河口油區疏松砂巖油藏防砂井出砂機理分析

李文軒 孟勇 邵現振 鄭英杰 李彬 李有才

【摘 要】針對河口油區疏松砂巖油藏防砂工藝存在的問題，通過單點及多點測壓模型，開展了防砂井堵塞規律實驗研究。不同混砂比單點測壓模型表明，充填層中混入地層砂越多，滲透率下降越大，混入60%地層砂時滲透率下降400倍。多點測壓驅替實驗顯示，在充填管前段，由于泥質膨脹及地層砂細微粒向下游的運移，滲透率呈現先下降后上升穩定的趨勢，而在近充填砂及充填砂段，由于地層砂細微粒的侵入而呈現滲透率迅速下降后穩定的趨勢，總體滲透率穩定在初始值得75%左右。驗證了地層顆粒的侵入是導致充填層滲透率下降進而導致生產井產量下降的原因，并對下步防砂工藝的改進提出了指導意見。

【關鍵詞】防砂;微粒;運移;滲透率;測壓

礫石充填防砂是河口油區疏松砂巖油藏防砂的主導工藝，占防砂總數的92%以上。通過前期對河口油區疏松砂巖油藏低效低液井生產情況統計，發現了該類油藏油井防砂面臨如下幾方面的問題：一是受泥質、細粉砂影響，油井防砂后出現了液量下降快，穩產期短的矛盾突出;二是該類油藏各層系的粒度中值不一，采用單一規格石英砂充填已經不能滿足防砂需要;三是防砂井大幅提液后，油井高產期短，防砂易失效。盡管目前關于疏松砂巖油藏地層堵塞規律的理論研究很多，但是相關的實驗研究開展較少，導致在該類油藏的防砂工藝參數優化過程中缺乏實驗數據支持。因此，亟需搭建相應實驗平臺開展疏松砂巖油藏防砂井堵塞規律實驗研究，為該類油藏防砂技術優化提供技術支撐。

1、實驗目的與實驗原理

在防砂油井實際生產過程中，對于由于液量下降明顯導致重新防砂的井，在沖砂過程中，沖出砂中通常地層砂和充填砂并存，懷疑地層微細顆粒運移至充填礫石層造成堵塞，進而使得生產井產量大幅下降。設計單點測壓模型實驗，用以驗證地層砂侵入量對充填砂巖心的滲透率影響情況。采用多點驅替實驗，探索地層微粒運移規律，為提高防砂效果提供理論指導。

2、實驗裝置與實驗方法

2.1實驗裝置

根據實驗要求，設計了組裝式分級測壓驅替物模實驗平臺（圖1），該實驗平臺主要包括動力系統、中間容器、單點測壓填砂管、大尺寸多點測壓填砂管、數據采集系統、沉砂容器、環壓系統（40MPa）、回壓系統、采出液回收系統。

2.2實驗方法

（1）實驗材料。充填礫石采用河口油區防砂最常用的石英砂，粒度0.425-0.85mm，模擬地層砂中粉細砂含量18.5%，粘土含量15%，平均粒度中值117.3μm，分選系數1.71，礫砂中值比D50/d50=5.33），比較具有代表性。驅替液采用質量濃度2%的KCl溶液。

（2）實驗方法。單點驅替實驗：將模擬地層砂與充填砂按不同比例進行充分混合，然后在一定的驅替速率下測定其滲透率直至穩定，測量不同地層砂混入量時的滲透率變化情況。

多點驅替實驗：利用組裝式分級測壓長填砂管模擬地層砂運移對礫石充填防砂層滲流能力造成的影響，從注入端開始依次填裝70cm模擬地層砂，10cm充填石英砂，每隔10cm取壓力值，測定各段壓差和滲透率，研究微粒侵入造成的滲透率變化規律。

（3）實驗參數。為確定驅替流速，將已有現場數據轉換成實驗室內單向流管內流速。根據所給油井生產數據，考慮到極端情況，確定地層產液量范圍20-200m3/d，根據井的日產液量以及生產層厚度計算出遠井地帶（距井筒2m）的表觀液體流速以及真實流速。實驗室液泵最低排量為0.5m3/h，遠遠高于折算得到的流量。

3、結果與討論

3.1單點測壓模型試驗

通過單點測壓模型發現，隨著地層砂比例的增加，滲透率下降明顯，當巖心中地層砂含量達到30%時，滲透率下降近30倍。當進一步提高地層砂含量至60%時，如圖7所示，巖心滲透率銳減至0.2達西，下降達到400倍。說明地層砂的侵入，確實會導致充填層的滲透性，進而導致產量下降，侵入情況越嚴重，對產量的影響也越大。

3.2多點測壓模型試驗

通過多點驅替實驗，監測每一段滲透率與注入PV數的關系，可以較為清楚的看出地層砂微粒的運移規律。初始階段滲透率比值下降至0.75，隨注入量增加到35PV后，滲透率逐漸上升，達到初始滲透率的1.6倍。10PV之前，滲透率略有下降，約為初始滲透率的0.9，10PV后滲透率逐漸上升，達到初始滲透率的1.4倍。在注入14PV之前，滲透率呈下降趨勢，達到14PV后滲透率逐漸上升，最終接近初始滲透率。與礫石段相鄰，其滲透率隨流體注入量增加而不斷降低，由于該段不斷接受來自L3段運移的砂粒，而礫石段運移空間小，因此在運移入砂量大于運移出砂量的情況下孔隙結構逐漸變差，滲透率逐漸下降至初始滲透率的0.35。

滲透率隨注入量增加而下降，且初期下降幅度大，由于地層砂呈非均質性，小粒徑顆粒大量運移，造成嚴重混砂，滲透率大幅下降。當注入20PV時，滲透率下降至初始值的0.3，隨后滲透率趨于平穩。整段滲透率初期下降幅度大，10PV后滲透率逐漸穩定在原始滲透率0.75左右。

前期由于泥質膨脹等原因造成滲透率下降，后期隨著泥質及粉細顆粒的運移，滲透率逐漸增大并超過初始值，由于泥質及粉細顆粒的不斷進入堆積，堵塞了充填層部分孔喉，由得不到及時排出，造成滲透率初期不斷下降，當顆粒運移達到穩定狀態后，滲透率也逐漸穩定，通常遠低于初始值。

通過以上規律的認識，對今后同類型油藏的現場防砂具有以下理論指導意義：一是在保持原有生產液量的情況下盡量增大充填砂半徑，間接降低了生產層的流速，也就減少了微細顆粒的運移;二是在防砂前端加入穩砂劑，提高粉細砂的臨界流速，抑制顆粒的運移;三是盡量提高充填層的密實程度，隨著充填密實程度降低，充填砂排列越松散，地層砂侵入礫石層的深度也越大，擋砂效果越差。

4、結論

（1）通過不同混砂比單點測壓模型發現，隨著地層砂比例的增加，滲透率下降明顯，60%地層砂時滲透率下降400倍，驗證了地層顆粒的侵入是導致充填層滲透率下降進而導致生產井產量下降的原因。

（2）通過多點測壓驅替實驗，明確了地層微粒運移規律，在充填管前段，由于泥質膨脹及地層砂細微粒向下游的運移，滲透率呈現先下降后上升穩定的趨勢，而在近充填砂及充填砂段，由于地層砂細微粒的侵入而呈現滲透率迅速下降后穩定的趨勢，由此，也可以看出地層微粒運移是造成防砂后堵塞的主要原因，為提高防砂效果，需要抑制微粒運移。

【參考文獻】

[1]董長銀.水平井防砂完井理論與技術[M].北京：中國石化出版社，2012.

[2]邵現振，全偉力，唐林.河口采油廠防砂工藝現狀[A]. 第四屆勝利油田北部油區疏松砂巖油藏開發技術研討會， 2008.

作者簡介：李文軒（1986—），男，工程師，從事油田開發技術工作。