油井低成本防砂技术应用效果分析研究

2022-11-16赵阳

中国科技纵横 2022年8期

赵阳

（中国石化河南油田分公司采油二厂，河南南阳 473400）

2016-2021年，河南油田采油二厂出砂井681井次，平均每年在113井次，出砂以细砂、粉砂为主，预计2022年稠油出砂检泵井120井次左右。

受井型、老井井况条件、多轮次吞吐等因素影响，防砂技术选择受到较大制约。近2年出砂井中套损及复杂情况占比约30%，大斜度井、水平井占比40%以上，井况条件严重制约工艺选择。目前稠油出砂井平均吞吐10周期以上，大部分井出现注氮、注汽后放喷转抽出砂砂卡情况，井间汽窜严重，多井出现受汽窜出砂等问题。

常规挤压充填防砂技术防砂效果好、有效期长，能够改善近井地带渗透率，但防砂成本相对比较高(39.6万元左右)，单井产能低、采出程度高油井防砂经济效益差。井筒挂滤防砂的滤砂管间隙小，仅有0.07毫米，出细粉砂稠油井影响产能。在此情况下，开展低成本防砂技术研究并陆续投入应用很有价值。

1.出砂原因及防砂技术应用研究

1.1 出砂原因分析

1.1.1 地层胶结疏松

河南油田采油二厂稠油井地层胶结方式以孔隙胶结为主，胶结疏松，多个区块多口油井出现射孔后出砂，新井投产或措施井补孔后2～3天后出现砂卡、砂埋油层等现象。

1.1.2 多轮次吞吐及汽窜影响

目前河南油田采油二厂稠油井进入高周期吞吐后期，井下近井地带大多亏空严重，经频繁蒸汽冲击、冲洗，地层孔渗性与原始条件相比变化巨大，地层胶结遭到较大破坏，地层胶结强度大幅度降低，进一步导致出砂。目前新庄油田、杨楼油田、古城油田、井楼油田等稠油热采油井，经高周期吞吐后50%以上油井出现过转抽井卡。特别是油井注汽发生汽窜，蒸汽沿汽窜通道突进，更进一步破坏井下地层胶结强度，地层沿汽窜通道吐砂，2019～2021年发现多口油井因汽窜后沿汽窜通道吐砂。

1.1.3 激励出砂

注氮或注二氧化碳井后期生产过程中产液量波动大，呈段塞式出液，产液温度突升、产液量突升，或产出氮气及二氧化碳。此时油井油压也会突升，导致瞬间生产压差过大，激励地层出砂，一般出现在放喷转抽后的3个月内。此现象在杨楼油田YQ3区、YQ19区发生较多。

2.防砂技术应用研究

2.1 应用低成本机械防砂技术

优先选用水泥车代替压裂车，降低特车费用，单井节约费用16.5万元，热污水替代专用携砂液，降低材料费用，单井节约费用6.6万元；工具优选及自主招标采购，单井节约工具费用4.3万元；自主研发复合加砂罐替代混砂车，可控制砂比，且加砂均匀；配套低成本机械防砂后，单井措施成本下降69.5%。

工艺原理：套管内正对出砂地层下入防砂筛管，然后充填石英砂于筛套环空、炮眼和近井地带，通过多级过滤屏障，保证油流沿充填体内多孔系统经过筛管被源源不断地举升至地面。而地层砂则被控制在地层内，确保油井正常生产。

技术特点：（1）两级挡砂屏障，防砂后对产量无影响，稠油细粉砂防砂有效率大于90%；（2）成功率高，有效期长（部分油井可达3年以上）。

技术适应性：（1）油藏技术筛选标准，适应范围广，尤其适应于疏松砂岩油层，出一定量粒度介于细砂与中粗砂之间的油层。（2）井况条件良好，不影响工具下入、卡封等。（3）适用于直井、大斜度井、水平井等不同井型，受井型制约较小。

目前，低成本机械防砂工艺按充填方式分类有2种：（1）常规顶部充填：砂浆从油管到达充填工具下方的转换孔流出，由于工具的单向密封作用，迫使砂浆沿筛管与套管的环形空间下行，并在油层及环形空间内逐渐堆积。而脱砂液通过筛缝进入筛管，再通过冲管返至充填工具内外管之间的夹壁腔，并从上方旁通孔流出进入油套管环形空间，上行至井口完成充填。此充填方式的优点是：充填口在顶部，重力沉降影响小，充填口不会被堵；缺点是不适应井斜角大于30度的出砂井，同时口袋浅沉砂快易砂埋部分油层。（2）底部逆向充填（含冲防一体）：充填口在底部，逆向充填。当管柱下到预定位置后，座封充填砂封隔器并丢手，反洗出座封球后进行充填防砂施工，待施工结束后起出防砂服务管柱。优点是解决了大斜度井顶部充填倒扣卡管柱及沉砂快的油井管柱下不到位问题；缺点是长井段充填时各段间充填不均匀或部分段充填不实，砂比过高或不均匀时因重力沉降导致充填口易被堵塞。对携砂液粘度和泵注入的连续性要求高。

2.2 应用化学防砂技术

针对井况复杂、不能满足机械防砂条件的现实，油井要实施化学固砂技术。目前技术手段有无机颗粒防砂及井底不留塞化学固砂技术。

无机颗粒防砂，主要是通过组分中的固结剂、高温可溶性树脂及助剂，在地层条件下固结，在井下近井地带形成人工井壁，经过注汽后，高温致增孔剂溶解，提高人工井壁的渗透性和固结强度，在地层中阻挡和固结地层砂，达到防止油井出砂的目的。无机颗粒防砂工艺成本低、现场施工简单，井筒无工具遗留；但从现场应用来看，不同油层条件下适应性不同，部分井措施后对产能影响较大；固砂剂成分、比例，注入浓度等均有较大影响，且强度相对较低；候凝结束后需重新钻塞冲砂，工序多，周期长。

井筒不留塞化学固砂工艺主要通过向地层挤注石英砂，然后注入FSZ固砂剂来实现。FSZ固砂剂是以有机硅为主体，辅助以糠醛或糠醇等原料，通过聚合接枝复配工序研制出的综合树脂，它们是由线性、网状、体型结构分子组成的高分子化合物。由于这种树脂具有极强的吸附性，当树脂乳状液注入地层后，树脂全部牢牢吸附在砂粒表面，将砂粒相互粘结在一起，而乳状液中的水存在于油层砂粒间的孔隙中，保证了固结体具有一定的渗透性。工艺特点：（1）低浓度：树脂的使用浓度为25-50%，成本低，对油层渗透率伤害小；（2）单液法：无需后置增孔，适应于非均质油层分层防砂；（3）自乳化：在树脂中加入水后即可形成乳状液，施工工艺简单；（4）强吸附：树脂对砂粒具有极强的吸附性，固砂强度高。优势：（1）施工简单、安全可靠；（2）对油层渗透率损害小、固砂效果好，无需打捞；（3）对油井井况的适应性强，可实现多层分层防砂；候凝时间短，同时无需钻塞冲砂，缩短作业周期、降低作业成本。存在的不足：（1）固砂剂需现场配置，药剂不稳定，不能长期存放，施工时间要求严格；（2）药剂单价高于无机颗粒。

3.防砂技术选择及参数优化效果分析

3.1 防砂技术选择

井况正常井，优先选择机械防砂工艺，综合考虑成本、井型、出砂状况，优选不同充填工艺及防砂管，对加砂量进行优化。针对吐砂严重、底部充填易埋充填口井实施顶部循环充填。大斜度井、水平井实施冲防一体工艺，大斜度井、水平井冲砂配套氮气气举排砂工艺排砂净，气举排砂后，极大解决了管柱下不到位等问题，在YQ3区水平井作业时实施氮气气举排砂效果较好，且油井作业完井后油井时率及检泵周期明显延长。针对沉砂口袋浅井，为避免油层吐砂导致防砂管串下不到位，或充填前砂埋致防砂无效，实施冲防一体工艺，YQ19区出砂油井作业已推广使用氮气气举排砂。针对埋藏较深、加砂困难油井，采用精细筛管或高强度高精度绕丝筛管（注氮井），大斜度多轮次注氮井防砂管采用复合筛管，针对注二氧化碳等新工艺井采用耐腐蚀工具。

人防与技防相结合，在防砂技术不断改进的同时，油井管理也需进一步精细化。除温度控制在要求范围内，直井出砂严重的油井放喷时日产液量控制在10吨左右，且油嘴严格执行1/2/3/4......9mm逐级更换，严禁越级使用，转抽后及时调整参数，日产液量控制在15吨左右。出砂严重的大斜度井、水平井放喷时日产液量控制在15吨左右，且油嘴严格执行1/1.5/2/2.5/3/4......9mm逐级更换，严禁越级使用，转抽后及时调整参数，日产液量控制在25吨以内。

3.2 工艺参数优化研究

针对不同油层特点及出砂粒径，优选防砂管、充填砂粒径，优化充填半径，携砂液类型及粘度、砂比，加强现场施工压力控制，提高加砂量，改善措施效果。

以A井为例，该井因频繁出砂2019年9月22日防砂，2020年5月26日井卡，分析原因：该井属中孔中渗油藏、油层埋藏深、施工压力高、充填砂困难。第一次防砂实际加砂充填半径小，注氮后生产压力波动对防砂屏障造成较大冲击，防砂屏障破坏导致防砂失效。6月9日对该井优化工艺：（1）该井最大井斜21.53度，可采用循环充填和冲防一体工艺，考虑该井沉砂口袋浅，上一次施工加砂困难等情况，本次施工由底部充填的冲防一体工艺优化为顶部充填防砂工艺。（2）该井出砂粒径较细且注氮频繁，防砂管优化为0.12毫米的高强度绕丝筛管。（3）提高携砂液粘度确保加砂量达标。（4）现场施工环节优化，及时调整控制砂比及加砂速度，确保加砂量达到设计要求。通过参数优化，现场施工环节优化调整，本井本次措施加砂量由2吨上升到4吨，达到方案设计要求，后期生产效果改善明显，日产油由0.9吨上升到2.5吨。