适度出砂开采标准金属网布优质筛管防砂参数设计实验研究.docx

适度出砂开采标准金属网布优质筛管防砂参数设计实验研究 3王利华1邓金根1周建良2何保生2曾祥林2( 11 中国石油大学 ( 北京) ; 21 中海油研究总院)摘要利用自行研制的全尺寸大型出砂模拟实验装置 ,测定了不同防砂参数下利用标准金属网布优质筛管 (以下简称筛管) 防砂后的流量、压降及出砂量 ,分析了筛管防砂参数与油井产能 、出砂 量的关系 ,并建立了适度出砂条件下筛管防砂参数设计图版。研究结果表明 :当依据海上油田传统防砂设计要求出砂量控制在 01 3 以内时 ,要求筛管防砂参数不大于 01 88d50 (粒度中值) ;适度出砂开采时允许出砂量控制在 01 5 以内 ,此时筛管防砂参数可放大到不大于 11 27 d50 ;相对于传统防砂设计 ,本文防砂参数设计可提高油井产能 30 %以上。该研究成果目前已成功应用于 NB3522 油田。关键词适度出砂模拟实验装置标准金属网布优质筛管防砂参数出砂量粒度中值我国近海油田有大量疏松砂岩油藏 ,开采过程中极易出砂 , 出砂量太大会造成砂埋井眼、磨蚀管 柱、地面砂处理困难等问题 ,但防砂作业中如果严格控制出砂量又会造成防砂管堵塞从而影响产能 ,因 此适度出砂开采技术被逐渐运用于海上油田开采 126 。该技术是通过可精确控制产出砂粒径的优质筛管进行防砂 ,通过优质筛管严格的防砂精度设 计允许一定范围的小粒径地层砂产出 ,以改善储层 物性和防止防砂层堵塞 ,提高产能。目前适度出砂开采的防砂设计主要是通过现 场试验摸索 , 不仅周期长 、代价大 , 而且由于现场条件的复杂多变性难以获得规律性认识 。为了解 决该问题 , 笔者利用自行研制的室内全尺寸出砂模拟实验装置 ,针对标准金属网布优质筛管 ( 以下简称筛管) ,进行了大量不同防砂精度筛管出砂模 拟实验 ,测定了不同防砂精度筛管防砂后的流量 、 压降及油中含砂量 ( 出砂量) , 首次建立了适合国内海上油田疏松砂岩储层适度出砂开采条件下筛 管防砂参数设计图版 ,并在 NB3 522 油田进行了应用 。本文研究结果可为疏松砂岩适度出砂开采筛管防砂参数设计提供参考 。1 实验及评价方法11 1 实验材料实验模拟地层砂采用工业标准目数石英砂 ,根 据实际储层粒度分布特性计算其粒度特征值 ( d10 ,d40 , d5 0 , d90 , U C 等) , 调整不同工业目数石英砂比 例 ,使配制的石英砂与储层粒度特征值吻合。实验流体采用不同粘度白油 ,按照其粘度计算每种粘度 白油的添加比例 ,在容器罐充分混合 ,以此来模拟地 下原油实际粘度。11 2 实验装置全尺寸出砂模拟实验装置包括 3 个部分 : 模拟 系统、循环系统、测量系统 ,如图 1 所示 。实验油经 高压泵以设定的压力从 4 个方向进入高压釜体 ,通 过釜体内壁分流网形成均匀径向流动经过模拟地层 砂 ,携带砂粒进入模拟井眼环空中 ,一部分细颗粒砂通过防砂管被流体携带出来 ,大部分砂粒在防砂管 外表面堆积而形成砂桥 。全尺寸出砂模拟实验装置的优点在于 ,可以进 行有围压情况下的径向流动出砂规律评价试验 ,改 变了以往通过流体介质在小尺寸岩心中以轴向流动3 国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”( 2008 ZX050242003) 研究成果。第一作者简介 : 王利华 ,男 ,2003 年毕业于中国石油大学( 北京) 油气井专业 ,获硕士学位 ,2004 2007 年在 M ISWA CO 公司任海上现场服 务工程师 ,曾在多个国外海上平台从事泥浆与固相控制技术服务 ,2008 年至今就读中国石油大学( 北京) ,攻读油气井工程博士学位 ,主要从事 完井防砂优化技术研究。地址 :北京市昌平区府学路 18 号中国石油大学( 北京) 石油工程学院岩石力学研究室( 邮编 :102249) 。中 国 海 上 油 气2011 年10820 0 m 处的压力 ( 以此作为生产压差) ,进而求得比采油指数 ,使实验结论更接近现场生产实际条件。ppe -wfp = pe -l n ( R / R)( 2)el n ( Re / Rw )式 (2 ) 中 : p 为供给半径内任何一点的压力 , M Pa ; pe为实验供油进口压力 ,M Pa ; pwf 为井底压力 ,在本实 验中为一个标准大气压 , M Pa ; Re 为实验模拟储层砂半径 ,在本实验中为高压釜内径 01 43 0m ; Rw 为井眼半径 ,在本实验中为模拟井眼半径 01 2 10 m ; R为油藏实际供油半径 ,在本试验中取 200 m 。2 实验结果及分析21 1筛管防砂参数 与 出砂 量 、产能 关系 模 拟实 验 结果及分析 针对储层粒度特性选择筛管的防砂精度至关重要 ,防砂参数设计太大会造成防不住砂 ,而防砂参数 设计太小又会严重影响产能 。为了寻求防砂参数 、 产能和出砂量三者之间的最佳结合点 ,必须对不同 防砂参数防砂管进行测试 ,建立出砂量 、产能与防砂 参数关系图版。在压力釜中放置防砂参数为 50 m 的筛管 ,在 压力容器中填充模拟石英砂 ,设定供液泵工作压力 为 3 M Pa ,开始加压循环流体 ,测试各点压力、流量 与油中含砂量 ,大致实验时间 11 5 h 。当流量稳定后 结束该组实验 , 拆卸装置 , 改变防砂管参数分别为10 0 、150 、2 30 、30 0 m ,重复实验。流量及油中含砂 量测试结果如图 2 、3 所示。从图 2 、3 可以看出 ,不同防砂参数条件下 ,随着 实验的进行 ,不管是流量还是油中含砂量 ,二者均较 快地降低到一个稳定阶段 ,说明在油井出砂的过程图 1 全尺寸出砂模拟实验装置示意图方式研究地层出砂规律的状况 ,使地层出砂特征更符合实际条件。11 3实验条件根据目前国内海上疏松砂岩油藏粒度分布特点 确定出实验模拟石英砂粒度特征值见表 1 ; 模拟生产压差为 3 M Pa ;模拟稠油粘度为 2 00 m Pas ;筛管 防砂管参数为 50 、10 0 、150 、2 30 、30 0 m 。表 1 筛管出砂模拟实验模拟石英砂粒度特征值粒度特征值参数值d10 (m)d40 (m) d50 (m) d90 (m)U C3631 62211 21701 1501 341 411 4评价方法本次实验以油、气藏工程常用参数比采油指数 作为评价指标。比采油指数计算表达式为Q( 1)PI =p m式 (1) 中 : P I 为比采油指数 , m3 / ( dM Pa m) ; Q 为通过防砂管或砾石层的流量 , m3 / d ; m 为防砂管或 砾石充 填层 有 效 过 流 长 度 , m ;p 为 生 产 压 差 , M Pa 。由于本实验中供油压力并不能代表现场实际生产压差 ,因此通过测试模拟储层压力梯度并利用平 面径向流压力分布公式 ( 2 ) 来求取实际供给半径图 2 筛管出砂模拟实验不同防砂参数流量随时间变化曲线 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 23 卷 第 2 期王利华等 :适度出砂开采标准金属网布优质筛管防砂参数设计实验研究109此可以认为 ,放大防砂参数 ,会导致出砂量 、产能增加 ,但放大到一定程度 ,出砂量仍在增加 ,而产能增 大的幅度会逐渐变小 ,因此必须寻找三者之间的最 优平衡点 , 既满足防砂的要求 , 又能实现产能最 大化。图 3 筛管出砂模拟实验不同防砂参数油中含砂量随时间变化曲线中 ,产出砂会逐渐在防砂管表面堆积 ,对防砂管过流面积有一定的堵塞 ,形成一个相对稳定的环空砂堆 积层 ,使流量与出砂量逐渐稳定。另外 ,随着防砂参数的放大 ,流量与油中含砂量均会随之增加 ,三者之 间的增加幅度与内在关系将在下面重点讨论 。212 绘制筛管产量 、油中含砂量与防砂参数关系图版本文的主要目的是建立不同出砂量情况下筛管 防砂参数的设计方法 ,并分析防砂后产能变化规律 ,因此需要针对实验数据点进行拟合 ,回归三者之间的关系式 ,以此作为设计依据 。对各组实验稳定后 的流量、压降、油中含砂量进行统计 ,并计算比采油指数 ,其与筛管防砂参数的关系见表 2 。表 2 筛管出砂模拟实验数据(实验稳定后测量 ;实验砂 d50 = 1701 1 m)图 4 筛管出砂模拟实验产能 、油中含砂量与筛管防砂参数 (/ d50 ) 关系曲线对测试数据点进行回归 ,可建立三者之间的回归关系sa nd = 01 50 4 8 (/ d50 ) 01 14 1 9( 3)-PI = 11 215 2l n (/ d50 ) + 11 6 50 1( 4)对于海上油田 ,传统防砂设计中对出砂量的要求基本控制在 01 3 以内。将此出砂量要求代入公式(3) 可得出筛管防砂参数与储层砂粒度中值的关系式 01 88 d50( 5)由于适度出砂开采可以提高油井的单井产能 ,因此可以在传统防砂设计的基础上适当放大筛管的 防砂参数 。根据实验建立的关系 ,当油中含砂量控 制在 01 5 以内时 ,根据公式 ( 3 ) 可得到筛管的防砂参数可以放大到流量(10 - 3 m3 /min)筛管压降( MPa)折算实际生产压差( MPa)比采油指数( m3 / (dMPam) )油中含砂量( )筛管防砂参数(m) / d5001 2901 5901 8811 3511 7601 19001 59001 95011 35311 59021 8021 6521 6021 5021 4561 6561 5061 4561 3561 3001 2701 8711 4121 0421 4201 06001 08601 37701 53501 74050100150230300 11 27 d50( 6)根据该结论 ,将公式 (5) 、(6 ) 代入到公式 (4) 中 ,可以计算出适度出砂开采时比采油指数相对传统防 砂设计的变化率PI = ( PI 1 - PI 2 ) / PI 2 1 00 % = 30 %为了分析筛管防砂参数对产能与油中含砂量的影响 ,以/ d50 为横坐标 ,以比采油指数与油中含砂 量为纵坐标 ,建立三者之间的关系 ,如图 4 所示。由 图 4 可知 ,随着筛管防砂参数的放大 ,油中含砂量与 产能增加 :油中含砂量的增加基本成线性关系 ,说明 筛管防砂参数是影响油中含砂量的关键因素 ; 产能 呈对数关系递增 ,慢慢趋于稳定 ,说明一旦微颗粒在 防砂管外表面架桥 ,会形成一个相对稳定的环空堆 积带 ,在没有压力波动的情况下 ,产能逐渐稳定。因油田应用NB3 522 油田主要为明化镇组疏松砂岩油藏 ,储 层单轴抗压强度在 3 M Pa 以内 ,开采即会出砂 ; 粒 度中值分布在 17 018 0 m 之间。目前该油田主要 采取砾石充填及筛管方式防砂 ,而采用筛管进行适度 出砂开采是目前该区块增产的重要手段之一。利用 公式(5) 、(6) 分别计算该油田筛管的防砂参数(图 5) 。3 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 中 国 海 上 油 气2011 年110 2 GILL ESP I E G ,D EEM C K , MALB R EL C. Screen selectio n fo r sa nd co nt rol ba sed o n la bo rato r y t e st s C . SP E 64398 ,2000 . MA H MOUD A , GL ENN S P. Sand co nt rol screen pl ugging and cleanup C . SP E 6 4 4 1 3 ,2 0 0 0 .DAV ID R , SA M H . Design and implement atio n of retentio n/ fil2t ratio n media fo r sand co nt rol C . SP E 1 0 3 7 8 2 ,2 0 0 6 . RICHARD M H ,ROB ER T C B. An evaluation met hod for screen2 only and gravel2pack completions C . SP E 73772 ,2002 .MAR KES TAD P , CHRISTIE O , ESP EDAL A ,et al . Selection of screen slot widt h to p revent pl ugging and sand production C . SP E31087 ,1996 .收稿日期 :2010207230(编辑 :孙丰成) 3 4 5 6 图 5 NB3522 油田明化镇组油藏筛管防砂参数设计为了对现场实际产能效果进行分析 ,对 NB3 522油田 A 平台开采同一层位的 5 口定向井开采初期 平均采油强度和 4 年平均采油强度进行了统计对比 (图 6 ) 。由图 6 可知 ,采用 23 0 m 筛管比采用 1 75 m 筛管平均日产油提高了 32 % 。目前 A1 2 、A13 和 A1 6 井均能正常生产 ,没有发现大量出砂情况。Exper imental study on premium screen meshopen ing design f or rea sona ble sand controlWa ng Li h ua1 De ng J i nge n1Zho u J ia nlia ng2He Bao she ng2Ze ng Xia ngli n2( 1 . Chi n a U ni ve rs i t y o f Pet role u m , B ei j i n g , 102249 ;2 . C N OO C Rese a rc h I nst i t ute , B ei j i n g , 100027)Abstract : The la r ge2scale d sa ndi ng si mulatio n de2 vice ha s bee n u sed to mea sure t he f lo w rat e , p re s2 sure drop a nd sa nd p ro ductio n rat e af t er sa nd co n2 t rol wit h p re mi um scree n o n diff ere nt sa nd2co nt rol p a ra met er s , a nal yze t he i nhere nt law a mo ng t he sa nd2co nt rol p a ra met er s , oil well p ro ductivit y a nd sa nd p ro ductio n rat e , a nd set up t he de si gn p lat e of p re mi um scree n me sh op e ni ng fo r rea so na ble sa nd co nt rol . The re sea rch re sult s i ndicat e t hat , a skeepi ng t he sa nd co nt e nt i n oil wit hi n 01 3 i n t het ypical off sho re sa nd co nt rol de si gn , it i s requi red to a dop t t he me sh op e ni ng of p re mi u m scree n no mo re t ha n 01 88 d50 ; a s keepi ng t he sa nd co nt e nt i noil wit hi n 01 5 i n t he rea so na ble sa ndi ng p ro duc2tio n , t he me sh op e ni ng of p re mi um scree n ca n be ma gnified to no mo re t ha n 11 2 7 d50 , w hich ca n i m2 p ro ve oil well p ro ductivit y by mo re t ha n 30 % , co mp a re d wit h co nve ntio nal sa n