预充填防砂筛管在海上砂岩油藏适应性评价

文 敏，邓福成，刘书杰，曹砚峰（．中海油研究总院，北京0008；．长江大学，湖北　荆州43403）

预充填防砂筛管在海上砂岩油藏适应性评价

文 敏1，邓福成2，刘书杰1，曹砚峰1
（1．中海油研究总院，北京100028；2．长江大学，湖北荆州434023）

我国海上油田使用独立优质筛管或者放大筛管挡砂粒径来提高产量，该措施有时会引起油井出砂不可控。设计了以砾石层为主要防砂介质的预充填防砂筛管，基于海上某油田地层特性的统计结果进行了防砂试验，结果表明：米采指数与泥质含量及含砂量成反比关系，泥质含量在5%～10%时对筛管的堵塞影响较大，且米采指数前者是后者的2．5倍；调节生产压差仅在短时间内有助于提高产量，对长效增产意义不大。对比预充填筛管与现场常用独立优质筛管的防砂效果，发现前者对海上地层适应性范围更广，更能满足油井防砂要求。

预充填筛管；海上油田；地层适应性；防砂

据统计，大多数防砂井采用的是机械防砂。目前最常见的机械防砂方式有：割缝筛管、绕丝筛管、砾石充填、优质筛管等［1-2］。预充填防砂筛管在现场应用的较少［3-4］。对于我国海上砂岩油藏，在开采初期对不同岩石特性和储层特性的研究不够，为了配合适度出砂技术使产量最大化，而盲目的使用独立筛管或者是放大筛管挡砂精度，这样使得很多油气井出砂严重，引起大面积井下设备磨蚀、套管损坏、减产或者停产，甚至油井报废等事故的发生。本文基于现有常用防砂筛管，主要结合绕丝筛管和网布筛管的特点，设计了砾石预充填防砂筛管，并利用防砂管效果评价试验方法进行了预充填防砂筛管对南海西部地层的适应性研究，主要从泥质含量、地层的油砂比及配产的生产压差这3项主要影响因素进行了分析。

1 预充填防砂管特征描述及评价原则

预充填筛管分为外保护层、充填过滤层和基管3个部分。由于绕丝管、金属网布和割缝管对泥质敏感性较弱，适合与预充填的砾石配合使用，特别是绕丝管和割缝管对泥质敏感性最弱，同时从成本上考虑，割缝管和绕丝管成本较低。所以，本文在设计外保护层时选用梯形口绕丝模型，缝宽为a＝0．3mm，每根绕丝利用金属连接条形焊接成一个绕丝整体。在筛管基管选择上采用网布形式，基管上布满过流孔，基管外侧选用缝宽0．3mm的单层金属网布层，防止充填的砾石颗粒在一定压力下从筛管中脱落出来。考虑防砂管重力对作业施工的影响，选用材质更好、更具弹性且质量较轻的不锈钢板作为防砂管最外层的绕丝保护层和内层基管，其上设有方便地层流体流动的导流孔。本文中设计的预充填防砂筛管其基管直径为127mm（5英寸），充填厚度为20mm，填充砾石的尺寸为20～40目，筛管长度35 cm，其原理图及实物图如图1所示。该预充填防砂管防砂利用紧压砾石层进行防砂，借鉴于砾石充填的挡砂效果明显优于其他类型的机械防砂管，且具有很强的地层适应性，耐高温，耐酸碱。本文利用室内试验研究了预充填防砂筛管对地层的适应性。

图1 预充填防砂管示意

笔者利用中国石油大学（北京）的油井防砂模拟试验装置［5，6］完成了一系列预充填防砂筛管比较评价试验。在此所用到的出砂量是每次试验收集到的产出砂结合产液量计算而得，产量可用米采液指数来衡量［7］，如式（1）。式中：J为米采液指数，m3／（m·d·m Pa）；Q为流量，m3／d；h为防砂管有效过流长度，m；pe为储层压力，m Pa；pwf为井底压力，m Pa。

2 试验准备

弱固结砂岩在中国的浅海海域有着广泛的分布，对于弱固结砂岩储层的防砂方式的选择涉及到众多因素，受到粒度中值、均质系数、泥质含量等多种因素影响，对地层特性也同样涉及到泥质含量、产液量中的油砂比等。本文在对海上某油田地层特性统计的基础上，对预充填筛管的适应性进行了比较研究，其统计数据如1所示。

表1 海上油田储层特性统计数据

从表1可以看出，海上油田的储层特性为：粒度中值90%集中在100～250μm；均质系数80%集中在3～10，均质性较好；泥质含量90%集中在1%～20%，基本上以蒙脱石和伊利石为主。在试验配砂时，首先用激光粒度分析仪测定中砂（80～120目）和细砂（160～200目）的粒径，并按照试验要求进行配砂，相对于粒度中值为150μm，选取的配砂比为中砂与细砂比为3∶4，并根据质量比来建立泥质含量以及油砂比的质量分数，试验中所用油品黏度为50mPa·s，密度为0．9 g／cm3。

3 不同泥质含量对比研究

由于泥质含量容易堵塞筛管的孔喉直径，降低生产后期油井产量，所以在防砂设计中，泥质含量对防砂方式的选取具有重要意义。参考表1数据，在试验中把泥质含量分为5%、10%及20%3种不同的条件进行分析，同时考虑到地层的泥质极限。当储层泥质含量很高时，在生产的过程中假设出砂全为泥质，为此在试验过程中，考虑泥质极限情况，即相对应试验配砂全为泥质。在试验中考虑了泥质与产液量的相对含量为2%情况下的预充填防砂筛管的堵塞性能。为此，分别针对5种不同泥质含量分别进行预充填型筛管防砂性能的影响评价对比试验，其相应的试验条件如表2所示。

表2 不同泥质含量对比试验的试验条件　%

通过建立不同泥质含量下的防砂试验模拟条件，对每组试验测试防砂管的流量、出砂量等随时间的变化规律，并对产出砂进行粒度测试，其试验结果如图2～3及表3所示。

表3 不同泥质含量下防砂管模拟试验结果

图2 不同泥质含量下流量对比

图3 不同泥质含量下出砂量对比

由图2可以看出，在生产初期，筛管流量都很高，随着生产的进一步进行，同时防砂管堵塞，流量下降的很快，最后生产的产液量达到一个稳定状态。5种泥质含量下预充填筛管模拟试验米采指数随生产液中的泥质含量的升高而降低。从图示2还可以看出，在筛管模拟初期，4者的初始米采基本相同，随着模拟试验的进行，泥质含量越高筛管堵塞的越快，且稳定的越快，当泥质含量小于5%时，生产稳定后筛管的米采指数相近。同时，泥质含量大于10%时，稳定后的米采指数相近，说明泥质含量在5%～10%对筛管的堵塞影响较大，同时也可以明显看出两者之间前者的米采指数是后者的2．5倍。对于泥质含量总量为4%，主要是在泥质含量2%试验稳定后，加倍添加粘土来增加泥质含量。从试验结果看出，试验流量随着粘土的加入逐渐降低，但下降梯度不大，随着试验的进行，其流量趋于稳定。从产出粒径分析，在没有泥质含量的情况下，试验的出砂粒径大，说明地层砂在泥质的影响情况下，无论多少都会在筛管外壁形成泥饼，从而建立起防砂管外的新的挡砂屏障。由图3可以看出，4者稳定后，油中的含砂量随着泥质含量的增加而降低，采出液的含砂量都不高，远低于海上油田防砂标准的门限值。

考虑到20～40目砾石的孔喉直径为139．6mm，在相同的试验条件下，同时利用经验法（0．8～1．0d50）［8-11］确定海上油气田常用的相同防砂精度（150μm）下的独立优质筛管进行试验，表4为不同泥质含量下独立优质筛管试验的测试数据。

表4 不同泥质含量下独立优质筛管试验的测试数据

图4是优质筛管与预充填筛管稳定后米采指数比较图，可知在相同的地层条件下，预充填筛管稳定后的米采指数较独立优质筛管有很大的提高，其升高幅值在34%以上，同时预充填筛管的油中含砂量在0．01‰以下，基本上是独立优质筛管防砂油中含砂量的20%以下，特别是当产出液中的泥质含量增高的情况下，产液强度提升效果更明显，在泥质含量20%时，其产液量提升了将近64．2%，这说明预充填防砂筛管不同泥质含量条件下具有更好的地层适应性，其兼容了砾石充填防砂对泥质敏感弱的优点。

图4 不同泥质含量下优质筛管与预充填筛管稳定后米采指数比较

4 不同含砂量对比研究

考虑到南海西部油田不同的地层条件，其岩石的孔隙度及渗透率不一样，则在生产过程中，各油井的产量不尽相同，生产设计针对地层的相对物性建立对应的生产制度，这样会引起生产过程中油层生产液中的含砂量不一样，现根据南海西部地层出砂特性，建立了3种油砂比，分别进行3组不同油砂比（3%、6%、9%）下砾石预充填型筛管防砂性能的影响评价试验，如图5所示，试验中泥质含量为10%。

图5 不同油砂比下流量对比

从图5可以看出，在相同的生产压力初期，防砂管的过流流量都很高，随着生产的进一步进行，流量逐渐降低并稳定。随着地层产出液中含砂量的增加，预充填防砂筛管的米采指数下降，当地层强度越低，则在生产过程中，出砂可能性越大，同时出砂量越大，这样对筛管的堵塞越严重。储层在生产过程中，地层的出砂量对生产产量影响很大，当防砂管外环空流体的含砂量小于3%时，其对筛管的堵塞作用相对较小，含砂量增加对米采指数的影响很大，但在含砂量达到6%以后，其增加的幅度明显减小，如图6。

图6 不同油砂比下出砂量对比

在相同的试验条件下，选用海上油田最常用的150μm独立优质筛管进行试验，表5为不同油砂比下独立优质筛管试验的测试数据。

表5 不同油砂比下独立优质筛管试验的测试数据

图7是优质筛管与预充填筛管稳定后米采指数比较图，由图示可知，在相同的地层条件下，预充填筛管稳定后的油中含砂量在0．03‰以下，基本上是独立优质筛管防砂油中含砂量的10%以下，同时米采指数提高了19．6%～54．6%，这说明预充填防砂筛管在不同地层产出砂量的条件下具有更好的地层适应性。

图7 不同油砂比下优质筛管与预充填筛管稳定后米采指数比较

5 不同生产压差对比研究

对于不同的油井，生产压差是配产中的重要参数，生产压差的确定，即在一定程度上确定了油井的生产产量及油井生产过程中的出砂情况。在疏松砂岩或者弱胶结砂岩油藏中，生产井采用了不同的机械完井筛管，其同样对产量有很大的影响。在试验过程中，当试验流量稳定0．5 h后，提高驱动压差，进行下一个压力的试验，图8～9是预充填防砂筛管在不同驱动生产压差下的试验结果。

图8 预充填防砂筛管不同试验压力与流量原始数据

图9 预充填防砂筛管不同试验压力的米采指数与出砂量曲线

由图8～9可知，在试验过程中，随着生产压差的增加，防砂后的产液流量会随着压力有个阶梯性增大，并随着试验的进行逐渐稳定，但是相对应的米采指数随着提升压力的瞬间有个很大的波动，而后继续趋于稳定，同时在压力增大的瞬间，出砂量增大，说明提升压力的同时打破了原有防砂管外砂桥的平衡，有部分砂粒通过防砂管随白油产出，随着压力的稳定，在防砂管外重新建立新的砂桥，平衡砂粒分布。防砂管外的重新架桥说明试验过程中出现了防砂解堵现象，更加印证了预充填型筛管在使用过程中不容易堵塞。表6为不同生产压差下的独立优质筛管防砂试验的测试数据，分别测试了生产压差在1、2、3mPa时防砂管的性能。通过对预充填筛管和独立优质筛管的比较，发现相同的生产压力条件下，试验稳定后预充填防砂筛管的米采油指数比独立优质筛管的高50%，这说明预充填筛管在相同的地层条件下比独立优质筛管的适应性更好。通过不同生产压差条件下的试验可以看出，在生产过程中，调节油田的生产制度对长远提高油田产量的意义不大，只能增加短时间内单井的产量。

表6 不同油砂比下独立优质筛管试验的测试数据

6 结论

1） 提高生产压差时，预充填筛管有解堵现象发生，说明预充填筛管不易堵塞。但是，调节生产过程中的油井生产压差，仅在短时间内有助于提高产量，并不能长效提高产量。

2） 通过防砂模拟试验，发现米采指数与泥质含量及含砂量成反比关系，泥质含量在5%～10%对预充填防砂筛管的堵塞影响较大，前者的米采指数是后者的2．5倍。对于储层泥质含量在5%～10%的地层可以通过室内防砂试验比较的方法来进行防砂方式的选取，降低了海上油田的现场试验费用。

3） 针对海上油田的储层物性特点对预充填防砂筛管进行防砂试验，分析了不同储层物性（泥质含量和油砂比）下预充填筛管和常用独立优质筛管的性能，预充填筛管的性能远优于常用的优质筛管，如果能在海上油田完井防砂中广泛使用，会大力提高海上油田的钻完井效率及生产效率，使得海上油田的经济收益最大化。

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Adaptability to the Formation Appraisal Analysis of Pre-Packed Screen in Offshore Oil Field

WENmin1，DENG Fucheng2，LIU Shujie1，CAO
Yanfeng1
（1．CNOOC Research Institute，Beijing100028，China；2．Yangtze University，Jingzhou434023，China）

Using screen independently or enlarge screen size to im prove production in China′s off- shore oilfield so metimes causes well sanding to be uncontrollable．In this paper，pre-packed screen is introduces，w hich design in sand controlis gravellay er．Based on the offshore oilfield formationcharacteristics，the pre-packed screen is used to research on the screen effect in sand control experiment．It is found that（1）the fluid productivity index permeter（FPIPm）is inversely proportional relationship with clay content and sand content．W hen the clay content is between 5%and 10%，the influence of the screen clogged is bigger．T he former FPIPmis 2．5 times of the latter．（2）Itis only for a short time to im prove the production with adjusting the draw dow n pressure．So this is not a good idea to increase production for a long time．A nd these results are analyzed comparatively with high quality sieve screen independent．Itis found that the formation adaptability of the pre-packed screen is wider than high quality sieve screen under the offshore oilfield formation．So the pre-packed screen ismore satisfy the sand control requirements．

pre-packed screen；offshore oilfield；formation adaptability；sand control

T E925．307

B

10．3969／j．issn．1001-3842．2015．05．008

2014-11-23

国家科技重大专项（2011Z X05024-003-02）

文 敏（1982-），女，湖北荆门人，工程师，硕士，2008年毕业于中国石油大学（北京），现主要从事钻完井工艺及技术研究。