降水防砂工藝措施效果評價模型研究

李彥龍董長銀李懷文邵力飛陳新安許拓拓

（1.中國石油大學（華東）石油工程學院，山東青島 266555；2.中國石油大港油田公司石油工程研究院，天津 300280）

降水防砂工藝措施效果評價模型研究

李彥龍1董長銀1李懷文2邵力飛2陳新安1許拓拓1

（1.中國石油大學（華東）石油工程學院，山東青島 266555；2.中國石油大港油田公司石油工程研究院，天津 300280）

降水防砂材料充填防砂能改善井底流動條件，起到降水增油穩砂的作用，但其施工效果綜合評價模型方面的研究尚為空白。通過降水防砂材料油水相對滲透率性能評價實驗，探討了降水防砂充填材料的基本滲流性能及其主要的作用機理，建立了降水防砂材料充填簡化模型，推導了降水防砂材料充填降水效果及增產效果預測的計算模型。應用軟件對預測模型的敏感性進行模擬計算，并通過實例計算驗證了降水防砂充填工藝措施的降水效果和增產效果。研究成果對疏松砂巖高含水油田降水增油措施的制定有一定參考意義。

疏松砂巖；防砂；降水防砂材料；降水率；當量產能比

疏松砂巖油藏開發后期，油井含水不斷上升，出砂加劇，嚴重影響油井產能［1］。為了降低降水控砂增油的成本，降水防砂材料應運而生［2-4］。目前國內常用的降水防砂材料大都是通過物理化學作用將偶聯劑、降水劑與特種水泥等材料按一定比例涂覆于無機顆粒（通常是石英砂）表面，經特殊工藝制成的防砂顆粒［4-8］。降水防砂材料充填施工工藝是在常規高壓一次充填防砂基礎上，泵注礫石或其他支撐劑時，首先擠入一部分降水防砂材料到地層深部，然后再擠入常規石英砂等普通充填材料。降水防砂材料充填防砂施工能降低油井含水，降低防砂表皮因數，改善井底流動條件，以達到防砂降水穩油的目的。

目前國內對降水防砂材料的成型及其物理性能評價［5-9］、降水機理［3-4，10-12］方面的研究較多，但降水防砂施工后作用效果的預測模型及相應的計算指標尚為空白。筆者在分析降水防砂材料充填工藝的基礎上，首先對降水防砂材料進行相滲規律的室內實驗研究，在此基礎上提出了降水率的概念，并建立了基于擠壓充填模式的降水率計算模型和當量產能比預測公式，通過模擬分析與計算驗證了模型的可靠性。

1 降水防砂材料油水相對滲透率評價

降水防砂材料的油水相對滲透率數據首先反映材料是否具有通油阻水性能，其次相滲數據將用于后續的防砂井降水及增產效果預測。

本文采用石油天然氣行業標準SY/T 5345—2007，用HDQT-40型高溫高壓多功能驅替裝置進行降水防砂材料相滲曲線的測定。3種不同粒徑降水防砂充填顆粒典型相滲曲線測定結果見圖1。

圖1 降水防砂充填顆粒相滲曲線

由圖1可看出，降水防砂材料等滲點含水飽和度均大于50%，這證明降水顆粒表面親水，在水驅油過程中毛管力作為水驅油的動力存在，利于增產。降水防砂材料相滲曲線最大油相相對滲透率為最大水相相對滲透率的7~10倍，由此證明降水顆粒均具有較好的阻水通油性能。這說明降水防砂材料通過超疏水界面潤濕機理、油水通道分流機理及遇水膨脹遇油穩定機理在地層中起降水增油的作用［10-11］。

2 降水防砂降水率預測模型的建立

2.1 物理模型

降水防砂充填施工后，井筒附近的地層滲流特性會發生變化，實際降水防砂充填后地層滲流區域可能有地層徑向流滲流區域、充填過渡帶滲流區域、降水防砂材料充填帶滲流區域、普通石英砂充填帶滲流區域、射孔孔眼內的滲流、射孔孔眼到井筒的流動區域等，計算相當復雜。為便于計算，可忽略頂替石英砂對井底流入動態規律的影響，降水防砂材料充填后井筒環空與原始井壁之間將形成環狀充填帶，在忽略井壁不規則性及充填非均質性的前提下，降水防砂材料充填帶可以視為理想的圓柱環（圖2），圖中rin為等效充填半徑，rw為井筒半徑為，re為油井供給半徑。

圖2 降水防砂充填后井筒剖面簡化示意圖

考慮到上述模型與實際井筒充填環境的差別，可以用等效充填半徑來代替實際的充填區域半徑。假設等效半徑區域內充填密實，則在等效充填半徑內的填砂量等于實際的降水防砂材料充填量。這樣，整個地層滲流就可以簡化為兩個滲流區域，即地層滲流區域和等效充填區域。等效充填半徑用式（1）確定［12］

式中，rin為等效充填半徑，m；rso為篩管外徑，m；Ig為縱向充填強度，m3/m；φ為充填密實程度系數，無量綱。

2.2 降水率公式的推導

降水率定義為降水防砂材料充填有效期內油井平均含水率相對于施工前平均油井含水率的降低值。為了便于公式推導，在上述模型的基礎上還必須做如下假設：（1）忽略毛管力、重力的影響；（2）假設油水兩相均不可壓縮；（3）地層僅發生平面徑向流，不考慮局部錐形擴散流和單向流的影響。

（1）降水防砂施工前的含水率計算。

（2）降水防砂施工后含水率的計算［13］。降水防砂充填施工后的油井產油量為

降水防砂充填施工后的油井產水量為

由以上兩式可得降水防砂施工后的含水率的表達式

（3）降水率計算。降水率Δf可以表示為

式中，rw為井筒半徑，m；re為油井供給半徑，m；kg、kf分別為充填層滲透率、地層滲透率，D；kof（Sw）、kwf（Sw）、kog（Sw）、kwg（Sw）分別為相滲曲線上含水飽和度為Sw時地層、充填層的油水相對滲透率，無量綱；Lw為實際充填井段長度，m。

根據上述公式，在求解降水率時，地層砂及降水防砂材料的相滲數據根據室內實驗獲取，其他數據根據油田生產實際確定。

2.3 降水防砂增產效果預測模型

當量產能比（PR）表示油井防砂后的產能與不防砂情況下產能的比值［14］。當量產能比大于1表示降水防砂施工后油井增產。充填防砂井的當量產能比用下式表示［15］

式中，Sp為油井射孔表皮因數；Ssc為防砂措施造成的附加表皮因數。

降水防砂措施造成的附加表皮因數包括：管外降水顆粒充填區域表皮因數、管外普通石英砂充填區域表皮因數、炮眼礫石充填層的表皮因數、篩套環空礫石層表皮因數、篩管/濾砂管滲透層的表皮因數等。油井固有表皮因數、射孔表皮因數以及防砂措施造成的其他附加表皮因數的計算見參考文獻［15］，管外降水顆粒礫石充填區域中的流動為徑向流動，達西流動條件下的表皮因數為

由于降水防砂材料充填后kg≥kf，故充填表皮因數為負，具有增產效果。

由上可知，只要求得油井各表皮因數，就可計算降水防砂材料充填施工后的當量產能比，從而評價防砂措施對油井產能造成的影響，進行防砂產能預測，判斷降水防砂充填的增產效果。

3 模擬計算與分析

基于上述模型和方法編制了降水防砂充填施工效果預測軟件，對降水防砂材料的施工效果進行預測分析。

3.1 應用實例分析

某井用降水防砂材料進行充填防砂，其基本完井數據見表1，降水防砂充填施工參數及預測效果見表2。

表1 某井完井基礎數據

表2 某井降水防砂充填施工參數及預測效果

由表2可知，該井降水防砂充填施工后降水率6.34%，當量產能比1.051，取得了較好的降水效果和增產效果。

應用上述完井基礎數據，筆者分別分析了充填厚度及原油黏度對降水防砂施工效果的影響，并得到了相關結論。

3.2 充填厚度對施工效果的影響

管外降水防砂材料充填層厚度對降水率和當量產能比的影響見圖3，可以看出，充填厚度增大，降水率和當量產能比均增大。在設計降水防砂充填顆粒用量時，要綜合考慮地層虧空量、經濟效益與工藝措施效果等多方面的因素，在滿足充填條件的前提下，應盡量增加充填層厚度，以提高降水效果和增產效果。

圖3 降水率、當量產能比與充填層厚度的關系

3.3 原油黏度對降水率的敏感性分析

通過軟件模擬計算得到原油黏度與降水率的關系（圖4）。降水率值隨著原油黏度的增加而減小，當黏度超過1 000 mPa·s時，黏度對降水率的影響減弱。因此降水防砂充填施工適用于稀油油井。

圖4 降水率與原油黏度的關系

4 結論與建議

（1）降水防砂材料等滲點大于50%，平均水油阻力比7~10，具有較好的控水增油能力。降水防砂材料充填施工能為高含水期疏松砂巖油藏的有效開發提供有力的技術支持。

（2）建立了降水防砂材料充填施工作用效果的預測模型，分別用降水率和當量產能比來評價降水防砂充填施工后的降水效果和增產效果。

（3）分析表明，降水防砂充填施工適用于稀油井，降水率隨著原油黏度的增大而減小，隨著充填層厚度的增大而增大；當量產能比隨著充填層厚度的增大而增大。

（4）本文建立的降水率及當量產能比的計算模型是不考慮氣體影響及充填非均質性等復雜條件的理想模型，關于復雜條件下模型的修正，將在后續工作中做進一步的研究。

［1］董長銀.油氣井防砂理論與技術［M］.山東東營：中國石油大學出版社，2012：27-30.

［2］王峰，張建國，袁士寶，等.稠油井調堵防一體化工藝技術［J］.特種油氣藏，2006，13（2）：65-66.

［3］吳建平.疏松砂巖油藏高含水期控水防砂技術［J］.石油鉆采工藝，2011，33（1）：88-90.

［4］張國榮，嚴錦根， 郭雄華，等.孤東油田防砂堵水一體化技術研究與應用［J］.石油鉆采工藝，2001，23（2）：69-73.

［5］任閩燕，宋金波，鄭鐸，等.復合控水砂表面結構及疏水性能研究［J］.石油鉆采工藝，2012，34（1）：103-106.

［6］董憲彬，楊國治，曲春蕾，等.適應于特高含水油藏防砂堵水的井下發泡技術［J］.石油天然氣學報，2008，30（2）：590-592.

［7］李懷文，董正海，王樂英，等.CS-1防砂固結顆粒的研究與應用［J］.鉆采工藝，2008，24（3）：106-107.

［8］李懷文，邵力飛，曹慶平，等.大港油田多涂層預包防砂支撐劑研制與應用［J］.石油鉆探技術，2011，39（4）：99-103.

［9］潘赳奔，段書哲， 劉榮凌，等.LZ-1型防砂堵水劑的研究及應用［J］.小型油氣藏.2005，10（2）：58-60.

［10］謝思宇，葉仲斌，陳洪，等.水溶性聚合物凝膠不成比例降低相滲透率機理研究［J］.油氣地質與采收率，2010，17（4）：52-55.

［11］范振中，俞慶森.巖心表面潤濕性與化學選堵劑對油水的封堵能力［J］.浙江大學學報：理學版，2005，32（2）：198-203.

［12］宋金波，鄭鐸，梅明霞，等.超疏水復合控水砂表面結構及疏水性能研究［J］.油田化學，2012，28（4）：402-405.

［13］張建國.油氣層滲流力學［M］.山東東營：中國石油大學出版社，2009：71-73.

［14］董長銀，李志芬，張琪，等.防砂井產能評價及預測方法［J］.石油鉆采工藝，2002，24（6）：45-48.

［15］張琪.油氣開采技術新進展［M］.山東東營：中國石油大學出版社，2006：195-207.

（修改稿收到日期 2014-08-19）

〔編輯 朱 偉〕

Model study on evaluation of water reduce and sand control technique effect

LI Yanlong1,DONG Changyin1,LI Huaiwen2,SHAO Lifei2,CHEN Xin’an1,XU Tuotuo1
（1.Petroleum Engineering College,China University of Petroleum (East China),Qingdao266555,China;2.Petroleum Engineering Research Institute,CNPC Dagang Oilfield Company,Tianjin300280,China）

Sand control by packing water reduce and sand control materials can improve the flow conditions at hole bottom and play the role of reducing water cut,increasing oil production and stabilizing sand;however,the study on the overall evaluation model on its operation effect is still a blank.Through evaluation and experiment on oil/water relative permeability performance of water reduce and sand control materials,this paper discusses the basic seepage performance of the water reduce and sand control material and its primary function mechanism,has established a simplified model for packing of water reduce and sand control material,and inferred the computing model for the water reduce effect of water reduce and sand control material packing and the prediction of production-increasing effect.Software was used to conduct analog computation of sensitivity of prediction model and verified the water reduce effect and production-increasing effect of the technology of water reduce and sand control packing by example computation.The research finding is of certain reference significance to the establishment of water reduce and oil-increasing measures for high water cut unconsolidated sandstone oilfields.

unconsolidated sandstone;sand control;water reduce and sand control material;water reduce rate;equivalent capacity ratio

李彥龍，董長銀，李懷文，等.降水防砂工藝措施效果評價模型研究［J］.石油鉆采工藝，2014，36（5）：113-116.

TE358

：A

1000–7393（2014） 05–0113–04

10.13639/j.odpt.2014.05.028

中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項“柴達木盆地澀北疏松砂巖氣藏穩產及新區上產技術研究”（編號：2011E-0309）。

李彥龍，1989年生。2012年畢業于中國石油大學（華東），現主要從事油氣井防砂完井、固液多相流方面的研究工作。E-mail：liyanlongupc@163.com。