篩網式濾砂管擋砂效果室內試驗

施 進， 李 鵬， 賈江鴻

(1.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術公司 山東東營 257064；2.中國石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營 257000；3.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257017)

?油氣開采?

篩網式濾砂管擋砂效果室內試驗

施 進1， 李 鵬2， 賈江鴻3

(1.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術公司 山東東營 257064；2.中國石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營 257000；3.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257017)

為了提高篩網式濾砂管防砂效果，研究如何優(yōu)選擋砂層(密紋網)提高防砂效果。采用多點測壓巖心流動出砂試驗裝置，系統(tǒng)研究了篩網式濾砂管擋砂層(密紋網)層數(shù)、排列角度、放置順序以及地層砂非均質性、細粉砂(粒徑小于0.05 mm)質量分數(shù)等對擋砂精度和防砂效果的影響。研究結果表明，均質性地層砂密紋網擋砂精度ω≤0.8d50、非均質性地層砂密紋網的擋砂精度ω≤0.65d50時，采出液中的含砂量小于0.03％。通過對影響篩網式濾砂管擋砂精度的技術參數(shù)評價與優(yōu)化，為提高疏松砂巖油藏篩網式濾砂管的防砂效果提供了理論依據(jù)。

篩網式濾砂管 密紋網 擋砂精度 影響因素 實驗室試驗

近年來，隨著水平井裸眼篩管頂部注水泥防砂完井技術的大規(guī)模應用，篩網式濾砂管應用越來越多[1-2]。國內學者進行了很多防砂效果評價試驗，如王曉彬等人[3]進行了水平井防砂篩管評價試驗，證實了各類型篩管在不同分選性儲層的適應性；朱春明等人[4]建立了大型出砂模擬試驗裝置，形成了一種防砂篩管性能的評價方法。然而，前人的研究中，對篩網式濾砂管擋砂層(密紋網)的擋砂精度一般都是依據(jù)粒度中值進行選擇，對影響擋砂精度的地層砂非均質性、細粉砂含量及油井采液強度沒有進行相關系統(tǒng)研究[5-8]。因此，筆者對篩網式濾砂管擋砂層層數(shù)、排列角度和放置順序以及地層砂非均質性、細砂含量等對擋砂精度和防砂效果影響進行了系統(tǒng)的試驗研究。

1 試驗儀器及方法

擋砂精度優(yōu)化試驗裝置，主要包括動力系統(tǒng)平流泵、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、多點測壓長巖心填砂管和沉砂罐等，如圖1所示。

圖1 擋砂精度優(yōu)化試驗系統(tǒng)Fig.1 Test system of sand control accuracy optimization

主要試驗儀器和材料包括：LDY-Ⅱ 巖心流動試驗儀，OY-HS94500Z 全自動含砂儀，SFY-D 型音波振動式篩分粒度儀，M-2000 馬爾文激光粒度儀，不同精度密紋網、地層砂、充填礫石以及模擬地層流體(如鹽水、聚合物、稠油等)，振篩機，填砂管拆卸工具等。

采用建立的防砂精度優(yōu)化試驗系統(tǒng)，在長填砂筒中裝填不同粒徑的地層砂或礫石，在沉砂器中放置不同篩管小樣，將油井日產液量和采液強度折算成驅替泵的排量進行試驗，并利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集不同排量時的流量、滲透率、壓差等數(shù)據(jù)。對采出液中的砂粒含量、砂粒粒徑(粒度中值、最大粒徑等)進行分析研究，確定各影響因素對篩網式濾砂管擋砂精度的影響程度、擋砂精度的選擇依據(jù)。

2 試驗結果分析

2.1 篩網式濾砂管擋砂層對擋砂精度的影響

2.1.1 密紋網層數(shù)

選用0.10 mm(80目×400目)、0.15 mm(50目×270目)、0.20 mm(40目×200目)的密紋網，進行同精度密紋網層數(shù)對滲透率和出口液體中含砂量的影響試驗，結果如圖2所示。

圖2 同精度密紋網層數(shù)對防砂效果影響Fig.2 Effect of number of mesh layers with same accuracy on sand control effect

從圖2可知，相對單層密紋網，2層、3層和4層密紋網采出液中含砂量分別減少了7.03％，13.40％和23.50％，而滲透率降低不超過5％。

2.1.2 同精度密紋網排列角度

選用0.15 mm(50目×270目)密紋網，進行多層密紋網最佳排列角度出砂驅替試驗，2層密紋網的放置角度為0°+0°、0°+45°、0°+90°，3層放置角度0°+0°+0°、0°+45°+90°、0°+60°+120°，4層放置角度為0°+0°+0°+0°、0°+45°+90°+135°。

圖3為同精度3層密紋網排列角度對防砂效果的影響。從圖3可知，3層密紋網以0°+60°+120°角度排列最佳，相對3層密紋網以0°排列，含砂量減小50％，而滲透率減小幅度小于10％。

圖3 同精度3層密紋網排列角度對防砂效果的影響Fig.3 Effect of arrangement angle of three layers of same accuracy fine mesh on sand control

圖4為不同精度密紋網以最佳排列角度放置時，對滲透率和含砂量的影響結果分析。由圖4可知，不同層數(shù)密紋網以最佳排列方式放置時，滲透率的減小幅度都很小，但含砂量大幅減小，表明層數(shù)增加防砂效果變好。實際應用時，應根據(jù)含砂量的具體要求選用不同層數(shù)的密紋網加工制作篩網式濾砂管。

圖4 同精度多層密紋網最佳排列方式對防砂效果的影響Fig.4 Effect of optimal arrangement angle of multiple same accuracy layers of fine mesh on sand control

2.1.3 不同精度密紋網放置順序

選用0.15 mm(50目×270目)和0.20 mm(40目×200目)2種不同精度的密紋網，進行2層、3層和4層在基管外的放置順序(高精度密紋網緊貼基管還是遠離基管)試驗，圖5為2層密紋網放置順序試驗結果。

圖5 不同精度2層密紋網放置順序對防砂效果影響Fig.5 Effect of arrangement order of two layers of different accuracy fine mesh on sand control

試驗表明，內層選用低精度密紋網、外層選用高精度密紋網時，內層密紋網及支撐網內基本沒有砂粒滯留，外層高精度密紋網上有砂粒滯留；外層選用低精度密紋網、而內層選用高精度密紋網時，內層和外層密紋網上均有微量砂粒滯留。因此，對不同精度密紋網，內層(緊貼基管層)選用低精度密紋網、外層選用高精度密紋網，相對內層高精度密紋網、外層低精度密紋網，驅替壓差減小4.64％、滲透率增加15.40％(見圖5)，而采出液中含砂量未見明顯增加，防砂效果較好。

2.2 地層砂粒度特征對擋砂精度的影響

2.2.1 地層砂粒度中值

密紋網精度固定為0.15 mm(50目×270目)，進行驅替出砂試驗，研究不同粒度中值、不同防砂精度對滲透率、出砂量及流出砂最大粒徑的影響，結果如圖6所示。

圖6 地層砂粒度中值對擋砂精度和防砂效果的影響Fig.6 Effect of median grain diameter on sand control accuracy and effect

由圖6可知，砂樣粒度中值增大，滲透率增大，而采出砂最大粒徑基本無變化，如要使含砂量小于0.03％，選用0.15 mm精度的密紋網，只能擋住d50大于0.19 mm以上的砂樣。采用ω表示篩網式濾砂管擋砂層(密紋網)精度，ω數(shù)值越小表示擋砂精度越高，也就是ω≤0.789 5d50。表示對中值為0.19 mm的地層砂，密紋網精度ω不大于0.15 mm時，采出液中的砂粒含量小于0.03％，才能有效防砂。

2.2.2 地層砂非均質性

地層砂分為均勻砂(非均勻系數(shù)≤3)、不均勻砂(非均勻系數(shù)為3～5)、極不均勻砂(非均勻系數(shù)>5)[9-13]，改變粒度中值d50，研究了地層砂非均質性對擋砂精度的影響，結果如圖7所示。

影響均勻地層砂滲透率的主要因素是中值，影響不均勻地層砂滲透率的主要因素是非均勻系數(shù)[14-16]。從圖7可知，粒度中值一定時，非均質系數(shù)增大，含砂量也相應增大，要使含砂量小于0.03％，均質地層砂擋砂精度須滿足ω≤0.8d50，非均質砂擋砂精度須滿足ω≤0.65d50。滲透率與粒度中值和非均勻系數(shù)的關系如下[17-19]：

圖7 地層砂非均質性與防砂精度和防砂效果關系Fig.7 Relationship of sand heterogeneity with sand control accuracy and sand control effect

0.018d50-1.72

(1)

其中

Cu=d90/d40

(2)

式中：K為地層砂滲透率，D；Cu為非均勻系數(shù)；d50為粒度中值，μm；d40為累計質量分數(shù)為40％的顆粒直徑，μm；d90為累計質量分數(shù)為90％的顆粒直徑，μm。

一般Cu值大于1，Cu值越接近1，表明巖石的粒度組成越均勻，Cu≤3可視為地層砂較均勻，Cu=3～5為不均勻地層砂，Cu>5為極不均勻砂。

2.2.3 地層砂中細粉砂質量分數(shù)

固定地層砂粒度中值(粒度中值0.2 mm)，非均勻系數(shù)固定在某一范圍內，改變粒徑中值小于0.05 mm細粉砂的質量分數(shù)，試驗得到了地層砂滲透率與小于0.05 mm顆粒的質量分數(shù)關系，結果如圖8所示。

圖8 細粉砂含量對滲透率的影響Fig.8 Effect of fine silt content on permeability

由圖8可知，當細粉砂的質量分數(shù)從6％增大到12％時，均質砂(Cu≤3)的滲透率減小了47.93％，含砂量增加了32.72％，非均質砂(Cu>5)的滲透率減小了56.88％，含砂量增加了38.65％。所以，進行擋砂精度選擇時，地層砂中細粉砂的質量分數(shù)大于5％時，選擇篩網式濾砂管擋砂精度ω≤0.65d50。

3 結 論

1)不同精度多層密紋網組合方式對防砂效果影響較大，相比內層采用高精度、外層采用低精度密紋網的方式，內層選用低精度密紋網、外層用高精度密紋網時擋砂精度明顯提高，滲透率明顯增加，防砂效果更好。

2)均質性地層砂篩網式濾砂管擋砂精度ω≤0.8d50、非均質性地層砂篩網式濾砂管的擋砂精度ω≤0.65d50時，含砂量小于0.03％；地層砂中細粉砂含量大于5％時，推薦參考非均質砂的擋砂精度ω≤0.65d50來確定篩網式濾砂管擋砂精度。

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LaboratoryTestingofSandControlEffectforMeshTypeScreen

ShiJin1,LiPeng2,JiaJianghong3

(1.DrillingEngineeringTechnologyCompany,SinopecShengliOilfieldServiceCorporation,Dongying，Shandong，257064，China；2.OilProductionTechnologyResearchInsitute,ShengliOilfieldCompany,Dongying，Shandong，257000，China;3.InstituteofDrillingTechnology,SinopecShengliOilfieldServiceCorporation,Dongying，Shandong，257017，China)

To improve the effect of sand control of mesh type screen,the way to select sand blocking layer (fine mesh)was studied.Core sand flow test device with multi-point pressure measurement was established,and the effect of layer number,arrangement angle,setting order,sand heterogeneity and fine silt (particle size less than 0.05 mm)mass fraction on sand blocking accuracy and sand control results were studied systematically.The results showed that,when the fine mesh sand control precision wasω≤ 0.8d50in homogeneous sand andω≤ 0.65d50in heterogeneous sand,the sand content in produced liquid was less than the industrial standard of 0.03％.The evaluation and optimization of technical parameters affecting sand control accuracy of the mesh type screen provided theoretical basis for improving sand control of mesh type screen.

mesh type screen；fine mesh；sand control accuracy；influencing factor；laboratory testing

2013-01-20；改回日期2013-05-20。

施進(1963—)，男，浙江余姚人，1985年畢業(yè)于華東石油學院鉆井工程專業(yè)，高級工程師，主要從事石油工程管理及研究工作。

聯(lián)系方式：13605466617，shijin.slyt@sinopec.com。

10.3969/j.issn.1001-0890.2013.03.020

TE35

A

1001-0890(2013)03-0104-05

[編輯 滕春鳴]