黃海鴻，王秀影，趙昆，游子衛(wèi)，邱愛(ài)民，廖娟

（中石油華北油田公司采油工程研究院，河北任丘062552）

泉241斷塊出砂原因分析及防治措施

黃海鴻*，王秀影，趙昆，游子衛(wèi)，邱愛(ài)民，廖娟

（中石油華北油田公司采油工程研究院，河北任丘062552）

泉241斷塊是典型的高孔中高滲強(qiáng)水敏疏松砂巖油藏，隨著大規(guī)模的開(kāi)發(fā)，油田出砂嚴(yán)重影響正常開(kāi)采，通過(guò)對(duì)泉241斷塊地質(zhì)情況的分析，結(jié)合目前的生產(chǎn)狀態(tài)，分析了造成泉241斷塊出砂嚴(yán)重的幾大主要因素，根據(jù)不同井別提出了出砂防治措施。研究得出：造成泉241斷塊出砂主要原因是地層埋藏淺、膠結(jié)物含量低、地層水敏性嚴(yán)重，同時(shí)不合理的生產(chǎn)參數(shù)加劇出砂；提出生產(chǎn)老井可采用高壓礫石充填的防砂工藝技術(shù)，注水井根據(jù)井況合理使用分層注水防砂技術(shù)，先期防砂井應(yīng)合理選擇不同防砂方式及其工藝參數(shù)。

疏松砂巖；出砂；出砂原因；礫石充填；分層防砂

疏松砂巖地層出砂在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中是較為常見(jiàn)的難題，出砂不僅導(dǎo)致檢泵頻繁，影響油井生產(chǎn)時(shí)效，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致套損套變的出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)造成油井報(bào)廢。不同疏松砂巖油藏出砂情況也有所不同，因此，如何有針對(duì)性的制定防砂措施顯得尤為必要。近年來(lái)我國(guó)大港、勝利、遼河油田在防砂工藝措施優(yōu)選及工具優(yōu)化有長(zhǎng)足進(jìn)步。目前華北油田泉241斷塊處于開(kāi)發(fā)中期，剩余油仍然富集，因此仍有必要有針對(duì)性的制定防砂治砂措施，以提高斷塊開(kāi)發(fā)效率，保證長(zhǎng)期有效穩(wěn)產(chǎn)。

1　泉241　斷塊地質(zhì)及出砂情況

渤海灣盆地冀中坳陷廊固凹陷泉241斷塊經(jīng)過(guò)數(shù)十年勘探開(kāi)發(fā)，目前仍處于儲(chǔ)量高峰階段，泉241斷塊位于河北省廊坊市曹家務(wù)鄉(xiāng)張莊村西北，構(gòu)造位于冀中坳陷廊固凹陷固安—舊州構(gòu)造帶中部，含油層位為Es3段，埋深1400～1950m。泉241斷塊主力生產(chǎn)油層地層巖性以粉砂巖、細(xì)砂巖為主，儲(chǔ)層屬于高孔中高滲透型。

泉241斷塊大部分生產(chǎn)油水井出現(xiàn)了因?yàn)榈貙映錾皩?dǎo)致的砂埋油層、沖砂過(guò)程出現(xiàn)灰漿、套損變形等情況，嚴(yán)重影響了油井正常生產(chǎn)。截止到2014年12月，泉241斷塊共有油井49口，出砂井?dāng)?shù)為34口，出砂比例達(dá)到69.4%，注水井共有25口，出砂井?dāng)?shù)有22口，出砂比例達(dá)到88%。根據(jù)國(guó)內(nèi)外疏松砂巖地層開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，因此有必要針對(duì)泉241斷塊目的層出砂原因、不同井況的出砂問(wèn)題開(kāi)展防砂技術(shù)研究，尋求最佳防砂方案，提高防砂效果。

2　泉241　斷塊疏松砂巖地層出砂原因分析

疏松砂巖地層出砂的核心原因是井底地層巖石結(jié)構(gòu)受到破壞，造成該結(jié)果是由各種因素綜合影響的，主要總結(jié)為兩方面：內(nèi)因——地質(zhì)因素和外因——開(kāi)發(fā)因素［1-2］。

2.1斷層多巖石強(qiáng)度低

泉241斷塊北、西、南三面受斷層夾持、其內(nèi)部受東西向多條斷層切割；受多條斷層影響，巖層內(nèi)部產(chǎn)生局部天然節(jié)理和微裂隙，地層巖石強(qiáng)度降低，導(dǎo)致地層出砂，而遠(yuǎn)離斷層的井出砂程度相對(duì)緩和。

2.2顆粒點(diǎn)接觸粘土膠結(jié)力弱

地層中含膠結(jié)物量少，膠結(jié)力弱，導(dǎo)致地層強(qiáng)度低。投產(chǎn)后地層砂會(huì)在炮眼附近剝落，逐漸發(fā)展成空穴，剝落的地層砂進(jìn)入井筒極易填滿井底，堵塞炮眼。地層埋藏越淺，壓實(shí)作用越弱，地層巖石強(qiáng)度越低。由表1可見(jiàn)，兩主力生產(chǎn)斷塊埋深較淺，油層巖石以細(xì)粉砂巖為主，膠結(jié)物含量處于低位。

2.3高孔滲砂巖儲(chǔ)層巖石強(qiáng)度低

根據(jù)國(guó)內(nèi)砂巖油藏開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，滲透率愈高，砂巖強(qiáng)度愈低，愈容易出砂。泉241斷塊產(chǎn)層段6塊取芯樣，統(tǒng)計(jì)分析，孔隙度21.2%～29.7%，平均為24.8%，滲透率（32.2～362）×10-3μm2，平均為197.1×10-3μm2，泉241斷塊為高孔高滲儲(chǔ)層。

2.4儲(chǔ)層強(qiáng)水敏及頻繁停注

注水后，粘土吸水膨脹，膠結(jié)強(qiáng)度降低，在流體的帶動(dòng)下容易出砂。根據(jù)巖樣敏感性試驗(yàn)分析：由圖1可見(jiàn)，泉241區(qū)塊巖芯通淡水后，滲透率傷害率幾乎高達(dá)95%，屬于強(qiáng)水敏儲(chǔ)層。

表1　泉241斷塊產(chǎn)層巖石物性

同時(shí)該區(qū)由于電路老化，停注頻繁，平均停泵周期詳見(jiàn)表2，停注造成井壁的壓力梯度增大，破壞巖石結(jié)構(gòu)出砂。

表2　泉241斷塊部分井停泵統(tǒng)計(jì)

2.5地層壓降及生產(chǎn)壓差過(guò)大

生產(chǎn)過(guò)程中，隨著地層的出水和含水率的上升，地層出砂的可能性增大。隨著地層孔隙壓力的下降，井壁巖石所受的應(yīng)力就會(huì)增大，地層出砂的可能性就會(huì)隨著增大。生產(chǎn)壓差（或生產(chǎn)速度）越大，在流體拖曳力的作用下，砂巖內(nèi)的膠結(jié)物可能斷裂，失去對(duì)砂粒的膠結(jié)能力，砂粒會(huì)被流體帶走，形成出砂［3］。

圖1　泉241斷塊水敏評(píng)價(jià)試驗(yàn)

巖石內(nèi)壓力的平衡關(guān)系用下式表述：

Ph=Pp+σ

式中：Ph——上覆巖層壓力；

Pp——地層孔隙壓力；

σ——巖石骨架應(yīng)力。

如不能及時(shí)補(bǔ)充地層壓力的降低，即Pp下降，但砂巖所承擔(dān)的上覆巖層壓力不變，則σ變大，也就是說(shuō)，孔隙壓力的降低使砂粒間的接觸應(yīng)力增大。當(dāng)σ超過(guò)巖石膠結(jié)物的極限強(qiáng)度時(shí)，膠結(jié)物被壓碎，骨架破裂。

從泉241-52井2014年生產(chǎn)曲線（圖2）中可以看出，泉241-52井2014年以后出砂嚴(yán)重，5～8月3個(gè)月間砂面上升65.04m，砂面上升速度21.7m/月。9月30日井卡，10月1日洗井開(kāi)，10月6日再次井卡。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，井內(nèi)動(dòng)液面深度有加深的趨勢(shì)，動(dòng)液面深度增加，地層孔隙壓力也隨之下降，造成巖石骨架應(yīng)力的增加，從而導(dǎo)致骨架破裂后地層出砂。

2.6含水上升，地層強(qiáng)度降低

水浸泡泥質(zhì)的膠結(jié)物后，膠結(jié)物中的粘土粉化，強(qiáng)度降低，或是粘土吸水膨脹，從砂粒上脫離下來(lái)，也使膠結(jié)強(qiáng)度降低，在流體的帶動(dòng)下容易出砂。強(qiáng)注、強(qiáng)采的工藝，加大了巖石孔隙中的流體速度，使砂粒受更大的拖曳力。在這種情況下，受水的浸泡膠結(jié)物強(qiáng)度已降低的砂巖更容易出砂［4］。

圖2　泉241-52井2014年動(dòng)液面深度變化曲線

圖3表明：相同含水量下，驅(qū)替壓差越大，累積出砂量越大，說(shuō)明生產(chǎn)壓差與地層出砂有密切關(guān)系。因?yàn)樯a(chǎn)壓差越大，對(duì)巖石骨架應(yīng)力越大，巖石骨架發(fā)生破壞，造成出砂；其次，在相同驅(qū)替壓差下，隨含水量升高，累積出砂量也增大，這說(shuō)明含水率與出砂現(xiàn)象也有密切聯(lián)系，因?yàn)槿?41斷塊巖石粘土含量高，膠結(jié)弱，容易被水溶蝕，造成出砂。

表3為泉241斷塊注水井參數(shù)，由表可見(jiàn)，油層綜合含水率達(dá)到67.78%；泉241斷塊已進(jìn)入產(chǎn)量遞減階段，當(dāng)大量水進(jìn)入產(chǎn)層，膠結(jié)物參與水化反應(yīng)，砂巖膠結(jié)強(qiáng)度降低，使產(chǎn)層較易出砂。因此，生產(chǎn)壓差和含水率也是造成地層出砂的主要因素之一。

圖3　不同含水率驅(qū)替壓差與出砂量的關(guān)系曲線

表3　泉241斷塊注水參數(shù)

地質(zhì)原因作為影響地層出砂的內(nèi)在因素，油藏內(nèi)在因素決定了其出砂的必然性，其中地層出砂主要因素為：儲(chǔ)層多斷層分布，砂巖巖石強(qiáng)度低；儲(chǔ)層埋藏淺，壓實(shí)作用差，膠結(jié)疏松；儲(chǔ)層巖性為粉細(xì)砂巖且為泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)物含量低；儲(chǔ)層為高孔中高滲儲(chǔ)層，有利于出砂。在生產(chǎn)過(guò)程中，不合理的生產(chǎn)壓差以及后期含水率上升，將會(huì)進(jìn)一步加劇出砂。因此，泉241斷塊選用合理的先期防砂措施顯得尤為必要。

3　泉241斷塊地層出砂防治措施

對(duì)于膠結(jié)疏松、出砂嚴(yán)重的地層，主要采用礫石充填防砂、化學(xué)防砂及防砂壓裂等措施［5-7］。華北油田應(yīng)用的礫石充填方式有2種：管外篩管礫石充填和套管內(nèi)篩管礫石充填。根據(jù)泉241斷塊生產(chǎn)情況分析，應(yīng)根據(jù)已生產(chǎn)的老井、注水井、新鉆調(diào)整井及側(cè)鉆井制定防砂、治砂措施，靈活運(yùn)用不同的防砂方式，使得防砂效果好、有效期長(zhǎng)并且施工成本較低。

3.1老井治砂

泉241斷塊老井治砂應(yīng)根據(jù)“穩(wěn)、固、擋、排”的基本原則，采取擠壓充填防砂工藝，提高斷塊開(kāi)發(fā)效果，并將地層和井筒用石英砂一次充填壓實(shí)，形成一個(gè)高滲透的擋砂屏障，阻止地層砂向井筒運(yùn)移，并實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。采取老井礫石充填防砂前，應(yīng)充分結(jié)合地層出砂粒徑尺寸，做好充填砂尺寸、割縫管縫寬及縫數(shù)的確定，結(jié)合國(guó)內(nèi)外成功防砂案例，模擬并優(yōu)化施工工藝參數(shù)。

泉241-19井采用套管內(nèi)篩管礫石充填防砂完井。泉241斷塊泉241-19井于2005年1月2日投產(chǎn)，生產(chǎn)層位為沙三段，生產(chǎn)井段為1797～1808m，該井投產(chǎn)不久后的2005年1月就發(fā)現(xiàn)出砂。該井于2005年11月9日至27日進(jìn)行了割縫篩管礫石充填防砂施工。

本井成功的進(jìn)行了管柱坐封、高壓充填、循環(huán)充填反洗井、解封及丟手等作業(yè)，主要作業(yè)參數(shù)如下：泵壓11.8～19.7MPa，排量0.71～3.54m3/min，井內(nèi)油管深度1734.32m，控制砂比10%～15%～20%，累計(jì)連續(xù)施工105min，累計(jì)加砂14.1m3，累計(jì)用攜砂液130.4m3。當(dāng)入口壓力升至19.7MPa時(shí)停泵，壓力迅速下降至5.5MPa。再用原配置的攜砂液30m3進(jìn)行反循環(huán)洗井，循環(huán)深度：1732.30m，泵壓0～4MPa，排量15m3/h，返出液體直至進(jìn)出口水質(zhì)一致，結(jié)束充填砂作業(yè)。

進(jìn)行防砂措施之后，日產(chǎn)液8.3t，日產(chǎn)油8.3t，含水率為0。防砂后正常生產(chǎn)，截止2014年5月仍有效，累計(jì)產(chǎn)油14500t；防砂一直有效，目前日產(chǎn)液12.3t，日產(chǎn)油2.4t，含水率80.4%。

3.2注水井治砂

注水井治砂的關(guān)鍵核心是防止或者減少地層水反吐，根據(jù)華北油田目前注水情況來(lái)看，注水井出現(xiàn)頻繁停注是不可避免的，易導(dǎo)致反吐出砂，嚴(yán)重影響注水作業(yè)。截止到目前，泉241斷塊注水井防砂均是以化學(xué)防砂的方式進(jìn)行（見(jiàn)表4）。

從表4中可以看出：針對(duì)泉241斷塊水井防砂中，固砂劑防砂效果較好，但其防砂強(qiáng)度仍然較低，在頻繁停注的大壓力梯度下，固砂劑依靠化學(xué)固結(jié)形成的擋砂層會(huì)受到破壞。因此結(jié)合目前油田分層注水的需要，進(jìn)行機(jī)械防砂，主要防砂裝置為分層防砂和配套工具。管柱結(jié)構(gòu)：管柱主要由丟手插封、擋砂皮碗、防砂管、配水器、可洗井封隔器、支撐卡瓦和底篩堵等工具組成，如圖4所示。該措施不僅施工工藝簡(jiǎn)單，還能滿足后期洗井、測(cè)試的需要，同時(shí)防砂有效期較長(zhǎng)，可根據(jù)實(shí)際井況應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)。

3.3先期防砂

先期防砂主要采用高壓充填防砂技術(shù)，將高精密濾砂管和充填裝置下至油層部位丟手后，下入填砂服務(wù)管柱，采用清潔性攜砂液攜帶礫石，通過(guò)壓裂車組將礫石攜帶到油層虧空處和濾砂管與套管的環(huán)形空間，在礫石的濾砂和濾砂管的擋砂作用下，形成高強(qiáng)度的防砂屏障，阻止地層砂向井筒內(nèi)運(yùn)移，從而保證油井的正常生產(chǎn)。

表4　泉241斷塊注水井化學(xué)防砂效果

圖4　分層防砂分層注水一體化管柱

圖5　泉2斷塊防砂井日產(chǎn)油量

泉241斷塊暫無(wú)先期防砂，2012～2014年在鄰區(qū)塊泉2斷塊進(jìn)行了5口井的先期防砂，主要以高壓礫石充填為主，目前生產(chǎn)正常，其中3口井生產(chǎn)曲線見(jiàn)圖5。

泉2斷塊5口先期防砂井的成功，主要?dú)w結(jié)于：先期防砂前詳細(xì)分析以細(xì)粉砂巖出砂的儲(chǔ)層埋藏淺，儲(chǔ)層水敏性嚴(yán)重的特性，結(jié)合泉2斷塊水平井防砂的施工難點(diǎn)，制定出先期高壓礫石充填防砂完井方案；優(yōu)化防砂工藝參數(shù)，同時(shí)采用絲堵+油管短節(jié)（扶正器）+底部充填工具+油管短節(jié)+精密濾砂管+倒扣接頭+油管+水平井液壓丟手封隔器+油管短節(jié)+變扣+加厚油管的防砂管柱。

因此，先期防砂應(yīng)根據(jù)油田儲(chǔ)層地層情況以及后期的生產(chǎn)需要，優(yōu)選出合理的防砂方式；同時(shí)結(jié)合已有的先進(jìn)防砂工具，優(yōu)化防砂工藝參數(shù)，對(duì)泉241斷塊先期防砂的成功與否起到?jīng)Q定性的作用。

4　結(jié)論

（1）泉241斷塊儲(chǔ)層埋藏淺、巖石膠結(jié)弱、孔滲高、強(qiáng)水敏性是其出砂的地質(zhì)因素；開(kāi)采過(guò)程中地層壓力下降，含水率上升造成了出砂加劇。

（2）泉241斷塊老井治砂應(yīng)根據(jù)“穩(wěn)、固、擋、排”的基本原則，可采取擠壓充填防砂工藝；并且應(yīng)充分結(jié)合地層出砂粒徑尺寸，做好充填砂尺寸、割縫管縫寬及縫數(shù)的確定，模擬優(yōu)化施工工藝參數(shù)。

（3）在頻繁停注的大壓力梯度下，固砂劑依靠化學(xué)固結(jié)形成的擋砂層會(huì)受到破壞。結(jié)合目前油田不同井況分層注水的需要，進(jìn)行機(jī)械防砂有利于長(zhǎng)期有效注水作業(yè)。

（4）先期防砂應(yīng)根據(jù)油田儲(chǔ)層地質(zhì)情況以及后期的生產(chǎn)需要，優(yōu)選出合理的防砂方式及工藝參數(shù)。

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TE343

A

1004-5716（2016）10-0033-04

2016-05-07

2016-05-12

黃海鴻（1988-），男（漢族），重慶人，助理工程師，現(xiàn)從事鉆完井設(shè)計(jì)及研究工作。