基于灰色關(guān)聯(lián)法的金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管沖蝕失效主控因素研究

(中石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司，河南 南陽 473132)

目前針對疏松砂巖油藏最重要的防砂完井方式之一為優(yōu)質(zhì)篩管獨立防砂，現(xiàn)場所采用的優(yōu)質(zhì)篩管具有代表性的主要為金屬網(wǎng)布類篩管。然而這些篩管在生產(chǎn)過程中，先后出現(xiàn)了防砂篩管沖蝕失效的問題，導(dǎo)致油井大量出砂，經(jīng)濟損失嚴(yán)重。已有研究[1,2]表明，影響防砂篩管沖蝕損壞的因素眾多，室內(nèi)篩管沖蝕機理模擬試驗也只是籠統(tǒng)考慮了流速、含砂濃度、顆粒尺寸等對防砂篩管沖蝕速率的影響，并沒有弄清楚影響沖蝕失效的主控因素。因此，探究防砂篩管沖蝕失效主控因素，對于弄清楚防砂篩管的沖蝕機理及油田防砂設(shè)計優(yōu)化具有重要指導(dǎo)意義。筆者以M油田金屬網(wǎng)布防砂篩管沖蝕失效為例，采用灰色關(guān)聯(lián)法，以油井流體含砂濃度作為參考序列，定量地分析防砂篩管沖蝕失效與各參數(shù)的關(guān)聯(lián)度，得出防砂篩管沖蝕失效主控因素，從而指導(dǎo)M油田的防砂設(shè)計，同時為研究其他類型篩管失效提供借鑒。

1 篩管沖蝕失效影響因素的選取與分析

已有研究表明[3～7]，防砂篩管的沖蝕磨損速率主要與攜砂流體流速、含砂濃度、砂粒粒徑、沖擊角度以及沖蝕材料性質(zhì)有關(guān)，而以上5個因素直接與疏松砂巖油藏出砂相關(guān)。因此，疏松砂巖油藏造成防砂篩管沖蝕失效直接因素有地質(zhì)因素、流量因素、生產(chǎn)因素和篩管因素[8～10]，防砂篩管沖蝕失效直接因素與各參數(shù)見表1。

地層砂粒度中值、非均質(zhì)性和篩管的擋砂精度決定了流經(jīng)篩管并與篩管發(fā)生沖蝕的含砂量；產(chǎn)液量、生產(chǎn)壓差和原始地層壓力決定了攜砂流體的流速，流體流速過大既加劇了地層出砂程度又加劇了篩管的沖蝕；孔隙度、黏土體積分?jǐn)?shù)、含水率和滲透率是地層出砂的主要地質(zhì)因素，直接影響了地層出砂量的多少，決定了產(chǎn)出液中的含砂濃度；地層原油黏度決定了流體攜砂能力，攜砂能力越強，含砂濃度越大；生產(chǎn)時間越長，含水率升高，儲層出砂風(fēng)險增加，導(dǎo)致含砂濃度也增大；篩管材質(zhì)決定了其耐沖蝕性，所研究區(qū)塊篩管材質(zhì)相同，因此該參數(shù)可忽略；井型和完井方式將對沖蝕角度產(chǎn)生影響，所研究區(qū)塊井型和完井方式相同，因此這些參數(shù)在數(shù)據(jù)分析時不予考慮。

2 灰色關(guān)聯(lián)法

表1 防砂篩管沖蝕失效直接因素與各參數(shù)

灰色關(guān)聯(lián)法在油田開發(fā)、礦區(qū)儲層評價領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[11～14]，其原理是屬于幾何處理的范疇，其實質(zhì)是對反映各因素變化特性的數(shù)據(jù)序列所進行的幾何比較，而用于度量因素之間的關(guān)聯(lián)程度就叫灰色關(guān)聯(lián)度，它通過比較序列曲線幾何形狀的相似程度得到，關(guān)聯(lián)度越大則說明因素間的聯(lián)系越緊密，曲線就越接近，則相應(yīng)序列變化的一致性也就越強；反之，則關(guān)聯(lián)度小。采用灰色關(guān)聯(lián)分析的主要步驟是先確定比較序列與參考序列，然后求得它們之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，再通過關(guān)聯(lián)系數(shù)計算出各指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)度，進行關(guān)聯(lián)度大小的排序，由此得出關(guān)鍵因素指標(biāo)。

2.1 分析序列確定

反映系統(tǒng)行為特征的因素被稱為主因素，其所組成的序列為參考序列或母序列，記為：

Y0=(y1,y2,…,yn)T

(1)

影響系統(tǒng)行為特征的各因素所組成的序列被稱為比較序列或子序列，記為：

Xj=(x1j,x2j,…,xnj)T(j=1,2,…,m)

(2)

2.2 原始數(shù)據(jù)處理

參考序列和比較序列構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣：

(3)

系統(tǒng)中各個因素代表的物理意義各不相同，量綱也不相同，因此需要對數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，這里采用均值化處理，算法如下：

(4)

得到無量綱均值化矩陣為：

(5)

2.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)求取

對無量綱的均值化矩陣進行如下計算可得出各子因素與主因素之間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)：

(6)

由關(guān)聯(lián)系數(shù)組成的矩陣為：

Y=(γij)n×m

(7)

2.4 關(guān)聯(lián)度確定

對矩陣Y的列求平均值，可求得各子因素與主因素的關(guān)聯(lián)度：

(8)

3 主控因素分析

選取M油田金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管防砂失效井作為研究對象，該油田為典型疏松砂巖油藏。選取資料比較全的5口金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管防砂失效井，通過調(diào)研現(xiàn)場的鉆完井資料和修井資料，獲得了這5口井的地質(zhì)、流體和生產(chǎn)參數(shù)。由于篩管沖蝕失效程度越大，產(chǎn)出液中含砂濃度也越大，因此采用油井流體含砂濃度來表征篩管沖蝕失效程度，并將其作為參考序列Y0。將地層砂粒度中值、地層砂非均質(zhì)性、黏土體積分?jǐn)?shù)、孔隙度、滲透率、地層原油黏度、生產(chǎn)時間、地層壓力、生產(chǎn)壓差、篩管擋砂精度、產(chǎn)液量、含水率作為比較序列Xj，計算各參數(shù)與出砂量的灰色關(guān)聯(lián)度。金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管的出砂量與各參數(shù)的原始數(shù)據(jù)見表2。

表2 金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管油井出砂量與各參數(shù)原始數(shù)據(jù)

由式(1)～(8)進行均值化處理，計算關(guān)聯(lián)系數(shù)，最終求得各參數(shù)與出砂量的關(guān)聯(lián)度排序，M油田3種類型篩管計算結(jié)果見表3。金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管沖蝕失效的主要影響參數(shù)是生產(chǎn)壓差、生產(chǎn)時間和滲透率，也即是流速、含砂濃度對篩管的沖蝕影響最大，通過橫向?qū)Ρ?種類型篩管，計算結(jié)果與已有的研究結(jié)論[15]以及現(xiàn)場得到情況基本一致。因此，金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管沖蝕失效的主控因素是流速、含砂濃度。同時篩管的結(jié)構(gòu)以及擋砂機理也與篩管的沖蝕程度有關(guān)，金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管是由金屬保護套加多層金屬網(wǎng)布疊合焊接包裹在金屬基管上[16]，過流面積較大，因此，這類篩管生產(chǎn)壓差的增大和油井生產(chǎn)時間的延長，都會加劇儲層出砂，流體攜砂濃度增加，造成篩管沖蝕損壞。

表3 防砂篩管的沖蝕失效與各參數(shù)灰色關(guān)聯(lián)度排序

4 結(jié)論

1)防砂篩管沖蝕失效影響因素復(fù)雜多樣，是地質(zhì)因素、流量因素、生產(chǎn)因素和篩管因素相互作用的結(jié)果，從而導(dǎo)致金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管擋砂介質(zhì)形成沖孔，油井防砂失效。由于因素眾多，無法定量描述各因素。

2)采用灰色關(guān)聯(lián)分析法定量地分析了金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管沖蝕失效與各因素的關(guān)聯(lián)度，系統(tǒng)而全面地考慮了各因素之間相互影響的變化規(guī)律，克服了人為主觀因素的影響，分析結(jié)果認(rèn)為金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管沖蝕失效的主控因素是流速和含砂濃度，這與現(xiàn)場一致，說明該方法具有較高的準(zhǔn)確性和適用性。

3)依據(jù)金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管沖蝕失效主控因素的分析結(jié)果，可為M油田防砂設(shè)計提供相關(guān)的參考和有針對性的建議。