筛网式滤砂管挡砂效果室内试验

施 进， 李 鹏， 贾江鸿

(1.中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司 山东东营 257064；2.中国石化胜利油田分公司采油工艺研究院，山东东营 257000；3.中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营 257017)

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筛网式滤砂管挡砂效果室内试验

施 进1， 李 鹏2， 贾江鸿3

(1.中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司 山东东营 257064；2.中国石化胜利油田分公司采油工艺研究院，山东东营 257000；3.中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营 257017)

为了提高筛网式滤砂管防砂效果，研究如何优选挡砂层(密纹网)提高防砂效果。采用多点测压岩心流动出砂试验装置，系统研究了筛网式滤砂管挡砂层(密纹网)层数、排列角度、放置顺序以及地层砂非均质性、细粉砂(粒径小于0.05 mm)质量分数等对挡砂精度和防砂效果的影响。研究结果表明，均质性地层砂密纹网挡砂精度ω≤0.8d50、非均质性地层砂密纹网的挡砂精度ω≤0.65d50时，采出液中的含砂量小于0.03％。通过对影响筛网式滤砂管挡砂精度的技术参数评价与优化，为提高疏松砂岩油藏筛网式滤砂管的防砂效果提供了理论依据。

筛网式滤砂管 密纹网 挡砂精度 影响因素 实验室试验

近年来，随着水平井裸眼筛管顶部注水泥防砂完井技术的大规模应用，筛网式滤砂管应用越来越多[1-2]。国内学者进行了很多防砂效果评价试验，如王晓彬等人[3]进行了水平井防砂筛管评价试验，证实了各类型筛管在不同分选性储层的适应性；朱春明等人[4]建立了大型出砂模拟试验装置，形成了一种防砂筛管性能的评价方法。然而，前人的研究中，对筛网式滤砂管挡砂层(密纹网)的挡砂精度一般都是依据粒度中值进行选择，对影响挡砂精度的地层砂非均质性、细粉砂含量及油井采液强度没有进行相关系统研究[5-8]。因此，笔者对筛网式滤砂管挡砂层层数、排列角度和放置顺序以及地层砂非均质性、细砂含量等对挡砂精度和防砂效果影响进行了系统的试验研究。

1 试验仪器及方法

挡砂精度优化试验装置，主要包括动力系统平流泵、数据采集系统、多点测压长岩心填砂管和沉砂罐等，如图1所示。

图1 挡砂精度优化试验系统Fig.1 Test system of sand control accuracy optimization

主要试验仪器和材料包括：LDY-Ⅱ 岩心流动试验仪，OY-HS94500Z 全自动含砂仪，SFY-D 型音波振动式筛分粒度仪，M-2000 马尔文激光粒度仪，不同精度密纹网、地层砂、充填砾石以及模拟地层流体(如盐水、聚合物、稠油等)，振筛机，填砂管拆卸工具等。

采用建立的防砂精度优化试验系统，在长填砂筒中装填不同粒径的地层砂或砾石，在沉砂器中放置不同筛管小样，将油井日产液量和采液强度折算成驱替泵的排量进行试验，并利用数据采集系统采集不同排量时的流量、渗透率、压差等数据。对采出液中的砂粒含量、砂粒粒径(粒度中值、最大粒径等)进行分析研究，确定各影响因素对筛网式滤砂管挡砂精度的影响程度、挡砂精度的选择依据。

2 试验结果分析

2.1 筛网式滤砂管挡砂层对挡砂精度的影响

2.1.1 密纹网层数

选用0.10 mm(80目×400目)、0.15 mm(50目×270目)、0.20 mm(40目×200目)的密纹网，进行同精度密纹网层数对渗透率和出口液体中含砂量的影响试验，结果如图2所示。

图2 同精度密纹网层数对防砂效果影响Fig.2 Effect of number of mesh layers with same accuracy on sand control effect

从图2可知，相对单层密纹网，2层、3层和4层密纹网采出液中含砂量分别减少了7.03％，13.40％和23.50％，而渗透率降低不超过5％。

2.1.2 同精度密纹网排列角度

选用0.15 mm(50目×270目)密纹网，进行多层密纹网最佳排列角度出砂驱替试验，2层密纹网的放置角度为0°+0°、0°+45°、0°+90°，3层放置角度0°+0°+0°、0°+45°+90°、0°+60°+120°，4层放置角度为0°+0°+0°+0°、0°+45°+90°+135°。

图3为同精度3层密纹网排列角度对防砂效果的影响。从图3可知，3层密纹网以0°+60°+120°角度排列最佳，相对3层密纹网以0°排列，含砂量减小50％，而渗透率减小幅度小于10％。

图3 同精度3层密纹网排列角度对防砂效果的影响Fig.3 Effect of arrangement angle of three layers of same accuracy fine mesh on sand control

图4为不同精度密纹网以最佳排列角度放置时，对渗透率和含砂量的影响结果分析。由图4可知，不同层数密纹网以最佳排列方式放置时，渗透率的减小幅度都很小，但含砂量大幅减小，表明层数增加防砂效果变好。实际应用时，应根据含砂量的具体要求选用不同层数的密纹网加工制作筛网式滤砂管。

图4 同精度多层密纹网最佳排列方式对防砂效果的影响Fig.4 Effect of optimal arrangement angle of multiple same accuracy layers of fine mesh on sand control

2.1.3 不同精度密纹网放置顺序

选用0.15 mm(50目×270目)和0.20 mm(40目×200目)2种不同精度的密纹网，进行2层、3层和4层在基管外的放置顺序(高精度密纹网紧贴基管还是远离基管)试验，图5为2层密纹网放置顺序试验结果。

图5 不同精度2层密纹网放置顺序对防砂效果影响Fig.5 Effect of arrangement order of two layers of different accuracy fine mesh on sand control

试验表明，内层选用低精度密纹网、外层选用高精度密纹网时，内层密纹网及支撑网内基本没有砂粒滞留，外层高精度密纹网上有砂粒滞留；外层选用低精度密纹网、而内层选用高精度密纹网时，内层和外层密纹网上均有微量砂粒滞留。因此，对不同精度密纹网，内层(紧贴基管层)选用低精度密纹网、外层选用高精度密纹网，相对内层高精度密纹网、外层低精度密纹网，驱替压差减小4.64％、渗透率增加15.40％(见图5)，而采出液中含砂量未见明显增加，防砂效果较好。

2.2 地层砂粒度特征对挡砂精度的影响

2.2.1 地层砂粒度中值

密纹网精度固定为0.15 mm(50目×270目)，进行驱替出砂试验，研究不同粒度中值、不同防砂精度对渗透率、出砂量及流出砂最大粒径的影响，结果如图6所示。

图6 地层砂粒度中值对挡砂精度和防砂效果的影响Fig.6 Effect of median grain diameter on sand control accuracy and effect

由图6可知，砂样粒度中值增大，渗透率增大，而采出砂最大粒径基本无变化，如要使含砂量小于0.03％，选用0.15 mm精度的密纹网，只能挡住d50大于0.19 mm以上的砂样。采用ω表示筛网式滤砂管挡砂层(密纹网)精度，ω数值越小表示挡砂精度越高，也就是ω≤0.789 5d50。表示对中值为0.19 mm的地层砂，密纹网精度ω不大于0.15 mm时，采出液中的砂粒含量小于0.03％，才能有效防砂。

2.2.2 地层砂非均质性

地层砂分为均匀砂(非均匀系数≤3)、不均匀砂(非均匀系数为3～5)、极不均匀砂(非均匀系数>5)[9-13]，改变粒度中值d50，研究了地层砂非均质性对挡砂精度的影响，结果如图7所示。

影响均匀地层砂渗透率的主要因素是中值，影响不均匀地层砂渗透率的主要因素是非均匀系数[14-16]。从图7可知，粒度中值一定时，非均质系数增大，含砂量也相应增大，要使含砂量小于0.03％，均质地层砂挡砂精度须满足ω≤0.8d50，非均质砂挡砂精度须满足ω≤0.65d50。渗透率与粒度中值和非均匀系数的关系如下[17-19]：

图7 地层砂非均质性与防砂精度和防砂效果关系Fig.7 Relationship of sand heterogeneity with sand control accuracy and sand control effect

0.018d50-1.72

(1)

其中

Cu=d90/d40

(2)

式中：K为地层砂渗透率，D；Cu为非均匀系数；d50为粒度中值，μm；d40为累计质量分数为40％的颗粒直径，μm；d90为累计质量分数为90％的颗粒直径，μm。

一般Cu值大于1，Cu值越接近1，表明岩石的粒度组成越均匀，Cu≤3可视为地层砂较均匀，Cu=3～5为不均匀地层砂，Cu>5为极不均匀砂。

2.2.3 地层砂中细粉砂质量分数

固定地层砂粒度中值(粒度中值0.2 mm)，非均匀系数固定在某一范围内，改变粒径中值小于0.05 mm细粉砂的质量分数，试验得到了地层砂渗透率与小于0.05 mm颗粒的质量分数关系，结果如图8所示。

图8 细粉砂含量对渗透率的影响Fig.8 Effect of fine silt content on permeability

由图8可知，当细粉砂的质量分数从6％增大到12％时，均质砂(Cu≤3)的渗透率减小了47.93％，含砂量增加了32.72％，非均质砂(Cu>5)的渗透率减小了56.88％，含砂量增加了38.65％。所以，进行挡砂精度选择时，地层砂中细粉砂的质量分数大于5％时，选择筛网式滤砂管挡砂精度ω≤0.65d50。

3 结 论

1)不同精度多层密纹网组合方式对防砂效果影响较大，相比内层采用高精度、外层采用低精度密纹网的方式，内层选用低精度密纹网、外层用高精度密纹网时挡砂精度明显提高，渗透率明显增加，防砂效果更好。

2)均质性地层砂筛网式滤砂管挡砂精度ω≤0.8d50、非均质性地层砂筛网式滤砂管的挡砂精度ω≤0.65d50时，含砂量小于0.03％；地层砂中细粉砂含量大于5％时，推荐参考非均质砂的挡砂精度ω≤0.65d50来确定筛网式滤砂管挡砂精度。

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LaboratoryTestingofSandControlEffectforMeshTypeScreen

ShiJin1,LiPeng2,JiaJianghong3

(1.DrillingEngineeringTechnologyCompany,SinopecShengliOilfieldServiceCorporation,Dongying，Shandong，257064，China；2.OilProductionTechnologyResearchInsitute,ShengliOilfieldCompany,Dongying，Shandong，257000，China;3.InstituteofDrillingTechnology,SinopecShengliOilfieldServiceCorporation,Dongying，Shandong，257017，China)

To improve the effect of sand control of mesh type screen,the way to select sand blocking layer (fine mesh)was studied.Core sand flow test device with multi-point pressure measurement was established,and the effect of layer number,arrangement angle,setting order,sand heterogeneity and fine silt (particle size less than 0.05 mm)mass fraction on sand blocking accuracy and sand control results were studied systematically.The results showed that,when the fine mesh sand control precision wasω≤ 0.8d50in homogeneous sand andω≤ 0.65d50in heterogeneous sand,the sand content in produced liquid was less than the industrial standard of 0.03％.The evaluation and optimization of technical parameters affecting sand control accuracy of the mesh type screen provided theoretical basis for improving sand control of mesh type screen.

mesh type screen；fine mesh；sand control accuracy；influencing factor；laboratory testing

2013-01-20；改回日期2013-05-20。

施进(1963—)，男，浙江余姚人，1985年毕业于华东石油学院钻井工程专业，高级工程师，主要从事石油工程管理及研究工作。

联系方式：13605466617，shijin.slyt@sinopec.com。

10.3969/j.issn.1001-0890.2013.03.020

TE35

A

1001-0890(2013)03-0104-05

[编辑 滕春鸣]