Haute Mer A区块深水稠油油田防砂挡砂精度研究

刘理明 熊友明 张俊斌 刘正礼 王跃曾 马 帅

（1.西南石油大学石油工程学院，四川成都 610500；2.中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518067）

Haute Mer A区块深水稠油油田防砂挡砂精度研究

刘理明1熊友明1张俊斌2刘正礼2王跃曾2马 帅1

（1.西南石油大学石油工程学院，四川成都 610500；2.中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518067）

中海油刚果（布）Haute Mer A区块为深水出砂稠油油藏，根据常规的挡砂精度设计准则采用砾石充填防砂后出油困难。为了确定合理的挡砂精度，提出了海上稠油防砂不同设计原则下的最大含砂浓度标准，并通过砾石充填出砂模拟实验，采用“三曲线分析方法”，获得了不同于常规的防砂设计准则。该分析方法同时考虑了砾石充填层的相对渗透率、剩余渗透率及含砂浓度标准。实验结果表明，充填层砾石粒度中值为地层砂粒度中值8～9倍时充填层渗透性最好；采用该设计准则确定的防砂挡砂精度油井产能提高了3倍多，解决了该区块防砂后出油困难的问题，为该类稠油出砂油藏挡砂精度设计提供了新的思路。

稠油油藏；砾石充填防砂；适度出砂；挡砂精度

海上油田多为埋藏较浅的疏松砂岩稠油油田，开采过程中普遍面临出砂问题。由于海上油气开采的高投入、高风险的特点，传统的防砂设计是基于常规防砂设计原则进行的，在能保证完全防砂的基础上，尽可能实现高产。目前国外的挡砂精度设计方法主要有 Saucier［1-2］、Tiffen［3］和 Johnson［4］方法，其中Saucier是国内油田防砂设计最常用的一种方法。Saucier法主要考虑粒度中值，Tiffen法考虑均匀系数UC（d40/d90）、分选系数SC（d10/d95）、细颗粒含量（＜44 μm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。近年来，为了挖掘稠油油藏潜能，提出了适度防砂［5］，但大多数学者主要对适度防砂对储层物性参数影响进行了分析［5-11］，很少涉及适度防砂对具体完井的挡砂精度的设计的研究。熊友明［12］曾针对海上气田提出精细防砂高级优质筛管的挡砂精度，认为气田挡砂精度应当比传统原则更加精细，对于海上高产气田推荐D50=（4～4.5）d50的设计原则，生产结果表明所设计的挡砂精度既保证了高产，又保证了油管不被地层砂冲蚀损坏，说明由于生产目的和要求不同，不是所有的防砂挡砂精度按照统一的设计准则来设计都是合适的。

Haute Mer A区块是刚果的一个深水稠油出砂油藏，原油地下黏度高达1 400 mPa·s，法国道达尔公司已钻探LIBM-1井在第三系中新统上部钻遇总厚达60多米的气砂层和油砂层。该探井采用Saucier设计准则确定砾石尺寸（挡砂精度），绕丝筛管防砂后测试的表皮系数高达23.5，防砂完井后对地层造成严重污染，表明Saucier方法设计的挡砂精度过小，从而造成了地层的严重污染。稠油油田由于地层原油的高黏度和重质成分的沉积很容易造成砾石层和高级优质筛管的堵塞，按照传统设计方法设计的挡砂精度试油结果非常差。因此设计保证稠油油藏的有效防砂同时又能确保获得高产的合理挡砂精度尤为关键。为此笔者首先建立了海上稠油油藏的不同防砂设计原则的含砂浓度标准；根据含砂浓度标准，通过室内出砂模拟实验并采用笔者提出的“三曲线分析方法”确定了该油藏的挡砂精度。文中挡砂精度的确定方法为该类出砂稠油油藏的挡砂精度设计提供了新的思路。

1 海上稠油油藏的防砂设计原则

防砂的有效性取决于不同的防砂理念，笔者对照陆上油田油井防砂效果评价指标（SY/T 5183—2000）、海洋环境保护法规和生产管理模式，提出了如表1的挡砂精度设计理念，确定了不同的防砂理念下的允许的最大出砂含砂浓度。

常规防砂 携砂原油在平台上油水分离后不通过过滤的方式去除地层砂，而是直接进入海底管道，产液含砂量必须达到原油外输固相含量标准0.03 （3）适度防砂 产出原油在平台上油水分离后，通过过滤的方式去除多余的地层砂，使之达到国家原油外输标准。多余的地层砂堆放在平台上，周期性地运送到陆地处理0.05 （5）宽松防砂 产出原油在平台上油水分离后不需要过滤地层砂直接用油轮运送到陆地，到陆地再处理沉积下来的砂0.08 （8）

2 砾石充填出砂模拟实验

相比直接根据经验公式获取的挡砂精度，出砂模拟实验获取的挡砂精度反映了筛管结构的差异、黏土矿物成分及含量、地层砂的分选性及均匀性对防砂效果的影响。

2.1 目的层地层砂粒度分析

目前，国内外均按地层砂的粒度大小进行分级：粒径≤0.1 mm 为特细砂或粉砂，粒径 0.1～0.25 mm为细砂，粒径 0.25～0.5 mm 为中砂，粒径 0.5～1.0 mm为粗砂，粒径≥1.0 mm 为特粗砂。目的层地层砂分析结果见表2。到该油层的实际岩心，笔者根据法国埃尔夫石油对Haute Mer A区块地层砂粒度分析结果，选择地层砂粒度配比关系及主要成分相同的SZ36-1油田地层砂进行适度出砂模拟。

表2 Haute Mer A区块地层砂粒度分析结果

2.2 实验流程

实验流程如图1所示，岩心填砂管内径为50.8 mm，地层砂充填段长度为100 mm，砾石充填段长度为25 mm。砾石压实于岩心填砂管中，地层砂基本处于松散充填。

实验中的砾石采用陶粒，筛网根据对应的砾石目数按照行业标准选取。

适度出砂砾石充填挡砂实验步骤如下：

（1）将砾石、地层砂分别充填于岩心填砂管中；

（2）按照图1连接实验装置，恒温箱保持在56 ℃（油层温度）；

（3）将原油以1.826 cm3/s（井筒周围渗流速度）的恒定速度泵入岩心填砂管，同时测量砾石层两端的压力及通过砾石层的流体的流量、总出砂量；

（4）根据测定数据反推砾石层渗透率。

3 挡砂精度的确定

对实验所获得的数据进行有效分析，是获得合理的挡砂精度的关键一步。根据实验获取的数据绘制3条分析曲线：（1）砾石充填层相对渗透率（剩余渗透率/原始渗透率）与D50/d50之间的关系曲线（图2）； （2）砾石充填层的剩余渗透率与D50/d50之间的关系曲线（图3）；（3）产出液的含砂浓度与D50/d50之间的关系曲线（图4）。通过3条曲线综合确定挡砂精度的方法笔者称之为“三曲线分析方法”。

图2 砾石充填层相对渗透率（剩余渗透率/原始渗透率）随D50/d50的变化

图3 砾石充填层剩余渗透率随D50/d50的变化

图4 产出液的含砂浓度随D50/d50的变化

对以上3条曲线进行综合分析，可以得到以下结论：

（1）考虑常规防砂，根据表1中的最高0.03%含砂量浓度标准，以D50=（5～6）d50设计的挡砂精度最为合理，与Saucier公式一致，此时尽管相对渗透率很高，但剩余渗透率很低；

（2）考虑适度防砂，根据表1中的0.05%含砂量浓度标准，以D50=（8～9）d50设计挡砂最为合理。此时，砾石层的剩余渗透率最高，有利于提高产量；

（3）考虑宽松防砂，根据表1中的0.08%含砂量浓度标准，以D50=（10～14）d50设计挡砂精度最为合理，尽管出砂量满足小于8×10-4t/m3，但是砾石充填层的渗透率很低，不利于提高产量。

（4）当D50大于14倍d50以后，尽管砾石充填层的渗透率能够达到很高，但出砂量高于8 t/万m3的要求，已经不能起到有效防砂的作用。

综上分析，得出最适合Haute Mer A区块的防砂精度为D50=（8～9）d50。

4 适度防砂现场应用效果分析

采用D50=（8～9）d50原则设计砾石尺寸对LIBM-2和LIBM-3两口探井进行了管内砾石充填完井及试油，并对适度防砂设计方法与道达尔公司采用Saucier设计方法的现场试油效果进行了对比，对比结果见表3。从表3可以看出：与传统Saucier设计方法相比，采用D50=（8～9）d50设计的砾石尺寸可提产3倍，出砂量增加不到1倍，且含砂浓度小于0.08%，满足海上油田适度防砂要求。生产稳定后，出砂量将更少，说明对于该区块，采用本文方法确定的防砂挡砂精度设计原则是合理的。

表3 适度防砂与 Saucier 方法对比结果

5 结论与建议

（1）建立了不同防砂设计理念下的产出液的含砂浓度标准，为防砂设计提供了依据。

（2）提出了确定挡砂精度的“三曲线分析方法”，根据砾石充填层的相对渗透率、剩余渗透率及产出液的含砂浓度综合来确定防砂挡砂精度，保证在满足含砂量要求的前提下，尽可能实现高产。

（3）现场试油结果表明，通过出砂模拟实验获取的适度防砂设计准则设计的挡砂精度能大大提高油井的产能，同时满足适度防砂生产要求，由此证明本文提出的挡砂精度确定方法是合理且有效的。

（4）对于稠油出砂地层，为了提高产能，可以适当放宽挡砂精度，但挡砂精度应由室内出砂模拟实验来确定，D50=（8～9）d50公式只针对于 Haute Mer A区块，不具有普遍有效性。

［1］SAUCIER R J. Considerations in gravel pack design［R］.SPE 4030, 1974.

［2］SAUCIER R J. Considerations in gravel pack design［R］.SPE Reprint No. 43, 1996．

［3］TIFFIN C L, KINGGE，LARESERE, et al. New criteria for gravel and screen selection for sand control［J］．SPE 39437, 1998．

［4］GILLESPIE G, DEEM C K, MALBREL C.Screen selection for sand control based on laboratory tests［R］.SPE 64398, 2000．

［5］周守为. 海上稠油高效开发新模式研究及应用［J］．西南石油大学学报：自然科学版，2007，29（5）：1-4.

［6］王春华，唐洪明， 田刚，等. 渤海稠油油藏适度出砂对储层物性影响的室内研究［J］. 新疆石油天然气， 2007，3（2）： 7-30.

［7］邢洪宪， 李斌， 韦龙贵，等 . 适度防砂完井技术在渤海油田的应用［J］. 石油钻探技术， 2009， 37（1）： 83-86.

［8］田红， 邓金根， 孟艳山，等 . 渤海稠油油藏出砂规律室内模拟实验研究［J］.石油学报， 2005， 26（4）： 85-92.

［9］邓金根，李萍，王利华，等.渤海湾地区适度防砂技术防砂方式优选［J］.石油钻采工艺，2011，33（1）：98-101.

［10］王治中，邓金根，田红，等. 弱胶结砂岩油藏出砂量预测技术研究进展［J］.石油钻采工艺，2005，27（6）：70-75.

［11］唐洪明， 王春华， 白蓉，等. 适度出砂对储层物性影响的室内评价方法研究［J］.西南石油大学学报：自然科学版， 2008， 30（2）： 94-96.

［12］熊友明， 张伟国， 罗俊丰，等 . 番禺 30-1 气田水平井精细防砂研究与实践［J］. 石油钻采工艺， 2011， 33（4）：34-37.

（修改稿收到日期 2013-04-15）

Research on precision accuracy of sand control for deep-water heavy oil fi eld in Haute Mer A Block

LIU Liming1, XIONG Youming1, ZHANG Junbin2, LIU Zhengli2, WANG Yuezeng2, MA Shuai1

（1. School of Petroleum Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu610500,China;2. CNOOC Shenzhen Branch,Shenzhen518067,China）

Haute Mer A block is a sanding deep-water heavy oil reservoir in Congo sea, it had a low productivity after being applied to gravel pack technique which followed the conventional accuracy of sand control principle. In order to obtain a reasonable accuracy of sand control, the maximum sand concentration was proposed based on different design principles of offshore heavy oil fi eld, and an unconventional design rule was developed according to a gravel pack experiment and “analytical method by three curves”. The relative permeability, residual permeability and sand concentration could be considered by this method. Results show that the permeability reached the peak when the ratio of pack median grain size to formation median grain size varied within the range of 8 to 9, and accuracy of sand control designed by this new standard come to a higher productivity index 4 times than those designed by Saucier’s method. The problem of low oil production after sand control in Haute Mer A block had been resolved, and this may provide a new ideas for the design of sand control accuracy in heavy oil fi eld.

heavy oil reservoir; gravel pack sand control; reasonable sand production; accuracy of sand control

刘理明，熊友明， 张俊斌，等. Haute Mer A区块深水稠油油田防砂挡砂精度研究［J］. 石油钻采工艺，2013，35（3）：94-97.

TE358.1

A

1000 – 7393（ 2013 ） 03 – 0094 – 04

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”子课题“深水钻完井工程技术”（编号：2011ZX05026-001-04）部分内容。

刘理明，1983年生。西南石油大学在读博士研究生，主要从事井筒流动控制、防砂完井优化设计等方向的研究。E-mail：liuliming_swpu@163.com。

〔编辑

朱 伟〕