黃 康，楊樹坤，郭宏峰，張 博，石先亞

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300459）

渤海稠油油藏普遍具有埋藏淺、儲(chǔ)層膠結(jié)疏松的特點(diǎn)，開發(fā)過程中高黏度的原油往往會(huì)攜帶地層砂一起產(chǎn)出，造成不同程度的出砂問題，如何有效防砂成為制約稠油油田高效開發(fā)的難題。目前采用完全有效的防砂完井方式，雖然可以最大限度的避免地層出砂，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致近井地帶表皮系數(shù)的增大，限制生產(chǎn)壓差放大，無法充分發(fā)揮油井產(chǎn)能[1-4]。

針對以上問題，目前稠油油田開始采用適度出砂的冷采方式，一方面地層出砂可以形成蚯蚓洞，增加近井地帶原油的流動(dòng)性[5，6]；另一方面地層適度出砂可以減小表皮系數(shù)，放大生產(chǎn)壓差，提高產(chǎn)能。本文以渤海某稠油油藏為例，開展地層出砂對近井儲(chǔ)層滲透性影響的實(shí)驗(yàn)研究，為渤海稠油油田適度出砂開采提供依據(jù)。

1 適度出砂對儲(chǔ)層物性影響研究

目前國內(nèi)外對地層出砂研究主要集中在生產(chǎn)條件（地層滲透率，孔隙度，生產(chǎn)壓差）對出砂的影響，以及對出砂量的預(yù)測，鮮有研究地層砂排出后對儲(chǔ)層物性的改善，及對油井產(chǎn)能的影響。

本文以渤海某稠油油田出砂冷采為研究對象，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評價(jià)地層出砂量、出砂粒徑、泥質(zhì)含量等對儲(chǔ)層物性的影響，探索適度出砂開采提高油井產(chǎn)能的機(jī)理。

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1 巖樣制備

1.1.1.1 巖心制作方法 考慮疏松砂巖取樣異常困難，現(xiàn)場基本無法獲取完整的天然巖心，本文采用預(yù)埋細(xì)粉砂的方式來制作本次實(shí)驗(yàn)所需要的巖心。即使用一定質(zhì)量的粗砂（模擬骨架砂）和不同質(zhì)量的細(xì)粉砂直接膠結(jié)，通過改變粗砂和細(xì)砂的比例來模擬不同的出砂量。

利用已經(jīng)掌握的人造巖心技術(shù)，結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)需要，將人造巖心分為兩個(gè)主要部分，即為骨架砂和細(xì)粉砂。骨架砂模擬真實(shí)地層中膠結(jié)的砂巖或碳酸鹽巖部分，而細(xì)粉砂模擬游離在骨架砂中的細(xì)小砂礫。人造巖心力求在骨架砂和細(xì)粉砂的關(guān)系上最大程度接近實(shí)際地層中的巖心，從而能夠盡量真實(shí)重現(xiàn)地下物理一般規(guī)律。

1.1.1.2 巖心制作工藝 為制作出滿足實(shí)驗(yàn)要求的巖心，提出了四種巖心制作方案：混合壓制、中空填砂、膠囊填充、PVA可溶性薄膜法，通過綜合對比和實(shí)驗(yàn)，最終選擇采用PVA可溶性薄膜法制作的巖心進(jìn)行后續(xù)出砂實(shí)驗(yàn)評價(jià)。

PVA可溶性薄膜構(gòu)思：PVA可溶性薄膜法可以隨意設(shè)計(jì)袋子的形狀，并能夠快速溶解于水中，自由降解。在填入細(xì)粉砂的同時(shí)可以混合一定比例的未膠結(jié)的骨架砂，使得巖心內(nèi)部中同時(shí)存在未膠結(jié)的不同粒徑的砂子。

（1）挑選不同目數(shù)的石英砂顆粒作為骨架砂和細(xì)粉砂，例如骨架砂顆粒為40～60目，細(xì)粉砂為150目。

（2）利用已有的人造巖心制備工藝，按照一定的膠砂比例混合攪拌均勻骨架砂，細(xì)粉砂則在稱重完成以后放入準(zhǔn)備好的可溶性PVA材料制成的袋子中，并隨著骨架砂一起按事先準(zhǔn)備好的方案填入已有的固定規(guī)格的人造巖心壓制模具，按設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行壓實(shí)。

（3）待模型膠結(jié)固化后起初巖心，切割磨平，準(zhǔn)備進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)（見圖1）。

圖1 巖心照片

1.1.2 實(shí)驗(yàn)材料與條件 實(shí)驗(yàn)裝置：人造巖心模具、巖心制作器、QKY-2型氣體孔隙度測定儀、STY-2型氣體滲透率儀、高溫高壓多功能驅(qū)替裝置等。

實(shí)驗(yàn)樣品：渤海某稠油油田砂樣、環(huán)氧樹脂、固化劑等。

油藏條件：目標(biāo)稠油油藏埋深1 000 m～1 500 m，儲(chǔ)層膠結(jié)疏松，易出砂，砂巖成分中石英36.5%～41.2%，長石31.6%～37.5%，巖屑19.8%～28.7%，主要為巖屑長石細(xì)、粉砂巖，黏土含量高，可達(dá)20%，主力產(chǎn)層孔隙度25%～30%，滲透率1 500 mD～2 000 mD，地層溫度為 60 ℃，地層原油黏度 100 mPa·s～150 mPa·s。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1.2.1 地層出砂量對儲(chǔ)層物性影響 地層砂洗油、烘干后，利用標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)篩析出不同粒徑砂子，實(shí)驗(yàn)以小于30（590 μm）目砂子作為骨架砂，大于 140 目（104 μm）砂子作為細(xì)粉砂，利用預(yù)埋細(xì)粉砂方法制作巖心，模擬排出5%、10%、15%后，巖心滲透率、孔隙度變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖2，圖3）。

由圖2、圖3可以看出，（1）地層出砂能顯著改善儲(chǔ)層物性，具體表現(xiàn)為隨著出砂量增多，巖心孔隙度、滲透率不斷增大，當(dāng)出砂量為15%時(shí)，滲透率增幅高達(dá) 50%～60%，孔隙度增幅高達(dá)35%～40%；（2）不同巖心，出砂后滲透率、孔隙度增加程度不一樣，在出砂量相同的情況下，物性越差，巖心滲透率、孔隙度增加幅度越大，這與巖石原始粒徑分布、巖石孔隙結(jié)構(gòu)等有密切關(guān)系；（3）隨著出砂量增多，巖心滲透率、孔隙度增加幅度均呈現(xiàn)變小的趨勢，這對于稠油油井適度出砂開采合理出砂量的選擇具有重要指導(dǎo)意義。

1.2.2 出砂粒徑對儲(chǔ)層物性影響 篩選出不同粒徑地層砂，評價(jià)出砂量一定（5%）的情況下，排出砂粒徑不同對巖心滲透率、孔隙度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖4，圖5）。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，（1）出砂量一定的情況下，粒徑較?。ǎ?8 μm）的砂子對巖心滲透率的增加貢獻(xiàn)最大，粒徑＞38 μm的砂子貢獻(xiàn)相對較小，且隨著出砂粒徑的增大，滲透率增幅有逐漸減小的趨勢；（2）出砂量一定的情況下，巖心孔隙度的增加并沒有呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。分析原因認(rèn)為，相較于大顆粒砂子，粒徑較小的砂子排出更有利于增大巖心有效喉道半徑，增加其滲透率。

1.2.3 出砂粒徑比對儲(chǔ)層物性影響 油田現(xiàn)場實(shí)際出砂粒度分布范圍廣，小至幾微米的細(xì)粉砂，大至幾百微米的中砂，為模擬現(xiàn)場出砂實(shí)際，本文開展不同出砂粒徑比對儲(chǔ)層物性影響研究，篩選140目（104 μm）、200目（74 μm）、270 目（53 μm）地層砂，按照不同比例混合，評價(jià)不同出砂量條件下，出砂粒度分布對巖心滲透率、孔隙度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖6，圖7）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，地層出砂粒度分布不同，儲(chǔ)層滲透率、孔隙度增加程度不一樣。（1）出砂粒徑分布越均勻，巖心滲透率、孔隙度增加幅度越大，出砂粒徑全部為270目時(shí)，滲透率增加幅度最大；（2）出砂不均勻時(shí)，排出砂中小粒徑含量越高，滲透率、孔隙度增加幅度越大，140 目：200 目：270 目=1∶1∶2 時(shí)滲透率、孔隙度增幅最大，然后依次是 140 目：200 目：270 目=1∶2∶1 和140 目：200 目：270 目=2∶1∶1。

圖2 不同出砂量對滲透率影響

圖3 不同出砂量對孔隙度影響

圖4 出砂粒徑對滲透率影響

圖5 出砂粒徑對孔隙度影響

圖6 出砂粒徑比對滲透率影響

圖7 出砂粒徑比對孔隙度影響

1.2.4 泥質(zhì)含量、排出量對儲(chǔ)層物性影響 本文研究的目標(biāo)油田儲(chǔ)層泥質(zhì)含量高，為評價(jià)泥質(zhì)排出程度、含量對近井儲(chǔ)層滲透性的影響，設(shè)計(jì)泥質(zhì)含量分別為20%、10%，排出程度在 15%、30%、45%、60%下巖心滲透率變化。實(shí)驗(yàn)采用細(xì)粉砂預(yù)埋式人造巖心，后期使用振動(dòng)篩和驅(qū)替的方式將模擬泥質(zhì)的鈣基膨潤土加進(jìn)巖心。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖8）。

圖8 泥質(zhì)含量和排出程度對滲透率的影響

由圖8可以看出，（1）泥質(zhì)對滲透率的影響遠(yuǎn)比細(xì)粉砂大，在排出程度一定的情況下，泥質(zhì)含量越高，滲透率增幅越大，黏土含量20%＞黏土含量10%＞200目細(xì)粉砂；（2）隨泥質(zhì)排出程度增加，滲透率增幅逐漸增大，但增加幅度逐漸變緩；（3）泥質(zhì)含量不同，對滲透率增加幅度的貢獻(xiàn)大不相同，但隨著泥質(zhì)排出程度增加，兩者差距逐漸減小。分析原因認(rèn)為，當(dāng)游離砂中泥質(zhì)含量較多時(shí)，更多的泥質(zhì)占據(jù)孔喉位置，在相同的排出程度下，仍有相當(dāng)一部分孔喉受到殘余泥質(zhì)的影響，進(jìn)而影響其孔喉的恢復(fù)程度。在現(xiàn)場實(shí)踐中，對于泥質(zhì)含量高的地層應(yīng)盡量的提高其泥質(zhì)的排出程度。

2 結(jié)論

（1）地層適度出砂能明顯改善儲(chǔ)層物性，在一定出砂范圍內(nèi)，隨出砂量增多，滲透率、孔隙度逐漸增大，但不同巖心增加程度不一樣，在出砂量相同的情況下，原始滲透率低的巖心增加幅度大。

（2）實(shí)驗(yàn)表明，出砂量一定的情況下，粒徑較小（＜38 μm）的砂子對巖心滲透率的增加貢獻(xiàn)最大，而粒徑變化對巖心孔隙度的影響并沒有呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

（3）地層排出砂的粒徑分布對儲(chǔ)層物性影響很大，出砂粒徑越均勻（全部為270目砂），滲透率、孔隙度改善越大；在出砂不均勻的情況下，排出砂中小粒徑含量（140 目：200 目：270 目=1∶1∶2）越多，滲透率、孔隙度改善越大。

（4）實(shí)驗(yàn)表明，泥質(zhì)對滲透率的影響遠(yuǎn)比細(xì)粉砂大，在排出程度一定的情況下，泥質(zhì)含量越高，滲透率增幅越大，黏土含量20%＞黏土含量10%＞200目細(xì)粉砂。

［1］韓國慶，符翔，吳曉東，等.適度出砂開采方式在海上油田的應(yīng)用［J］.國外油田工程，2004，20（2）：19-21.

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