出砂在線監測技術在油田生產中的應用與研究

孟 強，任大明，馮衛華，萬禧煌，楊 子

（1. 中海油（天津）管道工程技術有限公司，天津 300452；2. 中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459; 3. 中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

稠油開采已成為中國石油行業的重要組成部分，如果將出砂冷采技術應用到稠油開采，特別是海上稠油油田，會大幅提高油井的產量，但卻面臨許多問題[2]。由于油氣井出砂產生的嚴重的危害，為此油田每年都要花費大量的人力、物力、財力來進行防砂和清砂工作[3]。例如中國海上油田已發現原油地質儲量49×108m3，其中稠油儲量為34×108m3，占總地質儲量的69%以上。渤海油藏地質條件復雜是渤海海域含油氣構造的一大特點，其中有一點表現極為重要：膠結疏松，油井出砂嚴重；油藏以細砂、粉細砂為主，泥質膠結，膠結疏松，生產過程中，尤其稠油油藏在開采過程中，油井出砂嚴重。而出砂對油井產能有直接影響：一方面出砂后導致防砂管堵塞與環空砂的堆積，致使產能降低；另一方面出砂后儲層孔隙特性發生改變，特別是近井地帶的孔隙度、滲透率會有不同程度的增加，如果能夠形成蚯蚓洞，會大大地提高單井的產能[4]。所以，在正常的油田生產中對于出砂能有效的監測顯得尤為重要。

1 油井出砂的危害

在不斷開發油田的過程中，隨著地層的能量越來越低，就暴露出明顯的油井出砂的問題，而油井的穩產基礎又是十分薄弱的，就會出現嚴重的出砂現象，而一旦砂進入到了井筒之中，還會導致泵無法工作以及油井砂埋等問題，并且當出砂問題較為嚴重時，還會大大的提升后續油井開發工作的難度，從而降低油田的最終采收率，油井出砂會對油田生產過程造成的危害主要表現在以下幾個方面[5]：

1.1 出砂引起井下套管損壞

出砂會使地層形成洞穴，隨著出砂量的增加，套管外地層洞穴變大并使上部的巖石失去支撐，導致突發性地層垮塌，給套管很大的擠壓力，很容易使套管擠扁甚至擠斷、錯位或使井報廢。

1.2 導致設備嚴重磨損

油井產出的地層砂中含有的主要成分是硬度很高的二氧化硅，會使井下的管柱和工具受到極大的磨損，尤其對井下的抽油泵的零部件有強烈的磨損，造成泵的閥座磨損而不密封、閥球磨燭、柱塞和拉傷，增大間隙，降低泵效，被迫提前檢修。同時，出砂也會對地面設備造成強烈的磨損，使地面閥門失靈、輸油葉輪嚴重磨燭等。

1.3 導致油井砂堵

油井出砂可造成油氣層砂埋，堵塞射孔孔道，堵塞井筒，嚴重時使油井停止出油，必須要進行大修，此時會造成停產。

1.4 大量出砂增加地面處理難度

出砂使地面管匯和儲油罐積砂，因此不得不進行沖洗清理等工作，使生產周期變短，油產量大減。有的油田不得不采取控制產量的辦法來抑制地層出砂，這勢必會減少油井產量。

1.5 出砂造成環境的污染

大量出砂會造成環境的污染，尤其是海洋油氣田，所以油氣井防砂不僅是油氣開采本身的需要，也是環境保護的需要[3]。

2 出砂在線監測裝置

2.1 結構組成及功能

出砂在線監測裝置主要結構有高頻傳感器、前置處理、信號采集、信號提取及結構分析單元，各個部分的功能如表1所示。

表1 出砂在線監測結構組成及功能

2.2 應用效果評價

A井完井方式為篩管水平井，投產后產液量為0.45 m3/d，由出砂在線監測裝置對該井進行了時長為3 h 21 min監測，井口壓力為1.28 MPa。

表2 A井出砂監測含砂率統計

圖1 A井出砂率監測曲線

最大出砂率75.30 g/h，最小出砂率0.79 g/h，平均出砂率4.55 g/h，方差16.47 g/h。根據A井的監測：該井有明顯的出砂現象，但方差較小，為16.47 g/h，因此認為該井的出砂情況為連續出砂，即屬于適度出砂范圍；該井的平均出砂率較小，僅為4.55 g/h，因此認為總的出砂在合理范圍內；由方差、最大出砂率、最小出砂率、平均出砂率等數據可以看出，該井無重大的突發性大量出砂；鑒于以上情況，認為防砂管柱的完整性較好，儲層傷害不明顯。

B井注采方式為自噴，日產液量4.0 m3/d，由出砂在線監測裝置對該井進行了時長為2 h 35 min監測，井口壓力為0.32 MPa。

表3 B井出砂監測含砂率統計

圖2 B井出砂率監測曲線

最大出砂率19.41 g/h，最小出砂率10.08 g/h，平均出砂率13.55 g/h，方差3.55 g/h 。根據B井的監測：由于該井的最大出砂率、最小出砂率、平均出砂率都比較接近，方差也很小，認為該井的出砂情況非常平穩，屬于正常出砂；監測結果中未發現突發性的出砂信號，因此防砂管柱結構完整；因為出砂信號平穩，因而可以推斷防砂管柱完整性好，這也說明地層沒有受到嚴重損傷。

C井注采方式是機采，日產液量為1.5～2.1 m3/d，由出砂在線監測裝置對該井進行了時長為2 h 10 min監測，井口壓力為0.32 MPa。

表4 C井出砂監測含砂率統計

圖3 C井出砂率監測曲線

最大出砂率1.98 g/h，最小出砂率0.69 g/h，平均出砂率1.39 g/h，方差0.01 g/h 。根據C井的監測：由統計數據可以看出, 最小出砂率接近于0，方差也很小，認為該井基本不出砂，偶然的出砂可能是施工引起的人工砂；監測結果中未發有現突發性的出砂信號，因此防砂管柱結構完整；地層沒有受到損傷。與此同時，對其它井次也進行相關出砂監測，統計結果如表5所示。

3 主要問題及改進措施

（1）現有監測模式與國外相同，即采用了筆記本電腦，這不適合現場長時間在線監測，因此需要對其進行采集、顯示、存儲、數據處理等方面的一體化設計，有利于長期監測油井出砂情況。

表5 其它井出砂監測統計

（2）可以考慮加設無線傳輸系統，將測量數據實時地發送到辦公室或監測中心。

（3）有關出砂定量結果的準確性在實驗室進行過標定，但針對低產井的準確性還有待進一步積累數據，以提高精度。

4 總結

（1）所采用的出砂監測儀器工作正常。儀器曾與國外公司的出砂儀器在勝利油田的高產井中進行了對比，得出了出砂率基本一致的結論，本次所測的多口井的情況也說明儀器有較高的準確性。

（2）儀器所采用理論模型和計算方法是正確的，出砂信號的提取及采用的濾波技術是有效的，能夠從惡劣的環境噪聲中提取出有用的出砂信號。

［1］劉剛，韓金良，陳超，等. 一種能有效監測稠油出砂信號的室內實驗裝置設計[J]. 科學技術與工程，2012, 30: 7868.

［2］耿瑞平, 李相方. 油氣井出砂信號的動態監測與處理[J]. 計算機測量與控制, 2003, 11(9): 655-657.

［3］馮旭東. 稠油出砂監測技術研究［D］. 西安石油大學，2012.

［4］鄧建明. 渤海油田防砂技術[M]. 石油工業出版社，2013.

［5］王培凇. 淺析油井出砂的危害及防砂技術[J]. 科技創新與應用，2014（28）.