渤海灣中部地區生產井出砂分析及實驗研究

文　敏　鄧福成　劉書杰　曹硯鋒　劉兆年（.中海油研究總院，北京　0008；.長江大學，湖北荊州　43403）

渤海灣中部地區生產井出砂分析及實驗研究

文敏1鄧福成2劉書杰1曹硯鋒1劉兆年1
（1.中海油研究總院，北京100028；2.長江大學，湖北荊州434023）

通過對渤海灣中部地區海上平臺的現場調研發現，生產井出砂嚴重會造成分離器、電脫水器等設備的嚴重沉砂甚至砂堵，以及泵類設施的磨損破壞。為了檢驗現場單井的出砂量，評價防砂措施的合理性，建立了加熱真空過濾實驗裝置，以渤中A油田為研究對象進行了室內油砂分離測試及分析。結果表明：現有防砂方式中礫石充填的擋砂效果優于獨立優質篩管；部分生產井出砂量較大主要是由生產壓差大于儲層臨界生產壓差引起的。研究成果為海上油田生產制度的制定、工程設計的優化提供了良好依據，也為同類油田的開發生產提供了參考依據。

渤海灣；生產井；出砂量；防砂；實驗

油氣井出砂是油氣開采中一直存在而無法避免的問題，特別是在海上油田，油井需要頻繁進行撈砂、檢泵作業，不僅影響正常生產，嚴重時還會出現生產設備砂堵、井壁坍塌等情況，造成生產井報廢。國內外采用的防砂方式一般有礫石充填、獨立篩管、化學固結和地層預強化，但無論哪一種方法都有一定的局限性［1-3］。

新油田的開發需要考慮與周邊新、老油田綜合協調的問題，工程設計與鉆完井設計比較復雜，需要嚴格控制每口生產井的出砂量，以減少出砂對篩管、油套管及海管管線的沖蝕損壞。海上油田傳統的防砂設計一般控制出砂量在0.3‰［4］。然而在實際生產中，有時為了保證單井產量而在生產過程中不斷提高生產壓差，使生產過程中的出砂量不可控制；特別是獨立篩管防砂的油井，篩管大面積堵塞會導致局部沖蝕，造成油井出砂量增大，需要在海管設計校核時考慮并預留相應的工程預算。因此，對海上油田不同防砂條件下的出砂井產出液進行油砂分離，研究不同防砂方式下的出砂規律，為工程海管及地面設備的合理設計，乃至整個海上平臺的生產優化管理提供依據。

1　出砂情況分析

由于生產井的出砂量較大，不可控的持續出砂造成了生產平臺的泵檢修頻率增加。渤中A油田的檢泵周期僅為設計值的一半，出砂嚴重導致了計量管匯球閥損壞甚至無法計量。原油處理系統的主要問題是沉砂嚴重，沉砂主要存在于分離器和電脫水器，當生產井出砂嚴重時，一級分離器、二級分離器、電脫水器底部都會沉積泥砂，每天必須進行沖排砂作業；特別是前兩級分離器的水室排砂口積砂尤其嚴重，如未有效排砂3 d以上，就會發生砂堵，必須使用高壓流體正擠排砂口解堵。在水處理系統中，同樣會發生沉砂嚴重的現象，降低了處理系統中容積的有效體積，減少了含油污水的有效處理時間，嚴重影響生產水處理設備的除油效果。此外，油井出砂嚴重還會致使喂給泵、污水泵、開排泵、氣浮循環泵、雙介質濾器等設備發生不同程度的磨損損壞。

現有防砂設計主要是基于儲層物性的經驗設計方法，對于防砂設計的成功與否不僅體現于生產后期的日產液量，防砂后期的出砂量也是一個重要的衡量標準。但是從現場數據來看，出砂量很難完整的收集及記錄。以渤中A油田為研究對象進行現場出砂量測試分析，基于現場原油的油砂分離實驗，對平臺井口的產出液進行測試評估，確定生產平臺單井在生產過程中的出砂量，進而評價生產過程中篩管性能及防砂效果。

2　油砂分離實驗

油砂分離處理技術主要有3種: 熱水洗分離法、溶劑萃取法、熱解干餾法［5］。常規方法的目的在于提取混合液體中的原油［6-7］，而本實驗是在熱水洗分離裝置的基礎上建立了加熱真空原油過濾裝置（如圖1所示），目的在于提取混合液體中的砂量。實驗儀器包括：恒溫水域系統、真空抽濾機、抽濾瓶、量杯。實驗過程中有時需要添加煤油、甲苯等液體用來稀釋原油，降低原油黏度，便于油砂分離。

圖1　原油過濾裝置

實驗步驟：用電子秤和量杯分別測量所取油樣的質量和體積；調節恒溫水域系統，控制水溫在80 ℃左右，將測量后的原油置入水域杯中，等待油溫升至80 ℃；在漏斗中放入500目的篩網，把加熱后的原油放在漏斗中，使用離心機抽濾，依次重復過濾所有的油樣；原油過濾后，原油中的砂粒和微顆粒會留在篩網上，取出篩網用煤油清洗，標上標簽利用干燥機干燥；稱量干燥后的篩網，照相記錄；取出過濾后的砂樣進行清洗稱量，并利用激光粒度測試儀測試粒徑，記錄數據并對數據進行初步統計分析。

3　油砂分離測試及分析

對渤中A油田部分油樣分離后的殘留物進行了對比分析。試驗中，部分油樣在過濾過程中以及過濾后都會在篩網上留下大量的乳白色蠟狀物質，例如過濾后A6H油樣的濾網如圖2（a）所示；經過烘烤以后，篩網上只剩下清晰的砂粒，且在篩網下面的濾紙上留下大量的油污，經過化驗分析這些乳白色的物質為原油中的蠟質，烘干后的砂樣如圖2（b）所示，可以看出濾紙上存在明顯砂粒。

圖2　A6H油樣烘干前后對比

對于渤中A油田部分生產井先后進行了兩次油砂分離試驗，對分離后的砂樣進行了稱重統計及數據分析，如圖3所示。結果表明，所取的油樣中或多或少都含有一定量的砂，證明目前該油田生產井全部采用的機械防砂方式十分必要。實驗結果中大部分生產井的出砂量介于0.3‰和0.5‰之間；僅A3H井、A5H井和A6H井的含砂量較高，A3H井和A5H井均高于海上適度出砂的基本要求0.5‰；其中A5H井在此次采樣的過程中含砂量最高，為0.8‰左右，與現場旋流分離器分離的出砂數據相近。

通過對渤中A油田生產井的防砂方式統計［8］，A5H井和A6H井均采用20/40目優質防砂篩管，其余井采用礫石充填防砂方式。結合防砂方式分析，相同擋砂精度下礫石充填防砂的生產井含砂量相對較小，而采用優質篩管防砂的井出砂量較大，說明生產井出砂量與防砂結構相關。A3H井由于直接打開閥門進行采液，未處理前置液，所以實驗結果中含砂量較高。渤中A平臺上部分單井的出砂量較大，經過一級分離器處理后，其含砂量下降至0.31‰。

圖3　渤中A油田油樣含砂質量分數

在對渤中A平臺油樣進行油砂分離過程中，對所取油樣中含砂量超過3g的井進行了粒度測試。從測試結果來看，海管入口的含砂粒徑大于海管出口的含砂粒徑，說明在輸運過程中，大顆粒的砂更容易在輸運管道中發生沉降。對于出砂量較大的A6H井來說，篩管并未發生破壞，但是其生產壓差較大，超過臨界出砂壓差。通過統計分析類似的數口井發現，生產壓差較大是導致產出液出砂嚴重的又一重要原因。所以，在生產過程中需要對生產制度進行調整，以此來控制生產井的出砂量，在產量與出砂量之間尋求一個最優關系，實現長期高效生產。

4　結論

（1）建立了加熱真空原油過濾裝置，通過對生產井現場油樣的油砂分離實驗，發現生產井在采用機械防砂方式后產出液中都含有一定量的砂，表明目前該油田生產井采用的機械防砂方式十分必要。

（2）對比現場生產井的防砂效果，說明礫石充填防砂效果優于獨立優質篩管，部分出砂量較大的生產井主要原因在于生產壓差大于儲層臨界壓差。

（3）通過分析已開發生產井油砂分離實驗的數據結果，可以判斷其生產制度的合理性、防砂方式的適應性和有效性，為海上油田生產制度的制定、工程設計的優化提供了良好依據，也為同類油田的開發生產提供了參考依據。

［1］TALAGHAT M R, ESMAEILZADEH F, MOWLA D. Sand production control by chemical consolidation［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2009, 67（1-2）: 34-40.

［2］BOURGEOIS A, PUYO P, BOURGOIN S. Big bore completion and sand control for high rate gas wells［R］. SPE 102550, 2006.

［3］CHITALE A A, STEIN M H, ARIAS B J, et al. A new methodology to safely produce sand controlled wells with increasing skin［R］. SPE 124051, 2009.

［4］ 王利華，鄧金根，周建良，等. 適度出砂開采標準金屬網布優質篩管防砂參數設計實驗研究［J］ .中國海上油氣，2011， 23（2）： 107-110.

［5］ 許修強，鄭德溫，徐金明，等.我國油砂分離技術研究進展［J］.現代化工， 2010， 30（8）： 12-15.

［6］許修強，王紅巖，鄭德溫，等.溶劑抽提法處理油砂的研究［J］.石油煉制與化工， 2009， 40（4）： 57-60.

［7］許修強，鄭德溫，曹祖賓，等.新疆油砂水洗分離技術研究［J］.鄭州大學學報：工學版， 2008， 29（1）： 24-27.

［8］李斌，黃煥閣，鄧建明，等，簡易防砂完井技術在渤海稠油油田的應用［J］ .石油鉆采工藝， 2007， 29（3）： 38-41.

（修改稿收到日期2015-06-02）

〔編輯 李春燕〕

The sand production analysis and experimental of the Production Well in the Bohai Bay middle oilfield

WEN Min1, DENG Fucheng2, LIU Shujie1, CAO Yanfeng1, LIU Zhaonian1
（1. Research Institute of CNOOC, Beijing 100028, China; 2. Yangtze University, Jingzhou 434023, China）

Abstracts: Field investigation on offshore platform in the middle part of Bohai Bay indicates that severe sand production from production well may lead to severe sand fill, even sand plug, in separators or electric dehydrators, and damage to facilities like pumps. In order to test the sand production of single well and assess the properness of sand control measures, a heated vacuum filtering experimental apparatus was built and indoor oil/sand separation test and analysis was conducted taking Oilfield A in mid-Bohai Bay as the research object. The result shows that, among the present sand control manners, the gravel packing mode works more effectively than independent premium screen pipe, and that large sand production in some production wells is mainly due to the fact that the production pressure differential is greater than the critical production pressure differential of the reservoir. The research findings provide a favorable basis for preparation of offshore oilfield production system or optimization of engineering designs, and also provide reference basis for the development and production of similar oilfields.

Bohai Bay; production well; sand production rate; sand control; experiment

TE53

A

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0080 – 03

10.13639/j.odpt.2015.04.021

“十二五”國家科技重大專項“多枝導流適度出砂技術”（編號：2011ZX05024-003）。

文敏，1982年生。2008年畢業于中國石油大學（北京）獲碩士學位，現主要從事鉆完井方面的研究與設計工作。電話：010-84526242。E-mail: wenmin@cnooc.com.cn。

引用格式：文敏，鄧福成，劉書杰，等.渤海灣中部地區生產井出砂分析及實驗研究［J］.石油鉆采工藝，2015，37（4）：80-82.