适度防砂完井技术现状及其展望

适度防砂完井技术现状及其展望学生张恒学号2010050031摘要:疏松砂岩油藏分布范围广、储量大，这类油藏开采中的主要矛盾之一是油井出砂。

油气井出砂是石油开采遇到的重要问题之一。

每年都要花费大量人力物力进行防治和研究。

如果砂害得不到治理,油气井出砂会越来越严重,致使出砂油气田不能有效开发因此，油井防砂工艺技术的研究和发展对疏松砂岩油藏的顺利开发至关重要。

适度防砂技术也称适度出砂技术，国外称之为SandManagement。

1993-1994年间，该技术在北亚德里亚海油田进行试验，1996年在北海油田进行了试验并获得了很大的成功。

到1999年末，北海油田大约有200-300口油井采用了适度出砂生产，其他油田也在积极探索实验[1-2]。

本文综述了适度防砂技术在我国的发展和研究现状，重点介绍了适度防砂技术提出的理论前提和关键技术，并简单介绍了适度防砂完井技术的应用，对该技术的发展前景进行了展望。

1 适度防砂的概念与机理适度防砂技术就是在油层段下入特殊筛管并适度放大防砂粒径,生产过程中允许小于某一粒径下的地层砂进入井筒,并通过人工举升方式将砂粒举升到地面后再进行分离处理。

通过将近井筒带的细小砂粒产出,对地层进行“卸载”,引起井眼周围地层发生剪切膨胀直至剪切破坏,破坏钻完井过程中形成的损害带,在近井地带形成“蚯蚓洞”,疏通渗流通道,提高近井眼地层的渗透率。

在砂桥形成后,还可通过压力激动破坏砂桥,重新形成砂桥的过程中有利于细小砂粒的产出和“蚯蚓洞”向深部地层发展,使地层“渗透强化”[3]。

裸眼内下入特殊筛管适度防砂完井技术是指在水平分支井、水平井和常规定向井的油层段不下套管,不固井,而是直接下入特殊筛管进行防砂作业。

套管射孔简易防砂完井技术是适度防砂完井技术的灵活应用,即对油层套管进行射孔,然后下入特殊筛管进行适度防砂作业。

2适度防砂技术在我国的发展及其现状2．1适度防砂技术在我国的发展适度防砂就是尽可能挖掘各方面的潜能，在生产许可的范围内，允许较高比例的地层砂产出来，达到提高原油产量，得到最佳的投人和产出比的目的。

具体来说，适度出砂技术是指有选择地防砂，或者有限度地防砂。

对于出砂油藏，在原油开采过程中，不同粒径的油层砂随地下原油运移，根据运移的油层砂粒度大小及分布，有选择地阻止大于或者等于一定粒径的油层砂随原油运移，并通过这些粒径的油层砂的堆积，形成滤砂屏障，进而阻挡较小粒径的油层砂随原油运移，达到防止一定粒径的油层砂的目的，从而改善近井眼地层的油层物性，充分发挥油层产能。

胡连印[4]等在1999年提出了防砂不防细粉砂的观念。

目前持这一观点的有两种提法:适度防砂和有限防砂。

常规防砂技术有较苛刻的防砂指标。

石油行业有关要求规定，井口含砂量必须小于0.03%。

这进一步加大了一些储层开采难度，或大幅度降低了油井的产量，增加了开采成本。

适度防砂或有限防砂目的都有是为获得最好的经济效益，生产工艺采取防砂与携砂的生产相结合，即采用不苛刻的防砂工具将大粒径砂挡在地层内，允许油流带出细粉砂。

这一新的防砂理论打破了传统观念，为渤海油田稠油油藏的有效开发开辟了一条新思路，在5236-1油田和QH哪2-6油田调整水平分支井中得到了证实[5]。

Kooijiman和Hoek等人[6]在2000年开展了室内实验研究，研究了在疏松砂岩中，不封固筛管下人水平裸眼井中，近井眼岩石破坏和出砂情况、井眼破坏和达到稳定的整个过程，并用图像方式进行了监测，为疏松砂岩“适度防砂”技术的完善奠定了重要的实验论证。

在“十五”国家项目“渤海稠油油田少井高产开发可行性研究”中，曾祥林[7]等人为深人认识适度出砂提高油井产能机理并为现场实施提供理论依据，通过物理模拟实验研究出砂对储集层渗透率的影响和出砂规律。

以渤海5236-1油藏砂样为研究对象，进行砾石充填和金属筛网防砂实验，分析不同完井方式下压差、出砂与产能之间的关系以及蛆叫洞及其网络形成情况。

此外，出现了定向射孔技术，通过射孔方位的改变使临界压差增加，并能延缓出砂的开始时间，大大减少出砂量。

当该技术应用于弱胶结地层的适度出砂管理时，对于优化复杂环境条件下的油气井产能、减少地层出砂，降低完井总费用，取得了许多令人信赖的效果。

随着地质力学研究理论的逐渐成熟和定向射孔工具精度的提高，定向射孔技术在弱胶结易出砂地层“适度出砂、优化产能”科学化管理方面的优势越来越明显[8]。

影响出砂的因素很多，为了找出影响出砂的因素并对这些因素进行评价，何冠军等[9]曾通过建立一维出砂模拟模型，以SZ36-1油藏岩石特性参数为例，研究了不同粘度、剥蚀系数、人口端压差及原始渗透率等因素对蛆躬}洞发育、岩心孔隙度、渗透率等方面的影响。

研究表明，这些因素都影响着蛆蝴洞的形成与发育，进而影响岩石的孔隙度和渗透率，其中岩石的强度对出砂影响最显著。

2.2适度防砂技术在我国的研究现状据研究，适度防砂的含砂量应控制在5%以内，超过此值，将会造成井壁不稳定，出砂量激增。

适度防砂技术的提出主要基于以下几点:(1)出砂也有好的一面。

出砂可起到疏通地层原油通道，提高储层孔隙度和渗透率的作用，从而获得较高的油井产量，提高原油的采收率。

(2)采油设备的更新换代允许较高含砂量的原油采出。

(3)稠油携砂悬砂能力强，不易砂堵。

稠油粘度越高，携砂悬砂能力越强，越不容易发生砂堵。

(4)在出砂的过程中，大颗粒会聚集在出砂口，堆积形成砂拱，堵住了大部分砂粒向外运移，客观上起到了防砂的作用。

(5)大部分疏松砂岩储层从开始出砂到大量出砂有很宽的窗口。

(6)出砂一定阶段然后防砂也可以提高产量30%-44%。

增产的原因有两个方面:一方面由于地层出砂容易形成蛆叫洞，使得地层的流动性大幅度提高，井筒的有效半径扩大，从而提高了流体的流速;另一方面由于允许地层出砂，就可以适当放大生产压差，油井的产量可以得到提适度防砂技术应建立在精细储层评价、精细出砂预测模型和先进的工艺配套措施的基础上，三者的相互配合，才能做到适度防砂[10-12]。

精细储层评价是适度防砂的基础，内容包括储层物性评价、原油携砂能力、胶结特性等。

可利用弹性波速实验及模型对胶结特性进行研究，并用声波测井对胶结进行诊断。

精细出砂预测模型是适度防砂的关键，模型包括初始出砂、大量出砂、先进的弹塑性模型等，其中产水与否对出砂有重要的影响。

配套工艺措施是适度防砂的保障。

配套工艺措施主要是机械防砂措施、筛缝尺寸、螺杆泵及地面处理设备确定等，其中筛缝尺寸的确定是关键，可利用储层粒径分形分布来大致确定。

3 适度防砂精度的选择[13]适度防砂技术是建立在储层砂样精细分析及出砂预测、配套地面设备的处理能力以及以往防砂经验的基础之上的,其技术原理是根据正确的储层粒度分析,并考虑地面设备处理出砂的能力确定防砂筛管的挡砂精度,允许地层内的细粉砂或者黏土颗粒随油流产出,在满足地面设备处理能力的同时,又能保证产量的最大化(如图1所示)[14]。

其中,储层砂样分析及防砂精度的选择是适度防砂的关键适度防砂精度取决于井下举升设备的举升能力和地面采油流程的处理能力。

防砂粒径太小就失去了适度防砂的意义,而防砂粒径太大则地层出砂可能就会很严重,井下举升设备和地面采油流程难以承受。

渤海第一口适度防砂井SZ36-1-CF1井所选用的防砂精度相当于砾石粒度中值是地层砂粒度中值的6~8倍,后面完成的大部分适度防砂井也沿用了这种防砂精度。

适度防砂用特殊筛管的防砂精度的选择程序为:首先按照砾石充填防砂选择砾石的方法选择出适用的充填砾石,然后选择出与此充填砾石的防砂精度相对应的特殊筛管。

具体步骤如下:1)根据靶点相邻井地层取心作地层砂粒度分析,求得地层砂样粒度中值d50。

2)根据公式D50=(6~8)×d50计算出工业砾石的粒度中值D50。

3)根据D50选择出对应的工业砾石的筛目数。

此筛目数的工业砾石所对应的防砂精度就是适度防砂用的特殊筛管所应该选用的防砂精度。

另外,在选择适度防砂用特殊筛管的防砂精度时,可以借鉴相同区域其他井在适度防砂时所使用的防砂精度和经验。

4 适度防砂用特殊筛管的选择适度防砂用特殊筛管的结构和防砂原理对于适度防砂的效果有很重大的影响,渤海油田适度防砂用的特殊筛管主要有两种:一种是金属棉蠕动筛管,另一种是金属网布复合筛管。

金属棉蠕动筛管的结构如图2所示,这种筛管以优质无缝钢管做基管,两端为丝扣自由连接,在基管上钻阶梯孔。

滤砂室与基管阶梯孔采用螺纹连接,提高抗拉、抗扭和抗挤强度。

过滤单元独立,流压损失小。

金属棉蠕动筛管以不锈钢金属纤维作为过滤介质,过滤介质是一种耐腐蚀、耐高温金属材料过滤精度根据适度防砂的技术原理确定。

从总的情况看,缝隙大小与纤维的堆积紧密程度有关,纤维堆积越紧密,纤维间缝隙就越小,其吸附力也就越大。

金属棉蠕动筛管防砂的主要原理就是利用这一缝隙挡砂,通过控制金属纤维间缝隙大小达到防砂的目的。

金属棉过滤介质的立体结构决定了其具有如下特点:1)防砂适用范围广,对地层砂的粒度分布范围不太敏感。

2)具有自洁功能,细小颗粒易通过。

即使被堵塞,也不会在平面上堵死流动通道。

3)具有自修复功能,在压差较大的情况下,部分大颗粒被“挤出”,因金属丝的弹性,其原有的形状很容易恢复。

4)平面上过流面积可能较小,但立体过流面积较大。

5)受井眼的狗腿度影响较小,不会因为筛管弯曲而导致防砂失效。

金属网布复合筛管的结构如图3所示。

这种筛管以编织网作为过滤介质,具有如下特点:1)因为是网状平面结构,决定了其防砂适用范围窄,对地层砂的粒度分布范围很敏感,要么防得太死,要么大量出砂。

2)易堵塞:细小颗粒很容易通过,但大的颗粒或匹配刚好的颗粒易变形堵塞网格空间,造成过流面积随生产变得越来越小。

3)筛网的网格易被冲蚀而变大,致使防砂精度发生变化。

4)平面上过流面积较大,但不存在立体过流面积。

金属棉蠕动筛管因其特殊的结构,决定了其性能要明显优于金属网布复合筛管,实际使用情况也证明了这一点,凡是使用金属棉蠕动筛管的适度防砂井在适度防砂能力和产能等方面均表现出了良好的效果,但使用金属网布复合筛管的适度防砂井中则有较大比例的井产能较低,出砂失控。

5 适度防砂技术的配套措施5.1 低频启泵控制合理生产压差投产技术对于砾石充填完井或者压裂充填完井的井,近井地带已经压实,启泵排液或投产时地层不存在卸载的问题,而对于适度防砂完井来说,由于防砂特殊筛管与井壁之间存在一定的空间,因此,开井投产时,地层在液柱压力作用和流体流动时的拖拽作用下,就会坍塌和剪切破坏,即地层卸载,同时也存在微粒运移。

地层微粒的运移对生产压差非常敏感,并具有“可控性”和“自稳定”趋势,即每次改变生产压差后均会发生出砂量瞬时增大,而后又趋于平稳。

一旦油嘴开启过大,引起生产压差超过临界值后,油井出砂将发生“失稳”,出砂量维持在高水平运行。