出砂在线监测技术在油田生产中的应用与研究

孟 强，任大明，冯卫华，万禧煌，杨 子

（1. 中海油（天津）管道工程技术有限公司，天津 300452；2. 中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459; 3. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

稠油开采已成为中国石油行业的重要组成部分，如果将出砂冷采技术应用到稠油开采，特别是海上稠油油田，会大幅提高油井的产量，但却面临许多问题[2]。由于油气井出砂产生的严重的危害，为此油田每年都要花费大量的人力、物力、财力来进行防砂和清砂工作[3]。例如中国海上油田已发现原油地质储量49×108m3，其中稠油储量为34×108m3，占总地质储量的69%以上。渤海油藏地质条件复杂是渤海海域含油气构造的一大特点，其中有一点表现极为重要：胶结疏松，油井出砂严重；油藏以细砂、粉细砂为主，泥质胶结，胶结疏松，生产过程中，尤其稠油油藏在开采过程中，油井出砂严重。而出砂对油井产能有直接影响：一方面出砂后导致防砂管堵塞与环空砂的堆积，致使产能降低；另一方面出砂后储层孔隙特性发生改变，特别是近井地带的孔隙度、渗透率会有不同程度的增加，如果能够形成蚯蚓洞，会大大地提高单井的产能[4]。所以，在正常的油田生产中对于出砂能有效的监测显得尤为重要。

1 油井出砂的危害

在不断开发油田的过程中，随着地层的能量越来越低，就暴露出明显的油井出砂的问题，而油井的稳产基础又是十分薄弱的，就会出现严重的出砂现象，而一旦砂进入到了井筒之中，还会导致泵无法工作以及油井砂埋等问题，并且当出砂问题较为严重时，还会大大的提升后续油井开发工作的难度，从而降低油田的最终采收率，油井出砂会对油田生产过程造成的危害主要表现在以下几个方面[5]：

1.1 出砂引起井下套管损坏

出砂会使地层形成洞穴，随着出砂量的增加，套管外地层洞穴变大并使上部的岩石失去支撑，导致突发性地层垮塌，给套管很大的挤压力，很容易使套管挤扁甚至挤断、错位或使井报废。

1.2 导致设备严重磨损

油井产出的地层砂中含有的主要成分是硬度很高的二氧化硅，会使井下的管柱和工具受到极大的磨损，尤其对井下的抽油泵的零部件有强烈的磨损，造成泵的阀座磨损而不密封、阀球磨烛、柱塞和拉伤，增大间隙，降低泵效，被迫提前检修。同时，出砂也会对地面设备造成强烈的磨损，使地面阀门失灵、输油叶轮严重磨烛等。

1.3 导致油井砂堵

油井出砂可造成油气层砂埋，堵塞射孔孔道，堵塞井筒，严重时使油井停止出油，必须要进行大修，此时会造成停产。

1.4 大量出砂增加地面处理难度

出砂使地面管汇和储油罐积砂，因此不得不进行冲洗清理等工作，使生产周期变短，油产量大减。有的油田不得不采取控制产量的办法来抑制地层出砂，这势必会减少油井产量。

1.5 出砂造成环境的污染

大量出砂会造成环境的污染，尤其是海洋油气田，所以油气井防砂不仅是油气开采本身的需要，也是环境保护的需要[3]。

2 出砂在线监测装置

2.1 结构组成及功能

出砂在线监测装置主要结构有高频传感器、前置处理、信号采集、信号提取及结构分析单元，各个部分的功能如表1所示。

表1 出砂在线监测结构组成及功能

2.2 应用效果评价

A井完井方式为筛管水平井，投产后产液量为0.45 m³/d，由出砂在线监测装置对该井进行了时长为3 h 21 min监测，井口压力为1.28 MPa。

表2 A井出砂监测含砂率统计

图1 A井出砂率监测曲线

最大出砂率75.30 g/h，最小出砂率0.79 g/h，平均出砂率4.55 g/h，方差16.47 g/h。根据A井的监测：该井有明显的出砂现象，但方差较小，为16.47 g/h，因此认为该井的出砂情况为连续出砂，即属于适度出砂范围；该井的平均出砂率较小，仅为4.55 g/h，因此认为总的出砂在合理范围内；由方差、最大出砂率、最小出砂率、平均出砂率等数据可以看出，该井无重大的突发性大量出砂；鉴于以上情况，认为防砂管柱的完整性较好，储层伤害不明显。

B井注采方式为自喷，日产液量4.0 m³/d，由出砂在线监测装置对该井进行了时长为2 h 35 min监测，井口压力为0.32 MPa。

表3 B井出砂监测含砂率统计

图2 B井出砂率监测曲线

最大出砂率19.41 g/h，最小出砂率10.08 g/h，平均出砂率13.55 g/h，方差3.55 g/h 。根据B井的监测：由于该井的最大出砂率、最小出砂率、平均出砂率都比较接近，方差也很小，认为该井的出砂情况非常平稳，属于正常出砂；监测结果中未发现突发性的出砂信号，因此防砂管柱结构完整；因为出砂信号平稳，因而可以推断防砂管柱完整性好，这也说明地层没有受到严重损伤。

C井注采方式是机采，日产液量为1.5～2.1 m³/d，由出砂在线监测装置对该井进行了时长为2 h 10 min监测，井口压力为0.32 MPa。

表4 C井出砂监测含砂率统计

图3 C井出砂率监测曲线

最大出砂率1.98 g/h，最小出砂率0.69 g/h，平均出砂率1.39 g/h，方差0.01 g/h 。根据C井的监测：由统计数据可以看出, 最小出砂率接近于0，方差也很小，认为该井基本不出砂，偶然的出砂可能是施工引起的人工砂；监测结果中未发有现突发性的出砂信号，因此防砂管柱结构完整；地层没有受到损伤。与此同时，对其它井次也进行相关出砂监测，统计结果如表5所示。

3 主要问题及改进措施

（1）现有监测模式与国外相同，即采用了笔记本电脑，这不适合现场长时间在线监测，因此需要对其进行采集、显示、存储、数据处理等方面的一体化设计，有利于长期监测油井出砂情况。

表5 其它井出砂监测统计

（2）可以考虑加设无线传输系统，将测量数据实时地发送到办公室或监测中心。

（3）有关出砂定量结果的准确性在实验室进行过标定，但针对低产井的准确性还有待进一步积累数据，以提高精度。

4 总结

（1）所采用的出砂监测仪器工作正常。仪器曾与国外公司的出砂仪器在胜利油田的高产井中进行了对比，得出了出砂率基本一致的结论，本次所测的多口井的情况也说明仪器有较高的准确性。

（2）仪器所采用理论模型和计算方法是正确的，出砂信号的提取及采用的滤波技术是有效的，能够从恶劣的环境噪声中提取出有用的出砂信号。

［1］刘刚，韩金良，陈超，等. 一种能有效监测稠油出砂信号的室内实验装置设计[J]. 科学技术与工程，2012, 30: 7868.

［2］耿瑞平, 李相方. 油气井出砂信号的动态监测与处理[J]. 计算机测量与控制, 2003, 11(9): 655-657.

［3］冯旭东. 稠油出砂监测技术研究［D］. 西安石油大学，2012.

［4］邓建明. 渤海油田防砂技术[M]. 石油工业出版社，2013.

［5］王培凇. 浅析油井出砂的危害及防砂技术[J]. 科技创新与应用，2014（28）.