■質(zhì)量安全論壇

稠油熱采井防砂篩管沖蝕損壞影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析

徐路

中國(guó)石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院（遼寧盤(pán)錦124010）

對(duì)遼河油田某區(qū)塊地質(zhì)及生產(chǎn)資料進(jìn)行分析，歸納出稠油熱采出砂井篩管沖蝕損壞的主要方式，并對(duì)其影響參數(shù)進(jìn)行篩選。運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，以累計(jì)出砂量作為參考數(shù)列，分別計(jì)算它們與篩管沖蝕損壞各影響參數(shù)之間的灰色關(guān)聯(lián)度，從而確定影響稠油熱采井篩管沖蝕損壞的主要影響因素。該方法簡(jiǎn)單、受主觀因素干擾較少、精確度較高，是一種較為科學(xué)的定量評(píng)價(jià)方法，其計(jì)算結(jié)果可作為不同類(lèi)型井防砂方式選擇及防砂參數(shù)優(yōu)化的參考。

稠油熱采井；篩管沖蝕；影響因素；灰色關(guān)聯(lián)法;灰色關(guān)聯(lián)度

遼河油田儲(chǔ)層主要為疏松砂巖，稠油占很大比重，出砂問(wèn)題嚴(yán)重，防砂方式多為篩管防砂，生產(chǎn)方式以蒸汽吞吐熱采為主。在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)多輪次蒸汽吞吐熱采后，防砂篩管沖蝕失效井日益增多，篩管擋砂精度變差，油井出砂加劇。目前對(duì)篩管沖蝕問(wèn)題的研究主要集中在篩管沖蝕性能的室內(nèi)試驗(yàn)和新型耐沖蝕篩管的研制方面[1-2]，對(duì)油井生產(chǎn)過(guò)程中導(dǎo)致篩管沖蝕損壞的影響因素研究較少。

生產(chǎn)過(guò)程中，稠油熱采井篩管沖蝕損壞的影響因素具有多樣性，量綱不一，其中有些參數(shù)只是定性描述而不能量化，采用灰色系統(tǒng)理論方法可以定量地分析生產(chǎn)過(guò)程中各因素對(duì)篩管沖蝕損壞的影響程度，從而可以根據(jù)不同井的地層參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)姆郎胺绞交驅(qū)Ψ郎皡?shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1 灰色關(guān)聯(lián)分析

1.1 灰色關(guān)聯(lián)分析的基本原理

灰色關(guān)聯(lián)分析的原理是在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)序列曲線幾何形狀的相似程度判斷兩因素的聯(lián)系是否緊密，曲線越接近，則相應(yīng)序列變化的一致性越強(qiáng)，說(shuō)明其關(guān)系越密切，即關(guān)聯(lián)度大；反之，則關(guān)聯(lián)度小。該方法對(duì)樣本的規(guī)律性和數(shù)量沒(méi)有要求，克服了隨機(jī)過(guò)程理論和回歸分析的不足，且計(jì)算量較小[3]。

1.2 灰色關(guān)聯(lián)分析的步驟

灰色關(guān)聯(lián)分析的方法主要是通過(guò)分析系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)序列，找出系統(tǒng)內(nèi)部各因素的關(guān)系，通過(guò)關(guān)聯(lián)度確定影響目標(biāo)參數(shù)的主要因素，其計(jì)算步驟如下[4-6]：

1.2.1 確定參考數(shù)據(jù)矩陣和比較數(shù)據(jù)矩陣

參考數(shù)據(jù)矩陣Y={y1,y2,…,ym}。

設(shè)U={u1,u2,…,um}為所分析油井的集合，為篩管沖蝕影響因素各參數(shù)的集合，U和V的任意組合（ui，vi）所代表的元素記做xij，m×n個(gè)xij構(gòu)成比較數(shù)據(jù)矩陣記做X。

1.2.2 數(shù)據(jù)的均值化處理

由于參數(shù)的單位不同，要使其相互具有可比性，需對(duì)原始的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[3-9]。常用的數(shù)據(jù)處理方法有：均值化、標(biāo)準(zhǔn)化以及初值化。這里采用均值化處理方法，具體如下：

式中：i=1,2,…,m；j=1,2,…,n。

1.2.3 求差序列

式中：i=1,2,…,m。

1.2.4 求兩極最大差和最小差

1.2.5 求關(guān)聯(lián)系數(shù)

式中：j=1,2,…,n；ξ為分辨系數(shù)，ξ∈(0,1)。

1.2.6 計(jì)算關(guān)聯(lián)度

式中：i=1,2,…,m。

2 影響篩管沖蝕損壞參數(shù)選取與分析

2.1 篩管沖蝕損壞方式分析

對(duì)遼河油田某4個(gè)區(qū)塊共計(jì)86口出砂井進(jìn)行分析，所選區(qū)塊原油均屬稠油，其巖性以不等粒砂巖為主，夾雜礫巖和粉砂巖；儲(chǔ)層物性均較好，孔隙度、滲透率較高。其防砂方式為同一種篩管防砂，擋砂精度相同。對(duì)其套管及篩管損壞變形、檢泵次數(shù)、出砂量、出砂粒度中值、出砂粒徑最大值等參數(shù)對(duì)應(yīng)的井?dāng)?shù)分年進(jìn)行分析，如表1所示。

由表1可以看出：

1）套管及篩管損壞變形井的數(shù)量逐年增加，大部分是套變井，篩管損壞井較少。分析原因：地層中，生產(chǎn)壓差較大或者蒸汽吞吐井注氣后放噴，壓力快速釋放，突然放噴產(chǎn)生的高速攜砂流體對(duì)篩管本身的沖蝕作用也是造成篩管損壞的原因。

結(jié)論：蒸汽吞吐放噴或地層高速流體是造成篩

表1 不同年份各參數(shù)對(duì)應(yīng)井?dāng)?shù)統(tǒng)計(jì)表

管沖蝕的一種方式，但不是主要方式。

2）隨著生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，檢泵次數(shù)、出砂量逐漸增大，出砂粒度中值、出砂粒徑也隨之變大，且最后有20口井出砂最大粒徑大于篩管下入時(shí)的擋砂精度。說(shuō)明一方面隨著時(shí)間推移，地層出砂更加嚴(yán)重；另一方面，地層流體攜砂對(duì)篩管擋砂單元的縫隙不斷沖蝕，篩管防砂單元受到損壞，擋砂精度變差。

結(jié)論：地層流體沖蝕篩管擋砂單元縫隙，使其擋砂精度變差，最后造成出砂量加大甚至防砂失效，是地層流體沖蝕篩管損壞的主要方式。

2.2 地層、流體及生產(chǎn)參數(shù)與篩管沖蝕相關(guān)性分析

有研究表明[10-12]，篩管沖蝕磨損率主要與沖蝕流體的速度、流體所含固體顆粒的含量、固體顆粒的粒徑和沖蝕角有關(guān)，該4類(lèi)因素為篩管沖蝕影響的直接因素。對(duì)于疏松砂巖稠油油藏?zé)岵删某錾坝绊懸蛩?，目前在各?lèi)文獻(xiàn)中研究較多，主要集中在以下幾個(gè)方面[13-14]：

地質(zhì)及流體因素。地層巖性及壓實(shí)情況、膠結(jié)物含量、膠結(jié)方式、地層砂粒度中值、粉砂細(xì)粉砂含量、孔隙度、滲透率、地層壓力、原油黏度、含水飽和度等。

生產(chǎn)因素。開(kāi)采方式、生產(chǎn)壓差、產(chǎn)液量、產(chǎn)油量、注汽壓力、注汽輪次、大修次數(shù)等。

另外，篩管的擋砂精度也是篩管防砂過(guò)程中極為重要的一個(gè)因素，它直接決定經(jīng)篩管過(guò)濾單元進(jìn)入井筒的地層砂的粒徑。

通過(guò)對(duì)所研究區(qū)塊地質(zhì)資料進(jìn)行分析，以上參數(shù)與篩管沖蝕相關(guān)性見(jiàn)表2。

2.3 參數(shù)分析及處理

1）地層巖性及壓實(shí)情況。該因素是影響地層出砂非常重要的一個(gè)因素，但對(duì)于該研究區(qū)塊，由于地層巖性相差不多，均以不等粒砂巖為主，夾雜礫巖和粉砂巖，壓實(shí)情況均較為疏松。故數(shù)據(jù)分析時(shí)，將該區(qū)塊地層巖性及壓實(shí)情況忽略。

表2 地層、流體及生產(chǎn)參數(shù)與篩管沖蝕相關(guān)性

2）開(kāi)采方式。所研究區(qū)塊選井均為熱采蒸汽吞吐開(kāi)采方式，數(shù)據(jù)分析時(shí)可忽略。

3）膠結(jié)方式。膠結(jié)方式為非定量數(shù)據(jù)，可采用非等差式賦值方法處理，膠結(jié)狀態(tài)歸一化后數(shù)據(jù)見(jiàn)表3[15]。

表3 膠結(jié)方式歸一化賦值數(shù)據(jù)

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 灰色關(guān)聯(lián)計(jì)算舉例

通過(guò)以上分析，選擇某一區(qū)塊資料較豐富，數(shù)據(jù)相對(duì)準(zhǔn)確的12口井作為研究對(duì)象，確定參考數(shù)列為該井組3年內(nèi)累計(jì)出砂量Y，以地層砂粒度中值X1、膠質(zhì)含量X2以及地層孔隙度X3為例，計(jì)算地層參數(shù)與出砂量Y的灰色關(guān)聯(lián)度。

1）出砂量Y與各因素Xi統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

2）數(shù)據(jù)均值化處理。由式(1)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行均值化處理，得到無(wú)量綱數(shù)列，見(jiàn)表5。

3）計(jì)算差序列。

4）計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。

取ξ=0.5，由式(4)及表6得到灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，見(jiàn)表7。

5）計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度。

由式(5)及表7，得到油井出砂量Y1與xi（i=1，2，…，13）的灰色關(guān)聯(lián)度，見(jiàn)表8。

結(jié)果表明：該4個(gè)地層及生產(chǎn)參數(shù)與出砂量的灰色關(guān)聯(lián)度，即對(duì)出砂量的影響從大到小依次為：地層砂粒度中值＞產(chǎn)液量＞膠質(zhì)含量＞孔隙度。

3.2 管沖蝕損壞影響因素的灰色關(guān)聯(lián)

同理，分別計(jì)算膠結(jié)方式X1、粉砂細(xì)粉砂含量X2、滲透率X3、地層壓力X4、原油黏度X5、含水飽和度X6、生產(chǎn)壓差X7、產(chǎn)油量X8、注汽壓力X9、注汽輪次X10、大修次數(shù)X11等參數(shù)與出砂量的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，見(jiàn)表9。

3.3 結(jié)果分析

綜合上述計(jì)算結(jié)果可知：15個(gè)地層及生產(chǎn)參數(shù)與出砂量的灰色關(guān)聯(lián)度從大倒小依次為：地層砂粒度中值＞產(chǎn)液量＞原油黏度＞膠質(zhì)含量＞孔隙度＞產(chǎn)液量＞注汽輪次＞生產(chǎn)壓差＞滲透率＞細(xì)粉砂含量＞膠結(jié)方式＞含水飽和度＞地層壓力系數(shù)＞注汽壓力＞大修次數(shù)。

表4 油井出砂量與各地層參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表5 無(wú)量綱化數(shù)列

表6 油井出砂量與各因素的差序列

表7 油井出砂量與各因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)

表8 油井出砂量與各因素的關(guān)聯(lián)度（1）

表9 油井出砂量與各因素的關(guān)聯(lián)度（2）

1）對(duì)出砂量影響最大的前5個(gè)參數(shù)依次是地層砂粒度中值、產(chǎn)液量、原油黏度、膠質(zhì)含量及孔隙度，與現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)基本一致。

2）現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)分析細(xì)粉砂含量對(duì)于稠油熱采井篩管沖蝕損壞影響較大，但細(xì)粉砂含量也是篩管堵塞的主要原因之一，其對(duì)篩管沖蝕及堵塞的影響需更加深入研究。

3）滲透率、含水飽和度是造成出砂的重要原因，由于區(qū)塊處于開(kāi)發(fā)中后期，區(qū)塊內(nèi)地層滲透率、含水飽和度相差不大，使得該參數(shù)對(duì)篩管沖蝕損壞影響不大。

4 結(jié)論

1）稠油熱采井篩管沖蝕損壞影響因素復(fù)雜，是儲(chǔ)層巖石與流體流動(dòng)及篩管共同作用的結(jié)果，很難構(gòu)建數(shù)學(xué)模型定量描述。

2）地層流體沖蝕篩管擋砂單元，使其擋砂精度變差，是地層流體沖蝕篩管損壞的主要方式，具體體現(xiàn)為篩管防砂后期出砂量加大、檢泵周期縮短，最后防砂失效。

3）用灰色關(guān)聯(lián)分析法定量分析稠油熱采井篩管沖蝕損壞與其影響參數(shù)之間的聯(lián)系，數(shù)據(jù)全部取自現(xiàn)場(chǎng)資料，克服了數(shù)據(jù)分析及模型建構(gòu)過(guò)程中人為主觀因素影響，該方法簡(jiǎn)單、精確度高，結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐相一致，可作為不同類(lèi)型井防砂方式選擇的參考或與篩管數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行篩管沖蝕的定量預(yù)測(cè)。

4）在篩管沖蝕損壞的影響因素中，有些因素也可以導(dǎo)致篩管堵塞失效，篩管沖蝕損壞與堵塞失效的相互影響及聯(lián)系值得深入研究。

[1]劉新鋒,張海龍,李效波,等.海上稠油熱采篩管沖蝕影響因素[J].石油鉆采工藝,2012(S1):73-75.

[2]李效波,張海龍.熱采篩管沖蝕與腐蝕迭加作用機(jī)理[J].科技導(dǎo)報(bào)(北京),2014,32(3):48-52.

[3]趙曉光,宋世杰,管園園.基于灰色關(guān)聯(lián)度的開(kāi)采沉陷關(guān)鍵影響因子分析[J].中國(guó)煤炭,2010,36(9):124-127.

[4]梁家寬,呂振華.非煤礦山事故致因的多因素灰色關(guān)聯(lián)分析[J].現(xiàn)代礦業(yè),2011,27(9):17-20.

[5]梁濤,常毓文,郭曉飛,等.巴肯致密油藏單井產(chǎn)能參數(shù)影響程度排序[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2013,40(3):357-360.

[6]葉秀昌.灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)在油田聚驅(qū)開(kāi)發(fā)后期的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2011,11(25):6177-6180.

[7]郭詠梅,陳薇.改性瀝青高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的灰關(guān)聯(lián)熵分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012,12(28):7284-7288.

[8]曹麗,華徐皎,瑾李勇.基于灰色關(guān)聯(lián)度的火電廠節(jié)能減排效果評(píng)價(jià)方法研究[J].環(huán)境工程，2014,32(6):140-143.

[9]梁光川,蒲宏斌,鄭云萍,等.地下儲(chǔ)氣庫(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的灰色關(guān)聯(lián)分析法[J].天然氣工業(yè),2004,24(9):142-144.

[10]趙棟.考慮生產(chǎn)影響的氣井出砂預(yù)測(cè)方法研究[D].青島:中國(guó)石油大學(xué)(華東),2010.

[11]信曉棟.渤海地區(qū)疏松砂巖適度出砂控制技術(shù)研究[D].青島:中國(guó)石油大學(xué)(華東),2011.

[12]劉永紅,張建喬,馬建民,等.石油防砂割縫篩管的沖蝕磨損性能研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào),2009,29(3):283-286.

[13]宋立輝,鄧金根,鄧福成,等.渤海稠油油藏出砂規(guī)律及出砂量室內(nèi)試驗(yàn)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2013,13(19): 5609-5613.

[14]王廣月,劉健.基于組合權(quán)重的灰色關(guān)聯(lián)度方案決策模型及其應(yīng)用[J].工業(yè)建筑,2004,34(4):61-65.

[15]蔣官澄,王曉軍,吳雄軍,等.模式識(shí)別在儲(chǔ)層敏感性預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].油氣地質(zhì)與采收率,2010,17(5):61-65.

圖7 磁電式漩渦流量計(jì)（NO:15125210）30天數(shù)據(jù)曲線圖

參考文獻(xiàn)：

[1]陳雪梅.油田聯(lián)合站自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2009,31(S2):128-130.

[2]梁昌晶.基于Wonderware系統(tǒng)平臺(tái)的油田井站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)控技術(shù),2012,31(8):99-101.

[3]曹?chē)?guó)光.錄井裝備計(jì)量檢測(cè)現(xiàn)狀與發(fā)展思考[J].錄井工程, 2014,25(1):73-75.

[4]馬應(yīng)奎.數(shù)理統(tǒng)計(jì)在原油計(jì)量和檢驗(yàn)工作中的應(yīng)用[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2015,31(2):26-30.

[5]全國(guó)壓力計(jì)量技術(shù)委員會(huì).壓力變送器檢定規(guī)程:JJG 882-2004[S].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2004.

[6]全國(guó)溫度計(jì)量技術(shù)委員會(huì).溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范:JJF 1183-2007[S].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2007.

[7]勝利石油管理局檢測(cè)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì).水流量計(jì)在線校準(zhǔn)方法超聲波法:Q/SH 1020 2145-2012[S].

[8]遼寧省技術(shù)監(jiān)督局.交流電能表現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范:JJF 1055-1997[S].

本文編輯：左學(xué)敏收稿日期：2016-11-08

The main erosion damage modes of the sand control liners in thermal recovery heavy oil wells are summed up,and the influence factors of the erosion damage of the sand control liners are analyzed based on the analysis of geological and production data of a wellblock in Liaohe Oilfield.The main influence factors of the erosion damage are determined through calculating the gray correlation degrees between cumulative sand production and the sand control liner erosion influence factors using grey correlation analysis method. This method is simple,of less interference of subjective factors and high accuracy.It is a scientific and quantitative evaluation method, and the results obtained by this method can be used as a reference for the selection of sand control modes of different types of wells and the optimization of sand control parameters.

thermalrecoveryheavyoil well;erosion ofsandcontrol liner;influencefactor;grey correlation method;gray correlation degree

路萍

2016-10-14

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“渤海灣盆地遼河坳陷中深層稠油開(kāi)發(fā)技術(shù)示范工程（二期）”子課題（編號(hào)：2011ZX05053）

徐路（1983-），男，碩士，工程師，主要從事油氣井防砂技術(shù)研究工作。