機械充填防砂介質堵塞綜合評價方法

梁磊

【摘 要】繞絲充填為防砂工藝具有成本低廉、施工簡單、成功率高、有效期長等優點，在各大疏松砂巖油藏得到應用。但是繞絲充填防砂在防砂初期產液迅速下降，分析由于防砂繞絲、充填層出現不同程度的堵塞，導致液量快速下降。目前繞絲充填工藝低液原因分析單一，本論文針對繞絲充填工藝擋砂介質堵塞機理進行綜合分析評價，考慮多因素復合作用，提出繞絲充填堵塞評價綜合方法。

【關鍵詞】繞絲充填；堵塞；綜合分析；評價方法

繞絲充填防砂采用下機械防砂管后進行匹配礫石充填，依靠繞絲管阻擋充填礫石，充填礫石層形成砂拱阻擋地層砂實現油井防砂生產，該防砂工藝具有適應性強、成本低廉、成功率高、周期長等優勢，在各大疏松砂巖油田得到廣泛應用。但是繞絲充填防砂初期產能迅速下降，關于下降的原因在學界已經得到廣泛認識，一致認同由于機械管、充填層滲流能力在生產初期迅速堵塞導致產能下降。目前就堵塞機理分析及評價方法尚處于單一因素階段，未綜合考慮防砂管、充填層、近井地帶在防砂、采油動態條件下地層砂、灰漿、原油黏糊等影響因素的綜合分析評價方法。

針對評價結果確定各相干量占比關系，從定性或定量角度出發分析各因素占比及相關性，進行繞絲充填篩管堵塞動態綜合評價。

一、試驗評價分析

（一）充填砂分析

進行驅替試驗后取出填砂管內充填砂，根據取出的礫石層及與未驅替礫石層對比可知。通過取出驅替后填砂管內礫石發現，礫石表面大部分呈黑褐色說明存在礫石層表面吸附稠油重質組分（瀝青質）的現象。對取出礫石層觀察發現，礫石層內存在大量未被水驅出的剩余油。由于稠油吸附作用，干凈的石英砂一旦投產，有效滲透率會明顯下降一部分。下降的幅度與原油粘度有關，進行堵塞滲透率計算時必須考慮此現象。

（二）編號J1實驗結果分析

在70℃恒溫條件下，對于充填礫石的填砂管依次使用清水、攜砂液、地層水、稠油、清水驅替一定的時間，并實時記錄驅替流量及驅替壓差，計算滲透率變化，其流程如圖1所示，其結果如圖2、3所示。

圖1 J1實驗流程圖

由圖可知，填砂管礫石層初始滲透率為80μm2，壓實稠油交替驅替試驗結束后滲透率最后保持為約10-20μm2，滲透率降低了越80%。由曲線可知不同流體交換驅替時，壓力不穩，計算滲透率波動較大；存在礫石層蹩壓壓實過程；存在明顯的原油吸附過程，吸附后有效滲透率下降。

（三）編號T1、T2、T3實驗結果分析

在70℃恒溫條件下，對于充填礫石的填砂管依次使用清水、攜砂液、稠油、清水驅替一定的時間，其中稠油驅替分別為2、3、5小時，并實時記錄驅替流量及驅替壓差，計算滲透率變化。

填砂管礫石層初始滲透率為85μm2，壓實稠油交替驅替試驗結束后滲透率最后保持為約10-20μm2，滲透率比約為15～20%。

（四）編號H1實驗結果分析

在70℃恒溫條件下，對于充填礫石的填砂管依次使用清水、攜砂液、稠油+地層水、清水驅替一定的時間，其中稠油驅替5小時，并實時記錄驅替流量及驅替壓差，計算滲透率變化，填砂管礫石層初始滲透率為80μm2，壓實稠油交替驅替試驗結束后滲透率最后保持為約10-25μm2，滲透率比約為12～16%。通過對比可知，地層水+稠油混合驅替和交替驅替對礫石層滲透率的影響無明顯差別。

（五）編號Tc1/2/3實驗結果分析

在蒸汽吞吐過程中，地層溫度不斷呈周期性變化，因此溫度不同，稠油對礫石層的堵塞能力也不相同，因此，通過改變實驗溫度50、90、120℃來驗證在不同溫度條件下礫石層的堵塞滲透率比變化規律。在相同流量情況下，原油粘度隨溫度降低而增大，流動阻力明顯增大，在不同溫度下實驗滲透率變化不大，初始滲透率約約80μm2，最后均保持為約10-25μm2。

二、實驗結果分析

（一）防砂后滲透率損失85%

有實驗結果分析可知，礫石層堵塞后的滲透率為礫石層初始滲透率與堵塞滲透率比的乘積，并可以根據堵塞滲透率進行油井產能預測，因此滲透率比Kr是表征礫石層堵塞程度的評價指標。

礫石充填層的初始滲透率取決于礫石尺寸和生產壓差。投產后干凈礫石層在短期內被原油快速吸附，滲透率下降幅度可達吸附前80%以上，具體和原油粘度有關，之后隨著生產繼續逐步被進一步堵塞。

（二）滲透率受多因素綜合影響

綜合堵塞系數Xs是通過對細質粉細砂含量Rf；粘土泥質含量Rv；礫砂中值比GSR；原油粘度Uo；膠質瀝青質含量Rc；聚合物含量Rpo；出砂強度Qs；流速/產液強度Ql；生產時間t進行分析得出權重系數和堵塞影響系數并進行實驗擬合得到的，表達式如下所示。

根據實驗結果分析，影響擋砂介質堵塞程度的因素主要包括：a. 生產時間T；b.粉細砂含量Rf；c. 泥質含量Rv；e. 礫砂中值比GSR/WSR（篩管）；f. 原油粘度Uo；g. 膠質瀝青質含量Rc；h. 聚合物含量 Rpo；i. 出砂強度Qs ；j. 流速/產液強度Ql。

通過實驗結果及數學擬合，建立兩者之間的定量關系經驗模型，如下所示。

式中，Kr為介質堵塞滲透率比，無因此；Ar、Br為實驗擬合系數，無因次變量；t為生產時間，d；Xs為綜合堵塞系數，無因次變量。

（三）堵塞發生于早期

根據實驗數據建立了防砂介質堵塞滲透率與時間、地質條件、生產參數之間的定量經驗關系；防砂井擋砂介質堵塞主要發生在防砂后投產早期；投產后礫石層滲透率急劇下降然后趨于平穩；堵塞周期和最終堵塞程度取決于流體粘度、細砂/泥質含量、產量、稠油/聚合物含量、礫砂比（GSR）增加、產液強度。一般堵塞程度可達80%以上。

【參考文獻】

[1]劉春苗等，礫石充填防砂礫石尺寸設計方法述評與對比分析，承德石油高等專科學校學報，2011.13.

[2]董長銀等，機械防砂篩管擋砂層堵塞機理及堵塞規律實驗研究，中國石油大學學報，2011.35.