老爺廟淺層油藏出砂情況及防砂措施研究

曹杜軍 楊承欣 李躍 王偉 朱磊磊（冀東油田陸上作業區，河北唐山 063200）

老爺廟淺層油藏出砂情況及防砂措施研究

曹杜軍 楊承欣 李躍 王偉 朱磊磊（冀東油田陸上作業區，河北唐山 063200）

老爺廟淺層油藏儲層膠結疏松，分選較差，地層砂較細，油井生產時因采液強度大等原因導致地層出砂，由此造成層間竄槽、套變、管柱卡等問題，影響正常生產或無法生產。本文針對廟北淺層出砂嚴重的現狀，分析因出砂導致生產不正常的井、層，回顧防砂歷程，總結經驗、教訓，尋找適合廟北淺層的防砂方法，以期解決細粉砂治理的難題。

老爺廟淺層；細粉砂；防砂

1 老爺廟淺層油藏地質概況

老爺廟淺層油藏主要開發層系為上第三系明化鎮組（明下段）和館陶組，明化鎮組為曲流河沉積，館陶組為辮狀河河道沉積。廟淺區塊油藏埋深淺，為中-高孔滲、天然能量充足的邊底水驅動、層狀斷塊油藏。油藏含12個斷塊，儲層巖石以中、細砂巖為主，儲層膠結疏松，主要是孔隙式、接觸-孔隙式接觸關系。該區塊層間及平面非均質性程度為中等-嚴重，明下段儲層為弱速敏儲層（臨界流速為4.26-17.14m/d），館陶組儲層為弱-中速敏儲層（臨界流速為4.86-6.81m/d）。儲層段巖芯單軸抗壓強度普遍較低，絕大多數在5 MPa以下，屬于典型的弱固結砂巖儲層，儲層易出砂。

2 老爺廟淺層油井出砂狀況

老爺廟淺層油藏開發目前進入調整階段，而經過快速上產階段階段后，邊底水推進使生產過程中油井含水上升快，已進入特高含水期，高含水期提液是該區塊穩產的主要措施，因液量的劇增地層出砂程度也不斷加劇，提液與出砂的矛盾尤為突出。

老爺廟淺層油井182口，調查分析8個主力斷塊159口井（87.3%），其中出砂井103口。出砂嚴重的井75口，占統計井數的47.2%。因出砂影響油井正常生產或無法生產的井25口，占出砂井的24.3%。

2.1 出砂井平面分布規律

2.1.1 位于F4斷層兩側的4個斷塊（廟17-5斷塊、廟101斷塊、廟30-7斷塊、廟27-15斷塊）出砂嚴重：

2.1.1.1 構造位置：出砂井多位于廟北淺層構造高點；

2.1.1.2 廟17-5、廟101、廟30-7斷塊Ng組分均質嚴重，分選較差，地層砂較細；廟27-15斷塊Nm組儲層膠結疏松

2.1.1.3 縱向油層多，動用程度高；

2.1.1.4 地層壓力下降，儲層骨架收到破壞，油井提液生產壓差增大，地層內流體流速加快，攜砂能力提高，地層砂發生顆粒運移。

2.1.2 廟125X1斷塊、廟25斷塊、廟36斷塊出砂，但未影響油井正常生產：

2.1.2.1 油井防砂（壓裂、充填）效果相對較好；

2.1.2.2 縱向含油小層少，廟125X1、廟25斷塊僅Ng組有油層。

2.2 出砂井縱向分布規律

出砂井主要集中在Ng組（85.2%），其中NgII油組最為嚴重，NgI油組次之。按照出砂井數大于4口，占動用比例超過20%劃分，出砂井主要分布在NmI13、NgII1、NgII3-NgII6這6個小層：

2.2.1 老爺廟淺層Nm組和Ng組儲層層間非均值性為中等-嚴重非均值，Ng組非均質嚴重；

2.2.2 從粒度中值分布上看各油組巖性較細，按砂粒粒徑分細砂和細粉砂含量占到65%以上，尤其NgⅠ和NgⅡ油組部分井細粉砂的比例達到80%以上。

2.3 油井出砂的危害

2.3.1 出砂造成油井泵效低、卡泵、砂埋油層、竄槽或者封堵層開等，造成減產，2014年廟淺區塊因出砂檢泵導致油井直接減產約350噸，發生作業費用約285萬元；

2.3.2 出砂引起井下套管損壞。地層出砂使套管附近產生空洞，造成上覆巖層坍塌，套管收到擠壓變形，廟淺區塊油井因出砂造成套損36口井，占總井數的22%；

2.3.3 地層砂進入管線和設備后引起管線設備損壞。

3 老爺廟淺層防砂歷程

3.1 1998-2000年：以礫石充填、割縫管防砂為主，有效率分別為80%、66.7%。其中礫石充填防砂利用支撐劑阻擋地層砂，防砂管阻擋支撐劑，形成二級擋砂屏障，但井斜大的油井環空很難填實，因而也達不到好的防砂效果，防砂有效期短。

3.2 2000-2003年：以樹脂防砂和涂料防砂為主，有效率達75%以上，防砂效果較好，使用固砂液體或樹脂覆膜砂擠入出砂地層，實現固結地層骨架砂或人工造壁從而達到防砂的目的。但由于該階段老爺廟淺層采液強度大，樹脂成份易受沖刷后老，防砂有效期也較短。

3.3 2003-2005年：防砂方式逐漸向固砂劑防砂轉變，注入樹脂類固砂劑，使地層中疏松的顆粒物質膠結；靠固砂劑在地層下固化形成一道滲透性良好的篩網以允許烴類、水等流通而防止疏松砂粒侵入井筒，其缺點是造成滲透率低、只適用于無氣、水夾層的短井段、有效期不長、成本高、有毒。廟淺區塊共實施9井次，有效7井次，平均有效期204天；

3.4 2006-2007年：以壓裂充填防砂為主，針對中、高滲透率疏松砂巖油藏，通過壓裂建立高導流裂縫，提高地層滲流能力，在實施壓裂技術的同時，結合機械防砂技術，從而進一步提高防砂效果。廟淺區塊實施7口，有效率71.4%，其中M125X1、M25斷塊應用效果較好，但該方法成本較高；

4 老爺廟淺層防砂現狀

近三年來，采油區結合相關科室技術人員積極進行防砂工藝研究，結合廟淺主要出砂區塊歷史防砂情況，針對不同斷塊、油組采取差異化防砂方式優選，共進行防砂31井次，其中擠壓防砂4井次，循環充填防砂11井次，化學防砂7井次，掛慮防砂9井次。工藝成功率100%，措施有效率85.7%。尤其2010以后在該區投入使用的循環充填防砂技術防砂效果明顯，措施有效率100%，平均防砂有效期超過700天，平均單井累積增油超過320噸。

針對老爺廟淺層油井總結出以下出砂井防治對策：

4.1 結合老爺廟淺層油井出砂特點，合理制定出砂井生產參數，控制采液強度（對出砂嚴重的井控制產液量一般不超過10方/天）。

4.2 合理選用生產用防砂泵及防砂配套工具

對廟淺區塊有出砂歷史的油井，首選具有擋砂和刮砂功能的防砂泵，且防砂泵泵間隙在Ⅱ級以上，少量細粉砂進入泵筒也不易造成卡泵。井斜較大油井則使用柔性金屬泵生產。

同時根據地層特性，結合油井出砂歷史及地層砂的粒徑，綜合選用合適擋砂精度的防砂篩管和擋砂器。配套選擇配有不銹鋼精密微孔過濾網不低于120目的防砂篩管，能防止細砂進入泵筒導致卡泵。對于井斜角小于30°的出砂油井，選擇在泵上安裝具有盛砂功能的防砂卡裝置，該裝置由于容積有限，使其不適應用于出砂量較大的油井。

4.3 針對地層做好防砂措施

針對地層出砂問題，從舉升管柱配套防排砂、油層防砂兩方面入手，選擇經濟高效的防砂措施是根本解決途徑，目前以下三種防砂工藝比較適合老爺廟淺層油井防砂。

4.3.1 化學防砂技術：利用化學劑把疏松砂巖地層的砂礫膠結起來或擠入人工覆膜砂，起到穩定地層骨架和人工造壁的作用，達到防砂的目的。適合儲層均質性好、出砂虧空量少、泥質含量低的油井，但有效期較短（平均有效期300天以內），且對油井產液量有一定的影響（平均影響液量為正常生產液量20%以內）

4.3.2 循環充填防砂技術：該工藝技術是先下入沉砂封隔器，再下入防砂管柱把防砂管柱插入沉砂封隔器，通過打壓使充填工具坐封并開啟充填通道，向近井地帶和篩管的環空充填礫石，礫石沉降后攜砂液從帥管中通過充填工具返回地面，待地層及環空礫石充填完整后，地面工作壓力突然升高，停止加砂返洗出篩管上部及油管內多余砂，施工結束，機械篩管用于防擋充填的礫石，礫石用于防、擋地層砂。該工藝實施過程中實現正循環充填，采用先擠壓后循環的方式，保證了環空擋砂帶自下而上充分填實。大通徑沉砂封隔器與篩管配套使用，細粉砂通過充填防砂管和窄心橋塞，最后沉到井底口袋內，減少砂沉效應，延長防砂有效期。該工藝能解決了高含水期防砂提液、井斜大、油氣比高、受顆粒運移影響的防砂難題。

4.3.3 掛濾防砂技術：適用于供液能力強、出砂不嚴重、沉砂口袋長的提液井。

5 結語

5.1 老爺廟淺層因出砂導致油井無法生產或生產不正常，主要體現在3方面：油井套變嚴重，竄槽或者封堵層開，砂卡管柱、頻繁防砂、檢泵；

5.2 通過系統分析，目前已清楚廟淺區塊出砂的斷塊、層位分布特點，以及導致出砂的原因既有儲層自身物性特點（物性差、非均質性強、膠結疏松），又有因采液強度大等造成儲層傷害；

5.3 根據不同的斷塊、油組、小層出砂特點，結合各自儲層物性特征，選擇合適的防砂方式，對出砂嚴重的油組生產初期即應控制采液強度，并且留有充足的口袋；根據部分井的防砂效果，建議儲層物性較好、地質潛力大的層，初期就考慮防砂。

［1］王曉文，董月霞.老爺廟地區石油地質特征與油氣分布［J］.石油與天然氣地質，2000，21（4）：341-344.

［2］王群會，王紹春等.廟北淺層油藏描述及剩余油分布研究，2003.5.

圖3-5 脫砂前后凈化油粘彈性曲線

從圖3-5可以看出，脫砂后其粘彈性模量均有所下降。脫砂前其粘性模量G″與彈性模量G′相差不大，脫砂后其粘性模量要遠大于彈性模量，表明脫砂后，原油乳狀液的流動性大大增強了。在較小的剪切應力范圍內，脫砂前與脫砂后的G′、G″和損耗角δ基本不隨剪切應力而變化；在較高的剪切應力下，彈性模量G′的下降速率要遠大于粘性模量G″，并且脫砂后粘性模量的損耗角δ幾乎為零，表明在脫砂后，由于原油內部顆粒的減少，導致顆粒間摩擦力降低，阻力減弱，需要克服應力的做功減小，令原油表現出了更好的流動性。

3 結語

對比脫砂前后館陶原油的粘溫特性及粘彈性可知，脫砂后館陶原油的粘度大幅降低，反相點由10%提高到了30%，原油的粘彈性模量均有所降低，原油表現出了更為良好的流動性，這說明原油的含砂量作為一項影響因素對原油的集輸有著不可忽視的影響。因此加強對除砂設備的研究，提高除砂設備技術水平是必不可少的。

參考文獻：

［1］李成見海上稠油油田含砂原油除砂及含油砂凈化工藝探討［J］.中國海上油氣，2007，19（4）：260-264.

［2］李傳憲，李琦瑰.凝膠原油粘彈性的實驗研究［J］.力學與實踐，2000，3（22）：48-50.

［3］桂平，張勁軍.凝點附近含蠟原油的粘彈性研究［J］.石油大學學報，2003，2（27）：90-92.

高原（1990-），女，漢族，助理工程師，主要從事原油流變性研究