河口油区疏松砂岩油藏防砂井出砂机理分析

李文轩 孟勇 邵现振 郑英杰 李彬 李有才

【摘 要】针对河口油区疏松砂岩油藏防砂工艺存在的问题，通过单点及多点测压模型，开展了防砂井堵塞规律实验研究。不同混砂比单点测压模型表明，充填层中混入地层砂越多，渗透率下降越大，混入60%地层砂时渗透率下降400倍。多点测压驱替实验显示，在充填管前段，由于泥质膨胀及地层砂细微粒向下游的运移，渗透率呈现先下降后上升稳定的趋势，而在近充填砂及充填砂段，由于地层砂细微粒的侵入而呈现渗透率迅速下降后稳定的趋势，总体渗透率稳定在初始值得75%左右。验证了地层颗粒的侵入是导致充填层渗透率下降进而导致生产井产量下降的原因，并对下步防砂工艺的改进提出了指导意见。

【关键词】防砂;微粒;运移;渗透率;测压

砾石充填防砂是河口油区疏松砂岩油藏防砂的主导工艺，占防砂总数的92%以上。通过前期对河口油区疏松砂岩油藏低效低液井生产情况统计，发现了该类油藏油井防砂面临如下几方面的问题：一是受泥质、细粉砂影响，油井防砂后出现了液量下降快，稳产期短的矛盾突出;二是该类油藏各层系的粒度中值不一，采用单一规格石英砂充填已经不能满足防砂需要;三是防砂井大幅提液后，油井高产期短，防砂易失效。尽管目前关于疏松砂岩油藏地层堵塞规律的理论研究很多，但是相关的实验研究开展较少，导致在该类油藏的防砂工艺参数优化过程中缺乏实验数据支持。因此，亟需搭建相应实验平台开展疏松砂岩油藏防砂井堵塞规律实验研究，为该类油藏防砂技术优化提供技术支撑。

1、实验目的与实验原理

在防砂油井实际生产过程中，对于由于液量下降明显导致重新防砂的井，在冲砂过程中，冲出砂中通常地层砂和充填砂并存，怀疑地层微细颗粒运移至充填砾石层造成堵塞，进而使得生产井产量大幅下降。设计单点测压模型实验，用以验证地层砂侵入量对充填砂岩心的渗透率影响情况。采用多点驱替实验，探索地层微粒运移规律，为提高防砂效果提供理论指导。

2、实验装置与实验方法

2.1实验装置

根据实验要求，设计了组装式分级测压驱替物模实验平台（图1），该实验平台主要包括动力系统、中间容器、单点测压填砂管、大尺寸多点测压填砂管、数据采集系统、沉砂容器、环压系统（40MPa）、回压系统、采出液回收系统。

2.2实验方法

（1）实验材料。充填砾石采用河口油区防砂最常用的石英砂，粒度0.425-0.85mm，模拟地层砂中粉细砂含量18.5%，粘土含量15%，平均粒度中值117.3μm，分选系数1.71，砾砂中值比D50/d50=5.33），比较具有代表性。驱替液采用质量浓度2%的KCl溶液。

（2）实验方法。单点驱替实验：将模拟地层砂与充填砂按不同比例进行充分混合，然后在一定的驱替速率下测定其渗透率直至稳定，测量不同地层砂混入量时的渗透率变化情况。

多点驱替实验：利用组装式分级测压长填砂管模拟地层砂运移对砾石充填防砂层渗流能力造成的影响，从注入端开始依次填装70cm模拟地层砂，10cm充填石英砂，每隔10cm取压力值，测定各段压差和渗透率，研究微粒侵入造成的渗透率变化规律。

（3）实验参数。为确定驱替流速，将已有现场数据转换成实验室内单向流管内流速。根据所给油井生产数据，考虑到极端情况，确定地层产液量范围20-200m3/d，根据井的日产液量以及生产层厚度计算出远井地带（距井筒2m）的表观液体流速以及真实流速。实验室液泵最低排量为0.5m3/h，远远高于折算得到的流量。

3、结果与讨论

3.1单点测压模型试验

通过单点测压模型发现，随着地层砂比例的增加，渗透率下降明显，当岩心中地层砂含量达到30%时，渗透率下降近30倍。当进一步提高地层砂含量至60%时，如图7所示，岩心渗透率锐减至0.2达西，下降达到400倍。说明地层砂的侵入，确实会导致充填层的渗透性，进而导致产量下降，侵入情况越严重，对产量的影响也越大。

3.2多点测压模型试验

通过多点驱替实验，监测每一段渗透率与注入PV数的关系，可以较为清楚的看出地层砂微粒的运移规律。初始阶段渗透率比值下降至0.75，随注入量增加到35PV后，渗透率逐渐上升，达到初始渗透率的1.6倍。10PV之前，渗透率略有下降，约为初始渗透率的0.9，10PV后渗透率逐渐上升，达到初始渗透率的1.4倍。在注入14PV之前，渗透率呈下降趋势，达到14PV后渗透率逐渐上升，最终接近初始渗透率。与砾石段相邻，其渗透率随流体注入量增加而不断降低，由于该段不断接受来自L3段运移的砂粒，而砾石段运移空间小，因此在运移入砂量大于运移出砂量的情况下孔隙结构逐渐变差，渗透率逐渐下降至初始渗透率的0.35。

渗透率随注入量增加而下降，且初期下降幅度大，由于地层砂呈非均质性，小粒径颗粒大量运移，造成严重混砂，渗透率大幅下降。当注入20PV时，渗透率下降至初始值的0.3，随后渗透率趋于平稳。整段渗透率初期下降幅度大，10PV后渗透率逐渐稳定在原始渗透率0.75左右。

前期由于泥质膨胀等原因造成渗透率下降，后期随着泥质及粉细颗粒的运移，渗透率逐渐增大并超过初始值，由于泥质及粉细颗粒的不断进入堆积，堵塞了充填层部分孔喉，由得不到及时排出，造成渗透率初期不断下降，当颗粒运移达到稳定状态后，渗透率也逐渐稳定，通常远低于初始值。

通过以上规律的认识，对今后同类型油藏的现场防砂具有以下理论指导意义：一是在保持原有生产液量的情况下尽量增大充填砂半径，间接降低了生产层的流速，也就减少了微细颗粒的运移;二是在防砂前端加入稳砂剂，提高粉细砂的临界流速，抑制颗粒的运移;三是尽量提高充填层的密实程度，随着充填密实程度降低，充填砂排列越松散，地层砂侵入砾石层的深度也越大，挡砂效果越差。

4、结论

（1）通过不同混砂比单点测压模型发现，随着地层砂比例的增加，渗透率下降明显，60%地層砂时渗透率下降400倍，验证了地层颗粒的侵入是导致充填层渗透率下降进而导致生产井产量下降的原因。

（2）通过多点测压驱替实验，明确了地层微粒运移规律，在充填管前段，由于泥质膨胀及地层砂细微粒向下游的运移，渗透率呈现先下降后上升稳定的趋势，而在近充填砂及充填砂段，由于地层砂细微粒的侵入而呈现渗透率迅速下降后稳定的趋势，由此，也可以看出地层微粒运移是造成防砂后堵塞的主要原因，为提高防砂效果，需要抑制微粒运移。

【参考文献】

[1]董长银.水平井防砂完井理论与技术[M].北京：中国石化出版社，2012.

[2]邵现振，全伟力，唐林.河口采油厂防砂工艺现状[A]. 第四届胜利油田北部油区疏松砂岩油藏开发技术研讨会， 2008.

作者简介：李文轩（1986—），男，工程师，从事油田开发技术工作。