細(xì)粉砂油藏充填防砂工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

忽玉保

(中國(guó)石化河南油田分公司采油二廠，河南南陽(yáng) 473400)

1.稠油細(xì)粉砂出砂粒徑分析

1.1 稠油細(xì)粉砂出砂粒徑

采油二廠稠油細(xì)粉砂井年均防砂60 井次以上，近一年檢泵出砂統(tǒng)計(jì)133 井次，出砂井中砂堵尾管4 井次、砂埋油層27 井次、砂卡102 井次。稠油油藏出砂細(xì)粉砂含量高，統(tǒng)計(jì)分析180 井口沖出砂樣粒徑在80 ～220μm 占比達(dá)到了82%。

1.2 防砂粒徑認(rèn)識(shí)對(duì)策

同一口井同一層不同砂樣篩析粒徑變化分析結(jié)果:相同或近似生產(chǎn)情況下，地層出砂粒徑無明顯規(guī)律性變化。影響油井出砂的因素很多，它與油藏埋藏深度、地層膠結(jié)情況、地層壓縮率和自然滲透率、流體種類及相態(tài)(即油、水和氣的情況)、地層砂性質(zhì)(棱角度、泥質(zhì)含量、壓力降)、油層孔隙壓力、生產(chǎn)壓差大小等有直接關(guān)系。根據(jù)油田地質(zhì)特點(diǎn)、出砂規(guī)律、巖心分析、開采狀況及其他相關(guān)資料來分析油藏出砂粒徑的具體情況，然后優(yōu)選石英砂粒徑及防砂管規(guī)格。

熱采井與常采井的不同之處：熱采井多了注汽（地層吞入）過程，使出砂粒徑變化變得復(fù)雜且無明顯規(guī)律，同時(shí)破壞了擋砂屏障，縮短了防砂有效期，影響了效果。井口砂樣和巖心砂樣篩析范圍不同，需要制定充填防砂設(shè)計(jì)規(guī)范，增大充填加砂半徑及砂比，提高近井充填堆砂比。優(yōu)化合理生產(chǎn)參數(shù)可避免易出砂層因受激勵(lì)而突發(fā)出砂。

2.充填防砂工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 充填防砂工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1.1 油層上部充填防砂工藝優(yōu)化

充填防砂根據(jù)充填口在出砂層及防砂管串中所處的位置分油層上部充填和油層底部逆向充填（見表1）。

表1 油層上部與下部充填防砂工藝優(yōu)化

上部充填過程：將砂漿從油管內(nèi)泵入，到達(dá)充填工具下方的轉(zhuǎn)換孔流出，砂漿沿篩管和套管環(huán)形空間下行，并在油層及環(huán)形空間內(nèi)逐漸堆積，而脫砂液通過篩縫進(jìn)入篩管，通過沖管返至充填工具內(nèi)、外管之間的夾壁腔，并從上方旁通孔流出進(jìn)入油管和套管環(huán)形空間，繼續(xù)上行至井口，完成充填。

直井套管內(nèi)充填防砂一般采用上部充填施工方法，避免了沉砂口袋淺時(shí)，充填礫石下沉過快堵塞底部充填口因反洗井洗不通，導(dǎo)致填砂量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或填砂過少。

（1）優(yōu)點(diǎn)：充填口在頂部，重力沉降影響小，充填口不會(huì)被堵，確保油套環(huán)空能充滿。

（2）缺點(diǎn)：a)不適應(yīng)井斜角大于35 度的出砂井。b)對(duì)上部有射開層的井只能擠入充填不能循環(huán)充填。c)口袋淺沉出砂快易砂埋。

2.1.2 油層下部逆向充填防砂工藝優(yōu)化

針對(duì)水平井、大斜度井采用油層上部充填后轉(zhuǎn)管柱丟手易卡管柱及部分井出砂嚴(yán)重，作業(yè)過程中管柱不能正常下到位的油井，優(yōu)化設(shè)計(jì)一種下部沖防充填管柱，若中途因出砂遇阻，可邊沖邊下當(dāng)管柱下到預(yù)定位置后，投球座封沖防砂封隔器并丟手，反洗出座封球后進(jìn)行充填防砂施工，待施工結(jié)束后起出防砂服務(wù)管柱。在充填過程中需注意優(yōu)化砂比、排量等充填施工參數(shù)，避免水平段形成砂橋?qū)е碌撞砍涮钸^程中出現(xiàn)砂堵影響充填效果。

油層下部充填工藝克服了上部充填因水平井底部滲透率高或漏失而造成的水平段充填不完全，同時(shí)可進(jìn)行酸洗，對(duì)水平井防砂井段泥餅進(jìn)行清除，提高近井地帶的導(dǎo)流能力，提高油井產(chǎn)量。

（1）優(yōu)點(diǎn)：解決大斜度井上部充填倒扣卡管柱及沉砂快的井下不到位的問題。

（2）缺點(diǎn)：長(zhǎng)井段充填時(shí)各段間充填不均勻或部分段充填不實(shí)，砂比過高或不均勻時(shí)重力沉降充填口易被堵塞。對(duì)攜砂液黏度和泵注連續(xù)性要求高。

（3）適用范圍：出砂程度嚴(yán)重，下管柱時(shí)因出砂不能正常下到位油井，適應(yīng)水平井、大斜度井。

2.2 充填防砂工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

充填防砂優(yōu)化設(shè)計(jì)原則如下：

a)設(shè)計(jì)應(yīng)符合油井的實(shí)際情況及井筒技術(shù)狀況，能有效地阻擋住地層出砂。

b)設(shè)計(jì)的工藝、工序力求合理有效，保護(hù)油層，防止污染。

2.3 充填防砂防砂管及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.3.1 繞絲篩管優(yōu)化設(shè)計(jì)

常用的繞絲篩管由打孔基管、繞絲防砂套、端環(huán)組成，其中繞絲防砂套由梯形絲與筋條螺旋繞焊而成。繞絲篩管的高強(qiáng)度和精確的縫隙控制使它成為常規(guī)井完井防砂的最好選擇。

梯型“自潔”縫設(shè)計(jì)使防砂縫隙間形成V 字形開口，不易堵塞，易于反洗；過流面積約為30%，減少滲流阻力；擋砂精度可控。

2.3.2 篩網(wǎng)式濾砂管優(yōu)化設(shè)計(jì)

篩網(wǎng)式濾砂管采用雙過濾結(jié)構(gòu)，過濾間隙均勻、濾孔大小精確可控（±7μm），過流面積大（80%以上），滲透率高。基管與濾砂網(wǎng)焊接過程中經(jīng)加熱及保溫可防止濾砂管應(yīng)力破壞。

抗彎曲變形能力強(qiáng)，發(fā)生徑向變形20%時(shí)防砂能力不變，滿足水平井、大斜度井使用要求。

2.3.3 機(jī)械防砂參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

擋砂參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面，一是篩管擋砂精度設(shè)計(jì)，二是充填礫石尺寸設(shè)計(jì)。河南油田采用二廠最常用的防砂參數(shù)設(shè)計(jì)方法是Saucie 法。該方法可以利用地層砂粒度中值直接計(jì)算得到充填礫石尺寸，也可以間接得出礫石孔喉直徑(見表1)并以此作為篩管擋砂精度。

Saucier 礫石尺寸設(shè)計(jì)方法:

其中，D50是充填礫石粒度中值，單位μm；d50是地層砂粒度中值，單位μm。

假設(shè)充填礫石形成孔喉直徑為d，那么直徑大于d 的地層砂是無法通過此吼道的，因此獨(dú)立篩管的擋砂能力必須等同于此時(shí)所充填礫石的能力，即充填礫石孔喉直徑等同于獨(dú)立篩管的擋砂精度。

根據(jù)防砂方式選擇結(jié)果，對(duì)區(qū)塊防砂充填礫石尺寸篩管擋砂精度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

以井樓三區(qū)為例，考慮到儲(chǔ)層自身強(qiáng)度較低、出砂臨界生產(chǎn)壓差小、可能性極高等因素，選用粒度中值最小粒徑，結(jié)合公式2.1 對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如下:

在礫石充填防砂完井中，篩管用來支撐礫石層，篩縫提供流體通道。用的篩管主要有繞絲篩管、篩網(wǎng)式濾砂管，根據(jù)架橋理論(即固相顆粒尺寸是孔喉尺寸的1/3 ～2/3 時(shí)，能形成穩(wěn)定砂橋)，出篩縫尺寸，一般推薦使用2/3 計(jì)算。

因此，井樓七區(qū)塊Ⅲ、Ⅳ儲(chǔ)層選用礫石充填防砂，儲(chǔ)層充填40 ～60 目礫石，擋砂精度90μm，篩管縫寬為0.15mm。

礫石充填用量設(shè)計(jì)：包括一定半徑地層的孔隙體積、井筒環(huán)空容積、井底口袋容積及附加量，其中，井筒環(huán)空容積又分為篩套環(huán)空容積和光管段容積。

攜砂比及攜砂液粘度：攜砂液的攜帶能力取決于充填排量、攜砂比、攜砂液黏度。因此，可通過計(jì)算臨界排量的方法確定此兩項(xiàng)參數(shù)。計(jì)算臨界排量可依據(jù)以下兩原則:

(1)在油管及環(huán)空內(nèi)，攜砂液流動(dòng)速度大于石英砂自由沉降速度；

(2)在射孔炮眼內(nèi)，攜砂液噴射速度大于石英砂自由沉降速度。

2.3.4 充填防砂工藝參數(shù)優(yōu)化：

（1）排量?jī)?yōu)化：要求排量達(dá)到0.4m3/min 以上，有利于提高攜砂，改善充填效率。

（2）攜砂比優(yōu)化：排量0.4 ～0.8m3/min，攜砂比5%～20%（體積比）。

（3）施工壓力優(yōu)化：充填壓力控制在油層破裂壓力內(nèi)，充填結(jié)束壓力在正常充填壓力基礎(chǔ)上增加3 ～7MPa，以提高環(huán)空人工砂體的密度、強(qiáng)度，確保措施效果。

（4）排量?jī)?yōu)化：要求排量達(dá)到0.4m3/min 以上，有利于提高攜砂能力，改善充填效率。

3.充填防砂工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用效果

近三年來，該廠充填防砂工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用168口井，措施有效率93.5%，防砂后累計(jì)生產(chǎn)16241 天，累計(jì)產(chǎn)油18409.7 噸，階段增油8940.9 噸，防砂井生產(chǎn)時(shí)率由54.5%提高到99.0%。

（1）充填防砂方法及防砂管柱2020 年10 月獲得國(guó)家發(fā)明專利。

（2）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果研究?jī)?yōu)化了稠油細(xì)粉砂充填工藝（充填口不同位置適應(yīng)性、優(yōu)缺點(diǎn)）及參數(shù)，實(shí)施效果明顯，推廣應(yīng)用前景廣闊。