景 帥，李昌盛，付 宣，何 江，李 琪,邱 楓

1中國石化信息化管理部 2中國石化石油工程技術(shù)研究院 3西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院 4中國石油玉門油田分公司老君廟采油廠

0 引言

地層出砂對壓裂井的影響是各大油氣田普遍關(guān)注的問題[1-3]。壓裂液返排或采油生產(chǎn)過程中，常出現(xiàn)支撐劑或地層砂返吐的現(xiàn)象。地層出砂會引起一系列的問題，比如侵蝕油嘴、閥門等設(shè)備，沉降至井筒掩埋射孔孔眼使油氣井無法正常生產(chǎn)等[4]。目前國內(nèi)采用較多的纖維防砂技術(shù)，在各大油田取得了較為成功的應(yīng)用[5]。但該技術(shù)目前主要應(yīng)用于氣井和稀油井，在稠油方面的應(yīng)用鮮有報道。

準(zhǔn)東吉7區(qū)塊為典型疏松砂巖稠油儲層，巖石膠結(jié)強度弱，地層原油黏度較大(50～200 mPa·s)，在采油過程中極易將支撐劑和地層砂攜帶出地層，導(dǎo)致井筒砂埋[6-7]。纖維防砂的作用原理在于，高濃度的纖維與支撐劑通過接觸壓力和摩擦力相互作用形成結(jié)構(gòu)較強的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而有效穩(wěn)固支撐劑充填層[8-10]，防止地層出砂。

目前準(zhǔn)東吉7井區(qū)大部分井生產(chǎn)過程中由于地層出砂，導(dǎo)致井筒砂埋，產(chǎn)量急劇降為0，且前期的樹脂砂防砂等工藝均告失敗，因此，有必要系統(tǒng)地分析纖維防砂工藝在稠油油藏的應(yīng)用效果。本文以國內(nèi)外學(xué)者普遍認同的臨界出砂流速作為防砂效果評價的技術(shù)指標(biāo)[10-11]，基于實驗優(yōu)化出最佳的工藝參數(shù)，并在吉7井區(qū)進行試驗，為該技術(shù)的有效推廣提供技術(shù)保障。

1 稠油纖維防砂工藝實驗研究

1.1 實驗試劑、儀器及方法

主要實驗試劑及儀器：二級羥丙基胍膠(水不溶物≤7.5%，0.4%黏度≥50 mPa·s)，有機硼交聯(lián)劑，助排劑，黏土穩(wěn)定劑，羥丙基胍膠壓裂液(自制)，20～40目支撐劑(抗壓強度≥30 MPa)，BF-2防砂纖維，API支撐裂縫導(dǎo)流儀(FCES-100型)，電子天平(精度0.1 mg)。

實驗方法：把纖維和支撐劑均勻混合后，按實驗設(shè)計濃度10 kg/m2放入支撐劑測試儀導(dǎo)流室的平板間，形成3～4mm后的支撐劑充填層，然后加壓至15 MPa(吉7井區(qū)閉合壓力約為15 MPa左右)，測試?yán)w維長度、纖維直徑、纖維濃度、流體黏度對臨界出砂速度的影響。臨界出砂速度按流出液中明顯含砂(0.1 g/50 mL)時的流體流速確定[11]。

1.2 纖維防砂效果實驗評價

1.2.1 纖維長度對臨界出砂流速的影響

采用長度為3 mm、6 mm、9 mm、12 mm，直徑為20 μm的短切纖維，纖維濃度為0.5%(纖維與支撐劑的質(zhì)量比)，測試流體(胍膠壓裂液)黏度為50 mPa·s，研究纖維長度對臨界出砂流速的影響。由圖1可知，隨著纖維長度的增加，臨界出砂流速呈不斷增大的趨勢，表明纖維防砂效果逐漸增強。當(dāng)纖維長度增加至6～12 mm時，臨界出砂流速增大的趨勢變緩。吉7井區(qū)一般采用?89 mm型射孔槍，射孔孔眼直徑為9～11 mm，壓裂過程中較長的纖維容易引起孔眼摩阻的增加，甚至存在堵塞炮眼的風(fēng)險[12]。同時過長的纖維也更容易附著在管壁上，返排和生產(chǎn)時被攜帶出井口，容易造成油嘴堵塞。因此，優(yōu)選最佳纖維長度為6～9 mm。

圖1 纖維長度對臨界出砂流速的影響

1.2.2 纖維直徑對臨界出砂流速的影響

采用長度為6 mm，直徑為10 μm、20 μm、30 μm、40 μm、50 μm的短切纖維，纖維濃度為0.5%，測試流體黏度為50 mPa·s，研究纖維直徑對臨界出砂流速的影響。由圖2可知，隨著纖維直徑的增加，臨界出砂流速呈逐漸下降的趨勢，當(dāng)纖維直徑由30 μm增加至40 μm時，臨界出砂流速急劇下降。這主要是由于臨界出砂流速受纖維長徑比的影響較大，隨著纖維直徑的增加，纖維長徑比逐漸減小，纖維與支撐劑的纏繞作用變?nèi)?，從而引起臨界出砂流速下降[4]。因此，優(yōu)選最佳纖維直徑為10～30 μm。

圖2 纖維直徑對臨界出砂流速的影響

1.2.3 纖維濃度對臨界出砂流速的影響

采用長度為6 mm，直徑為20 μm的短切纖維，纖維濃度為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%，測試流體黏度為50 mPa·s，研究纖維濃度對臨界出砂流速的影響。由圖3可知，隨著纖維濃度的增加，臨界出砂流速呈不斷增大趨勢，當(dāng)纖維濃度由0.3%增加至0.5%時，臨界出砂流速急劇增加。因此，當(dāng)纖維濃度達到0.5%～1.1%時，防砂效果較好。但加入纖維會降低支撐劑充填層的導(dǎo)流能力[12]。如圖3所示，當(dāng)纖維濃度大于0.7%時，纖維將顯著的影響支撐劑充填層的導(dǎo)流能力。這是由于纖維濃度較大時，高濃度的纖維對支撐劑充填層孔隙的堵塞效果越來越明顯，顯著降低支撐劑充填層的滲透率。因此，為了保證纖維防砂效果，為防止高濃度纖維對支撐劑充填層導(dǎo)流能力的影響，優(yōu)化纖維的最佳濃度為0.5%～0.7%。

圖3 纖維濃度對臨界出砂流速及導(dǎo)流能力的影響

1.2.4 液體黏度對臨界出砂流速的影響

采用長度為6 mm，直徑為20 μm短切纖維，纖維濃度為0.5%、0.6%、0.7%，測試液體黏度為50 mPa·s、100 mPa·s、150 mPa·s、200 mPa·s，研究液體黏度對臨界出砂流速的影響。由圖4可知，隨著液體黏度的增加，臨界出砂流速呈不斷下降趨勢。液體黏度越大，臨界出砂流速越小。這是由于高黏度液體具有較大的黏滯性，對支撐劑充填層的剪切力及拖曳力非常大，導(dǎo)致剝蝕和運移砂粒的能力也越大[11]。當(dāng)液體黏度為50～100 mPa·s時，0.5%～0.7%纖維的臨界出砂流速差別較小，從經(jīng)濟效益考慮采用相對較低濃度的纖維(0.5%～0.6%)。當(dāng)液體黏度大于100 mPa·s，0.5%纖維臨界出砂流速下降明顯，表明其防砂效果變差。因此，當(dāng)液體黏度為100～200 mPa·s時，采用0.6%～0.7%濃度的纖維。

圖4 液體黏度對臨界出砂流速的影響

2 新疆油田現(xiàn)場應(yīng)用

稠油纖維防砂工藝在新疆油田準(zhǔn)東吉7井區(qū)獲得了成功。該區(qū)塊目的層溫度55～63℃，油層埋藏深度1 317～1 836 m，平均孔隙度19.53%，平均滲透率80.8 mD。該區(qū)塊由于儲層巖石膠結(jié)疏松，地層原油黏度較大，生產(chǎn)過程中，原油極易將地層砂攜帶至井筒，導(dǎo)致該區(qū)塊出砂十分嚴(yán)重，嚴(yán)重影響油井正常生產(chǎn)。X1～X6井生產(chǎn)一段時間后，井筒出砂0.92～1.81 m3，造成井筒砂堵，單井原油產(chǎn)量直接降為0。為了解決X1～X6井生產(chǎn)過程中出砂嚴(yán)重的問題，應(yīng)用了稠油纖維防砂工藝。該工藝是指對砂堵井進行重復(fù)壓裂(先將井筒砂沖洗干凈)，在壓裂加砂階段將胍膠凍膠、支撐劑、纖維一起泵送至地層，在地層中支撐劑和纖維形成牢固的充填層，以抵抗生產(chǎn)過程中稠油的沖刷。目前，稠油纖維防砂工藝在該區(qū)塊進行了6口井施工(見表1)，由表1可知該類井地層原油黏度為87.5～173.1 mPa·s，采用0.5%～0.7%濃度(纖維與支撐劑的質(zhì)量比)的纖維進行防砂壓裂施工，施工后所有井均未出砂，施工成功率達到100%，其中X1、X5井獲得高產(chǎn)，達到7.3 t/d以上。由此，稠油纖維防砂工藝在準(zhǔn)東吉7區(qū)塊取得了良好的現(xiàn)場應(yīng)用效果。

表1 稠油纖維防砂工藝應(yīng)用效果對比

3 結(jié)論

纖維防砂工藝能有效解決稠油油藏出砂嚴(yán)重的問題，主要通過優(yōu)化纖維長度、纖維直徑、纖維濃度、液體黏度實現(xiàn)最佳的防砂效果。

(1)增加纖維長度有助于提高防砂效果，但纖維過長容易堵塞炮眼和管線，因此優(yōu)化纖維濃度為6～9 mm。

(2)隨著纖維直徑的增加，纖維長徑比不斷減小，導(dǎo)致纖維防砂效果逐漸變差，優(yōu)化最佳纖維直徑為10～30 μm。

(3)增加纖維濃度有助于提高防砂效果，但纖維濃度過大會引起導(dǎo)流能力明顯下降，兼顧考慮纖維對防砂效果及導(dǎo)流能力的影響，優(yōu)化最佳纖維濃度為0.5%～0.7%。

(4)纖維濃度的選擇應(yīng)該與地層液體黏度匹配，當(dāng)液體黏度為50～100 mPa·s時，采用0.5%～0.6%濃度的纖維，當(dāng)液體黏度為100～200 mPa·s時，采用0.6%～0.7%濃度的纖維。