動(dòng)水填礫工藝在山東樂(lè)陵地?zé)峋┕ぶ械膽?yīng)用

董文斌，高小榮，盧星辰，任小慶，3*，井陽(yáng)陽(yáng)，許勇，劉小育，梁凱旋

(1.中石化綠源地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)有限公司，河北 雄安 071800；2.中石化綠源地?zé)崮?山東)開(kāi)發(fā)有限公司，山東 濟(jì)南 250102；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083)

0 引言

山東樂(lè)陵區(qū)域地?zé)峋郎胺绞街饕獮槔@絲篩管防砂，地?zé)峋陂L(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中由于出砂，造成對(duì)繞絲篩網(wǎng)的強(qiáng)烈磨蝕，導(dǎo)致地?zé)峋罅砍錾埃瑥亩绊懏a(chǎn)能，針對(duì)上述問(wèn)題，需采取礫石充填的方式進(jìn)行防砂。

王支柱[1]對(duì)油田出砂井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析開(kāi)發(fā)層位和井別信息，有針對(duì)性地選取分析試驗(yàn)井。對(duì)試驗(yàn)井的巖心、碎屑巖和測(cè)井曲線等進(jìn)行巖心強(qiáng)度測(cè)試、出砂風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、儲(chǔ)層粒度分析和防砂方式等實(shí)驗(yàn)優(yōu)選，總結(jié)出適用于特定儲(chǔ)層的防砂方式。

許成強(qiáng)等[2]提出一種針對(duì)半潛式平臺(tái)礫石充填的防砂樹(shù)，可以解決半潛式平臺(tái)服務(wù)工具在井里相對(duì)防砂管柱隨平臺(tái)升沉同步運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，同時(shí)可以極大提高充填防砂作業(yè)效率。

譚俊瀟等[3]針對(duì)疏松砂巖儲(chǔ)層特點(diǎn)，介紹適用于該儲(chǔ)層的多層充填防砂工具，從工具結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)出發(fā)，與實(shí)際操作相結(jié)合，探索多層防砂工具在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的特點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)并進(jìn)行總結(jié)，力求針對(duì)疏松砂巖儲(chǔ)層完井防砂方式的特點(diǎn)總結(jié)出一些施工方法和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為其他類似礫石充填井提供作業(yè)借鑒。

賽福拉·地力木拉提等[4]針對(duì)人造陶粒與石英砂充填介質(zhì)，分別開(kāi)展了泥質(zhì)粉砂和水合物二次生成堵塞充填層的模擬試驗(yàn)，系統(tǒng)分析了堵塞過(guò)程。基于復(fù)合堵塞充填層機(jī)理及滲透率變化規(guī)律，構(gòu)建了天然氣水合物礫石充填防砂井礫石充填層堵塞后的產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型并進(jìn)行了案例分析。

鑒于上述出砂問(wèn)題，礫石充填手段多用于油井中，在地?zé)峋械氖褂孟鄬?duì)較少，有必要將該項(xiàng)防砂技術(shù)使用到地?zé)峋郎爸校瑸榈責(zé)峋茖W(xué)開(kāi)發(fā)及地?zé)峋郎疤峁┘夹g(shù)支撐。

1 地質(zhì)概況

樂(lè)陵市在大地構(gòu)造上屬于華北地臺(tái)(Ⅰ)、遼冀臺(tái)向斜(Ⅱ)、埕寧隆起(Ⅲ)的次級(jí)構(gòu)造單元寧津—慶云凸起(Ⅳ)區(qū)。東部及東南部與無(wú)棣凸起相鄰，西部及北部與寧津凸起相依，南部為惠民凹陷，構(gòu)造區(qū)域基底構(gòu)造的基本輪廓。

樂(lè)陵地區(qū)內(nèi)長(zhǎng)期處于緩慢下降狀態(tài)，沉積了厚度較大的新生代地層，厚度為1 000～1 400 m。本區(qū)新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組和第四系發(fā)育齊全，地層產(chǎn)狀平緩。館陶組熱儲(chǔ)層段為1 200 ～1 600 m，地?zé)峋畣尉鏊考s為100 m3/h。

2 測(cè)井解釋

樂(lè)陵區(qū)域某地?zé)峋暡〞r(shí)差測(cè)井解釋如圖1所示。自井深1 195.51～1 435.10 m之間，總厚度239.59 m。地球物理測(cè)井解釋12層含水層，含水層總厚度為215.8 m，平均單層厚度17.98 m，單層最大厚度63.1 m，單層最小厚度3.3 m。砂巖電阻率為4.45 Ω·m，聲波時(shí)差為448.59 us/m，孔隙度32.38%，滲透率1 014.40 mD。

圖1 樂(lè)陵區(qū)域某地?zé)峋暡〞r(shí)差測(cè)井解釋

由于各地?zé)崽锫暡〞r(shí)差臨界值各不相同，一般定義為，當(dāng)Δtv＜312 μs /m時(shí)，穩(wěn)定不出砂，當(dāng)312 μs/m≤Δtv≤345 μs/m時(shí)，可能出砂，當(dāng)Δtv≥345 μs/m時(shí)，不穩(wěn)定砂巖，極易出砂[5-8]。根據(jù)該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，樂(lè)陵區(qū)域地?zé)峋鄶?shù)儲(chǔ)層聲波時(shí)差值Δtv≥345 μs/m，出砂風(fēng)險(xiǎn)大，極易出砂，泥質(zhì)含量在10%左右。目前地?zé)峋鳛樯a(chǎn)井正常產(chǎn)水，其間大量出砂，砂量為0.3 m3/d。

3 防砂措施研究

3.1 礫石層充填率研究

針對(duì)上述地?zé)峋錾皢?wèn)題，利用搭建的數(shù)值模擬方法探究礫石層填充率對(duì)出砂量的影響規(guī)律，確定只要礫石層填充率大于92%，防砂單元均能起到防砂效果，如圖2所示。

圖2 不同礫石層充填率條件下防砂效果模擬

根據(jù)上述模擬結(jié)果，利用搭建的小尺寸防砂實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證模擬結(jié)果。

如圖3所示，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)?shù)[石層充填率大于92%時(shí)，可保證出砂量滿足萬(wàn)分之三的要求，與數(shù)值模擬結(jié)果一致。

圖3 小尺寸防砂實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證模擬結(jié)果

3.2 礫徑選擇

在樂(lè)陵區(qū)域典型地?zé)峋∩皹舆M(jìn)行礫徑分析，如表1所示，進(jìn)一步確定礫徑參數(shù)。

表1 礫徑分析表

根據(jù)礫徑分析數(shù)據(jù)可以確定，樂(lè)陵地區(qū)地?zé)峋暗[石尺寸變化范圍為0.126～0.748 mm，粒度中值0.255 mm，根據(jù)Saucier(索西埃)擋砂推薦充填礫石尺寸：

根據(jù)上述計(jì)算，礫石目數(shù)為16～30目及20～40 目充填砂均滿足防砂效果。由地?zé)峋疅醿?chǔ)層巖性段砂巖粒度中值分布及根據(jù)索西埃公式計(jì)算，同時(shí)考慮提液要求，以提高滲透率為原則，優(yōu)選中強(qiáng)度礫石作為本次施工的充填支撐劑，根據(jù)工業(yè)礫石選擇標(biāo)準(zhǔn)，確定充填礫石的粒度范圍為 16～30 目(0.58～1.19 mm)。

3.3 篩管精度確定

礫石充填防砂工藝中機(jī)械篩管用來(lái)阻擋礫石層，要求其阻擋100%礫石，精度略小于最小礫石尺寸。計(jì)算礫石尺寸的經(jīng)典方法為：

在完全擋住充填礫石的情況下，縮小篩管精度，最大限度地提高油井的防砂效果，綜合考慮，篩管精度選擇200 μm。根據(jù)上述方法，確定礫石型號(hào)為16～30目，篩管精度選擇200 μm。

4 動(dòng)水填礫完井效果評(píng)價(jià)

目前，山東樂(lè)陵地區(qū)砂巖地?zé)峋昃绞骄鶠?0目繞絲篩管完井，由于砂巖儲(chǔ)層極易出砂，且新近系館陶組地層砂的主要成分是二氧化硅(石英)，硬度很高，是一種破壞性很強(qiáng)的磨蝕劑，能使濾水管繞絲磨損而使其失去過(guò)濾功能，嚴(yán)重影響著地?zé)峋恼＿\(yùn)行和使用壽命[9-12]。對(duì)新鉆地?zé)峋扇〉[石充填完井方式，采用動(dòng)水填礫的方式將礫石砂漿泵入篩管和井眼環(huán)空，利用充填礫石的橋堵作用來(lái)阻止地層砂運(yùn)移，而充填礫石又被阻隔于篩管周圍。這種多級(jí)過(guò)濾屏障，保證地?zé)崴爻涮铙w內(nèi)多孔系統(tǒng)經(jīng)過(guò)篩管被源源不斷地舉升至地面，而地層砂則被控制在地層內(nèi)，實(shí)現(xiàn)地?zé)峋L(zhǎng)期生產(chǎn)又不出砂或輕微出砂的目的[13-15]。目前新鉆地?zé)峋扇〉[石充填完井方式，地?zé)峋a(chǎn)水量長(zhǎng)期保持在95 m3/h，且井下不存在出砂現(xiàn)象，有效保證了砂巖地?zé)峋恼＿\(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)樂(lè)陵區(qū)域新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組和第四系發(fā)育齊全，地層產(chǎn)狀平緩。館陶組熱儲(chǔ)層段為1 200～1 600 m，地?zé)峋畣尉鏊考s為100 m3/h；(2)樂(lè)陵區(qū)域地?zé)峋鄶?shù)儲(chǔ)層聲波時(shí)差值Δtv≥345 μs/m，出砂風(fēng)險(xiǎn)大，極易出砂；(3)相對(duì)于60目繞絲篩管完井防砂，礫石充填防砂效果更為有效，地?zé)峋a(chǎn)水量長(zhǎng)期保持在95 m3/h，且井下不存在出砂現(xiàn)象，有效地保證了砂巖地?zé)峋恼＿\(yùn)行；(4)當(dāng)?shù)[石層充填率大于92%時(shí)，防砂單元均能起到防砂效果；(5)樂(lè)陵區(qū)域礫石充填防砂工藝，礫石型號(hào)為16～30目，篩管精度選擇200 μm，最為適合防砂；(6)地?zé)峋a(chǎn)水量長(zhǎng)期保持在95 m3/h，且井下不存在出砂現(xiàn)象，有效地保證了砂巖地?zé)峋恼＿\(yùn)行，可有效地利用地?zé)崮苓M(jìn)行化工生產(chǎn)。