大型徑向流井眼出砂及防砂模擬試驗(yàn)裝置研究

大型徑向流井眼出砂及防砂模擬試驗(yàn)裝置研究

0防砂防砂模擬試驗(yàn)研究目前，油松砂巖儲(chǔ)層主要用于國內(nèi)外的勘探和開發(fā)。這些儲(chǔ)層通常具有較高的間隙和滲透性。在生產(chǎn)區(qū)中很容易產(chǎn)生沙子，這使得作業(yè)頻繁，采收成本顯著增加。因此，采用適合的防砂策略成為油井有效生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)問題。國內(nèi)外出砂和防砂產(chǎn)能的評(píng)價(jià)手段較少，以小型的填砂模型為主，尺寸較大的填砂模型也主要為線性流模擬，防砂試驗(yàn)也局限于擋砂機(jī)理方面的研究，出砂與防砂情況下的產(chǎn)能評(píng)價(jià)手段還沒有具體的設(shè)備。針對(duì)以上情況，研制開發(fā)了全尺寸井眼出/防砂模擬試驗(yàn)裝置。本文采用全井眼尺寸出砂模擬實(shí)驗(yàn)裝置模擬了YS油田地層真實(shí)條件下出砂生產(chǎn)情況，并模擬了不同防砂方式和防砂程度情況下的產(chǎn)量、出砂量的生產(chǎn)規(guī)律，最終提出了適合于YS油田的防砂方式，即鹽上防砂的技術(shù)原則是“有限防砂、有效排砂、防粗排細(xì)”，防砂的關(guān)鍵是防而不堵死，要求產(chǎn)量達(dá)到臨界排砂產(chǎn)液量以上實(shí)現(xiàn)有效排砂；最佳的防、排砂技術(shù)組合是“篩管礫石充填防砂+加深尾管+大排量高效螺桿（柱塞）泵”。1井井出砂及生產(chǎn)情況哈薩克斯坦肯基亞克YS油田是一個(gè)膠結(jié)疏松的砂巖淺層稠油油藏，儲(chǔ)層埋深為300～350m，孔隙度為36.9%，滲透率為2480md，地層砂粒粒度中值為0.1～0.22mm。油藏原始地層溫度18.8～20℃，原始地層壓力2.8MPa，地層壓力目前已下降至1.8MPa，使出砂加劇。原油具有“四高三低”的特征，粘度高（144～690.7mPa·s,20OC）、密度高、膠質(zhì)含量高、含硫高；三低為：凝固點(diǎn)低、瀝青含量低、石蠟含量低；原油粘溫反應(yīng)敏感。油井普遍出砂嚴(yán)重，井口含砂0.1%～1.2%，大部分井含砂在0.4%～0.9%，出砂的粒徑較細(xì)，其中小于0.2mm的細(xì)砂及粉細(xì)砂占73.8%。檢泵周期短，平均2.45個(gè)月，造成作業(yè)頻繁，成本大大增加。地層砂粒徑多在0.1～0.5mm之間，以中砂和細(xì)砂為主，含量62.8%。泥質(zhì)含量較低（1%-3%），粒度中值（D50）為0.33～0.17mm，平均0.25mmㄢ分析出砂原因主要在于：(1）油層為膠結(jié)疏松的中細(xì)砂巖與粉砂巖、泥巖組合，原油粘度高，生產(chǎn)過程極易出砂。(2）單井生產(chǎn)壓差過大是出砂嚴(yán)重的直接原因。生產(chǎn)壓差平均1.2MPa,53%的油井生產(chǎn)壓差大于1MPaㄢ(3）油井高含水也是導(dǎo)致油層出砂嚴(yán)重。平均含水達(dá)72.4%。(4）油井產(chǎn)量低，井筒排砂困難，砂堵油管/砂埋油層、作業(yè)頻繁。2模擬地層砂壓力全井眼尺寸出砂模擬實(shí)驗(yàn)裝置包括三個(gè)部分：模擬系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)。模擬系統(tǒng)填砂容器高340mm，內(nèi)徑480mm，外徑550mm，如圖1、2。由不銹鋼制成，耐高壓耐腐蝕，最高承壓可達(dá)到40MPa。模型中填滿模擬地層砂，通過頂部加蓋壓實(shí)模擬地層壓力，有效模擬真實(shí)地層。在容器內(nèi)壁設(shè)有分流濾網(wǎng)，能夠充分模擬井下徑向流動(dòng)。模擬實(shí)驗(yàn)裝置的循環(huán)系統(tǒng)包括油泵，壓力控制系統(tǒng)，高壓管線，分流閥門等。油泵以恒壓向填砂容器供油，模擬地層生產(chǎn)壓差。壓力測(cè)量系統(tǒng)，分別在注入口、流出口、砂體中間以及環(huán)空中間放置了壓力測(cè)量裝置，用于監(jiān)測(cè)壓力的變化情況。為更好模擬井下的徑向流動(dòng)，在填砂容器的側(cè)壁面上均勻分布四個(gè)進(jìn)油通道，作為徑向注油口。3砂分離和砂分離的模擬試驗(yàn)3.1儲(chǔ)層防砂劑防砂參數(shù)測(cè)定為了評(píng)價(jià)出適合鹽上油田的完井方式、防砂管類型及擋砂參數(shù)，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)考慮到兩種不同的完井方式下，對(duì)于不同類型的防砂管進(jìn)行評(píng)價(jià)：二種完井方式：裸眼+篩管和裸眼+礫石充填+篩管三種防砂管：割縫管、金屬纖維、金屬網(wǎng)布三種防砂管的擋砂參數(shù)：A型金屬編織網(wǎng)防砂參數(shù)150～175um;B型金屬綿（金屬纖維）防砂參數(shù)148-178um;F型割縫管防砂參數(shù)160～180um通過實(shí)驗(yàn)對(duì)以下數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定：出砂量、產(chǎn)量及出砂粒徑隨時(shí)間的變化規(guī)律；儲(chǔ)層砂、環(huán)空及防砂管內(nèi)外的壓降規(guī)律。通過對(duì)防砂管擋砂實(shí)驗(yàn)所攜帶出的砂粒進(jìn)行粒度分析，分析各種防砂管的擋砂精度及設(shè)計(jì)方法。3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析通過大型出砂模擬實(shí)驗(yàn)，得出不同防砂方式（金屬編織網(wǎng)、金屬棉、割縫管、割縫篩管礫石充填）產(chǎn)能、出砂量及產(chǎn)出砂粒徑隨時(shí)間變化曲線。圖3為三種防砂管（金屬編織網(wǎng)、金屬棉、割縫管）的產(chǎn)量對(duì)比圖。結(jié)果表明，三種防砂管初期流量相差很大，其中割縫管最高，金屬編織網(wǎng)其次，金屬棉最低。從整體來看，割縫管的流量呈下降趨勢(shì)，金屬棉的流量比較平穩(wěn)，而金屬網(wǎng)布的流量有所波動(dòng)，這與三種防砂管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。圖4為三種防砂管（金屬編織網(wǎng)、金屬棉、割縫管）的壓降對(duì)比圖。可以看出，實(shí)驗(yàn)初期，金屬棉的壓降有所上升，砂子進(jìn)入金屬棉，造成一定的堵塞，隨著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，金屬棉壓降維持不變；由于金屬編織網(wǎng)因壓差增大發(fā)生孔眼變形，容易使砂粒在一定的壓差下穿過，或由于篩管介質(zhì)內(nèi)砂拱突然坍塌，造成固體顆?！巴话l(fā)”性通過篩管，所以壓力波動(dòng)明顯。割縫管的壓降有降低趨勢(shì)，這是割縫管外窄內(nèi)寬的結(jié)構(gòu)所致，這種結(jié)構(gòu)能通過精確設(shè)計(jì)縫寬把該擋的砂粒擋在篩管外面，允許通過的砂粒暢通無阻地進(jìn)入內(nèi)寬外窄的縫隙，減少了金屬纖維和網(wǎng)布的曲徑結(jié)構(gòu)，有效地在縫隙周圍形成砂拱，所以不容易堵塞，壓降最低。從三種管型的防砂管出砂量（圖5）來看，實(shí)驗(yàn)初期，三種防砂管出砂量較高，但是金屬網(wǎng)和金屬棉的出砂量隨著時(shí)間都急劇下降，很快趨近于零，而隔縫管隨著時(shí)間持續(xù)出砂，比較適合適度出砂；三種管型的油中含砂量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.02%,說明擋砂參數(shù)為150～180um的這幾種防砂管都能夠擋住砂子，滿足油井正常生產(chǎn)要求。有放大擋砂管參數(shù)的空間。對(duì)實(shí)驗(yàn)收集的砂樣進(jìn)行激光粒度分析。金屬編織網(wǎng)出砂粒徑中值在77～260um之間，防砂精度較低；隨時(shí)間增加，產(chǎn)出砂粒徑逐漸降低。金屬纖維防砂管出砂粒徑中值在55～162um之間，防砂精度較高；隨時(shí)間增加，產(chǎn)出砂粒徑逐漸降低。割縫管出砂粒徑中值在140～350um之間，實(shí)驗(yàn)初期產(chǎn)出砂粒徑較大，當(dāng)穩(wěn)定后產(chǎn)出砂的粒度中值不超過200um；隨時(shí)間增加，產(chǎn)出砂粒徑逐漸降低。根據(jù)YS油田儲(chǔ)層地層特點(diǎn)與泥質(zhì)含量，結(jié)合不同管型防砂管評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，取得以下結(jié)論：割逢篩管產(chǎn)能最高，容易控制防砂精度，通過割縫管的流體壓降小，流量大，能夠滿足油田對(duì)單井產(chǎn)量的要求。同時(shí)割縫管結(jié)構(gòu)簡潔，利于控制防砂的程度。3.3礫石充填完井效果盡管割縫管防砂后產(chǎn)量較高，但是出砂量也相對(duì)較高。為了在滿足產(chǎn)量的前提下，進(jìn)一步減少出砂量，考慮了割縫管和礫石充填的復(fù)合防砂方式。對(duì)于割縫管礫石充填完井防砂試驗(yàn)，主要考慮兩個(gè)方面的影響因素：礫石粒徑與礫石充填層的厚度。實(shí)驗(yàn)采用了300um割縫管。具體參數(shù)如下：割縫管縫寬：300um實(shí)驗(yàn)配砂粒度中值：220um礫石尺寸：600～700um、900～1200um、1400～1600um礫石層厚度：7寸割縫管、5寸半割縫管。不同的礫石充填完井防砂實(shí)驗(yàn)產(chǎn)量（圖6）結(jié)果表明：初期裸眼+割縫管完井時(shí)的流量要比充填600-700um陶粒完井高出30%左右，但是隨著40分鐘以后，裸眼完井的流量急劇降低，僅為充填陶粒時(shí)的30%。其原因主要因?yàn)槁阊弁昃畷r(shí)環(huán)空中很快堆滿地層砂，壓降增大，滲透率急劇降低，導(dǎo)致流量很快下降。由此看出，礫石充填完井可以更有效的持續(xù)提高油井產(chǎn)量。增加礫石尺寸從3倍到7倍，產(chǎn)量提高了160%，增大礫石尺寸有利于提高產(chǎn)量。改變礫石充填層的厚度時(shí)，實(shí)驗(yàn)初期兩種情況流量一致，都呈下降趨勢(shì)，但是隨著充填層厚度的增加，下降趨勢(shì)比較小，最后可以穩(wěn)定在某一流量不變，總的來說，增加礫石層厚度有利于保持穩(wěn)產(chǎn)，并且產(chǎn)量提高了10%左右。4防、排砂技術(shù)組合根據(jù)YS油田儲(chǔ)層特征和出砂情況，在室內(nèi)大型出砂產(chǎn)能評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了鹽上防砂的技術(shù)原則是“有限防砂、有效排砂、防粗排細(xì)”，防砂的關(guān)鍵是防而不堵死，實(shí)現(xiàn)有效排砂必須要求產(chǎn)量達(dá)到臨界排砂產(chǎn)液量以上。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐，提出最佳的防、排砂技術(shù)組合是“篩管礫石充填防砂+加深尾管+大排量高效螺桿（柱塞）泵”。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)鹽上7in（或65/8in）油層套管，推薦采用4in或41/2in割縫篩管、16-20目（0.84～1.19mm）礫石填充方式進(jìn)行防砂作業(yè)?，F(xiàn)場應(yīng)用效果顯著，6口井統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：礫石充填防砂遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于無礫石充填（僅懸掛篩管）防砂，主要表現(xiàn)為：出砂大大減輕，每天沉砂高度由原來的0.5m下降到0.08m；檢泵周期由39天延至194天，提高近5倍；修井次數(shù)明顯減少，由9.2次/年下降到1.85次/年，年節(jié)約作業(yè)費(fèi)用42.9萬美元；油井生產(chǎn)時(shí)效顯著提高，礫石充填防砂后，單井平均累計(jì)生產(chǎn)時(shí)間由原來的150天增至581天，可使井組總產(chǎn)量增加約5100tㄢ5ys油田防砂技術(shù)組合(1）研發(fā)了大型徑向流井眼出砂及防砂模擬試驗(yàn)裝置，該裝置可模擬疏松砂巖在地層真實(shí)條件下的生產(chǎn)和出砂情況，對(duì)于疏松砂巖油藏的生產(chǎn)具有很好的指導(dǎo)意義。(2）模擬了哈薩克斯坦YS油田出砂及防砂生產(chǎn)情況，得到了不同方式下（金屬編織網(wǎng)、金屬棉、割縫管、割縫篩管礫石充填）