适度防砂技术在渤海油田的应用

适度防砂技术在渤海油田的应用

适度防砂技术是指在油层段下进入特殊的筛管，适度扩大防砂粒的直径。在生产过程中，非常小的地层砂被允许进入井筒，并通过手动上升法将砂粒上升到地板上。然后进行分离和处理。与传统防砂技术相比,该技术有控制地引导地层出砂,既能减少完井投入,又能明显提高油井产能。该技术在北海Gullfaks海上油田和巴基斯坦Sawan油田成功应用,将产量提高了10%左右。近几年,渤海湾地区为提高油田的开发效率提出的“钻井压裂适度防砂技术”取得了重大成果,但随着适度防砂开采年限的增加,逐渐暴露出某些油藏的适度防砂井出砂不可控、出砂量过大,造成地面处理砂困难、油层砂埋甚至报废等问题。因此,针对不同储层特性的油藏,确定合理的防砂方式及参数是油气田生产现场迫切需要解决的关键问题。1防砂方式的选择储层的粒度特性是防砂方式选择的基础,不同防砂设计方法采用的标准不同。近年来,国外的防砂设计方法主要有Saucier、Tiffen和Johnson方法。Saucier法主要考虑粒度中值d50,Tiffen法考虑均质系数UC(d40/d90)、分选系数SC(d10/d95)、细颗粒含量(<44μm含量)3个参数,Johnson法考虑均匀系数UC、粒度中值d50绝对值范围、d50相对值波动范围3个参数。但这些方法均建立在完全挡砂的基础之上。适度防砂技术建立在出砂预测、储层砂样精细分析、配套地面设备的处理能力以及以往防砂经验的基础之上,在出砂可控的情况下,适当放大防砂粒径,尽可能发挥油井产能。因此,适度防砂技术防砂方式不能完全依照传统方法进行选择,应建立一个相应的选择依据。国外曾对出砂规律进行了室内模拟。笔者不仅模拟了出砂规律,同时利用全尺寸大型出砂模拟装置进行了大量的不同防砂方式下的出砂模拟试验。结果表明:储层的泥质含量和各种黏土矿物的吸水膨胀性对储层性质、不同类型筛管的堵塞程度及防砂后的产能有重要影响,也是决定防砂方式选择的主要因素。常见的黏土矿物种类有蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石,且吸水膨胀性为蒙脱石>伊/蒙混层>伊利石>高岭石>绿泥石。根据笔者得出的不同防砂方式下出砂模拟试验结果,其大小对不同类型筛管的堵塞程度及防砂后的产能有重要影响。因此,在前人防砂设计理论基础上,增加了黏土矿物的吸水膨胀性这个参数,提出适度防砂技术防砂方式的选择理论依据为:均质系数UC、泥质含量Vsh、黏土矿物吸水膨胀性3个参数。而挡砂精度的选择主要以地层砂粒度中值d50确定范围,并结合室内试验效果最终确定挡砂精度。2渤海湾地区典型的油田储存特征及储量评价2.1储层砂特性分析渤海湾地区是典型的疏松砂岩油藏,埋藏浅,必须进行防砂开采。NB35-2、SZ36-1、BZ34-1等3个典型油田的储层特性如表1所示。由表1可知,3个典型油田储层砂基本都在细粉砂岩和细砂岩之间,粒度偏小,非均质性强,泥质含量平均10%以上,但各油田的黏土矿物组分差别较大。NB35-2、SZ36-1油田吸水膨胀性明显强于BZ34-1油田。依据传统防砂设计理论,均需采用砾石充填防砂方式以达到预期防砂效果。2.2过高的采液强度为评价目前渤海湾地区不同防砂完井方式对产能的影响规律,首先排除增产措施及修井停产等复杂情况的生产井,统计了防砂后正常生产井的采液量变化,从而判断防砂管或砾石层的堵塞程度。在此特定义了采液强度与采液强度变化率两个概念,对渤海湾地区3个典型油田不同防砂方式下的产能变化进行对比。采液强度:单口油井单位储层厚度下每天的采液量。采液强度变化率:油井生产一年后的平均采液强度与油井生产前半年的平均采液强度之差除以前半年平均采液强度。如图1,依据传统Saucier设计方法,NB35-2油田砾石尺寸选择16~30目,同时还采用了小一级的20~40目砾石充填防砂,适度防砂应用挡砂精度230μm优质筛管(相当于10~20目砾石充填)、挡砂精度175μm优质筛管(相当于16~30目砾石充填)防砂。总体来看,砾石充填防砂井的采液强度远好于优质筛管防砂井。从采液强度变化率来看,砾石充填防砂井后期产能增加,优质筛管防砂井后期产能下降,说明防砂管出现堵塞。因此,NB35-2油田采用砾石充填防砂方式要好于优质筛管。SZ36-1油田以砾石充填防砂为主,后期调整井采用适度防砂技术下的优质筛管防砂方式,依据传统Saucier设计方法,砾石尺寸选择20~40目,从图2来看,采用砾石充填的防砂井产能高且后期增加,采用挡砂精度100μm优质筛管(相当于40~60目砾石充填)的井后期产能下降,总体评价SZ36-1油田砾石充填比优质筛管防砂效果好。如图3所示,依据传统Saucier设计方法,BZ34-1油田砾石尺寸选择20~40目,同时还采用了16~30目砾石充填、适度防砂技术的挡砂精度120μm独立优质筛管(相当于30~40目砾石充填)防砂。BZ34-1油田采用优质筛管防砂井的采液强度高且有上升趋势,说明随着微颗粒的产出,改善了近井地带的油藏物性,优质筛管未发生堵塞。采用砾石充填的井产能偏低且后期下降,总体来看,采用优质筛管防砂要好于砾石充填防砂。2.3优质筛管防砂由NB35-2、SZ36-1、BZ34-1油田的不同储层特性及不同防砂方式下的产能评价可知:(1)BZ34-1油田优质筛管的防砂效果要明显好于NB35-2和SZ36-1油田,原因是NB35-2和SZ36-1油田的吸水膨胀性强于BZ34-1油田,即使泥质含量达到24%也可采用独立优质筛管防砂。(2)当泥质中以蒙脱石、伊/蒙混层为主时,其吸水膨胀性强,易堵塞防砂管,应采用砾石充填防砂,可适当降一级砾石尺寸,进一步阻挡黏土及细颗粒,延长堵塞时间。当泥质中以高岭石、伊利石为主,其吸水膨胀性弱,油田含水率低、含水率上升较慢时,可采用优质筛管防砂,适当降低挡砂精度,有利于细颗粒的产出和油层物性的改善。(3)一部分生产井采用金属网布和金属棉优质筛管独立防砂。在NB35-2油田采用金属网布优质筛管的井大量出砂,其防砂范围窄,不适用于非均质性强的储层;金属棉优质筛管具有自洁功能和自修复功能,立体过流面积大,适用范围较宽,对非均质性强的储层防砂效果好。3防砂方式选择根据对渤海湾地区典型油田不同储层特性在不同防砂方式下的产能评价及大量室内不同完井方式下出砂模拟试验,结合笔者提出的防砂方式选择依据,得出该地区适度防砂技术的防砂方式选择标准。(1)Vsh<10%、UC<5时,可选用金属网布或金属棉优质筛管;Vsh<10%,5<UC<10时,选用金属棉优质筛管。(2)10%<Vsh<25%、UC<10时,黏土矿物组分中以蒙脱石为主或伊/蒙混层中以蒙脱石为主,吸水膨胀性强,选用砾石充填;黏土矿物组分中以伊利石、高岭石、绿泥石为主,吸水膨胀性弱,选用优质筛管防砂。(3)Vsh>25%、UC>10时,优质筛管易堵塞,选用砾石充填。根据上述理论,为方便技术人员在防砂方案设计中直观选择防砂方式,最终建立了适用于渤海湾地区适度防砂技术的防砂方式选择图版(图4)。针对砾石尺寸和优质筛管的精度设计,建议砾石尺寸仍沿用5~6倍地层砂粒度中值(d50),适度出砂的独立优质筛管防砂建议相当于砾石充填挡砂精度或稍放大一级,但一定要把出砂量控制在适度出砂标准0.5‰以内,可通过室内出砂模拟试验评价并进行挡砂精度的修正。4u3000泥质充填人工防砂性能试验在渤海湾地区利用图4所示图版对多个新开发油田的防砂方式进行了优选。以KL3-2油田为例,储层特性参数为:粒度中值d50为50~210μm,平均80μm;UC为2.5~10;泥质含量Vsh平均13%,泥质中黏土矿物以蒙脱石和高岭石为主,伊利石次之,吸水膨胀性强。依据图4,KL3-2油田采用砾石充填并设计砾石尺寸40~60目,同时进行了砾石充填和优质筛管防砂的室内出砂模拟试验,试验结果图5。由图5可看出,砾石充填能满足KL3-2油田配产要求;优质筛管初期能满足配产要求,但由于高泥质含量加快了优质筛管的堵塞,产量急剧下降。而砾石充填既能把出砂控制在0.5‰范围内,又提高了产能,说明砾石充填方案是合理的。5确定防砂方式选择的边界(1)适度防砂技术防砂方式选择的理论依据为均质系数、泥质含量、黏土矿物吸水膨胀性,并根据地层砂粒度中值确定挡砂精度。(2)储层中蒙脱石、伊/蒙混层和伊利石吸水膨胀极易堵塞筛管,造成产能明显下降,进一步验证了黏土矿物组分在防砂方式选择中的重要性,由此大致确定了防砂方式选择的界限。