稠油熱采溫度變化對儲層出砂影響規(guī)律試驗研究

陳毅，幸雪松　(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300450)

羅建偉　(中海油能源發(fā)展工程技術公司 ，天津 300450)

劉德華　(長江大學石油工程學院，湖北 武漢 430100)

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稠油熱采溫度變化對儲層出砂影響規(guī)律試驗研究

陳毅，幸雪松(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300450)

羅建偉(中海油能源發(fā)展工程技術公司 ，天津 300450)

劉德華(長江大學石油工程學院，湖北 武漢 430100)

[摘要]目前，常規(guī)出砂預測模型適用于油田的常規(guī)開采方式，無法滿足稠油油藏熱采的要求，需要研究稠油熱采溫度對儲層出砂的影響規(guī)律，指導制定稠油熱采井的完井防砂措施及生產(chǎn)工作制度。對于熱采稠油狀況下容易出砂的現(xiàn)象進行了研究，對取得的巖心樣品分別開展了不同溫度蒸汽吞吐后的巖石力學試驗，對于儲層巖石在注入不同溫度蒸汽狀況下的巖石力學強度變化規(guī)律進行了研究。通過研究蒸汽吞吐下溫度變化對巖石力學的影響，修正了常規(guī)模型，并可以運用于稠油油藏出砂規(guī)律的預測。通過相關研究表明注入蒸汽之后儲層的強度會降低；蒸汽吞吐在第一輪次的情況下巖石性能已大大改變，出砂可能性大大增加，伴隨著輪次次數(shù)的增加，影響已不明顯。

[關鍵詞]溫度變化；稠油熱采；蒸汽吞吐；巖石力學性質(zhì)；臨界生產(chǎn)壓差；出砂預測

在稠油開采的過程中經(jīng)常會遇到地層出砂的問題，這一問題嚴重制約了稠油井的正常開采。特別在蒸汽吞吐稠油開采到了高輪次開采后期時，高溫蒸汽會使地層巖石骨架的破壞作用進一步增強，地層的出砂情況會愈加明顯[1，2]。為了滿足稠油油藏開采過程中對防砂精度的要求，進行了稠油熱采對巖石力學性質(zhì)影響及溫度變化對出砂影響規(guī)律的研究，在防砂、完井這些方面均得到了一定的成果，在產(chǎn)能以及規(guī)模方面都有了很大的突破。

1常規(guī)出砂預測模型

研究從當今眾多的出砂臨界壓差模型中篩選了5種較常見的模型，如表1所示。在已獲取的油層壓力、巖石力學參數(shù)、地應力參數(shù)和相關現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)基礎上，對5種模型的計算結(jié)果進行了分析研究，來確定LD5-2N-1井常規(guī)開采的臨界生產(chǎn)壓差。

表1　5種常規(guī)出砂模型對比

續(xù)表1

綜上所述：這5種模型適用于不同的井型和不同的基本假設條件。因為不同的模型所采取的基本參數(shù)和出砂判斷依據(jù)有所差異，都存在著各自的局限性和優(yōu)缺點，那么如何尋找適合稠油注蒸汽吞吐條件下的出砂預測模型，是該文探索的突出問題。

2稠油熱采出砂機理

1)稠油井在正常的開采中經(jīng)常出砂[3]是因為稠油熱采井地層通常有大孔喉、結(jié)構(gòu)疏松、中高滲、膠結(jié)物含量少的特性。

2)因為高溫高壓蒸汽的溶蝕、水化膨脹、壓裂等作用的緣故，當熱采井在蒸汽注入后，會逐步破壞儲層的巖石強度[4]，進一步甚至會引起油層的出砂。

3)在蒸汽吞吐過程中，巖石顆粒的松動會進一步促使油層的出砂[5，6]，而且由于油層的大孔喉、高滲等因素會使出砂變得愈加明顯。

3注入不同溫度蒸汽條件下巖石力學試驗

建立防砂分析預測模型的基礎是巖石力學試驗，用產(chǎn)層巖樣在模擬地下情況下直接進行試驗是獲取巖石強度相關數(shù)據(jù)最為有效的手段。但是，有些井、產(chǎn)層并沒有巖心樣品，所以想通過借助于單獨某一口井的巖心試驗來獲取巖石強度的相關數(shù)據(jù)通常是比較困難的。往往在通常情況下，獲取巖石強度的資料有2種方法：一種是采取比較完整、系統(tǒng)的測井數(shù)據(jù)中的強度資料，但相關的資料十分少；而采用有代表性的微量巖心在試驗室獲取巖石強度是另外一種方法。相比2種方法，后一種方法更容易實現(xiàn)。測井資料中的巖石密度、孔隙度、井深、聲波時差等經(jīng)常和巖石強度密切相連，這些相關的資料在測井資料中通常都能夠獲取。

3.1試驗目的

借助于現(xiàn)場取得的巖心樣品分別開展了不同溫度蒸汽吞吐后的巖石力學試驗，分析儲層巖石在注入不同溫度蒸汽條件下的巖石力學強度變化規(guī)律。

3.2試驗方案及過程

1)按照設定的試驗方案對目標井巖心分別注入不同溫度的蒸汽，保溫24h。

2)將注入蒸汽之后的巖心樣品放入MTS巖石力學試驗裝置高壓釜內(nèi)。

3)運行HP3054A數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，調(diào)試好程序，一切進入就緒狀態(tài)。

4)在進行單軸試驗時，通過開啟液壓機給試樣賦予軸向載荷，加載過程中巖樣的應力和應變由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集記錄，直到巖樣發(fā)生損壞時停止加載；三軸強度試驗時需要根據(jù)儲層所在深度地應力大小加入一定的圍壓。

5)試驗完成后，通過計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)描繪出應力-應變曲線。

3.3具體試驗方案

該次試驗首先注入25℃下蒸汽，然后注入蒸汽溫度依次升高直到300℃，觀察蒸汽溫度的升高對儲層巖石強度的影響。其中共取到2口井10塊巖心樣品，具體情況如表2所示。

表2　巖心樣品試驗方案

表3　試驗結(jié)果

圖1　溫度對儲層巖石強度影響規(guī)律

3.4試驗結(jié)果分析

試驗結(jié)果如表3和圖1所示。

根據(jù)8組有效的巖心單軸及三軸巖石力學試驗結(jié)果，可得到如下初步結(jié)論：

1)隨著儲層注入溫度增加以及蒸汽吞吐輪次的增加，儲層的單軸強度及三軸強度均會出現(xiàn)不同程度的降低；

2)一旦開始注入蒸汽，即便在第一輪次溫度只有150℃的情況下，巖心的強度都會有大幅度的降低，說明蒸汽的注入已經(jīng)破壞了儲層的膠結(jié)，使得儲層的出砂程度大幅度的增加，只要流體能夠具有足夠的拖移力，能夠啟動砂粒的運移，儲層就會出砂；

3)蒸汽注入溫度超過250℃之后，對儲層的膠結(jié)破壞已經(jīng)達到了最大，再提高注入蒸汽溫度以及增加吞吐次數(shù)，儲層性質(zhì)變化不再明顯。

4稠油熱采條件下出砂生產(chǎn)壓差的變化規(guī)律

4.1模型選擇及軟件計算

通過LD5-2N-1井蒸汽吞吐條件下的巖石力學試驗結(jié)果，結(jié)合測井資料，對不同出砂預測模型進行對比分析，最終選用經(jīng)驗模型(即單軸強度模型)進行臨界生產(chǎn)壓差的預測。根據(jù)試驗結(jié)果，修正模型參數(shù)L=0.5，可用來對稠油熱采井進行出砂預測。從預測結(jié)果來看，該區(qū)塊出砂臨界生產(chǎn)壓差基本在2MPa以內(nèi)，大部分層位集中在1MPa以內(nèi)，說明只要開采即會出砂，一旦采用注入蒸汽熱采，出砂程度將更為嚴重。圖2顯示不同出砂預測模型給出的臨界生產(chǎn)壓差隨深度的變化曲線。

圖2　LD5-2N-1井不同出砂預測模型預測結(jié)果對比分析圖

4.2稠油熱采注蒸汽吞吐情況下出砂可能性預測

針對該區(qū)塊的出砂預測結(jié)果，可以得到如下基本結(jié)論：臨界生產(chǎn)壓差隨著地層溫度的升高而減小。當注入蒸汽地層升溫到150℃時，LD27-2-2井明化鎮(zhèn)組儲層出砂臨界壓差由2.05MPa下降到1.15MPa，繼續(xù)提高蒸汽溫度到250℃時，出砂臨界壓差已經(jīng)降低到0.9MPa，之后升溫對出砂可能性的影響已經(jīng)很小了；當注入蒸汽溫度達到250℃時，LD5-2N-2井明化鎮(zhèn)組儲層出砂臨界壓差由0.7MPa下降到0.55MPa，繼續(xù)提高蒸汽溫度到350℃時，出砂臨界壓差已經(jīng)降低到0.38MPa，說明只要注入蒸汽，開采即會出砂。

儲層出砂臨界壓差隨地層溫度變化如圖3所示。在生產(chǎn)階段，溫度逐步回落，出砂臨界壓差逐步增大，即最容易發(fā)生出砂的時段是注熱轉(zhuǎn)生產(chǎn)的初始階段。因此建議，在注熱轉(zhuǎn)生產(chǎn)階段初期，應首先使用較低的工作制度生產(chǎn)，之后逐步加大油嘴，增大產(chǎn)量到正常的配產(chǎn)。

圖3　儲層出砂臨界壓差隨地層溫度變化

5結(jié)論與認識

1)目前眾多出砂預測模型假設條件不同[7]，適用范圍均有一定程度的限制，需要通過不同蒸汽吞吐溫度條件下的巖石力學試驗來建立適合稠油熱采井的出砂預測模型。

2)利用LD5-2N-1井蒸汽吞吐條件下的巖石力學試驗結(jié)果，結(jié)合測井資料，對不同出砂預測模型進行對比分析，最終選用經(jīng)驗模型(即單軸強度模型)進行臨界生產(chǎn)壓差的預測。根據(jù)試驗結(jié)果，修正模型參數(shù)L=0.5，可用來對稠油熱采井進行出砂預測，從預測結(jié)果來看，該區(qū)塊出砂臨界生產(chǎn)壓差基本在2MPa以內(nèi)，大部分層位集中在1MPa以內(nèi)，說明只要開采即會出砂。

3)在蒸汽吞吐開采過程中，一旦注入蒸汽溫度達到150℃時，儲層巖石的強度即會大大降低，當蒸汽溫度超過250℃后，儲層巖石強度基本就沒有變化了，此時，儲層基本已被破壞。

4)在蒸汽吞吐第一輪次時巖石性能已被破壞，增大了出砂的可能性，伴隨著蒸汽吞吐輪次的增多，巖石性能受到的影響已不明顯。

[參考文獻]

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[2]嚴麗曉，文嵐，李月勝.疏松砂巖油藏水平井篩管防砂完井工藝的研究與應用[J].勝利油田職工大學學報，2009，23(4)：30～32.

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[7]Hongen D, Dandan H, Wenxin C. Sand production prediction and the selection of completion methods for horizontal well in Intercampo Oilfield, Venezuela[J]. SPE 93821,2005.

[編輯]黃鸝

49 Experimental Study on the Influence of Variation of Thermal Recovery of Heavy Oil on the Rules of Sand Production

Chen Yi,Xing Xuesong,Luo Jianwei,Liu Dehua

(FirstAuthor’sAddress:ResearchInstituteofPetroleumofBohaiOilfield,TianjinBranchCompany,CNOOC，Tianjin300450,China)

Abstract:At present, regular sanding prediction model was suitable for conventional production in oilfields，it could not meet the requirements of thermal recovery of heavy oil.Then the influence of heavy oil thermal recovery temperature on sand production was researched to provide guidance for taking the measures of sand control and setting the production system.Based on the condition of high sand，rock dynamic experiments for core sample were carried out on different steam huff-and-puff temperatures, and the change regularity of rock mechanic strength was researched on different steam injecting temperatures.By studying the impacts of temperature variation on rock mechanical properties，the regular model was modified and it was used for predicting sand production regulation of heavy oil.The results show that the oil intensity in the reservoir is reduced after steam injection, and after the first round of steam huff-and-puff mechanical properties of rock has changed greatly, the possibility of sand production is raised greatly.With the increase of injection times, the influence is not obvious.

Key words:temperature variation；heavy oil thermal recovery；steam huff and puff；mechanical property of rock；critical production pressure differential；prediction of sand production

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)11-0049-05

[中圖分類號]TE358.1

[作者簡介]陳毅(1980-)，女，工程師，主要從事海上完井工程技術研究工作，Chenyi@cnooc.com.cn。

[基金項目]中海石油(中國)有限公司綜合科研項目(YXKY-2013-TJ-01)。

[收稿日期]2015-10-08

[引著格式]陳毅，幸雪松，羅建偉，等.稠油熱采溫度變化對儲層出砂影響規(guī)律試驗研究[J].長江大學學報(自科版),2016,13(11):49～53.