水平井防砂网孔径的确定

水平井防砂网孔径的确定

水平井的防砂过程复杂且难以控制。例如，直接将砂渣井置于裸眼内，不仅可以防止砂渣井中的砂渣，还可以预防和控制水平井的生产能力。既然如此,就存在如何合理确定防砂管的防砂网孔径的问题。如孔径太大,则挡不住地层砂,起不到防砂作用;孔径太小,可能引起防砂网的堵塞,影响井的产能。本文通过防砂网地层砂的渗流实验来确定合理的水平井防砂网孔径。1物理实验模型的建立要确定防砂网合理的孔径,首先要确定该网的网上附加压力pf和累积出砂量A两个关键物理参数,于是,建立了如图1的物理实验模型。我们知道,随着水平井生产的进行,井筒附近有些地层砂逐渐运移汇集在防砂网周围。该流程便是模拟地层砂与防砂网相互作用的实际情况。流体的渗流顺序为:水—砂界面渗流、地层砂渗流和砂-防砂网界面渗流。1.1地层砂段压力梯度图2为实验模型中填砂管示意图。在水驱动下,填砂管中地层砂符合达西定律应用条件,故地层砂段的压力梯度λ可以表示为:λ=p2−p1L2λ=p2-p1L2式中:λ—填砂管中地层砂段的压力梯度,无单位;p1、p2—分别为填砂管两个测压点压力,MPa;L2—p1和p2两个测压点的距离,cm。防砂网上外推液体压力pl为pl=p1−(p2−p1)L1L2pl=p1-(p2-p1)L1L2式中:pl—防砂网上外推液体压力,MPa;L1—pl测压点与防砂网的距离,cm。由于pl-pf=pw式中:pw—防砂网上压力,MPa。而防砂网与大气相连,故pw=0,所以防砂网上的附加阻力pf的表达式为:pf=p1−(p2−p1)L1L2pf=p1-(p2-p1)L1L21.2地层砂砂粒累积出砂量b如图1所示流程,将水从填砂管口注入,经出口流出的是带有地层砂微粒的流体,收集其地层砂微粒,经烘干器烘干,便得到对应防砂网所流出的累积出砂量A。1.3附加压力不适宜确定防砂网合理孔径要满足两个原则:(1)要能防住砂,(2)在允许出砂量小于3.0%的情况下,网上附加压力要小,不至于堵塞筛网。那么根据这一原则,对同一种地层砂样,用不同孔径大小的防砂网分别进行实验,分别得出相应防砂网的网上附加压力pf和累积出砂量A,则pf与对应的A均最小的点即为最优防砂网的孔径。2储层条件对地层胶结情况的影响我们知道,油气井出砂与储层深度、压力、流速、地层胶结情况、压缩率和自然渗透率、流体种类和相态(油、气、水的情况)、地层性质等有直接关系。概括起来,可以从下面几方面进行模拟。2.1实验填砂管中地层砂的准备和制作从油气井出砂机理来讲,油气井出砂是由于井底附近地带的岩层结构遭受破坏引起的,主要是力学原因,而作者认为,它实际表现为井壁渗流压力梯度的变化。那么该实验填砂管中地层砂样的准备制作就显得很重要。填砂管中的地层砂是用实际地层岩心研磨出来的,在水驱动情况下来模拟实际生产井筒周围的渗流过程。为了进一步防止上滤饼对计算砂柱内的压力梯度的影响,本次实验采用砂柱内安装双测压点的,在计算中不使用上砂柱顶部的压力外推网上压力。2.2地层束缚水模型的建立我们知道,地层砂分为骨架砂和填隙物。为了使其接近地层的原始状态,防止粗砂和细砂的分异,采用湿装法,并用特制搅拌机搅拌,这样便建立起地层束缚水模型。同时为了防止蒸馏水质中的微粒对测试的影响,对水进行微粒过滤处理。3现场应用3.1岩样基础数据现以番禺30-1气田岩样S-1为例,岩样基础数据见表1。实验采用防砂网片孔径分别为50μm、100μm、150μm、250μm和300μm。3.2网孔附加压力图3为不同孔径的防砂网上附加压力随时间变化图,它们整体变化趋势为:开始随着时间变化很大,然后逐渐趋于平缓。50μm、100μm和150μm网孔的网上附加压力为正值,原因是这三种防砂网孔径均小于地层砂粒度中值247.73μm,导致一定程度阻塞,使网上附加压力为正;而250μm和300μm孔径的网上附加压力均为负值,而且不再增长,原因是当地层砂中的小颗粒随水流出后,大颗粒砂形成砂骨架,使得砂粒与砂粒之间的孔隙变大,所以地层砂的流动阻力变小,网上附加压力也就变成负值。从图4可以看出,五种不同孔径出砂规律基本相同,开始出砂量比较大,然后趋于平稳。50μm和300μm防砂网的累积出砂量分别最少和最多,其它孔径的防砂网的累积出砂量基本相同。因为该样品中泥质含量较多,而使得50μm网孔被较早堵塞,而300μm网孔只被一些少量粒径较大的砂粒堵塞,使得该网的累积出砂量最大。总的来讲(见图5),从出砂量看,300μm防砂网累积出砂量增幅明显增大,且经过计算,它的累积出砂量已经超过出砂极限3.0%;从网上附加压力看,250μm和300μm孔径防砂网附加压力最小。综合应该考虑,选250μm定为该岩样所在地层合理的防砂网孔径。4地层砂孔径比pf对pf砂细(1)在确定网上附加压力pf时,要对原始实验数据进行“归一化”处理。pf应该是附加压力趋于平稳的起始点。pf不一定和网孔孔径成正比,因为防砂网有时会因为地层砂的矿物质含量