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1、关于射孔防砂技术的研究摘要: 出砂、防砂问题是疏松砂岩油气层开发过程中永恒的主题。如何提高防砂效果已成为高效开发砂岩油气藏不可回避的课题。射孔防砂技术是近几年发展起来的新的油气井防砂技术,该技术克服了砾石充填等先期防砂技术的缺点,具有成本低、高效、可分层防砂等优点。不仅可应用于先期防砂,还可应用于修复井后期防砂,很有发展前景。射孔防砂的防砂机理是增大过流面积和人工高渗透层挡砂。具体储层的临界流速,油井出砂率,挡砂层的挡砂率是该技术的成功核心。文中对此进行了研究并给出了计算公式,同时在生产实践中得到了应用。关键词: 疏松砂岩 ; 油井出砂; 射孔与防砂; 临界流速; 出砂率; 防砂率出砂、防砂是
2、砂岩油气层开发过程中永恒的主题。特别是在近海和海上油气田中几乎成为能否获得最大经济效益的关键问题。对于有较高商业价值的砂岩油气田基本上都存在出砂、防砂问题。在注水开发的高效砂岩油气层中的出砂问题已占85 %以上。因此如何提高防砂效果已成为砂岩油气层高效开发不可回避的课题。实践证明,对于疏松砂岩油气层先期防砂效果和经济效益高于后期防砂,特别是海上油气田更是如此。因此先期防砂工艺已成为海上油气田防砂的主要选择。遗憾的是目前先期防砂工艺虽然有砾石充填、膨胀封隔器、膨胀筛管等工艺,但这些技术都存在着一些共同的缺点。例如,施工难度大、成功率较低、成本较高、无法分层防砂和失效后几乎不可修复等,大大阻碍了它
3、的发展和推广。近年发展起来的射孔防砂技术则可完全克服以上几种先期防砂技术的缺点。可望在先期防砂工艺中获得应用及推广。并且该技术还可以应用于后期油井修复防砂中,其防砂领域的广阔和灵活性更是其它防砂技术无法相比的。一、射孔防砂的防砂机理1. 射孔防砂技术关键应用超高压的聚能射孔弹射开套管和地层,在井眼近地层形成微裂缝,同时应用推进剂把防砂材料( 金属棉球) 压入地层微裂缝和射孔眼,形成高渗透挡砂层。因此复合射孔有两个功能:其一是射开套管和油层,其二是输送防砂材料于地层裂缝和射孔孔眼充填并压实。为达到上述功能,首先必须解决射孔弹与推进剂之间的干扰问题。我们常用推进剂的延时起爆来解决; 实践证明, 延
4、时 200 300ms ,和推进剂的输送防砂充填剂的时间为 150250ms ,则可较完美地解决该问题。2. 防砂机理该技术之所以能防砂,其主要有二:首先是应用大口径、高密集射孔来增大油气过流面积,以降低液流对砂粒拖曳力,使其液流速度低于出砂的临界值( 若因产量要求也可高于此临界值) 。因此射孔防砂技术中常采用高密集射孔达40 孔/ m 或更高 ,其次是应用于高渗透挡砂层形成架桥挡砂。该挡砂层的渗透率可达310m 2 ,挡砂粒径可达0. 08 mm 。二、基础技术参数射孔防砂是一个系统工程,必须根据具体油气田的储层物理性为研究对象,找出它的出砂规律,才能制定出有效的防砂方法。笔者认为以下几个基
5、本参数是我们在防砂中必须认真考虑的。1. 临界流速 V c储层中流体速度大于门限流速时,油井开始出砂,此时出砂为充填砂。在工程上这种出砂是允许的,也是必须的。当生产压差增大,出砂量会逐渐增大。当产量达到某一临界值时,会引起岩石骨架变形破坏,则油井出砂量剧增,我们称此时流速为临界流速 V c ,此时产量为临界产量。通过对 E. Fjjaer 等人的研究结果 1 2 ,应用耦合理论和实验得出以下孔眼末端稳定的临界条件是:(1)式中: (2)ntSc0k 渗透率,m 2 ; 孔隙度, %;c 、c 0 储层当前、原始胶结强度;S 含水率, %; n 岩石水化系数;t 油井生产月数,月;k 实验系数;
6、 r 射孔孔眼半径,m 。临界流速V c 与临界产量 Qc 关系为:(3)NDV式中: N 射孔孔数; D 孔眼面积 ,m2 。2. 油井含砂率 R(4)QmcRc 油井允许出砂率 (常为0. 03 %左右) ;Qc 、 Q 油井临界产量和实际产量;m 实验系数(0. 41) 。3. 防砂率 r(5)101QmccR显然,若射孔后油井的预计产量为Q 临界产量为Q c ,在m = 1 时,油井生产时防砂率r = 0 ,则油井射孔防砂无需进行防砂材料的充填。若油井预计产量Q 大于临界产量Q c ,则必须进行复合射孔,即射孔时必须充填防砂材料于射孔孔眼内, 以形成挡砂层防砂。4. 挡砂层的挡砂率 r
7、0若采用金属棉球充填,所形成的挡砂层应符合下列实验公式: (6) Pbbsbsb eadPdQar 44321 2410式中: ai , bi 实验统计回归系数;P 射孔时推进剂的推力(0. 50. 8 GPa) ;d 地层出砂的中粒直径,mm ;ds 金属棉的丝径(10100 m) ; 流体粘度。由式(5) 和式(6) 可得:(7)r0即可保证油气井在预定产量下有效防砂。三、实例分析某井井深2 460 m ,油层位置1 4801 530 m ,油层套管直径 139. 7 mm ,壁厚7. 72 mm ,地层为孔隙、接触式胶结,砂岩粒度分选系数1. 511. 65 ,中值为0. 130. 18
8、 mm ,渗透率1. 12 m2 ,孔隙度为31. 2 % ,泥质含量8. 66 % , 蒙脱石占49. 1 %67. 5 % ,变异系数0. 74 。该地层为严重出砂,2003年5 月应用复合射孔防砂技术,其射孔参数选择为:孔深:300 350 mm ;孔密:40 孔/ m ;相位角: 120 ;选缝宽度:2 mm ; 控制峰压:100 MPa ;压挡方式:清水加井口阀门控制;运输与起爆方式:电缆、电点火。施工后生产井口含砂小于0. 02 % ,平均日产油28 m 3 ,是邻近未采用复合射孔防砂技术井产量的2. 6 倍。四、结论(1) 射孔防砂技术是把射孔与防砂技术有机结合,该技术施工方便、
9、成功率高、成本低。(2) 该技术为系统工程,其临界流速、防砂率和防砂层的挡砂率等参数的研究和实验选取的置信度,是决定该技术防砂效果的关键。(3) 该技术既可用于先期防砂,又可用于老井修复后期防砂和分层防砂 ,其应用范围很广,是一种很有前途的防砂技术。(4) 应用该技术时其射孔密度都在每米40 孔以上,若采用常规油井水泥固井 ,则对套管和水泥环破坏严重,建议采用SWPI 研究的高塑防裂水泥固井技术,可以有效防止套管和水泥环的过度破坏。参考文献1 Koojiman A P. Large - scale laboratory sand productiontest . SPE 24798.2 Solanki S. and Metwally M. Heavy oil reserv - oirmecha2nism ,Lindbergh and Frog Lake fields ,Alberta Part :Geomechanical Evaluation. SPE 30249.3 王秉敏,秦成. 防砂射孔新技术J . 测井与射孔,2004(1) .4 薛世峰,仝兴华. 地下流固耦合理论的研究进展及应用 J . 石油大学学报,2000 ,24 (2) :109 - 114.
