鹽家氣田淺層氣井防砂技術研究

蔣寶云,鄧 雄,梁 政,趙建民

(1.勝利油田 魯明勘探開發(fā)有限公司,山東 東營 257000;2.西南石油大學,成都 610500)

鹽家氣田淺層氣井防砂技術研究

蔣寶云1,2,鄧 雄2,梁 政2,趙建民1

(1.勝利油田 魯明勘探開發(fā)有限公司,山東 東營 257000;2.西南石油大學,成都 610500)

勝利油田鹽家地區(qū)淺層氣藏天然氣含氣面積 3.3 km2,地質儲量 3.18×108m3。由于該地區(qū)氣藏成巖性差,膠結疏松,在生產過程中極易出砂,嚴重影響氣井的正常生產,使氣藏采收率降低,造成氣田穩(wěn)產難度加大。在出砂預測的基礎上開展該地區(qū)淺層氣藏的防砂技術研究,采用高精度濾砂管一次完井防砂工藝和高精度濾砂管礫石充填防砂工藝,改善了氣藏的流通能力,為該地區(qū)淺層氣藏開發(fā)提供了可靠的技術保障。

鹽家氣田;淺層氣藏;防砂

Abstract:In Yanjia area of ShengliOil field,the area with gas in shallow gas reservoir have 3.3 km2,geologic reserves is 3.18×108m3.Because of poor diagenesis in this zone,cementation osteoporosis,the sand produces easily in the production process,which affects gaswell protection,EOR of gas reservoir reduction,and results in gas stable output more difficultly.According to producing difficulties in Yanjia gas field,based on predicting sand,the sand controlling technology in shallow gas reservoir was carried.The completion and sand controlling technology using high-precision filter sand tube and the sand control technology using high-precision sand gravel packing were studied and applied,which improved the flow capacity of gas reservoir,and provided a reliable technical support for shallow gas reservoir development in this area.

Key words:Yanjia gas field;shallow gas reservoir;sand controlling

1 鹽家氣藏地質概況及開發(fā)現狀

鹽家氣田位于山東省墾利縣境內,構造位置屬于陳家莊東部凸起南緣的鹽家鼻狀構造,處于有利的油氣聚集帶上。儲層為泛濫平原相泥巖中的透鏡狀砂體,巖性為一套棕色和灰色的砂質泥巖互層,埋藏淺,成巖性差,氣層出砂出水較為嚴重,物性較好,主力層系明化鎮(zhèn)組,儲層平均滲透率為 950×10-3μm2,儲層平均孔隙度為 27.24%。鹽家地區(qū)天然氣含氣面積 3.3 km2,天然氣地質儲量 3.18×108m3,可采儲量為 2.13×108m3,累計產氣量 0.91×108m3,采出程度為 28.66%。

勝利油田的淺層氣藏在借鑒油藏防砂工藝技術的基礎上,形成了疏松砂巖淺氣藏的防砂工藝系列配套技術:金屬棉濾砂管防砂工藝、繞絲篩管礫石充填防砂工藝、樹脂涂敷砂防砂工藝、疏松砂巖油藏膨脹篩管裸眼防砂技術[1]。共實施各類防砂工藝措施 97井次,成功率 92%。繞絲篩管充填防砂效果最好,但是防砂成本高,后續(xù)作業(yè)困難,防砂有效期一過,該井基本上成為報廢井;化學防砂地層污染嚴重,造成的污染難以恢復;金屬棉濾砂管防砂有效期短,但綜合考慮防砂成本、后期井筒處理,以及目前的工作制度等方面的問題,目前廣泛采用的防砂方式是金屬棉濾砂管防砂。

勝利油田的淺層氣藏由于天然氣的流體性質以及儲層特征等相關因素影響,如出水造成了膠結物的破壞,加劇了出砂。氣井出砂后再防砂 (即后期防砂)效果差,主要表現在:

a) 先期防砂效果好,但防砂后氣井產能降低。

b) 防砂后在較短生產周期內再次出砂,地層垮塌,防不住砂。

c) 二次防砂困難,砂細,呈塵土樣,防砂難度大,成功率為零。

開展后期防砂配套新技術研究可以加速鹽家區(qū)塊儲量的動用,促進勝利油田淺層氣藏開發(fā)技術的發(fā)展。

2 鹽家氣藏出砂預測

氣井出砂通常是由于井底附近地帶的巖層結構遭受破壞引起的,其中,弱固結或中等膠結砂巖氣層的出砂現象較為嚴重。由于淺層氣藏膠結性差,強度低,一般在較大的生產壓差下,容易造成井底周圍地層發(fā)生破壞而出砂。從力學角度分析氣層出砂有2個機理:即剪切破壞機理和拉伸破壞機理。前者是孔眼周圍應力作用的結果,與過低的井底壓力和過大的生產壓差有關;后者則是開采過程中流體作用于孔眼周圍地層顆粒上的拖曳力所致,與過高的開采速度或過大的流體速度有關。這 2個機理相互作用,相互影響。除上述 2個機理外,還有微粒運移出砂機理,包括地層中粘土顆粒的運移,因為這會導致井底周圍地層的滲透率降低,從而增大流體的拖曳力,并可能誘發(fā)固相顆粒的產出。

出砂預測方法有 4類,分別為現場觀測法、經驗法、實驗室模擬法和數值計算法。從目前的研究水平來看,很難用一種方法準確預測氣井在生產過程中是否出砂和何時出砂,只有通過多種預測方法才能使預測結果比較可靠[2]。

a) 孔隙度預測法 地層孔隙度可以作為判斷地層出砂的依據之一,如果地層孔隙度高于30%,出砂的可能性較大[3]。通過對勝利油田的大量統計結果表明:如果地層孔隙度大于 30%,地層出砂較為嚴重,完井過程中必須考慮防砂措施;如果地層孔隙度在 20%～30%之間,地層出砂減緩,也須考慮防砂;如果地層孔隙度小于 20%,地層出砂輕微。鹽家氣田平均孔隙度為 27.24%,因此,投產時必須考慮防砂。

b) 聲波時差預測法 聲波測井測出的聲波時差值(Δtc)同巖石的孔隙度有良好的對應關系。中國大多數區(qū)域砂巖氣藏的出砂臨界取值為Δtc＞295μs/m時,正常生產的氣井開始出砂[2]。鹽家氣田砂巖的Δtc大約為 310μs/m,因此,投產時必須考慮防砂。

c) 出砂指數預測法 氣層出砂情況可根據氣層的測井解釋資料進行預測。利用測井組合曲線圖上的聲波時差、密度、泥質含量和井徑等有關數據求得巖石的有關力學參數[4],通過計算得到出砂指數,其計算式[5]為

式中,B為出砂指數,×104MPa;K為體積彈性模量,×104MPa;E為揚氏模量,×104MPa;G為切變彈性模量,×104MPa;μ為泊松比,無量剛;ts為橫向聲波時差 ,μs/m;ρr為巖石密度 ,g/cm3。

上式表明:B值越大,表明巖石的體積彈性模量K和切變彈性模量G之和越大,即巖石強度越大,穩(wěn)定性越好,不易出砂。結合勝利油田地質特點及淺層氣藏的儲層物性,利用出砂指數預測,結合現場實測驗證,最后取得出砂的經驗判別值為:B≥2.0,不出砂;1.4≤B≤2.0,產層出砂,在生產過程中要采取防砂措施;B＜1.4,氣層出砂嚴重,在生產過程中必須采取防砂措施。

利用上述公式計算出鹽家氣田 5口井的出砂指數如表1所示,從計算結果可以看出,鹽家氣田地層的平均出砂指數分別為 1.65×104MPa,由此判別值可知該區(qū)塊氣層在生產過程中將會出砂,在氣井投產前要采取必要的防砂措施。

表1 鹽家氣田氣井出砂指數計算結果

3 防砂工藝技術研究

由于天然氣的流體性質以及儲層特征等相關因素影響,加劇了出砂,氣井出砂后再防砂 (即后期防砂)效果差,主要表現在先期防砂效果好,但防砂后氣井產能降低;防砂后在較短生產周期內再次出砂,地層垮塌,防不住砂;二次防砂困難,砂細,呈塵土樣,防砂難度大,成功率為零。因此,后期防砂工藝的研究成為有效開發(fā)鹽家氣田淺層氣藏的重要步驟。結合鹽家氣田的實際,主要研究并應用了高精度濾砂管一次完井防砂工藝和高精度濾砂管礫石充填防砂工藝。

3.1 地層預處理 +一次完井管柱防砂工藝

地層預處理 +一次性完井管柱防砂工藝技術本質是采用了防膨抑砂劑地層預處理 +高精度濾砂管一次完井防砂的復合工藝技術。鹽家地區(qū)氣藏分布在 Nm砂層組地層,富含粘土礦物,在淡水中極容易膨脹、分散、運移,堵塞地層孔喉,使地層滲透率降低。

在鹽家氣田選用 FS-FY防膨抑砂劑作為該區(qū)塊地層處理的主要入井液。FS-FY防膨抑砂劑具有優(yōu)良的抑制粘土礦物膨脹、穩(wěn)定粘土礦物、防止儲層傷害的功能,其原理是抑砂劑中有些組分可以減少粘土表面的負電性,壓縮粘土表面上的擴散雙電層,使其緊密結合;有些組分對粘土的砂顆粒有強烈的吸附、包覆、橋聯作用,使粘土膠結的砂粒免受氣流及入井液的沖刷,達到牢固防膨抑砂的目的。

一次性完井管柱是將高精度濾砂管防砂工藝管柱下入氣層進行防砂,其結構 (從下到上)主要由絲堵、扶正器、高精度濾砂管、扶正器、安全接頭,封隔器、帶孔短節(jié)、油管組成,如圖1。

該管柱具有對地層污染小、投產見效快、有效時間長等優(yōu)點。

圖1 高精度濾砂管一次完井防砂管柱

3.2 高精度濾砂管礫石充填防砂工藝

高精度濾砂管礫石充填防砂工藝是將高精度濾砂管、充填工具及配套器材組成的防砂管柱下入井內,使具有一定擋砂能力的濾砂管對準氣層,然后通過充填管柱在井下環(huán)形空間和炮眼內充填高滲透的擋砂材料,依靠充填礫石阻擋地層砂,而利用高精度濾砂管阻擋充填礫石,形成雙層擋砂屏障,防止地層出砂而達到無砂采氣的目的。高精度濾砂管的擋砂精度及充填礫石的尺寸取決于地層砂均勻系數、分選系數和粒度中值等特征參數。

a) PLT礫石充填工具 該工具由丟手機構、密封皮碗、轉換外套、扶正總成、心軸、轉換內管、關門機構等組成,如圖2a。其總長為 1 750 mm,質量為 63 kg,外徑為 φ115 mm,通徑為 φ62 mm。該防砂工具同時具備 2種丟手方式:一種水力丟手,一種倒扣丟手。該種設計方式提高了工具的丟手成功率,使工具的適用范圍更加廣泛。密封皮碗既可作充填,也可留井作為生產封隔器,大大節(jié)約生產作業(yè)成本。通過性能試驗,其丟手壓力為 14～16 MPa,密封壓力為 20～21 MPa,完全滿足鹽家氣田淺層氣井生產的需要。

b) PLT防砂系統管柱結構 PLT防砂系統管柱結構由密封插頭 (絳堵)、生產篩管、光管、信號篩管、光管、PLT充填工具和油管等組成,內管柱為φ33.40 mm(1.315英寸)沖管或 φ48.26 mm(1.9英寸)沖管。該管柱一次下入可實現循環(huán)充填,適用于套管完好井,后期處理難度小。高精度濾砂管礫石充填完井工藝流程如圖2所示。

這種防砂方法具有成功率高、有效期長、適應性強、防砂效果好、氣井產量高等優(yōu)點,而且不受井段長短、井底溫度和壓力等條件的限制,可適用于常規(guī)氣井防砂。目前已成為疏松砂巖油氣藏開發(fā)中主要防砂工藝技術之一。

圖2 高精度濾砂管礫石充填完井工藝流程

4 現場應用

鹽氣 6井生產層段 934.8～945.6 m,1993年投產,2001年關井。2007-08上作業(yè)恢復生產,打撈出井內管柱后,向地層試擠,試擠壓力 15 MPa,氣層不吸液,說明地層堵塞較為嚴重。采用醇土酸酸化工藝 +氮氣氣舉排液,關井 60 min,井口壓力由 1.5 MPa下降為 1.0MPa。后裝 3 mm油嘴放噴排酸,出口液量較小;開始注氮氣后,排出酸液總液量為 30 m3,計算酸液返排率為 110.6%;油壓由零上升至8.2 MPa,解堵后產氣 4 500 m3/d。采用涂料砂 +高精度濾砂管一趟管柱完井防砂工藝對該井防砂,但因擠入涂料砂施工過程中進入地層的液體較多,多達 100 m3,導致該井在生產過程中日產水約 0.6 m3,至 2009-03-10,該井產氣量穩(wěn)定在 5 000 m3/d,累計產氣 24×104m3。

鹽氣 1-斜 1井完井層位 Nm,射孔段 951.0～954.5 m為新井投產,為減少對氣層的傷害,本井采用了 FS-FY防膨抑砂劑地層預處理 +高精度濾砂管礫石充填防砂工藝,該種防砂工藝可起到減緩地層出砂,并具有充填礫石層和高精度濾砂管雙重擋砂的作用。該井防砂后 φ3.5 mm氣嘴獲產量13 000 m3/d,僅比防砂前日產量降低了 3%,防砂后產能控制在較為理想的范圍之內。至 2009-03-10,該井產氣量 8 500 m3/d,日出水約 0.6 m3,累計產氣87 ×104m3。

通過對氣井作業(yè)施工以及后期效果跟蹤,在鹽家氣田逐漸形成了以下配套工藝技術:

a) 對于老井,地層泥質含量較高,易被堵塞,出砂嚴重,地層虧空較大。采用醇土酸酸化,解除近井地帶的堵塞,再采用高精度濾砂管礫石充填防砂工藝技術。

b) 對于新井,主要采用地層預處理 +高精度濾砂管防砂或者采用地層預處理 +礫石充填防砂工藝技術。

5 結論

1) 鹽家淺層氣藏地層膠結性差,通過孔隙度、出砂指數預測等防砂預測方法,判斷地層出砂嚴重,必須在氣層開采時進行防砂措施,以保證氣藏的正常生產。

2) 老井采用高精度濾砂管礫石充填防砂工藝,對于氣井恢復產能、防止地層出砂起到了良好的效果。

3) 新井采用地層預處理 +高精度濾砂管防砂,對于氣層的防砂具有很好的效果,可有效防止小氣井防砂后產能降低。

[1] 周思宏.疏松砂巖油藏膨脹篩管裸眼防砂技術[J].石油礦場機械,2007,36(4):80-83.

[2] 《海上油氣田完井手冊》編委會.海上油氣田完井手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社,1998.

[3] 金忠臣,楊川東,張守良,等.采氣工程 [M].北京:石油工業(yè)出版社,2004.

[4] 雍世和,張超漠.測井數據處理與綜合解釋 [M].東營:石油大學出版社,1996.

[5] Karakas M,Tariq S.Semianlytical Productivity Models for Perforated Completions[R].SPE 18247,1988.

Study on Sand Controlling Technology of the Shallow Gas Wells in Yanjia Gas Field

JIANG Bao-yun1,DENG Xiong2,LIANG Zheng2,ZHAO Jian-min1
(1.Lum in Exploration and Developm ent Co.,Ltd.,Shengli Oilfield,Dongying257000,China;2.Southwest Petroleum University,Chengdu610500,China)

TE925.3

A

1001-3482(2010)05-0039-04

2009-09-18

石油天然氣裝備教育部重點實驗室資助項目 (2006STS04)

蔣寶云 (1963-),男,四川都江堰人,高級工程師,博士研究生,主要從事淺層氣井的開發(fā)技術研究和管理工作,E-mail:jiangbaoyun123@163.com。