注聚合物驱二次防砂筛管优化及试验评价

2022-03-02徐路

石油工业技术监督 2022年2期

徐路

中国石油辽河油田分公司钻采工艺研究院（辽宁盘锦124010）

0 引言

随着油田进入开发后期，聚合物驱作为一种有效的开发方式，成为油田挖潜和提高采收率的重要手段。在大庆油田、渤海油田以及河南油田的现场实践表明：与普通注水开发相比，注聚开发区块存在普遍的地层堵塞现象，使得注入压力升高以及油井产量下降[1-5]。辽河油田大洼区块主要为疏松砂岩油藏，注聚合物驱开发过程中普遍存在出砂现象，严重影响后续开发效果。

在以往的相关研究及现场实践中，针对防砂井挡砂介质的堵塞原因、堵塞机理、聚合物对储层堵塞影响以及储层解堵技术等的研究较为深入[6-14]。其中董长银等对防砂井挡砂介质堵塞规律进行了实验研究，着重考察了驱替时间、地层砂粒度中值、运移速度、流体黏度以及泥质含量对挡砂介质的堵塞影响；刘东等对注聚区油井防砂层堵塞原因进行的研究表明，在生产过程中造成地层堵塞的主要原因是聚合物在地层砂粒表面的聚集、吸附作用；胡才志、王志刚等对砾石充填层的堵塞原因进行了分析和研究等。上述研究均表明，筛管外挡砂介质的堵塞是造成筛管防砂井产量下降的主要因素，区块转聚合物驱后产出液黏度增大更加造成了筛管外挡砂介质的堵塞程度。为此，对大洼区块注聚合物驱二次防砂油井防砂效果进行统计和分析，对防砂管柱进行优化，增大筛管过流面积、减小筛管外挡砂介质厚度，以减少地层的堵塞，增加油井产能、延长检泵周期。

1 区块储层特征

辽河油田大洼区块地处辽宁盘锦市大洼县城西侧，构造位于辽河断陷盆地，中央凸起南部倾没带大洼断层西侧，清水洼陷东部。区块含油面积为15.3 km2，开发目的层为东营组马圈子油层，油藏类型为层状构造-岩性油气藏，埋深一般在1 500～1 800 m。

储层岩性主要为中粗粒、粉粒砂岩、泥质粉砂岩，为高孔-中渗储层，平均孔隙度为25.99%，平均渗透率720×10-3μm2，胶结类型以孔隙式为主，胶结物为泥质，平均泥质含量为11.2%，平均原油黏度为1 214 mPa·s，平均含蜡量为8.3%，平均胶质+沥青质含蜡为17%。区块出砂层位主要位于d1、d2、d3层段，粒度中值为0.177～0.291 mm。

2 防砂效果分析及防砂方式优选

2.1 出砂情况及原因分析

截至2020年8月，区块共有油井236口，开井189口，单次返砂量大于0.3 m3的油井由2012年的23口增至68口，平均砂粒径由0.245 mm缩小至0.217 mm。除储层地质因素以外，区块出砂主要受以下两个方面的影响：

1）注水及注聚因素。区块前期采取注水开发方式，注水开发后期平均含水高达84%以上，水溶解地层中的胶结物，导致胶结强度下降。后期注聚合物驱后，地层流体黏度增加，从而对地层砂拖曳力增加，导致注聚驱后地层出砂更加严重。

2）地层压力降低因素。区块注采井网不完善，累计注采比为0.43，地下亏空391×104m3，未能及时补充地层能量，上覆岩层压力下部分岩石骨架遭到破坏，加剧了出砂。

2.2 前期防砂效果评价

大洼区块开发初期轻微出砂或不出砂，随着注采系统调整及转注聚合物开发，出砂逐渐加剧。前期筛管防砂措施及其效果见表1。

表1 大洼区块前期防砂效果分析

由该区块前期筛管防砂效果可以看出：

1）出砂油井采取防砂措施后，平均检泵周期均有所延长，但产液量均有所下降，分析原因为注聚后对地层有不同程度堵塞。

2）先期筛管防砂措施中，割缝筛管效果较差，在筛管二次防砂措施中没有应用。

3）相比于先期筛管防砂措施，滤网筛管及镶嵌筛管在二次防砂后平均检泵周期及产业量均有所下降，分析原因是由于筛管尺寸减小导致筛管过流面积减小以，筛管外砂环厚度增加导致堵塞加剧。

3 筛管防砂管柱优化及试验研究

3.1 筛管防砂管柱优化

由于二次防砂井井眼尺寸较小，为此将筛管接箍位置优化设计，进行内接箍处理，在保证筛管强度的前提下，可以下入较大尺寸筛管，增大其过流面积，减少筛管堵塞。

接箍进行缩径设计，接箍外径与筛管本体外径相同，接箍下部与筛管本体通过螺纹相连接。接箍结构示意如图1所示。

图1 筛管结构示意图

筛管防砂管柱接箍经过优化后，二次防砂井眼下入筛管尺寸见表2，优化后筛管过流面积均有所提高。

表2 二次防砂井筛管尺寸数据

3.2 筛管防砂管柱试验研究

3.2.1 筛管接箍抗拉性能试验

筛管接箍经过优化以后外径尺寸变小，其抗拉强度相应降低，为检测筛管抗拉强度是否满足现场防砂需求，对其进行抗拉性能试验。试验设备为1 500 t复合加载试验系统，最大拉伸载荷1 500 t。

通过对不同规格的优化后防砂筛管进行拉伸试验，直至筛管断裂，断裂处均为筛管本体部位。即由于筛管本体为打孔管结构，筛管抗拉性能最弱部位位于筛管本体，优化后内接箍满足筛管防砂现场需求。

3.2.2 筛管外地层砂堆积厚度对堵塞影响试验

1）试验设备和原理。试验采用防砂模拟试验系统装置完成，模拟井筒如图2所示，筛管内外侧设置压差传感器，筛管出口设置流量传感器，通过数据采集系统进行数据采集。

图2 模拟井筒实物和原理

在试验过程中将筛管样件固定在模拟井筒内部，筛管样件外充填模拟地层砂，模拟产出液通过模拟地层砂进入筛管内部，经筛管一端流出。在模拟产出液循环过程中，筛管外的模拟地层砂逐渐堆积压实在筛管样件外部，部分小颗粒地层砂经筛管样件过流通道进入筛管内部，经管线流至固液分离系统；另外有部分较大颗粒地层砂堆积在筛管过流通道内部将其堵塞。在试验开始时模拟产出液经过筛管时阻力较小或无阻力，筛管内外压力相同，随着筛管过流通道被部分堵塞，筛管内外压差逐渐增大。筛管内外压差随时间的变化，可以直观地反映筛管堵塞情况。

2）试验样件。试验用模拟产出液为所研究区块实际生产用聚合物，试验用砂样分别按所研究区块组分配制。筛管样件尺寸规格见表3，其挡砂精度为试验砂样累积质量分数为50%所对应的地层砂颗粒直径。筛管样件根据外径不同制作不同长度，保证所有筛管样件过流面积相同，其中SG-6样件由于长度较小，侧流孔护套不易焊接，采用圆孔保护套，其余样件采用侧流孔保护套，与现场实际相同。部分筛管样件如图3所示。