疏松砂岩稠油油藏防砂参数优选试验研究

房茂军，曾祥林，孙福街

曹砚锋，梁 丹 （中海油研究总院海洋石油高效开发国家重点实验室，北京100027）

对于渤海海域疏松砂岩稠油油藏来说，由于原油粘度高、地层胶结疏松，海上油田经济高效开发对产量的要求高等，地层微粒的运移不可避免[1～4]。同时，“严防死守”的防砂理念势必使地层微粒在近井地带堵塞，造成油井产能下降。因此，适当放大疏松砂岩稠油油藏的防砂参数，使地层微小颗粒在可控的范围内从近井地带排出，解除微小颗粒在井筒附近的堵塞，提高油井的产能，成为海上疏松砂岩稠油油藏开发的发展方向。目前，在渤海海域疏松砂岩稠油油藏开发中，常用的防砂方式包括砾石充填和优质筛管防砂。针对砾石充填和优质筛管两种防砂方式，有学者对其防砂参数设计进行了一系列研究工作[5～10]，但这些研究都是基于 “严防死守”的防砂理念进行的设计。针对疏松砂岩稠油油藏需要放大防砂参数，采用适度出砂解除近井地层堵塞来提高产能这一要求，如何设计防砂参数，使油井产能得到提高，同时出砂量控制在可控的范围内，成为摆在油田开发人员面前的研究课题。笔者通过试验模拟方法对砾石充填及优质筛管防砂方式不同防砂参数下的出砂规律进行了研究，对疏松砂岩稠油油藏适度出砂条件下的防砂参数进行了优选评价。

1 试验评价指标及试验方法

1.1 试验评价指标

在该试验中，采用不同试验模拟中的采油指数J作为试验的评价指标。

式中，J为采油指数，m3/（MPa·d）；Q为通过防砂管或者砾石层的流量，m3/d；ΔP为防砂管及环空砂的生产压差或防砂管及砾石层之间的压差，MPa。

1.2 试验方法

图1 试验评价装置示意图

试验采用全尺寸防砂管试验模拟装置 （图1），恒定的注入压力注入模拟地层流体，3个压力计分别测试图示3个位置的压力 （分别为模拟地层砂外边界压力、砾石层或堆积砂外边界压力、防砂管内部井筒压力），针对不同防砂方式及防砂参数，记录稳定后的流量和压力。

2 优质筛管挡砂参数优选评价试验

近几年来，渤海湾部分油田在现场试验中采用了金属网优质筛管防砂，但在实际设计中如何恰当地设计防砂参数，成为现场要解决的问题。George Gillespie[5]针对金属网布优质筛管进行了的室内试验，通过模拟不同粒度砂粒样品，测试其通过标准目数筛网的出砂量、产出砂粒径以及筛网两端的压降，最终给出了标准金属网布优质筛管网孔目数选择方法。该方法并非使用实际筛管进行试验，得出的选择标准范围较大，不能精确确定筛管的挡砂精度，在适度出砂开采中使用起来具有一定的局限性。笔者通过实际的防砂管评价试验对金属网布结构防砂管的防砂参数设计进行了研究。

2.1 试验条件

以渤海某稠油油田主力油组储层砂粒度分布为依据配置模拟试验用砂，其粒度特征值见表1（d50为砂粒粒度中值）。配置模拟地层砂的泥质含量为10%，不均匀系数为4.4，生产压差为3MPa，模拟稠油粘度200mPa·s。试验用防砂管为不同防砂参数的金属网布结构防砂管。

表1 试验模拟用砂粒度特征值

2.2 试验结果与分析

针对不同防砂参数的防砂管进行了5组试验，分别测试通过防砂管的流量、压力及含砂量数据。计算每组试验中防砂管的平均采油指数，结果见表2。

表2 金属网布优质筛管出砂试验数据表

绘制5组试验中试验稳定后的ω/d50与堆积砂层采油指数及出砂量的关系曲线 （图2）。可以看出，随着防砂参数的增大，防砂管的渗透性逐渐增大。ω/d50＜0.65时，出砂量控制在0.1‰，防砂效果较好，但是筛网及其堆积砂的压降较大，严重影响油井产能。ω/d50＝0.88时，出砂量控制在0.4‰。在适度出砂开采条件下，如果允许出砂量增大到0.5‰左右，可放大编织网优质筛管的防砂参数到1.32 d50，相对于较小的防砂参数，此时的防砂管渗透性已大大提高，有利于提高油井产能。

图2 金属网优质筛管优选评价试验

3 砾石充填防砂砾石尺寸优选评价试验

砾石充填防砂一般用于地层砂分布不均匀、细粉砂 （粒径小于44μm）含量较高的地层，施工工艺较复杂，工期长，费用较高，但是防砂效果好、寿命长。目前常用的砾石充填设计方法是Saucier方法，设计砾石的尺寸为d50的5～6倍。该方法是传统的以防砂为目的的设计方法，在目前提出的适度出砂管理模式下，砾石尺寸是否有放大的空间，放大到什么程度可以提高砾石层的渗透能力，同时保证出砂量在允许范围内。笔者通过砾石充填防砂评价试验进行了分析。

3.1 试验条件

以渤海某稠油油田主力油组储层砂粒度分布为依据配置模拟试验用砂，其粒度特征值见表3。配置模拟地层砂的泥质含量为10%，不均匀系数为4.0，生产压差为3MPa，模拟稠油粘度200mPa·s。充填砾石尺寸：20～40、10～30、10～16、8～12目，根据8.5in井眼下入5.5in防砂管计算砾石充填厚度为30mm。

表3 试验模拟用砂粒度特征值

3.2 试验结果与分析

试验中改变充填砾石的尺寸，待流量与压力稳定后测试流量、出砂量及各点压力，结果见表4。

表4 不同砾石充填尺寸出砂模拟试验数据

绘制4组试验中试验稳定后的砾石层采油指数、出砂量与D50/d50的关系曲线，结果见图3。当D50/d50＜6时，出砂量基本在0.2‰以内，防砂效果好，砾石层采油指数随着砾石尺寸的放大逐渐增加。当D50/d50＝6.5时，出砂量达到了0.3‰；当D50/d50＝6.75时，出砂量达到了0.4‰；当D50/d50＝7时，出砂量达到了0.5‰，砾石层采油指数随着砾石尺寸的放大逐渐增加。当D50/d50＞7～8时，采油指数开始降低，出砂量继续增加。随着D50/d50从2.9倍提高到7～8倍，砾石层采油指数提高了近1.5倍，油中含砂量增加了3倍；当比值达到9.2倍时，砾石层采油指数急剧降低到初始的25%，油中含砂量又提高了近70%，说明此时砾石层出现了严重的砂侵，并有部分细砂通过砾石层及防砂管产出。适度出砂开采时，允许出砂量控制在0.5‰范围内时，砾石尺寸的设计可适当放大到7～8倍左右，砾石层采油指数比Saucier砾石充填设计方法提高20%～35%。

图3 砾石充填评价试验

4 认识与结论

针对渤海海域疏松砂岩稠油油田放大防砂参数，提高油井产能的要求，通过试验的方法对砾石充填及优质筛管防砂方式的不同防砂参数下的出砂规律进行了研究，进行了适度出砂条件下的防砂参数优选研究。

疏松砂岩稠油油藏适度出砂条件下的防砂参数优选试验研究结果表明：在出砂量控制在0.5‰范围内时，可放大编织网优质筛管的防砂参数到1.32倍d50；砾石尺寸的设计可适当放大到7～8倍d50左右，砾石层的采油指数相对应Saucier的砾石充填尺寸5～6倍d50时可提高20%～35%。

[1]周守为，孙福街，曾祥林，等 .稠油油藏分支水平井适度出砂开发技术 [J].石油勘探与开发，2008，35（5）：630～635.

[2]梁丹，曾祥林，房茂军 .适度出砂技术在海上稠油油田的应用研究 [J].西南石油大学学报，2009，31（3）：99～102.

[3]周守为 .海上油田高效开发新模式探索与实践 [M].北京：石油工业出版社，2007.

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[7]曾祥林，孙福街，王星，等 .渤海稠油油藏简易防砂条件下出砂规律模拟试验研究 [J].中国海上油气，2004，16（6）：395～399.

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