吳建平， 肖建洪， 李 鵬， 趙益忠， 梁 偉， 陳 雪

(中石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院)

礫石充填防砂是目前疏松砂巖油藏主要防砂工藝之一，占防砂總數(shù)90%以上。隨著礫石充填防砂井采液強度和生產(chǎn)壓差增大，地層微粒及鉆完井過程中殘留的固相顆粒運移到礫石層，導(dǎo)致附加壓降逐漸升高，極大地影響了礫石充填防砂井產(chǎn)能。國內(nèi)外研究重點是如何合理選取充填礫石尺寸，減少地層砂侵入礫石充填層，同時也對地層砂侵入后充填層滲透率變化進行了研究。本文通過室內(nèi)驅(qū)替、井筒物模裝置及礦場試驗，研究了鉆完井液、微粒含量、采液強度等對充填層附加壓降影響，為疏松砂巖油藏中后期采用提液、適度出砂等措施生產(chǎn)油井合理壓差確定、礫石充填防砂生產(chǎn)效果評價提供了基本依據(jù)[1]。

一、實驗設(shè)計

1.實驗材料與設(shè)備

1.1 主要材料

鉆井液樣品：膨潤土、加重劑和鉆屑含量5%，粒徑小于0.01 mm，取自勝利油田鉆井井場；粒徑中值0.12 mm的地層砂，粒徑0.01～0.02 mm，含量10%，勝利孤東油田洗井返排砂；膨潤土，山東濰坊振興膨潤土廠；石英砂，粒徑0.425～0.85 mm，河北承德圍場石英砂廠；陶粒，粒徑0.425～0.85 mm，鄭州德賽爾；油水混合物，取自勝利油田注聚區(qū)塊油井井口，含油約5%～15%；篩管樣件，外徑110 mm、長度1.0 m，繞絲精度0.30 mm，篩網(wǎng)式精度0.12 mm。

1.2 主要儀器

LDY-Ⅱ微粒運移巖心流動試驗裝置，中國石油大學(xué)(華東)儀表廠；篩管性能井筒物模試驗裝置，自建；MS-2000激光粒度分析儀，英國馬爾文；SFY-E全自動篩分粒度儀，南京中湖科技有限公司；20～200目標(biāo)準(zhǔn)篩，河南新鄉(xiāng)宏源振動設(shè)備有限公司；SHB-B95型循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長成科貿(mào)有限公司)；101A-1E型紅外干燥烘箱(上海市實驗儀器總廠)；DT-100A型分析天平(上海天平儀器廠)；電熱恒溫水浴鍋，龍口市先科儀器公司；常規(guī)玻璃儀器和器皿。

2.實驗方法

(1)微粒運移對充填層滲流能力影響實驗方法。采用巖心流動試驗裝置，填砂管中裝填地層砂、石英砂后，驅(qū)替鉆完井液、油水混合物，測試不同注入流體注入量、微粒含量時填砂管滲透率和驅(qū)替壓力，考察微粒運移對充填層滲流能力影響。

(2)防砂篩管附加壓降測試實驗方法。將篩管樣件加載在井筒物模試驗裝置中，在篩管樣件外面裝填石英砂、陶粒等礫石，測試不同流量篩管樣件內(nèi)外壓差，研究不同種類篩管產(chǎn)生的附加壓差。

(3)礦場礫石充填防砂井試擠壓力測試方法。固定泵車排量，試擠本區(qū)塊熱污水，求取充填防砂完工未開井時、油井堵塞停產(chǎn)時、打撈出防砂篩管混排解堵后3種工況下地層試擠壓力及表皮系數(shù)。

二、實驗結(jié)果分析

1. 微粒運移對防砂層滲透性影響

鉆完井液一般都含有固相顆粒，油井投產(chǎn)后由于濾餅清洗不徹底，部分濾餅會隨地層流體運移堵塞礫石充填防砂層，嚴(yán)重影響防砂完井投產(chǎn)效果和油氣井產(chǎn)能[2-3]。采用?25 mm×500 mm巖心管，裝填0.425～0.85 mm石英砂測試固相含量5%鉆井液和粒徑0.01～0.02 mm地層微粒對滲透率影響，實驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 鉆完井液對礫石充填層滲透率傷害

從圖1可以看出，微粒運移對巖心滲透率存在明顯傷害，注入倍數(shù)越高，充填層滲透率越小，巖心滲透率最大下降可達67.0%，說明鉆井液固相顆粒運移越多，對充填層滲透率影響越大。

2. 礫石充填防砂附加壓降研究

2.1 礫石充填層附加壓降實驗研究

充填層附加壓降主要與油井液量、采液強度、地層微粒含量大小有關(guān)。通過評價0.425～0.85 mm石英砂和陶粒附加壓降，采液強度10 m3/(d·m)時，石英砂附加壓降為0.35 MPa，陶粒附加壓降0.13 MPa。這是由于陶粒圓球度、分選性和均質(zhì)性明顯優(yōu)于石英砂所致[4-5]。

固定驅(qū)替裝置排量80 mL/min，改變地層砂(粒徑0.01～0.02 mm)含量，研究了地層砂運移至礫石充填防砂層、不同微粒含量時地層微粒運移至充填層附加壓降的影響，如圖2所示[6-7]。

從圖2可知，充填層中地層微粒含量增大，附加壓降也明顯增大，當(dāng)?shù)貙游⒘：看笥?%時，微粒運移堵塞了充填層部分孔喉，石英砂附加壓降達0.65 MPa，陶粒附加壓降達0.45 MPa。

圖2 微粒運移對充填防砂層附加壓差影響

2.2 防砂篩管附加壓降實驗研究

為了考查繞絲篩管和篩網(wǎng)式濾砂管附加壓降，采用外徑110 mm、內(nèi)徑76 mm、長度1.0 m篩管樣件(有效篩管段長0.8 m，繞絲精度0.30 mm，篩網(wǎng)式精度120 μm)、井筒物模裝置和含油5%的油水混合物，測試了流量、采液強度與壓差關(guān)系，結(jié)果如表1所示。

表1 防砂篩管附加壓差測試結(jié)果

從實驗結(jié)果可以看出，采液強度41.65 m3/(d·m)時，篩網(wǎng)式濾砂管實驗壓差為0.096 MPa，繞絲篩管實驗壓差只有0.086 MPa，因此，單純?yōu)V砂管產(chǎn)生附加壓降很小，不會大幅影響油井產(chǎn)液量。

2.3 現(xiàn)場試擠壓力對比分析

采用400型水泥車，以0.2 m3/min排量，試擠2.0 m3本區(qū)塊熱污水，求取了3種工況下的地層試擠壓力，如表2所示。表中表皮因數(shù)是將生產(chǎn)井關(guān)井進行壓力恢復(fù)，通過對壓力數(shù)據(jù)擬合分析計算獲得。

表2 微粒運移對礫石充填防砂井試擠壓力的影響

從表2可以看出，充填防砂完工井試擠壓力一般為10～13 MPa，充填層堵塞停產(chǎn)時試擠壓力最高達20 MPa左右，打撈出防砂篩管解堵后試擠壓力大幅降低?，F(xiàn)場3口低液停產(chǎn)井表皮因數(shù)測試結(jié)果驗證了微粒運移對充填層滲透性的影響。

2.4 礫石充填井防砂效果評價

根據(jù)油井礫石充填防砂井產(chǎn)量公式[8-9]，計算得到了微粒運移導(dǎo)致油井近井堵塞后，油井表皮因數(shù)、生產(chǎn)壓差與油井產(chǎn)液量關(guān)系，結(jié)果如圖3所示。油井產(chǎn)量計算模型：

(1)

式中：h—油層厚度，m；

k0—儲層滲透率， mD；

Δp—生產(chǎn)壓差，MPa；

μ—產(chǎn)出液黏度，mPa·s；

Re—油井供給半徑，m；

Rw—井眼半徑，m；

S—表皮因數(shù)。

圖3 生產(chǎn)壓差、表皮因數(shù)與油井產(chǎn)量關(guān)系

圖3是勝利孤東油田注聚區(qū)塊油井表皮因數(shù)、生產(chǎn)壓差、油井產(chǎn)液量關(guān)系；當(dāng)生產(chǎn)壓差一定時，隨表皮因數(shù)增大，油井產(chǎn)液量將大幅度降低，這是由于微粒運移導(dǎo)致充填層堵塞影響充填防砂井產(chǎn)能。

三、結(jié)論與建議

(1)鉆井液固相微粒運移對防砂層的滲透性具有明顯傷害，防砂層滲透率最高下降可達67%，新井投產(chǎn)應(yīng)預(yù)先采用酸化返排等措施解除鉆井液傷害，確保礫石充填防砂井長期有效生產(chǎn)。

(2)礫石充填防砂篩管附加壓降一般在0.1 MPa以下，石英砂附加壓降0.35 MPa，陶粒附加壓降0.13 MPa。在地層微粒粒徑為10～20 μm、含量9%時，石英砂附加壓降達0.65 MPa。

(3)油井礫石充填防砂完工后、防砂層堵塞停產(chǎn)后、打撈出防砂篩管返排出近井地帶堵塞物后現(xiàn)場試擠壓力表明，部分礫石充填防砂井存在明顯的地層砂運移堵塞防砂層現(xiàn)象。

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