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1、一种新颖的防砂方法 出砂防砂法David R. Underdown et al.翻译:陈福明(大港油田钻采工艺研究院)张树梅(中国石油大港石化公司重油公司) 校对:洛 扬(大庆油田公司设计院)摘 要:委内瑞拉Maracaibo盆地的Boscan油田 采用一种独特的方法防砂。利用优质防砂筛管和人工 举升完井,使出砂保持在适当水平。由于缺乏胶结物及岩石矿物的特性, Boscan层为一疏松地层。室内 研究表明低生产压差即会引起出砂,现场经验也证 实,所用的人工举升技术形成的生产压差的确会造成 出砂。其它几种因素,如原油重度10API,粘度为3002000 cP等,也影响Boscan油田的完井。此外生
2、产层段长度为300600 ft ,且在多数情况下含有大 量的薄页岩夹层。Boscan油田已采用了几种防砂方 法。1996年以前防砂的主要方法是独立完井和砾石 充填割缝衬管防砂。1996年以后的完井方法有采用 多种阻砂方法的裸眼完井和套管完井,其中包括12和16号全焊接和预制滤砂管、独立低粗糙度筛管和 优质全金属筛管。本文论述采用ChevronTexaco勘 探开发技术公司(EPTC)开发的技术,评价用于独立 完井和砾石充填完井防砂的几种防砂筛管的室内研 究。同时介绍与出砂可能性有关的地层矿物学特性。并详细论述为什么采用允许出一定量砂的防砂技术。 此外,还比较了几种完井方式的生产数据(包括出砂
3、数据)。主题词 委内瑞拉 Boscan油田 采油工艺 人工举升 完井 出砂防砂 M型筛管一、引言为了评价委内瑞拉某油田两种防砂方法的相对效率,进行了现场和室内研究,目的是优化作业成本。第一部分研究是室内评价,确定用于独立完井和砾石充填完井的几种筛管的相对防砂效率。第二部分研究是对砾石充填完井、独立完井的筛管相对防砂效率进行现场评价。虽然有几篇论述防砂筛管的论文,但它们均未讨论评价筛管的分析方法。本文的室内研究采用ChevronTexaco EPTC开发的名为“筛管效率(SE)测试”的评价防砂筛管相对性能的方法评价几种筛管。被测筛管中有一种防砂方法奇特的新型筛管,最近被一著名服务公司引入该油田。
4、用这种名为“M型筛管”的新型筛管,即本文论述的主题,在Boscan 油田的几口井中表现出优异的性能。 室内评价结果显示,所有被评价的筛管与砾石充填联合表现出相同的防砂效果。对独立筛管评价,各 自表现出不同的防砂水平。12号筛管的防砂效果最 差;而割缝管很快被堵塞。测试结果确实表明,与其 它任何被测试的筛管相比, M型筛管需要较长时间才 被“堵塞”,且出砂比较稳定,出砂量是压差的函数。由于完井的简单性及基于生产、室内试验结果,M型筛管被推荐为委内瑞拉油田的独立防砂完井方 法。但需要明确的是,砾石充填完井与任何一种被测 试的筛管联合均表现出最佳防砂效果。二、完井委内瑞拉油田的出砂是由几种因素造成的
5、。由于 缺乏胶结物和岩石的矿物学特性,地层疏松。此外, 大量的产出水将固体颗粒带入井筒。采油方法也会引 起出砂问题。研究表明, 100400 lb/ in2的生产压差就能使地层出砂。用电潜泵采油可使生产压差达到k lb/ in2数量级,更能使地层出砂。在这种特殊的委内瑞拉油田已采用了几种防砂方 法。1996年以前主要采用独立完井和砾石充填割缝 管防砂。1996年以后采用多种阻砂方法的裸眼完井 和套管完井,其中包括12和16号全焊接和预制滤砂 管、独立低粗糙度防砂筛管和优质全金属筛管。三、委内瑞拉的要求本项研究的目的是,在模拟独立完井和砾石充填 完井中比较几种筛管的相对防砂性能。被评价的筛管 列
6、于表1。表1 防砂筛管公司筛 管A不锈钢金属网B01090 in01140 in房形加厚金属绕丝C12号绕丝筛管D12号割缝管A公司的名为“M型筛管”,其中心管上覆有一 层不锈钢金属网,外面是起保护作用的罩。广告上介52陈福明等:一种新颖的防砂方法 出砂防砂法 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.绍说,压缩金属网的孔径为15650m ,平均225 m左右,平均开口面积为8 %18 %。表1中的每种筛管均作为独立筛管和与砾石充填砂联合进行评价。砾石充填完井采用美国16/ 30目砂模拟。研究了
7、委内瑞拉油田几口井的几种筛析,得到了用于测试的“典型”粒径分布。本文论述的所有测试中用作样品的砂子的筛析列于表2。表2 筛管效率测试中砂子的筛析美国筛目m重量百分比( %)30600035500045355069250817801803412120125321017090717230635172705311732545 32511010100四、筛管效率测试结果筛管效率测试中,以恒定速率泵注含有已知量模拟地层固体颗粒的流体通过筛管样品。这些固体颗粒的粒径分布与被研究地层固体颗粒的粒径分布相似。在测试中记录了压力曲线和重量曲线,压力曲线即压力随时间升高的曲线,重量曲线即不同时间通过筛管样品的固体
8、颗粒的量。为了更好地理解压力曲线和重量曲线之间的关系,开发了一种称为SE图(筛管效率图)的方法。SE图表示性能因数和防砂因数之间的归一化关系。性能因数、防砂因数与压力曲线、重量分析之间的关系如下:性能因数= T/ Ap防砂因数=1/ Ag式中 T 压力曲线达到100 lb/ in2所需的时间;Ap 压力曲线下的总面积;Ag 重量曲线下的总面积。防砂因数越高,筛管阻止砂子通过的效果越好。性能因数越高,堵塞筛管所需的时间越长。因此高防砂因数和高性能因数的筛管能够更好地防砂且需要较长时间才能被堵塞。处理“堵塞”过程中产生的数据,得到图1中的筛管效率图,即所做的筛管效率测试采用的是模拟地层砂。研究筛管
9、效率图就会发现,筛管与砾石充填砂联合获得的防砂效果最好,其性能因数大于平均值。图1中的数据也显示,根据传统防砂筛管的防砂要求去衡量, M型筛管不是非常有效。它的低防砂因数和 低性能因数证明了这一点。理想的筛管需要工作较长 时间才被堵塞,且不让较多砂子通过。随着压力升 高, M型筛管允许大量砂子通过。这一趋势反映在性 能因数建立过程之中。图1 委内瑞拉地层砂筛管效率图 采用防砂筛管的传统标准衡量,筛管效率图说明任何一种被测试的筛管与砾石充填联合均在委内瑞拉 油田获得最佳防砂效果。然而,重要的是应综合考虑 现场作业的需要和筛管性能。对于委内瑞拉油田,防 砂效果“太好”的筛管可能不具备良好经济效益所
10、需 的寿命。此外,委内瑞拉油田采用人工举升,其现场作业的特性允许使用让一些细小砂粒流入的防砂筛 管。根据委内瑞拉油田防砂筛管的标准和采用人工举 升技术采油这一特性,在独立完井中推荐使用M型 筛管。 单独采用M型筛管完井的井有一有趣的现场观测结果,在油井的生产过程中随着压差增大,呈现 “突发性”出砂。筛管效率测试结果有助于理解这一 现象。常用优质防砂筛管上的另一种金属丝编织网压 力曲线的原始数据表明,这种金属丝编织网的孔喉中 值与M型筛管的过滤介质非常相似。金属丝编织网的压力曲线与预计的一样。随着筛管开始堵塞,压力 曲线逐渐上升。重要的是应注意到,压力曲线比较 “平滑”,除只有几处微小的向下波动
11、外,一直上升到 终止点100 lb/ in2。M型筛管介质的压力曲线也是“剧烈”波动着上升到终止点100 lb/ in2。此外,图2是M型筛管介质 的压力曲线和重量曲线,说明有非常多的固体颗粒通 过筛管。M型筛管介质通过大量固体颗粒这一事实并 不奇怪。M型筛管的过滤介质其孔喉分布差异较大。 认为向下波动对应于因压差增大筛管的介质变形,或筛管介质内砂拱突然坍塌,造成固体颗粒“突发”性 通过筛管。这些观察结果与油田中采用M型筛管独 立完井的井的生产观察结果非常相似。62国 外 油 田 工 程 Foreign Oilfield Engineering Vol118 No110 2002110 199
12、5-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.图2 M型筛管介质的压力曲线和重量曲线五、现场评价Boscan油田有几口井利用无砾石充填的M型筛管完井。事实证明,这一技术相对简单,与砾石充填绕丝筛管完井相比具有更好的经济效果。两种完井方式均产出可计量的非常细的砂子;但是安装了处理砂子的设备。图3为采用M型筛管完井和砾石充填绕丝筛管完井的评价结果。从图3可以看出,在评价时间内两种完井方式的的产量大致相同。根据这一评价结果和这种完井的成本效果,无砾石充填的M型筛管完井是最佳完井方法。图3 生产数据对比六、结论1
13、、M型筛管的介质需要较长时间才能被“堵 塞”,相应地,与所有被测试的独立完井的筛管相比, 它允许较多的砂子通过。 2、随着介质两侧的压差增大, M型筛管的介质 允许砂子以“喷射状”通过。 3、与所有被测试的筛管相比,在独立完井中12 号割缝管很快被堵塞。 4、各种被测试的筛管采用美国16/ 30目砂子充 填获得相同的防砂效果。资料来源于美国SPE 74394 (收稿日期 20020624)(上接第24页) 性可能是由于水合物体积大或二价钙离子正电荷大, 阻止了带负电的天然表面活性物在油 水界面上吸附 足够大的覆盖面。四、结论亲水性云母表面和水中沥青层之间的相互作用通 过综合双电偶层排斥力和聚合
14、物媒介长距离空间力而 测定,因为短距离有排斥水合力、吸附架桥力和酸碱静电作用力。测量的表面力性质和大小与大多数研 究条件下得到的后退接触角非常一致。 减慢高分子物质在矿物面上吸附或解吸速度、附 着力滞后以及减慢与离子结合和高分子重组可能是造 成通常发现的原油体系接触角滞后的原因。此外,原油中沥青、天然表面活性剂可通过降低 油 水界面张力改变体系在高pH值和高盐度下的润 湿性,进而降低从水湿到油湿的突变。天然表面活性 剂的作用和观察到的沥青吸附层的作用综合导致了图2中润湿图的性质,给决定这些体系润湿性的分子作用进行了半定量描述,要更好地理解随时间衰变作 用,有必要对研究原油的润湿性进行定量描述。
15、尽管 我们有充分理由希望其它的原油 矿物体系都具有类 似的定量方法,但对润湿图不同部分在pH/盐度范围内还是发生了相位移。 总之,我们的结果表明油/盐水/岩石体系的润湿 性取决于盐水的pH值和矿化度以及岩石表面性质。 在某些条件下显示水湿性原油,如果使用不同的盐水 条件可能显示出中性润湿或油湿性。鉴于此,在原油或岩石表面标上水湿或油湿而不指定整个体系的条件 很不合适。此外,原油中依赖于水溶液的不同物质 (通过添加少量的便宜、简单的化学品就可改变)不需大量存在就可吸附到矿物表面或油 水界面,决定 着体系的综合润湿性以及注水作业的成败。为使特定油藏润湿性容易改变,通过改变注水方式,即重视岩 石和油的性质,可明显提高注水效率。资料来源于Journal of Petroleum Science and Engineering2002年(收稿日期 20020822)72陈福明等:一种新颖的防砂方法 出砂防砂法 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
