篩管擋砂性能評價試驗裝置研制與應用

伊西鋒，董建國，劉永順，任家敏，呂瑋

（勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營 257000）＊

水平井裸眼防砂完井一體化技術自2007年開始在勝利油田進行了大規模的推廣應用。篩管是該技術的關鍵工具，具有過濾面積大、滲透率高、防堵能力強、強度高，壽命長等優點，目前已在1200多口水平井上成功應用，為油田的穩產增產做出了貢獻［1］。隨著篩管在現場應用范圍的日益擴大，逐漸暴露出2個方面的問題。

1）篩管擋砂粒徑的選擇主要依靠經驗，如果粒徑選擇過大，就會導致防砂失效，油井出砂；如果粒徑選擇過小，則容易導致篩管堵塞，油井不產液。

2）缺乏篩管擋砂性能評價方法，沒有合適的試驗裝置來模擬篩管現場生產情況［2－4］。

針對以上問題，筆者進行了篩管擋砂性能評價試驗裝置的研制，利用試驗數據為篩管的設計和選擇提供依據，有效地提高了篩管的應用效果。

1 試驗裝置

1.1 試驗系統流程

試驗系統由注入泵、高壓管線、集散器、模擬筒、數據采集器等組成，流程如圖1。由注入泵產生帶壓液體，通過集散器分散后注入模擬筒內部，在篩管外部形成各個方向的液體注入，液體通過篩管后從模擬筒流出進入混液池過濾，過濾后的液體重新進入注入泵，完成循環。

圖1 試驗系統流程

1.2 模擬筒

模擬筒結構如圖2，高620 mm，內徑313.6 mm，外徑339.7mm，耐高壓、耐腐蝕，設計承壓20 MPa，內部可以安裝各種篩管試驗件。篩管試驗件外填滿模擬的地層砂，可有效模擬真實地層。在模擬筒內壁設計有分流濾網，能夠充分模擬油井的徑向流動。

圖2 模擬筒結構

1.3 測量系統

測量系統由壓力傳感器，電磁流量計傳感器，壓力表、數據采集器、數據處理軟件系統等組成，主要進行數據采集和處理。

1）地層壓力流量測量根據試驗要求，測量地層壓力、篩管內外壓力、流量等隨時間的變化，其數據采集流程如圖3所示。

2）砂流量測量在儲液池對流出的含砂液體進行過濾，將不同時間段濾出的砂樣進行烘干處理，并稱重，測量在不同時間段內連續產出的砂量。

圖3 地層壓力和流量數據采集流程

2 試驗原理

利用室內試驗的方法，模擬篩管在地層中的真實生產情況。試驗中篩管內外壓降隨時間的變化可以模擬現場應用中篩管堵塞和解堵的變化；篩管產出液體流量的變化可以模擬現場篩管的產液的變化；篩管產出砂進行粒度分析可以模擬現場篩管的擋砂情況。性能評價流程如圖4所示。

圖4 篩管試驗流程

1）試驗砂樣和流體配制按照現場砂樣粒徑分布數據，將各粒度級別的石英砂配制成試驗砂樣；以現場流體特性指標為依據配制試驗流體。

2）篩管試件選取整根篩管的1段，長度為555mm，過濾段長300mm。

3）試驗結果評價

①篩管滲透率評價根據試驗測試壓力、流量數據計算篩管的滲透率，利用滲透性好壞來評價篩管的產液能力。

②篩管產出砂粒徑分析根據標準Q／SH10202053—2010《篩網式篩管技術條件》，將篩管產出砂進行激光粒度分析，砂樣中超過標稱擋砂粒徑的石英砂所占累計質量百分比小于10%，且在標稱擋砂粒徑以下級別的砂樣均可見，則篩管的擋砂能力滿足防砂要求，否則為不滿足。

3 試驗實例

3.1 試驗目的

沾18區塊為稠油底水油藏，采用裸眼防砂完井一體化及熱采配套技術進行開發，試驗選取該區塊砂樣作為試驗砂樣，利用試驗裝置對不同擋砂粒徑的篩管在該區塊的擋砂效果進行室內試驗評價，優選出適應性最好的篩管。

3.2 試驗材料

1）篩管試樣選取擋砂粒徑120、150、200、220μm的4種篩管。

2）砂樣沾18區塊沾26井Ng下1層砂樣。

3）試驗流體液壓油，模擬稠油黏度100mPa·s。

3.3 試驗過程

在模擬筒內放置篩管試件，外部充填模擬地層砂，密封試驗筒，整體試壓，合格后開泵泵入流體，采集壓力、流量、產出砂量隨時間的變化數據。將產出砂進行清洗、烘干、激光分析，最后對試驗數據進行分析處理。

3.4 試驗結果分析

1）流量和壓力變化擋砂粒徑120、150、200、220μm的4種篩管的流量和壓力隨時間變化曲線如圖5，由圖可知：4種篩管的流量、壓力變化趨勢相似。但是，隨著擋砂粒徑的逐漸變大，通過篩管的流量逐漸變大，壓降逐漸變小，表明隨著擋砂粒徑變大，篩管的滲透性越來越好。

圖5 4種篩管流量和壓力隨時間變化的曲線

2）擋砂能力分析通過對產出液中的砂進行激光篩析，得出4種篩管的產出砂數據如表1。由表中數據可知：120、150、200μm 3種篩管的產出砂超過標稱粒徑的砂數量小于10%，可以滿足防砂要求，220μm 篩管產出砂超過標稱粒徑的砂數量均大于10%，不能滿足防砂要求。

3）最佳篩管選擇及現場試驗根據以上試驗結果，綜合考慮篩管滲透性和擋砂性能，優選200μm 篩管為沾18區塊的防砂篩管。該區塊共應用200μm 篩管防砂完井16口，未出現因篩管粒徑選擇錯誤而導致的出砂和堵塞現象。目前已累計產液34.39萬t，累計產油16.95萬t，取得了較好的經濟效益。

表1 4種擋砂粒徑篩管出砂情況

4 現場應用情況

2008—2011年，利用該試驗裝置對勝利油田的草13、草20、樁1、盤14、臨2、營13、營451等區塊500多口水平井進行了篩管擋砂粒徑優選，目前以上區塊水平井均未出現篩管出砂和堵塞現象，防砂成功率達到了100%，有效地提高了篩管的應用效果。

5 結論

1）研制了一套篩管擋砂性能評價試驗裝置，可對139.7mm（5?英寸）和177.8 mm（7英寸）2種外徑、不同擋砂粒徑的篩管進行擋砂性能評價試驗。

2）利用該試驗裝置對勝利油田草13等區塊500多口水平井進行篩管擋砂粒徑優選，防砂成功率達到100%，有效地提高了方案設計和單井應用的針對性。

3）該試驗裝置的研制成功為篩管的大規模推廣應用提供了強有力的技術支撐。

［1］王增林，張全勝.勝利油田水平井完井及采油配套技術［J］.油氣地質與采收率，2008，15（6）：1－5.

［2］李邦超，肖斐.疏松砂巖油層防砂機理物理模擬［J］.油氣地質與采收率，2008，15（6）：102－104.

［3］崔衍領，吳旭光.復合式濾砂篩管的研制與應用［J］.石油礦場機械，2003，32（1）：47－48.

［4］強曉光，姜增所，宋穎智.調流控水篩管在冀東油田水平井的應用研究［J］.石油礦場機械，2011，40（4）：77－79.