疏松砂岩油藏防砂工艺研究

一、出砂原因分析

影响地层出砂的因素大体分为三大类:地质因素、开采因素和完井因素。

1.地层胶结性质的影响。颗粒胶结程度是影响出砂的主要因素,胶结性能是否良好又与地层埋深、胶结物种类、数量和胶结方式、颗粒尺寸情况密切相关。

2.构造应力的影响。砂岩油层在钻井前处于应力平衡状态。钻开油层后,井壁附近原始的应力平衡状态遭到破坏,井壁附近存在塑性变形地带。由于在断层附近或构造高部位,地层强度最弱,塑性带的稳定性最易破坏,这些部位最易出砂。断层附近或构造顶部区域是出砂最剧烈的区域,远离断层和构造底部为区域出砂相对缓和。

3.原油性质的影响。油层流体物理性质对出砂有一定的影响,相同的流速条件下,高粘度流体比低粘度流体对岩石颗粒的拖拽力和携砂能力更大,流体粘度越高的油层更容易出砂。

4.地层压力下降的影响。当地层压力下降幅度较大时,作用在岩石上的应力超过岩石的弹性极限时,岩石发生塑性变形,破坏岩石结构,在液体流动条件下将地层颗粒携至井底,引起出砂。

5.含水上升的影响。含水上升使地层颗粒间原始的毛细管力下降,导致地层强度降低。同时胶结物被水溶解,特别是一些粘土矿物,遇水后发生膨胀和分散,大大降低了地层强度。注水开发时对地层的冲刷作用也会导致地层强度降低。

6.流速的影响。当油层内流体流速低于临界流速时,微粒运移尽管发生,但会在弹孔入口处自然形成砂拱,可以进一步阻止出砂。随着流速增加,砂拱尺寸增大,稳定程度降低,直至平衡完全破坏,砂粒自由流入井筒,开始出砂。当流体流速超过临界流速时,出砂量随流速增大而增加。

7.生产压差的影响。生产压差过大使得岩石颗粒剪切破坏增大,同时流体压力低于饱和压力后,使得原油中溶解气析出,形成油气两相流,一方面脱气使原油粘度提高,增大了油流阻力,另一方面使地层对油相的相渗透率显著下降,欲保持产量就必须提高生产压差,从而导致出砂加剧。

二、防砂方法简介

1.机械防砂工艺。机械防砂最近在国内发展很快,根据不同区块油层情况开发出了数十种防砂工艺,主要包括:(1)绕丝筛管砾石充填防砂工艺。该防砂技术的基本原理是:在油层部位装入不锈钢绕丝筛管,并在筛管和套管环空充填高质量、高渗透砾石,形成砾石阻挡地层砂、筛管阻挡砾石的多级防砂屏障。适用于常规井和热采油、气井的防砂。(2)双层预充填绕丝筛管防砂工艺。双层预充填绕丝筛管主要有两种结构:一种是内、外管均为绕丝筛管,另一种内管是绕丝筛管,外层为钻孔钢管,二者均在内、外管之间充填涂料砂并固结。主要适用于斜井、水平井或试油井防砂。(3)树脂胶结砂粒滤砂管防砂工艺。该滤砂管采用耐油、水性能好,胶结性能强的树脂胶结剂,与筛选好的石英砂按比例混合好,在一定条件下固结而成。主要适用于地层砂粒大于0.1和原油粘度小于100mPa.s的油井防砂。(4)金属粉末滤砂管防砂工艺。金属粉末滤砂管主要有两种结构形式:整体式和镶嵌式。就粉末材质而言可分为钢粉、铁粉和不锈钢粉三种,采用高温烧结而成,主要适用于常规井、热采井、斜井和水平井防砂。(5)金属棉滤砂管防砂工艺。金属棉滤砂管也有两种结构:一种是将金属棉压制成环形套,装在钻孔中心管和筛管套之间组装而成;另一种是在钻孔钢管上镶焊金属棉过滤片制成。适用范围与金属粉末滤砂管相同。(6)陶瓷滤砂管防砂工艺。陶瓷滤砂管经高温烧结而成,与外保护管组装使用,耐温可达500℃以上。主要针对的情况是部分热采井地层砂粒纵向分布差异大,绕丝筛管砾石充填难以满足。

2.化学防砂工艺。化学防砂最近几年发展较快,可用于常温、低温和高温井出砂。常用的有:(1)酚醛溶液地下合成防砂。主要以苯酚和甲醛为原料按比例配制,加适量固化剂混合均匀,形成低粘度的酚醛溶液,用泵挤入地层,固结疏松砂岩,防止地层出砂,该方法适用于早期防砂。(2)水带干灰砂人工井壁防砂。以水为携砂液,将混合好的水泥与砂带入井下,使套管外堆积饱满,凝固后形成具有一定强度和渗透率的人工井壁,防止油层出砂。该方法适用于多油层、高含水的油、气井防砂,而且具有一定的堵水作用。(3)树脂涂敷砂防砂。目前已开发出两种涂层砾石,一种是高温涂敷砂,耐高温达350℃以上,另一种是常温涂敷砂,可在55℃井温下固结,加入外固化剂后,可适用于35℃左右的低温井防砂。

3.复合防砂工艺。该项防砂技术利用化学和机械防砂的双重作用,进一步提高了油、气井防砂效果,而且适用于粉细砂、地层亏空严重、高含水、高采液强度油、气井防砂。

4.压裂防砂工艺。该技术主要适用于中低渗透、出砂严重、地层污染严重、产量低及粉细砂、特稠油井防砂施工。

参考文献

[1]冯叔初.油气集输与矿场加工.山东:石油大学出版社,2006

[2]曲占庆,王卫阳.采油工程.北京:石油工业出版社,2009