脹性較強。

3.2 K油田防砂方法及參數(shù)設(shè)計

根據(jù)K油田儲層粒度特征值分布范圍和泥質(zhì)質(zhì)量分數(shù)等參數(shù)，采用George Gillespie and Johnson的防砂設(shè)計方法和Tiffen防砂設(shè)計標準示意圖以及中國石油大學巖石力學實驗室防砂設(shè)計圖版對2C儲層進行防砂方式選擇［9～11］，初步推薦采用優(yōu)質(zhì)篩管或礫石充填方法防砂完井。根據(jù)常用的Saucer最小包絡線計算方法選擇最優(yōu)礫石尺寸［12］，并結(jié)合Coberly和Penberthy的研究成果，可以大致確定礫石規(guī)格和優(yōu)質(zhì)篩管的擋砂范圍。

4 室內(nèi)出砂模擬試驗優(yōu)化

基于經(jīng)驗設(shè)計方法，針對K油田儲層特性和生產(chǎn)壓差，對不同擋砂精度 （150、200、250、300μm）的優(yōu)質(zhì)篩管防砂和不同防砂組合方式 （250μm繞絲篩管礫石充填、250μm獨立優(yōu)質(zhì)篩管及250μm優(yōu)質(zhì)篩管礫石充填）進行模擬試驗［11］。

1）實驗1 對比該油田利用優(yōu)質(zhì)篩管防砂后產(chǎn)能的變化及防砂效果，如圖1～4所示。對于4種防砂篩管在初始階段其米采油指數(shù)相差較大，孔喉直徑越大其米采油指數(shù)越高，在試驗穩(wěn)定階段，300μm優(yōu)質(zhì)篩管時的米采油指數(shù)相對于其他3個精度 （250、200、150μm），分別增加了26．72%、38．039%、152．3%。從含砂質(zhì)量分數(shù)比較，300μm優(yōu)質(zhì)篩管的出砂量遠大于其他3個精度，超過了油氣井安全生產(chǎn)的要求，其他3個精度能滿足油氣井安全生產(chǎn)的防砂要求。優(yōu)質(zhì)篩管防砂過程中，隨著篩管孔徑的變大，其出砂粒度越大，說明在K油田產(chǎn)層段的防砂過程中，小精度的優(yōu)質(zhì)篩管擋砂范圍更廣，結(jié)合不同篩管精度防砂下的米采油指數(shù)，推薦使用250μm的優(yōu)質(zhì)篩管防砂。

圖1 不同精度優(yōu)質(zhì)篩管的米采油指數(shù)隨時間變化曲線

圖2 不同精度優(yōu)質(zhì)篩管的油中含砂質(zhì)量分數(shù)隨時間變化曲線

圖3 不同精度優(yōu)質(zhì)篩管米采油指數(shù)對比圖

圖4 不同精度獨立優(yōu)質(zhì)篩管粒徑對比圖

圖5 不同防砂組合方式的米采油指數(shù)隨時間變化曲線

圖6 不同防砂組合方式油中含砂量隨時間變化曲線

2）實驗2 對比K油田采用3種不同組合防砂方式以后產(chǎn)能的變化及防砂效果，其中根據(jù)地層砂粒徑分析選用10～30目礫石尺寸進行模擬實驗，如圖5～8所示。對于3種組合礫石充填防砂方式下在初始階段其米采油指數(shù)相差不大，但是在試驗穩(wěn)定階段，250μm優(yōu)質(zhì)篩管礫石充填防砂時的米采油指數(shù)與割縫篩管礫石充填兩者相當，兩者為流量穩(wěn)定后獨立篩管米采油指數(shù)的2．73倍，從含砂質(zhì)量分數(shù)比較，250μm優(yōu)質(zhì)篩管礫石充填＜250μm獨立優(yōu)質(zhì)篩管＜250μm繞絲篩管礫石充填。其中繞絲篩管充填礫石的出砂量超出了海上油井安全生產(chǎn)的要求，不可用于該油田的防砂作業(yè)。優(yōu)質(zhì)篩管礫石充填的出砂粒度中值D50＞獨立優(yōu)質(zhì)篩管出砂的D50，說明優(yōu)質(zhì)篩管礫石充填較其他防砂方式的擋砂的范圍廣，對于K油田產(chǎn)層段的防砂方式，優(yōu)質(zhì)篩管礫石充填較獨立優(yōu)質(zhì)篩管擋砂的范圍廣。

綜述以上試驗，對于K油田，推薦使用250μm的優(yōu)質(zhì)篩管＋10～30目礫石充填進行防砂。

圖7 不同防砂組合方式米采油指數(shù)對比圖

圖8 不同防砂組合方式粒徑對比圖

5 K油田現(xiàn)場產(chǎn)量分析

將油田現(xiàn)場的井型、開發(fā)段長度與采用相應防砂方式后的米采油指數(shù)與配產(chǎn)的產(chǎn)液量結(jié)合起來進行對比，取部分井的配產(chǎn)與試驗產(chǎn)液量對比如圖9所示，試驗產(chǎn)液量完全能滿足配產(chǎn)要求的產(chǎn)液量。

圖9 部分井配產(chǎn)和試驗產(chǎn)液量對比圖

6 結(jié)論

1）通過對烏干達湖上K油田的測井資料統(tǒng)計并進行了出砂預測分析，發(fā)現(xiàn)儲層2C的出砂可能性較大，并對其出砂臨界生產(chǎn)壓差利用多種模型進行了預測，K油田2C儲層臨界生產(chǎn)壓差較低，出砂的可能性較大，在生產(chǎn)初期的壓差保持在2．5MPa以內(nèi)地層才不會出砂。

2）在其粒度分析和黏土礦物分析的基礎(chǔ)上，進行了防砂方式和防砂精度的初步優(yōu)選。隨著優(yōu)質(zhì)篩管擋砂精度的放大，產(chǎn)能和出砂量都隨之增加。但是出砂量在油井安全生產(chǎn)要求范圍之內(nèi)，優(yōu)質(zhì)篩管充填防砂下穩(wěn)定后的產(chǎn)砂量和米采指數(shù)都優(yōu)于獨立優(yōu)質(zhì)篩管防砂。對于K油田，推薦使用250μm的優(yōu)質(zhì)篩管＋10～30目礫石充填進行防砂，并將其產(chǎn)量與現(xiàn)場的配產(chǎn)進行對比，其可以滿足現(xiàn)場的配產(chǎn)要求。

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