（石油与天然气工程专业论文）孤东油田疏松砂岩油藏防砂工艺优选研究.pdf

孤东油田疏松砂岩油藏防砂工艺优选研究 刘典涛( 石油工程) 指导老师：李明忠( 教授1 、曾流芳( 教授级高工) 摘要 孤东油田油儿易出砂，丌发时必须采墩防砂措施。防砂方案的选择小 但涉及到油藏地质特征、流体物。阡、乍产条件、井身结构等诸多因素，而 日现有防砂方法繁多，适虑条件复杂，这给防砂力案的优选带来了很大网 难。防砂方案的优选既要考虑技术因素又要考虑经济效益。 本论文在文献调研和现场调研的基础上，对现有各种防砂方法的适应 陛进行了归纳分析，建立了防砂方法适j 血条件知识数据库，作为防砂方案 优选的基石 _ 。然后麻用模糊麴学原田建立防砂打案的综合模糊评判模犁，即 将每一种剀素划分为若干个模糊集合，根据适应条件知识库，引八了隶阍 函数和隶属度计钟各防砂方法对”的适应性，通过权重系数调节各刃誊的 蕈要程度。利用综合模糊技术评判模型最历得山各种防砂方法的技术评判 凼子；根据其大小优选出技术上可行的拦十防砂方法，再利用防砂井产能 预测模型对给定的油井在1 、同方法下进行产节预测，预测出防砂后油扑的 产油量。 在技术评价基础上再进年- _ 经济对比，山十各种防砂方法的有效期不 同，结合防砂作业重复- 睫的特点，采用了不同寿命方案的绎济评价方法。 为r 真实评价防砂措施的经济效益，划防砂和不防砂曲乖l 情况的经济指标 进行了对比，这些指标包括：投入产盘比、净现值、净现值比率、折算投 资凹收期等，其差值，4 足防砂措施的经济效益。最后根据技术评价罔了、 经济综合评价结果优选卅最佳防砂方案。 根据本文所提供的理论和方法，分析r 影响汕井山砂和防砂效果的卡 耍影】| 门罔素，并通过现场实例验证，结论1 j 实际相符，通过本方法优选防 砂工艺，可以提高防砂效果增加纤济救蒜，本文得h 1 结沦：1j 孤东油m 地层条件和外发现状相适迎的防砂tz 是绕甜筛管目i 滤砂管防砂，刑现场 防砂方案设汁和施| _ 旦柏定指导意义。 关键词砾i i 充填，力粲优选模糊，4 削技术计价，经济评价 t h e o p t i m u ms e e k i n gs a n dc o n t r o lp r o g r a m i nu n c o n s o l i d a t e ds a n d s t o n er e s e r v o i ro fg u d o n g0 i l f i l e d l i ud i a n - t a o ( p e t r o l e u me n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o ri 。im i n g z h o n g s e n i o re n g i n e e rz e n gl i u f a n g a b s t r a e t a no p t i m u ms a n dc o n t r o lp r o g r a ms h o u l dn o to n l yr e s t r a i ns a n dp r o d u c t i o n f r o mr e s e r v o i rf o r m a t i o ne r i e c t i v e l y , b u ta l s oc a l la c h i e v em a x i m u me c o n o m i c i n d i c a t o r sa f t e ro p e r a t i o n s os a n dc o n t r o lp r o g r a mo p t i m i z a t i o ns h o u l dt a k e e c o n o m i cb e n e f i tj n t oa c c o u n tw h i l ec o n s i d e r i n gt e c h n i c a lf a c t o r s f i r s t l y , at e c h n i c a le v a l u a t i o nm o d e lf o rs a n dc o n t r o lp r o g r a mo p t i m i z a t i o n i se s t a b l i s h o db a s e do nc o m p r e h e n s i v ef u z z ya s s e s s m e n tt h e o r y , t h i sm o d e li s u t i l i z e dt oe v a l u a t et h es a n dr e t e n t i o ne f f e c to f ac e r t a i ns a n dc o n t r o lp r o g r a mo n t h ev i e w p o i n to ft e c h n i c a la p p l i c a b i l i t ya n dt op r e d i c to i lw e l lp r o d u c t i v i t i e s u n d e rd i f f e r e n ts a n dc o n t r o lp r o g r a m s s e c o n d l y , r e l a t i v ee c o n o m i cc o m p a r i s o nt oa b o v em e m i o n e ds a n dc o n t r o l p r o g r a mi sc o n d u c t e d v a l i dp e r i o d0 r o g r a ml i f e ) o fe a c hs a n dc o n t r o lm e t h o d i sd i l y e r e n ta n di ti 5 n tr e a s o n a b l et ot a k et h el o n g e s tv a l i dp e r i o do fac e r t a i n s a n dc o n t r o lm e t h o da se v a l u a t i o np e r i o dt h ep a p e ri n t r o d u c e si na ne c o n o m i c e v a l u a t i o nm e t h o dt oe v a l u a t ed i f i e r e n ls a n dc o n t r o lp r o g r a n lw i t l ld i f i e r e n tl i r e w i t hr e g a r dt ot h er e p e a t a b i l i t yo fs a n dc o n t r o lo p e r a t i o n i no r d e rt oe v a l u a t e t h er e a le c o n o m i cb o n e f i t sf r o ms a n dc o n t m lo p e r a t i o n c o m p a r i s o nb e t w e e n e c o n o m i ci n d i c a t o r sw i l ha n dw i t h o u t 譬n dc o n t r o lo p e r a t i o na r em a d e ，a n dt a k e i t sd i f f e r e n t i a l t h et r u ee c o n o m i cb e n e f i t sf r o ms a n dc o n t r o lo p e r a t i o nt h e s e i n d i c a t o r si n c l u d ei n p u t - o u t p u tr a t i o ，n e tp r e s e n tv a l u e ，n e tp r e s e n tv a l u er a t e ， i n v e s t m e n tr e c o v e r yp e r i o d ，e t c f i n a l l y , o p t i m u ms a n dc o n t r o lp r o g r a mi so b t a i n e do nt h ef o u n d a t i o no f o p t i m i z a t i o n o ft e c h n i c a le v a l u a t i o nl h c t o r sa n dc o m p r e h e n s i v ee c o n o m i c e v a l u a t i o n k e yw o r d s ：g r a v e l - p a c k ，p r o g r a mo p t i m i z a t i o n ，f u z z ya s s e s s m e n t ，t e c h n o l o g y c v a l u a t i o n ，e c o n o m ye v a l u a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致酎的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国石油大 学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名 律迄 万年f 月枷日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定。即：学校 有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查浏和借阅；学校可以 公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密论 学生签名： 导师签名： 此规定) 毋年，月如日 c ) 一r 年 ， 月p 一日 中国彳i 油人学r 华尔) _ r 栏颂十学位论文第1 章概述 第1 章概述 1 1 孤东油田疏松砂岩油藏开采存在的问题 油井出砂岱a n dp r o d u c t i o n ) 足疏松砂岩油减开采过程中常见问题之一， 它是指由于油井开采和作业等各种综合因素造成井底附近地带的岩层结构 破坏，导致部分脱落的地层砂随油层流体起流入井筒，从而对油井正常 生产造成一系列不利影响的过程或现象。 油井m 砂现象丰要出现在疏松砂岩油藏，主要是较新的第= 系沉秘岩， 尤其是明化镇组和馆陶组地层中。这类油藏的地层中，砂岩胶结矿物数量 少，类型差，分布不均匀，地质年代晚，冈此砂岩的胶结强度差，地层砂 粒在流体的冲刷拖拽力作用下，脱落后随流体产出到升简。 1 1 1 油井出砂的危害 对于疏松砂岩油减，出砂是提岛采油述度的土要障碍。胜利汕i _ 丑疏松 砂岩 由藏分布范围广、储量大，产量占有相当大的比重。油井出砂是这类 油减开采的主要矛盾。油井h j 砂造成的主要危害有： ( 1 ) 地层砂随流体流入井筒后，若地层产出液携砂能力不足，地层产出 砂则不断沉积在井简底部，地层砂的堆积越来越多，最后将油层段的井筒 全部埋死或造成井筒砂堵从而导致油井停产，就必须进行冲沙作业。 ( 2 ) 部分地层产出砂随产m 液流钵避入泵筒或产出到地面，使井下和地 而设备严重磨损、泵砂卡，频繁地冲砂检泵、地面消罐等维修t 作剧增， 既提高了原油生产成本，又增加了油h 管理j c f = 度。 ( 3 ) 若油井出砂量大，还会造成地层亏空，亏守f 重h t 在升筒周围形成 空洞，最后引起地层坍塌，套管损坏，油井彻底报废。 ( 4 ) 产出和冲出的地层砂处理难度大，处埋不当会造成环境污染。 112 油井出砂原因分析 油层出砂是井底附近地带的岩层结构遭到破坏所引起的，它是各种冈 素的综合作用的鲇果，这些因素可以纳为两个方面，即地质原因肛开采 原因，其中地质原冈足内幽，丌采原田为外盈c l j 。 ( 1 ) 地质原因 应力状奄 第1 章概连 砂岩油层在钻井前处于应力平衡状卷。垂向应力的大小取决于油层埋 藏深度和上覆岩石的密度；水平应力的大小除了与油藏埋深有关外，还与 油层构造形成条件、岩石力学性质和油层孔隙中的压力大小有关。钻开油 层后，井壁附近岩石的原始应力平衡状态遭到破坏，造成井壁附近岩石的 应力集中。在其它蠢件相似的情况下，油层埋藏越深，岩石的垂向应力越 大，井壁的水平应力相应增加，所以井壁附近的岩石最容易变形和破坏， 从而引起在采油过程中油层出砂，甚至井壁坍塌。 岩石胶结状态 油层出砂与油层岩石胶结物类型、数量与胶结方式有着密切的关系。 通常油层岩石的胶结物主要有粘、碳酸盐和硅质、铁质三种，硅质和铁 质胶结物的胶结强度最大，碳酸盐胶结物次之，粘士胶结物最差。对于同 一类型的胶缩物，其数量越多，胶结强度越大。岩石的胶结方式主要有三 种：一是基底胶结，砂岩颗粒完全漫没在胶结物中彼此互不接触和接触 狠少，其胶结强度最大 二是接触胶缩，胶结物的数量不多，仅存予岩石 颗粒接触处，其胶结强度最低；三是孔隙胶结，胶结绚的数量介于基底胶 结与接触胶结之间，胶结物不仅存在于岩石颗粒接触处，而且还充填于部 分孔陈中，其胶结强度也介于基底胶结与接触胶结之间。容易出砂的油层 主要以接触胶结为主，其胶结物数量少，往往又含有较多的粘土胶结物。 渗透率的影响 渗透率的高低是油层岩石颗粒组成、孔隙结构和孔隙度等岩石物理性 质的综合反映。试验和生产实践证明油层的渗透率越高。其胶结强度低， 浪层越容易出砂。 ( 2 ) 开采原因 同井质量 出于固井质量差，使得管外水泥环和并壁岩石没有粘在一起，在生产 中形成高低压层的串通，使井壁岩石不断受到冲刷，粘土夹层膨胀，岩石 胶结遭到破坏，因而导致油井出砂。 射孔密度 射孔完井是目前备油罔普遍采用的沟通油流通道的方法，如果射孔密 度过大，有可能使套管破裂和砂岩油层结构遭到破坏，引起油井出砂。 2 中国石油a 学( i 扛尔) 工狴酿+ 学患浊文 第1 章概述 油井工作制度 在油井牛产过程中，流体渗流对油层岩石产生的冲刷力和对颗粒的拖 拽力是疏松油层出砂的重要原因。在其他条件相同时，牛产压差越大，流 体渗流速度越高，则井壁附近流_ 体对岩石的冲刷力就越人。另外，油水井 工作制度的突然变化，使得油层岩石应力状况发生变化，电容易引起油层 出砂。 其它原因 油层含水后部分胶结物被溶解时，油层胶结强度降低；油层压力下降， 增加的虑力对岩石颗粒的挤压作闩 ，扰乱颗粒间的胶结，可能引起油井出 砂。不恰当的开采速度以及采油速度的突然变化，落后的开采技术( 包括不 合理的完井参数和工岂技术1 ，低质量和频繁的修井作业，设计不良的酸化、 压裂作业和不科学的生产管理等剐能造成湘气井出砂。 1 2 3 目前防砂完井方案优选存在的问题 目前，防砂完井一商是解决油气井出砂问题的主要方法之一。所谓防 砂就是阻止地层砂从地层产出，或者阻止地层砂流入井筒从而产出到地面。 油井防砂完井工艺技术的研究和笈展对疏松砂岩油藏的正常生产至关重 要，防砂完井1 艺是这类油藏的摹木采 c | 工艺，是正常生产的重要保证。 现在使用的防砂完井方法多种多样，有十几种之多，主要有机械防砂、 化学固砂和复台防砂三种完井方法。机械防砂主要包括了绕丝筛管、割缝 衬管、双层预充填砾石绕丝筛管、金属砸滤砂管、陶瓷滤砂管、村腊石英 砂滤砂管、筛管砾石充填等多种防砂方法。化学固砂工艺主要包括树脂涂 覆砂人工井壁、化学剂固砂等方法。复合防砂主要是机械防砂与化学剂围 砂相结合的防砂方法。 魏。每种防砂方法都有各自的特点和适应性，对于特定的出砂油井防砂 成功的第一步就是防砂方法的选择，防砂方法选择小当是导致防砂失败的 主要原因之。目前防砂方法的选择多凭经验，具有很大的局限性，主要 表现存以下几个方面： ( j ) 难以兼顾各种因素，具有相当的片面性 防砂方案的选择是一个非常复杂的问题，影响防砂效果和防砂方案选 择的因素繁多，需要考虑油藏地质特衙、流体物睦、，l 产条件、井身结构 3 中国石油大学( 华东) 广程硕士学位论文第1 章概述 等诸多因素。在实际的防砂方案选择时，由于资料难以采集，因素繁多， 很难全面地考虑影响防砂效果的各种因素，往往是侧重考虑了某儿种睦；| l 素， 而忽略了其它因素，导致防砂方案选择的片面性。 ( 2 ) 防砂方法的适应界限难以确定 现有的防砂方法达十几种之多，各种方法分别有各自的技术特点和适 应条件。防砂方案优选考虑的因素繁多且很多因素难以量化和定量描述， 各种防砂方法对这些因素的适应界限难以确定，如液体粘度对防砂方案的 影响，对于每种防砂方案难以确定具体的适应范围。这都给防砂方案的优 选造成了很大困难，常常导致了防砂方法选择的不合理。 ( 3 ) 片面经验起主要作用 目前防砂方案的选择很大程度上靠经验，实践经验是油气田丌发过程 中不断积累的宝贵财富，但由于是感性认识，不可避免地存在片面性和偏 差。 ( 4 ) 注重挡砂效果而忽略了经济效果 最优的防砂措施不仅应成功地阻挡地层砂的产出，而且还应该使作业 后油井的经济指标最高。目前防砂方案选择最大误区是：只注重挡砂效果 而忽略了经济上的考虑。即只考虑技术方面的因素，着眼于将砂挡住，而 没有考虑防砂后产能的大小和防砂成本和经济效果。有些防砂方法的挡砂 效果很好，但防砂后油井产能严重降低，导致经济效益的降低。有些防砂 方法虽然有效期短，但成本低，产能高，经济效果好。因此，防砂方案的 选择以挡砂效果为日标的同时，必须同时以经济效益为最终目标。 由于防砂措施是一种中间修补性措施，其经济评价方法与般的工程 措施评价有所不同，目前考虑防砂方案本身特点的经济评价方法还十分不 完善，大多情况下还是使用一般的防砂经济评价方法，小能清晰体现防砂 措施本身带来的经济效益。 12 孤东油田主要防砂工艺简介 油井防砂技术从2 0 世纪6 0 年代开始发展并得到应用，到目前已经有 4 0 多年的历史了。目前的防砂技术主要有机撤防砂技术、化学防砂技术、 机械一化学复合防砂技术。 机械一化学复合防砂技术。 4 中国石油大学( 华东) 工群硕士学位论文 第l 辛概述 1 2 1 机械防砂工艺技术 机械防砂主要包括绕丝筛管、割缝衬管、双层预充填砾石绕丝筛管、 各种滤砂管、筛管砾石充填及管外机械膨胀封隔器等多种防砂方法 l 2 j 。 ( 1 ) 绕丝筛管砾行充填 绕丝筛管砾石充填防砂完井方法是应用较早的防砂方法。由于近年来 理论、工艺及设各的不断完善，这种方法越来越受到重视。 砾石充填防砂完井方法是将割缝衬管或绕丝筛管下入井内防砂层段 内，用一定质量的流体携带地而选好的具有一定粒度的砾石，充填于筛管 和套管( 对于裸眼井位油层) 之间，形成具有一定厚度的砾石层，以阻止 地层砂粒流八井筒。如图卜1 所示。在砾石充填防砂中，砾石层为阻挡地 层砂的屏障，而筛管则起支撑砾石层的作用。砾石的粒径根据地层砂的筛 析粒度分析曲线进行选择，砾石颗粒的大小必须满足能够阻挡地层砂的通 过，筛管缝宽的人小则满足能够完全支撑阻挡砾石层。砾石层具有良好的 流通能力，同时又阻挡地层砂的通过。 砾石充填方式有两种：裸眼砾石充填和套管射孔砾石充填。通常采用 套管射孔完井砾石充填方法。 a 1 裸眦砾石尤填 l |，暖； 嘉； 嚣! 耀 l ： 擎! 瓣j 圈1 - 1 砾石充填防砂不意图 f b 套管内砾石克填 中国石油 学( 华尔) 工程硕士制蛐宅文第1 章概述 绕丝筛管一般为全焊不锈制绕丝筛管，如图l 2 所示，国内采用 l c r l 8 n i 9 t i 不锈钢丝为原料，轧制成一定尺寸的三角形截面的钢牲和纵筋， 存绕制过程中，绕丝和纵筋的每一个接触点都用电阻焊焊接在起，使筛 管形成具有定强度的整体，然后把带孔的中心管穿过筛套两端焊在中 心管上。绕丝筛管耐腐蚀，工作寿命长，具有一定的“自洁”作用，但造价 昂责，上艺复杂。 绕丝筛管砾石充填的防砂效果好，有效期长，成功率高，但缺点是成 本高，是所有防砂完井工艺中虽复杂的完井工艺。 圈1 - 2 绕丝筛管示意图 圈i - 3 割缝村管示意图 ( 2 ) 割缝衬管 割缝衬管防砂是一种相对比较简单的防砂豉术。如图13 所示，割缝 衬管是直接使用锯片铣刀存铣床上铣削套管而成，割缝可虬使地层流体通 过同时阻挡地层砂，割缝缝眼排列方式有平行轴向方向，交错排州。平行 割缝衬管的缝眠长度取l - 5 0 3 0 0 m m ，垂直割缝衬管取l = 2 0 5 0 m m ，小 直径高强度衬管取高值，大直径低强度衬管取低值。割缝衬管防砂是在油 层部位下入预先割缝的衬管，依靠衬管顶部的衬管悬挂器，将衬管悬挂在 技术套管上，并密封衬管和套管之间的i l ：形空间，割缝衬管的防砂机理是 允许一定人小的、能被原油携带至地面的细小砂特通过，而把较大的砂粒 中国罩i 油大学( 华尔) l l 譬硕士学融沦立第1 辛概述 阻挡在衬管外面，大砂粒在衬管外形成砂桥，而将地层砂阻挡在割缝衬管 与套管的环卒中，达到防砂的目的。剖缝衬管防砂工艺简单，操作，j 便， 成本低。但受机械加工技术的限制，衬管割缝的最小缝宽逃0 3 m r n ，适用 地层砂的范围较小。割缝衬管防砂有效期短，效果 差，缝眼易被细纱堵塞或磨损。 ( 3 ) 滤砂管 滤砂管种类繁多，有树脂石英砂滤砂管，金属 棉、金属布、冶金粉水滤砂管，陶瓷滤砂管等。其 渗透性好并有较高的强度，与其它工具组合下入井 内，对准出砂层位，阻止地层砂进入生产管柱，达 到防砂目的，上述各种滤砂管类似，只是各自的胶 结剂和骨料不唰。 金属棉滤砂管 金属棉滤砂管由滤砂片镶嵌在滤砂管肇上制 成，滤砂片内为堆积的金属纤维，纤维之间形成若 干缝隙，允许流体通过并阻挡地层砂，其缝隙的大 小与纤维的堆集紧密程度有关。通过控制纤维的压 紧程度达到阻挡不同粒径地层砂的目的。 金属棉滤砂管耐高温( 3 6 0 ) 、高廿三( 1 89 m p a ) 、 耐腐蚀( p h 值8 1 2 ) ，渗透率高，导流能力好，金 属纤维富有弹性，存定驸动力下，小砂粒可以通 过缝隙，避免金埔纤维被填死，挡砂精度高。刈防 粒度中值大于0 0 6 m m 的地层砂。 树脂石英砂滤砂管 树脂石英砂滤砂管用4 l 英砂和树脂按一定比 例混合，在定的条件下同结成型，制成具有强度 高、渗透性好的滤砂管。其脆性强，但次性成功 率高。l u 防粒度巾值大于0i m m 的地层妙。树脂 打焚眇滤砂管如图卜1 所示。 图卜4 树脂滤砂符 陶瓷滤砂管 l 国_ 由人4 学( 华尔) l ：科硕卞学位沦文 第l 章概述 陶瓷滤砂管是由绎过筛选的陶瓷粒，按比例与其它添加剂和粘结剂多 层次搅拌混合后，加入模只中高温烧结丽成。具有较高的抗折抗压强度， 耐高温( 3 5 0 c 以上) 、耐高矿化度水、十酸、盐酸等腐蚀。可防粒度中值 大r0 1 m m 的地层砂。 滤砂管防砂是将滤砂管p 八油层段，用悬挂封隔器将滤砂管悬挂在油 导顶界附近，这样滤砂管允许地层流体进入衬管，而将地层砂阻挡在滤砂 管与套管的环空中，从而达到防砂目的”1 。 ( 4 ) 双层预充填砾石绕丝筛管 双层预充填绕丝筛管有两种结构，一种内外都为绕丝筛管，另一种内 管为绕丝筛管，外管为钻孔钢管，其防砂原理为在地面预先将符合油层特 性要求的预涂层砾石填入内外管之间，存一定条件、使其固结，形b 甓预涂 层砾石双层筛管。将筛管下入井内，对准油层，起到捎砂作用。该方法_ l 艺简便，对地层伤害小，但筛管成本较高，对产能影响大，油井产能低于 管内砾石充填。另外由于不能防止地层砂进入井筒，只能防l 匕进入井筒的 油层砂不再进入油管，因此防砂有效期短。 1 2 2 化学防砂工艺技术 ( 1 ) 树脂涂敷砂人工井壁 预涂层砾石是在清洁的石英砂表面涂敷。层约0 2 r n m 厚树脂，经烘干 破碎过筛后成为涂层砾石。颗粒在常温下呈分散状，利用泵年泵入油层后， 随着井底温度的升高，砂粒表面树脂迅速反应，把进入地层的砂粒胶结成 只有一定强度和渗透| 生的人工井壁，起到防砂作用。挤注过的地层强度高， 渗透率高。由于砂粒靠树脂胶结，存在老化现象，有效期不如机械防砂i 丈。 ( 2 ) 水泥干灰砂人工井壁 水泥干狄砂人井壁以水泥为胶结剂，以砾石砂为支撑剂，按比例在 地面拌合均匀，用水携下井下，挤入垂管外，堆积十出砂层位，凝固后形 成具有一定强度和渗透性的人工并肇，防1 r 油层出砂。该上艺原材料束源 j “，成本低，t 艺简单，兼有堵水作用。但堵塞较p 酉，产量下降严重。 ( 3 ) 化学剂固砂 将树脂溶液挤入地r ，在地层涡度f 围化后把地层砂胶结牢固，刘增 j j | j 地层胶结强度防止卅砂，又使胶结后的地层保持鞍高的渗透悍。施下简 8 中国彳i 油人学( 华永) 艘硕士学何论文 第1 章概述 单不需特殊设备，油层大量出砂和大量出水后防砂效果极差。作业效果受 地层非均质及粘土含最影响。成功率较低，费h 较高。对地层渗透率有一 定伤害，并且存在老化现象。 123 复合防砂工艺技术 利用机械阶砂和化学防砂的优点相互补充，方面能在近井地带形成 一个渗透性较好的人工升壁，另方面利用机械防砂管柱形成一次挡砂屏 障，起到很好的防砂效果。复合防砂效果好，有效期长。 复台防砂通常使用的机械防砂管柱为滤砂管和绕丝筛管，与之配合使 用的化学方法常为化学剂和涂料移。 复合防砂的适应性，“，几乎可以用于任何复杂条件下的防砂措施。但 复合防砂工艺复杂，成本高，因此一般在单种防砂方法效果不好时使用， 尤其用于粉细砂岩、渗透性差的地层，也用于地层亏空严重的老井防砂【l “。 1 3 防砂工艺方案优选技术思路及主要研究内容 131 技术思路 鉴丁目前防砂完井方案优选存在的问题，本文建立了一套综合考虑j 方 砂方法技术适应性和经济效果的防砂方案优选模型。针对防砂方案优选考 虑的因素繁多，适应界限难以量化等问题，技术评价模型采用基于模糊数 学原理的综合模糊评判模型；由于防砂方案的寿命各不相同，经济评价采 用相对经济列匕模型和考虑防砂措施特点的绎济评价方法。 在文献和现场调研的基础上，对现有各种防砂方法的适应性进行| 纳 分析，建立了防砂方法适应条件知识数据库i 该数据库作为防砂方案综合 模糊评判的基本依据。根据专家利实践经验，建立各凼素的权重系数数据 库，表达各因素在防砂方案优选l 卜重要程度。 应用模糊数学原理建立防砂方案的综合模糊评0 模型( 技术评价) ：每一 种因素划分为若干个模糊集合，根掘适麻条件知识库，引入隶属函数和隶 属度计算各防砂方法对井的适应性，同刚利用权重系数调节各因素的重要 程度，以此建立了防砂方法的综合模糊技术评判模型，最后可以得到各种 防砂方法的技术评判因子，根据评判因予优选出技术l 可行的若干防砂方 法。 h 1 于油井效益主要来自于产油收入油井产能是经济评价的文键数埘， 9 中心干i 批k 学( i # 乐) f 并蹶 学忙】宅_ 文 第l 章概述 经过技术评判对于技术l 适应的防砂方案，分别进乱各防砂方案实施后 的产能预测。若油井为新井，采用基丁表搜系数计算的防砂井产能预测模 型预测防砂后产能；若油井有生。历史，为了更准确地预测产能，则采r i 考虑防砂前牛产历史资料的防砂井产能预测模型预测防砂后油井产能。 剥上述技术上适应的防砂方案进行相对经济对比，由于各种防砂方法 的有效期( 方案寿命) 不同，本文结合防砂作业重复忡的特点，采用了不同 寿命力案的经济评价方法。由于防砂是一种中间性措施，木文用防砂后的 经济效益与不防砂情况下的的垂季_ 济效益进行埘比，从而口以清晰有效地体 现出放砂带来的实翰、效益。讣算投入产出比、净现值( 比率) 、折算投资同 收期等经济指标，并进行对比，最后选出技术上台理、经济上可行的最优 防砂方法，为油田防砂方法的选择提供决策依掘。 1 3 2 主要研究内容 根据上述技术路线，本文主要研究内密如下： ( 1 ) 防砂工艺技术评价的综合模糊评判模犁 疏松砂岩油减防砂工艺适麻性分析 防砂教果的影响因素分析 防砂工艺适应条件知识数据库的建寺 适应因素模糊集合的划分和隶属函数的确定 防砂工艺技术评价的综合模糊评判模型的建赢 ( 2 ) 防砂井产能预测方法研究 防砂井产能预测基本模型 考虑产能历史资料的防砂井产能预测模刊 ( 3 ) 防砂工艺经济评价方法研究 不同寿命方案的相对经济对比模型 防砂井经济评价模型 1 0 中国彳讨由人学( 华东) 开呈倾十学位论文第2 章孤永油田防畛t 艺的适应_ 生及醐搬粜分析 第2 章孤东油田防砂工艺的适应性及防砂效果分析 2 1 机械防砂方法适应性分析 21 1 筛管砾石充填防砂工艺技术 砾石充填防砂具有油井完善系数高，防砂效果好，有效期长，成功率 高，适应性强等特点。虽费用较高，但由于其诸多优点目前仍足普遍适用 的防砂方法。 绕丝筛管砾石允填防砂方法的适用条件如下： ( 1 ) 油层条件；适于厚度 3 m 的厚薄产层及多油层，多油层时通常一次 性完成充填如果中问夹层厚度超出3 0 m ，应分层允填； ( 2 ) 地质条件：适用于非均质油藏，细粗地层砂尺寸；不适用于细粉砂 地层，因为要防止粉细砂，则要求小砾石尺寸，这样砾石层渗透率低，影 响产能，另外粉细砂容易侵入砾石层，使砾石层渗透率严重下降，影响产 能：不适用丁泥质低渗透地层，泥质含量高时，粘土容易将砾石层堵塞， 降低产量； ( 3 ) 生产条什：不适用于高压井和高产井，压力及产量太高时，高速流 体冲刷作用容易使砾石破碎，产牛粉细砂堵塞通道，降低产量。常规井发 热采井l 卜均可适用，在热采井巾应做特殊考虑，有学者认为石英砂在苗温 下会产生热碱溶蚀，但现场应用表明，长期使用后石英砂的热碱溶蚀并不 严重，防砂继续有效，冈此热采井中仍可阻采用石英砂充填；橡胶封隔兀 件在高温条件下难以适用，凼此热采井防砂中采用铅封封隔器；另外，高 温膨胀刮能破坏筛管，因此热采井中采用争门的热采筛管； ( 4 ) 产出液条件：适用于低高含水采液，耐腐蚀； ( 5 ) 射孔条件：绕丝筛管砾自充填防砂要求高密度大孔释射孔，孔密2 0 - - 3 6 孔m ，孔径1 2 m m 左有，由丁多数老井一般为1 6 - f l m ，防砂前要求 补孔。 ( 6 ) 携砂液的适应件：低釉携砂液( 常用清水或油阳污水) 可用于k 井段 充填，长井段充填时，高粘砂浆的配制罐容积有艰，跟不上使用斋要。另 外，_ 步法充填的第一步充填作、k 及振动充填作业，“有低粘砂浆才能使 砾石更好地接收振动波的作用m 彤成密义填充。表2 1 是不同条件下不同肚 p 国“油j 、学( 华笨) i 群i m 七学位论文第2 章孤巧、油田防砂l 艺的适廊| 生及嘲沙效果分w 质的携砂液选用推荐表。 表2 - 1 携砂液的选用 适h j 条件低粘液中粘液高粘液泡沫波 长井段 低压漏火井 z0 高斜井 振动充填 商密度挤压井 低渗透地层 高粘油地层 滓：迪j j ：一ij 州；小造_ l 212 割缝衬管防砂工艺技术 割缝衬管防砂工艺简单，操作方便，成本低。但受机械加i z 技术的限 制，衬管割缝的最小缝宽达o3 n l i l ，适用地层砂的范围较小。割缝衬管防 砂有效期短，效果差，缝眼易被细纱堵塞或磨损。 割缝衬管防砂方法的适用条件如下： ( 1 ) 油层条件：单一油层或压力岩性基本一致和不分采的多油层，井段 k 度不大于3 0 m ； ( 2 ) 地质条件：割缝缝眼宽度最小为o3 05 r r m l ，因此只适j = 1 j 于疏松中 粗砂地层，不能用于纠和粉细砂地层以及泥质低渗透地层，泥质含量高时 易堵塞割缝缝眼： ( 3 ) 生产条件：适用于斜井、垂直井，常规套管射孔完井和水平井裸眼 完井；不适用于热采井和严重出砂井；不适丁高产井，因为割缝衬管的流 通面积远小于绕丝筛管，产量高时通过衬管的压降较人； ( 4 ) 产出液条什：不能用十产卅液粘度高和有腐蚀性的井，帛粘度造成 较大压力损失，影响产能；割缝衬管材料通常是碳素结构钢，涮腐蚀性差， 尤其是缝隙尺寸易受腐蚀而变火，从而使防砂有效期缩短。 割缝衬管和绕丝筛管都可以作为砾右充填防砂中的防砂管柱，但两者 的适应性不同。在选择衬管或筛管时，应考虑防砂井的具体条件和综合绎 济效盏。如果井液腐蚀件弱，地层砂较粗，产能偏低的地层可适当选择割 缝衬管，反之应选1 _ 绕丝筛管；对于井段越过3 0 t o 的产层，应考患选用绕 始筛管，冈为长井段施工费用和修井费用均较高，适i e | ；j 绕丝筛管有效期k ， 1 ， 中国石油火学( 华东) f 懒十学位论文第2 章孤东油田防砂1 ：兰的适南眭及防砂效果分析 综合经济效益好；另外，对于海上油气h ，更希望成功率高生产周刺长， 应优先选用绕丝筛管，不但寿命长，而且流通面积大，施工中不易堵塞， 作业成功率高。另外，对于特殊条件下的油气井，可以选用特殊材料和特 殊机械结构来制造绕丝筛管。 2 ，13 双层预充填砾石绕丝筛管防砂工艺技术 双层预充填砾石绕丝筛管防砂工艺技术工艺简便，对地层伤害小，但 筛管成本较高，对产能影响大，油井产能低于管内砾石充填。另外由于不 能防【t 地层砂进入井筒，只能防i r 进入井筒的油层砂不再进入油管，因此 防砂有效期短。该防砂方法的适用条件如下： ( 1 ) 油层条件：不分采； ( 2 ) 地质条件：粒度中值0 0 8 n n n 以上的中粗砂岩地层：不适用于细粉 砂地层，不适用于泥质低渗透地层。泥质含量高时粘土和粉细砂都易使筛 管产生堵塞； ( 3 ) 生产条件：适用于常规套管完成垂直井、斜井、定向井，水平井： 不适于高产井，产量高叫，由于筛管与套管环空之间没有充填砾石，高速 携砂液流直接冲刷筛管，易使筛管刺穿而防砂失效；另外当地层砂堆积于 环空中时，液流阻力急剧增加，重影响油井产能： ( 4 ) 产出液条件：不适用于产出液粘度高的井，通常要求产出液粘度低 于2 0 0 0 m p a 粘度高时，通过筛管的的压力损失较大。 214 滤砂管防砂工艺技术 ( 1 ) 滤砂管防砂工艺分类 金属棉滤砂管 令属棉滤砂管耐高温( 3 6 0 。c ) 、高压( 1 8 9 m p a ) 、刊腐蚀( p h 值8 - 1 2 ) ，渗 透率高，导流能力好，金属纤维富有弹性，在定驱动力下，小砂粒可以 通过缝隙，避免金属纤维被填死，挡砂精度高。可防粒度中值大于o 0 6 n m a 的地层砂。 陶瓷滤砂管防砂 陶瓷管是由经过筛选的陶瓷粒，按比例l j 其它添加剂和牯结剂多层次 搅拌混合后，加入模具r _ l 高温烧结而成。具有较高的抗折抗压强度，酬角 温( 3 5 0 。c 以上) 、耐高矿化度水、 酸、赫酸等腐蚀可防粒发巾值大丁 中司彳i 油人学( 华尔) 【碍预十学位论文第2 辛j 1 尔# n 田防砂r 艺的j 目蚓生应啪p 毅果分析 0 1 i l l n 的地层砂。 冶金粉末滤砂管防砂： 冶金粉末滤砂管防砂是用经过筛选的铜颗粒或铁粉烧结】u 成，多数采 用铁粉烧结，成本低。滤砂管采用密封胶连接，壁厚薄，连接强度较低， 容易丌裂，使中心管内充满地层砂，造成堵塞。可防粒度中值大于0 0 7 n m 的地层砂。 树腊石英砂滤砂管 树腊石英砂滤砂管用石英砂和捌脂按一定比例混合，在一定的条件下 固结成型，制成具有强度高、渗透性好的滤砂管。其脆性强易碎，但次 性成功率高。可防粒度中值大丁0 1 n m 的地层砂。 ( 2 ) 滤砂管防砂方法的适用条件 油层条件：井段长度通常大于3 m ，多油层合采； 地质条件：中粗砂岩地层：不适于泥质含量高的地层，地层产出的 粘度颗粒最容易将滤砂管完全堵死，使油井失去产能； 生产条件：适用于直井、斜井、水平井；多数滤砂管耐高温因此适 用j 二常规生产井及注蒸汽热采井；不适用丁严重卅砂井； 产出液条件：粘度 2 0 0 0 m p as ，当原油粘度大于2 0 0 0 m p a - s 时，采 液强度较低；另外滤砂管耐酸及高矿化度水，适用十产出液有腐蚀性的井。 2 2 化学防砂工艺适应性分析 22 1 化学剂固砂工艺技术 施工简单不需特殊设备，油层大量出砂和人量出水后防砂效果极差。 作业效果受地层非均质及粘士含量影响，成功率较低，费用较高。对地层 渗透率有一定伤害，并日存仵老化现象。该方沾的适用条件如下： ( 1 ) 油层条件：适用于均质性好油层厚度3 m 左右的薄油层，单一油层， 油层厚度较大时应分段施上，甭则化学剂挤注地层1 i 均匀，降低防砂效粜； 油层温度在6 0 0 以r ，油井先期和早期未出砂以前防砂； ( 2 ) 地质条件：适用于细粉到巾等地层砂尺寸，均质地层，乖向渗透性 好。非均质性强时挤注不均匀，降低防砂效果。不适用于泥质低渗透地层。 刈j 粘十和粉砂量高以及受钻井泥浆污染的的地层，在瑚砂讨安进行酸 洗处理； 1 4 中国打油火学( 华东) j 程硕j 学 市论文第2 章孤东油出防砂j 艺f 晤直性及防砂效泉分幅 ( 3 ) 生产条件：适用于套管射孔完井的垂直小井眼井、高压井防砂：出 砂严重及高含水剖不宜适用。不适用十裸眼井、热采井和老油井； ( d ) 产出液条件：适用于低含水含水率。 2 2 2 树脂涂敷砂人工井壁防砂工艺技术 树脂涂敷砂人工井壁砂粒靠树脂胶结，存在老化现象，有效期不如机 械防砂长。该方法的适用条件如下： ( 1 ) 油层条件：适用于荦油层或央薄层的双层油层，厚度在l o m 以内； 油层温度较高且油层吸收能力大； ( 2 ) 地质条件：适于各种地层砂尺寸的地层，垂向渗透率高； ( 3 ) 生产条件；适用于出砂严重、地层弓空大，产能高的井。口j 用于套 管损坏的情况。 2 23 水带千灰砂人工井壁防砂工艺技术 该方法原材料来源广，成本低，工艺简单，兼有堵水作用。但堵塞较 严重，产量f 降严重。该方法的适用条件如下： 井段长度小于5 0 r n 左有，备种地层砂尺寸地层，渗透性好，套管完井， 高含水油井，地层亏窄较大的油水井后期防砂，多油层防砂。 23 复合防砂工艺适应性分析 复台防砂是现在普遍使用的防砂方法，它是利用机械防砂和化学防砂 的优点相互补允，方而能在近井地带形成一个渗透性较好的人工井壁， 另方面利用机械防砂管柱形成二次挡砂屏障，起到很好的防砂效果。复 合防砂效果好，有效期长。 复合防砂通常使用的机械防砂管柱为滤砂管和绕丝筛管，与之配合使 用的化学方法常为化学剂和涂料砂。复合防砂方法包括：滤砂管+ 涂料砂、 绕丝筛管+ 涂料砂、滤砂管+ 于灰砂。 复合防砂的适应性广，几乎可以削于任何复杂条什f 的防砂措旌。但 复合防砂工艺复杂，成本高，因此一般在单种防砂方法效果不好时使用， 尤其用于粉纠砂岩、渗透陛差的地层，也用丁地层亏窄严重的老升防砂： 2 4 防砂效果的影响因素分析 影响防砂效果和有效期的幽素很多，从防砂设计到现场旋结束，朋 间每一个环节的疏漏或失埕部可以给最后的防砂效果造成根_ 人的影响。水 】5 中国彳再由人学( 华东) 【 呈硕士? 羚论文第2 章孤求油田防砂j ? 艺的适应陛及舫砂效果分析 文仅从理论角度对影响防砂效果的各因素进行分析，为采取各种措施提高 防砂效果提供理论基础。 2 4 1 地质条件 ( 1 ) 地层砂侵入影响 地层砂的侵入对砾彳彳充填防砂效果的影响是致命的。即使很少量的细 纱混入砾石中，砾石层的渗透率下降很大。贝格方程及其改进形式可以说 明这一点吐 k = 5 1x 1 0 m ，+ 3 o 1 3 1 1 s “。 ( 2 - 1 ) 式中k一砾石或砾石和砂子混合物的渗透率，1 0 。u m 2 ； 慨一粒度中值，m m ； 口 一孔隙度，； j d d 中 颗粒尺寸分布的m 的白_ 分比偏差0 8 41 一0 1 69 ； 该方程用来计算疏松砂层和砾石层的渗透率，当用0 的标准偏差 s d o - 0 8 4 1 由5 0 代替方程中的百分比偏差尸d 咖时，方程可州来精确计算 砾石和砂了的混合物的渗透枣。 k = 5 1 1 0 5 1 m j e - i 3 a 5 “” ( 2 2 ) 图2 1 是用1 0 一2 0 目的砾石年俄克垃苛马1 号砂子在不同百分比下混合 后的渗透率曲线变化“。混合物的渗透率随着细砂的自分比的轻微增大而急 剧下降，最后几乎完全丧失其渗透性。砾石和砂子混合物的渗透率甚至会 低于砂子本身的渗透率。 另外，当地层粘土含景较高刊，会加剧渗透率的下降趋势。砥石的破 碎产生粉细砂，其结果相当于砂侵，甚至比砂侵的危害更大。 ( 2 ) 地层胶结程度与地层砂糖释 胶结疏松、地层砂粒度较细的地层出砂时防砂效果不好。对于割缝衬 管、绕丝筛管等防砂方法，较细的地层砂颗粒很容易透过筛管进入井筒， 5 苹低防砂效果。 l l l 国寸i 油夫学( 华东) i 并；碗1 学位论史第2 章孤尔汕田防砂l 二艺的适j 、争比技眦砂救果分析 渗 透 毫 u m 2 一混合物中砂子百分比( ) 图2 - 3 砂子与_ 睬石混台对砾石渗透率的影响 ( 3 ) 粘士与细粉砂泥质的含量 粉细砂岩与粘土含营高的地层防砂效果不好，粘土和细粉砂最容易堵 塞滤砂管，有时甚至将滤砂片完全糊死。粘土遇水膨胀会加剧这现象。 这往往是影响滤砂管防砂效果及有效期的首要因索。对于粘土含量较高的 地层，特别对丁新井，应尽量谨慎采用浦砂管防砂方法。要么必颓预处理 地层，防止粘土颗粒的膨胀和运移。 ( 4 ) 油减流体物比 对于原油粘度较高的地层，滤砂管防砂效果 i 好，高枯液体与粘土及 粉细砂一起容易堵死滤砂管，使油井丧失产能。 ( 5 ) 地层垂向非均质性 对于化学固砂和涂料砂防砂，挤注不均匀是影响防砂效果的重要因素。 这种情况常出现在井段比较长、地层垂向均质性羞的井中，这导致部分地 层挤沣效果差，继续出砂。另外，老化现缘使化学防砂的有效期缩短， ( 6 ) 地层温度 地层温度对化学防砂效果的影响较大，化学固砂剂睃对濡度的要求 比较苛刻，要求有定的避度才能圃纪因此存考虑选择化学防砂时，地 层湍度是首先要考虑的因素之， 7 t - 国t i 泊大学( 华尔) 一i 黜学位论文第2 章孤糸油出咕砂i 艺的适应陛技防砂效果分析 2 42 井身结构条件 (