降水防砂工藝措施效果評(píng)價(jià)模型研究

李彥龍董長(zhǎng)銀李懷文邵力飛陳新安許拓拓

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島 266555；2.中國(guó)石油大港油田公司石油工程研究院，天津 300280）

降水防砂工藝措施效果評(píng)價(jià)模型研究

李彥龍1董長(zhǎng)銀1李懷文2邵力飛2陳新安1許拓拓1

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島 266555；2.中國(guó)石油大港油田公司石油工程研究院，天津 300280）

降水防砂材料充填防砂能改善井底流動(dòng)條件，起到降水增油穩(wěn)砂的作用，但其施工效果綜合評(píng)價(jià)模型方面的研究尚為空白。通過降水防砂材料油水相對(duì)滲透率性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，探討了降水防砂充填材料的基本滲流性能及其主要的作用機(jī)理，建立了降水防砂材料充填簡(jiǎn)化模型，推導(dǎo)了降水防砂材料充填降水效果及增產(chǎn)效果預(yù)測(cè)的計(jì)算模型。應(yīng)用軟件對(duì)預(yù)測(cè)模型的敏感性進(jìn)行模擬計(jì)算，并通過實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證了降水防砂充填工藝措施的降水效果和增產(chǎn)效果。研究成果對(duì)疏松砂巖高含水油田降水增油措施的制定有一定參考意義。

疏松砂巖；防砂；降水防砂材料；降水率；當(dāng)量產(chǎn)能比

疏松砂巖油藏開發(fā)后期，油井含水不斷上升，出砂加劇，嚴(yán)重影響油井產(chǎn)能［1］。為了降低降水控砂增油的成本，降水防砂材料應(yīng)運(yùn)而生［2-4］。目前國(guó)內(nèi)常用的降水防砂材料大都是通過物理化學(xué)作用將偶聯(lián)劑、降水劑與特種水泥等材料按一定比例涂覆于無機(jī)顆粒（通常是石英砂）表面，經(jīng)特殊工藝制成的防砂顆粒［4-8］。降水防砂材料充填施工工藝是在常規(guī)高壓一次充填防砂基礎(chǔ)上，泵注礫石或其他支撐劑時(shí)，首先擠入一部分降水防砂材料到地層深部，然后再擠入常規(guī)石英砂等普通充填材料。降水防砂材料充填防砂施工能降低油井含水，降低防砂表皮因數(shù)，改善井底流動(dòng)條件，以達(dá)到防砂降水穩(wěn)油的目的。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)降水防砂材料的成型及其物理性能評(píng)價(jià)［5-9］、降水機(jī)理［3-4，10-12］方面的研究較多，但降水防砂施工后作用效果的預(yù)測(cè)模型及相應(yīng)的計(jì)算指標(biāo)尚為空白。筆者在分析降水防砂材料充填工藝的基礎(chǔ)上，首先對(duì)降水防砂材料進(jìn)行相滲規(guī)律的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，在此基礎(chǔ)上提出了降水率的概念，并建立了基于擠壓充填模式的降水率計(jì)算模型和當(dāng)量產(chǎn)能比預(yù)測(cè)公式，通過模擬分析與計(jì)算驗(yàn)證了模型的可靠性。

1 降水防砂材料油水相對(duì)滲透率評(píng)價(jià)

降水防砂材料的油水相對(duì)滲透率數(shù)據(jù)首先反映材料是否具有通油阻水性能，其次相滲數(shù)據(jù)將用于后續(xù)的防砂井降水及增產(chǎn)效果預(yù)測(cè)。

本文采用石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5345—2007，用HDQT-40型高溫高壓多功能驅(qū)替裝置進(jìn)行降水防砂材料相滲曲線的測(cè)定。3種不同粒徑降水防砂充填顆粒典型相滲曲線測(cè)定結(jié)果見圖1。

圖1 降水防砂充填顆粒相滲曲線

由圖1可看出，降水防砂材料等滲點(diǎn)含水飽和度均大于50%，這證明降水顆粒表面親水，在水驅(qū)油過程中毛管力作為水驅(qū)油的動(dòng)力存在，利于增產(chǎn)。降水防砂材料相滲曲線最大油相相對(duì)滲透率為最大水相相對(duì)滲透率的7~10倍，由此證明降水顆粒均具有較好的阻水通油性能。這說明降水防砂材料通過超疏水界面潤(rùn)濕機(jī)理、油水通道分流機(jī)理及遇水膨脹遇油穩(wěn)定機(jī)理在地層中起降水增油的作用［10-11］。

2 降水防砂降水率預(yù)測(cè)模型的建立

2.1 物理模型

降水防砂充填施工后，井筒附近的地層滲流特性會(huì)發(fā)生變化，實(shí)際降水防砂充填后地層滲流區(qū)域可能有地層徑向流滲流區(qū)域、充填過渡帶滲流區(qū)域、降水防砂材料充填帶滲流區(qū)域、普通石英砂充填帶滲流區(qū)域、射孔孔眼內(nèi)的滲流、射孔孔眼到井筒的流動(dòng)區(qū)域等，計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜。為便于計(jì)算，可忽略頂替石英砂對(duì)井底流入動(dòng)態(tài)規(guī)律的影響，降水防砂材料充填后井筒環(huán)空與原始井壁之間將形成環(huán)狀充填帶，在忽略井壁不規(guī)則性及充填非均質(zhì)性的前提下，降水防砂材料充填帶可以視為理想的圓柱環(huán)（圖2），圖中rin為等效充填半徑，rw為井筒半徑為，re為油井供給半徑。

圖2 降水防砂充填后井筒剖面簡(jiǎn)化示意圖

考慮到上述模型與實(shí)際井筒充填環(huán)境的差別，可以用等效充填半徑來代替實(shí)際的充填區(qū)域半徑。假設(shè)等效半徑區(qū)域內(nèi)充填密實(shí)，則在等效充填半徑內(nèi)的填砂量等于實(shí)際的降水防砂材料充填量。這樣，整個(gè)地層滲流就可以簡(jiǎn)化為兩個(gè)滲流區(qū)域，即地層滲流區(qū)域和等效充填區(qū)域。等效充填半徑用式（1）確定［12］

式中，rin為等效充填半徑，m；rso為篩管外徑，m；Ig為縱向充填強(qiáng)度，m3/m；φ為充填密實(shí)程度系數(shù)，無量綱。

2.2 降水率公式的推導(dǎo)

降水率定義為降水防砂材料充填有效期內(nèi)油井平均含水率相對(duì)于施工前平均油井含水率的降低值。為了便于公式推導(dǎo)，在上述模型的基礎(chǔ)上還必須做如下假設(shè)：（1）忽略毛管力、重力的影響；（2）假設(shè)油水兩相均不可壓縮；（3）地層僅發(fā)生平面徑向流，不考慮局部錐形擴(kuò)散流和單向流的影響。

（1）降水防砂施工前的含水率計(jì)算。

（2）降水防砂施工后含水率的計(jì)算［13］。降水防砂充填施工后的油井產(chǎn)油量為

降水防砂充填施工后的油井產(chǎn)水量為

由以上兩式可得降水防砂施工后的含水率的表達(dá)式

（3）降水率計(jì)算。降水率Δf可以表示為

式中，rw為井筒半徑，m；re為油井供給半徑，m；kg、kf分別為充填層滲透率、地層滲透率，D；kof（Sw）、kwf（Sw）、kog（Sw）、kwg（Sw）分別為相滲曲線上含水飽和度為Sw時(shí)地層、充填層的油水相對(duì)滲透率，無量綱；Lw為實(shí)際充填井段長(zhǎng)度，m。

根據(jù)上述公式，在求解降水率時(shí)，地層砂及降水防砂材料的相滲數(shù)據(jù)根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)獲取，其他數(shù)據(jù)根據(jù)油田生產(chǎn)實(shí)際確定。

2.3 降水防砂增產(chǎn)效果預(yù)測(cè)模型

當(dāng)量產(chǎn)能比（PR）表示油井防砂后的產(chǎn)能與不防砂情況下產(chǎn)能的比值［14］。當(dāng)量產(chǎn)能比大于1表示降水防砂施工后油井增產(chǎn)。充填防砂井的當(dāng)量產(chǎn)能比用下式表示［15］

式中，Sp為油井射孔表皮因數(shù)；Ssc為防砂措施造成的附加表皮因數(shù)。

降水防砂措施造成的附加表皮因數(shù)包括：管外降水顆粒充填區(qū)域表皮因數(shù)、管外普通石英砂充填區(qū)域表皮因數(shù)、炮眼礫石充填層的表皮因數(shù)、篩套環(huán)空礫石層表皮因數(shù)、篩管/濾砂管滲透層的表皮因數(shù)等。油井固有表皮因數(shù)、射孔表皮因數(shù)以及防砂措施造成的其他附加表皮因數(shù)的計(jì)算見參考文獻(xiàn)［15］，管外降水顆粒礫石充填區(qū)域中的流動(dòng)為徑向流動(dòng)，達(dá)西流動(dòng)條件下的表皮因數(shù)為

由于降水防砂材料充填后kg≥kf，故充填表皮因數(shù)為負(fù)，具有增產(chǎn)效果。

由上可知，只要求得油井各表皮因數(shù)，就可計(jì)算降水防砂材料充填施工后的當(dāng)量產(chǎn)能比，從而評(píng)價(jià)防砂措施對(duì)油井產(chǎn)能造成的影響，進(jìn)行防砂產(chǎn)能預(yù)測(cè)，判斷降水防砂充填的增產(chǎn)效果。

3 模擬計(jì)算與分析

基于上述模型和方法編制了降水防砂充填施工效果預(yù)測(cè)軟件，對(duì)降水防砂材料的施工效果進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

3.1 應(yīng)用實(shí)例分析

某井用降水防砂材料進(jìn)行充填防砂，其基本完井?dāng)?shù)據(jù)見表1，降水防砂充填施工參數(shù)及預(yù)測(cè)效果見表2。

表1 某井完井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表2 某井降水防砂充填施工參數(shù)及預(yù)測(cè)效果

由表2可知，該井降水防砂充填施工后降水率6.34%，當(dāng)量產(chǎn)能比1.051，取得了較好的降水效果和增產(chǎn)效果。

應(yīng)用上述完井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，筆者分別分析了充填厚度及原油黏度對(duì)降水防砂施工效果的影響，并得到了相關(guān)結(jié)論。

3.2 充填厚度對(duì)施工效果的影響

管外降水防砂材料充填層厚度對(duì)降水率和當(dāng)量產(chǎn)能比的影響見圖3，可以看出，充填厚度增大，降水率和當(dāng)量產(chǎn)能比均增大。在設(shè)計(jì)降水防砂充填顆粒用量時(shí)，要綜合考慮地層虧空量、經(jīng)濟(jì)效益與工藝措施效果等多方面的因素，在滿足充填條件的前提下，應(yīng)盡量增加充填層厚度，以提高降水效果和增產(chǎn)效果。

圖3 降水率、當(dāng)量產(chǎn)能比與充填層厚度的關(guān)系

3.3 原油黏度對(duì)降水率的敏感性分析

通過軟件模擬計(jì)算得到原油黏度與降水率的關(guān)系（圖4）。降水率值隨著原油黏度的增加而減小，當(dāng)黏度超過1 000 mPa·s時(shí)，黏度對(duì)降水率的影響減弱。因此降水防砂充填施工適用于稀油油井。

圖4 降水率與原油黏度的關(guān)系

4 結(jié)論與建議

（1）降水防砂材料等滲點(diǎn)大于50%，平均水油阻力比7~10，具有較好的控水增油能力。降水防砂材料充填施工能為高含水期疏松砂巖油藏的有效開發(fā)提供有力的技術(shù)支持。

（2）建立了降水防砂材料充填施工作用效果的預(yù)測(cè)模型，分別用降水率和當(dāng)量產(chǎn)能比來評(píng)價(jià)降水防砂充填施工后的降水效果和增產(chǎn)效果。

（3）分析表明，降水防砂充填施工適用于稀油井，降水率隨著原油黏度的增大而減小，隨著充填層厚度的增大而增大；當(dāng)量產(chǎn)能比隨著充填層厚度的增大而增大。

（4）本文建立的降水率及當(dāng)量產(chǎn)能比的計(jì)算模型是不考慮氣體影響及充填非均質(zhì)性等復(fù)雜條件的理想模型，關(guān)于復(fù)雜條件下模型的修正，將在后續(xù)工作中做進(jìn)一步的研究。

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（修改稿收到日期 2014-08-19）

〔編輯 朱 偉〕

Model study on evaluation of water reduce and sand control technique effect

LI Yanlong1,DONG Changyin1,LI Huaiwen2,SHAO Lifei2,CHEN Xin’an1,XU Tuotuo1
（1.Petroleum Engineering College,China University of Petroleum (East China),Qingdao266555,China;2.Petroleum Engineering Research Institute,CNPC Dagang Oilfield Company,Tianjin300280,China）

Sand control by packing water reduce and sand control materials can improve the flow conditions at hole bottom and play the role of reducing water cut,increasing oil production and stabilizing sand;however,the study on the overall evaluation model on its operation effect is still a blank.Through evaluation and experiment on oil/water relative permeability performance of water reduce and sand control materials,this paper discusses the basic seepage performance of the water reduce and sand control material and its primary function mechanism,has established a simplified model for packing of water reduce and sand control material,and inferred the computing model for the water reduce effect of water reduce and sand control material packing and the prediction of production-increasing effect.Software was used to conduct analog computation of sensitivity of prediction model and verified the water reduce effect and production-increasing effect of the technology of water reduce and sand control packing by example computation.The research finding is of certain reference significance to the establishment of water reduce and oil-increasing measures for high water cut unconsolidated sandstone oilfields.

unconsolidated sandstone;sand control;water reduce and sand control material;water reduce rate;equivalent capacity ratio

李彥龍，董長(zhǎng)銀，李懷文，等.降水防砂工藝措施效果評(píng)價(jià)模型研究［J］.石油鉆采工藝，2014，36（5）：113-116.

TE358

：A

1000–7393（2014） 05–0113–04

10.13639/j.odpt.2014.05.028

中國(guó)石油天然氣股份有限公司重大科技專項(xiàng)“柴達(dá)木盆地澀北疏松砂巖氣藏穩(wěn)產(chǎn)及新區(qū)上產(chǎn)技術(shù)研究”（編號(hào)：2011E-0309）。

李彥龍，1989年生。2012年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），現(xiàn)主要從事油氣井防砂完井、固液多相流方面的研究工作。E-mail：liyanlongupc@163.com。