尼日利亞深水A油田防砂實(shí)踐

武廣璦　曹硯鋒　史東坡（.中海油研究總院，北京　0008；.遼河油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，遼寧盤(pán)錦　400）

尼日利亞深水A油田防砂實(shí)踐

武廣璦1曹硯鋒1史東坡2
（1.中海油研究總院，北京100028；2.遼河油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，遼寧盤(pán)錦124010）

尼日利亞A油田平均作業(yè)水深1 500~1 700 m。油田分6套層系開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)井共采用了壓裂充填、膨脹篩管、優(yōu)質(zhì)篩管3種防砂方式。通過(guò)分析油田儲(chǔ)層物性及開(kāi)發(fā)井實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從防砂效果、表皮因數(shù)及單井產(chǎn)能3個(gè)方面對(duì)3種防砂方式的效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，在合理生產(chǎn)制度下，3種防砂方式均能有效防砂；從降低表皮因數(shù)、提高油井產(chǎn)能方面分析，優(yōu)質(zhì)篩管防砂在該地區(qū)更具優(yōu)勢(shì)；壓裂充填方式可承受更大的生產(chǎn)壓差。

深水油田；防砂；壓裂充填；膨脹篩管；優(yōu)質(zhì)篩管；表皮因數(shù)；產(chǎn)能

A油田是尼日利亞O區(qū)塊內(nèi)開(kāi)發(fā)的第1個(gè)油田，距海岸線約135 km，平均作業(yè)水深1 500~1 700 m，作業(yè)者為道達(dá)爾公司。油田共分為AU、AL、B、D、E/ F和G等6套開(kāi)發(fā)層系，采用早期注水注氣保持地層壓力的開(kāi)發(fā)方式進(jìn)行油田開(kāi)發(fā)，開(kāi)采方式為自噴生產(chǎn)［1］。該油田的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)由生產(chǎn)管匯、注水管匯和注氣管匯組成，通過(guò)浮式隔水管回接到FPSO上進(jìn)行生產(chǎn)處理；生產(chǎn)排出的地層水一部分通過(guò)注水井回注地層（為地層補(bǔ)充能量），其余經(jīng)處理后排入大海；伴生氣體部分回注地層，部分經(jīng)過(guò)水下輸氣管線外輸進(jìn)行LNG加工處理。

A油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用了多種防砂方式，本文旨在通過(guò)分析生產(chǎn)井實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，評(píng)估對(duì)比各防砂方式的防砂效果及對(duì)產(chǎn)能的影響，為油田下一步的開(kāi)發(fā)提供參考。

1　防砂設(shè)計(jì)與實(shí)施

1.1儲(chǔ)層物性

A油田儲(chǔ)層為三角洲沉積相，目的層普遍為砂泥巖互層，屬石英長(zhǎng)石砂巖，以細(xì)-粗砂巖為主。儲(chǔ)集空間以粒間孔為主，孔隙度主要分布范圍18%~30%，平均22.6%；滲透率主要分布范圍200~4 000 mD，平均1 100 mD，具有中孔、中高滲的儲(chǔ)集物性特征。原油黏度低，屬輕質(zhì)揮發(fā)油。

A、B油組沉積模式為深水濁積水道砂體側(cè)向遷移疊置。根據(jù)巖相分析結(jié)果，A油組干凈砂巖層占比23%，B油組為27%，地層膠結(jié)比較疏松，砂粒分布的均勻度較差。

DH油組沉積模式為多期朵葉復(fù)合砂體。根據(jù)巖相分析結(jié)果，D油組干凈砂巖層占比68%，EF油組為49%，G油組為58%，地層膠結(jié)和砂粒分布的均勻度較好。

1.2出砂預(yù)測(cè)

利用出砂預(yù)測(cè)模型對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行分析，可以初步預(yù)測(cè)開(kāi)發(fā)井生產(chǎn)過(guò)程中出砂的可能性［2-5］。分別采用聲波時(shí)差法、B指數(shù)法和S指數(shù)法對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行分析，可以看出，A、B、D、EF層的出砂可能性大，G層的出砂可能性為中等，油田開(kāi)采初期均需要防砂（tu 1）。

圖1　經(jīng)驗(yàn)法出砂預(yù)測(cè)

根據(jù)測(cè)井資料及室內(nèi)巖石強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)，基于UCS/2法則計(jì)算［6］，各層位開(kāi)采初期的臨界出砂生產(chǎn)壓差在5~10 MPa（圖2）。隨著開(kāi)采過(guò)程中水的產(chǎn)出及儲(chǔ)層壓力衰竭，會(huì)增大出砂的趨勢(shì)，出砂臨界生產(chǎn)壓差會(huì)進(jìn)一步降低。深水油田一旦大量出砂，會(huì)造成極大的危害，所以A油田必須采取防砂措施。

圖2　A油田各層位臨界出砂生產(chǎn)壓差

1.3防砂方式

綜合考慮各種防砂方式優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合A油田各儲(chǔ)層物性特征及油藏開(kāi)發(fā)方案，生產(chǎn)井主要采用以下3類防砂方式，各種方式的簡(jiǎn)介如表1所示。

根據(jù)第1批井的測(cè)試結(jié)果及投產(chǎn)后的實(shí)際表現(xiàn)，7口采用壓裂充填防砂的井的表皮因數(shù)高，產(chǎn)液指數(shù)低，非作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，從工程和生產(chǎn)2個(gè)方面都不成功。經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是由于A油田生產(chǎn)井各層滲透率差異大，不適合采用壓裂充填防砂工藝?？紤]到膨脹篩管可在井筒中進(jìn)行順應(yīng)式膨脹，實(shí)現(xiàn)與裸眼井壁緊密貼合，可防止產(chǎn)出砂在篩管-井壁環(huán)空中的重新排列，有利于生產(chǎn)井獲得高的產(chǎn)液指數(shù)，以及該防砂方式在其他區(qū)塊的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，作業(yè)者決定后續(xù)采用壓裂充填設(shè)計(jì)的生產(chǎn)井均改為膨脹篩管防砂。優(yōu)質(zhì)篩管防砂方式在大斜度井和水平井上均取得了成功，決定后續(xù)水平井均采用此方式。

表1　采用的3類防砂方式簡(jiǎn)介

最終，A油田生產(chǎn)井防砂方式總結(jié)為：8口定向井采用壓裂充填，4口定向井采用膨脹篩管，1口定向井采用優(yōu)質(zhì)篩管簡(jiǎn)易防砂，所有水平生產(chǎn)井均采用優(yōu)質(zhì)篩管簡(jiǎn)易防砂。

2　效果評(píng)價(jià)

2.1防砂效果

A油田為深水油田，采用的防砂理念是：不允許有地層砂產(chǎn)出。從實(shí)際生產(chǎn)情況來(lái)看，所有生產(chǎn)井均未發(fā)生持續(xù)性的出砂，采用的壓裂充填、優(yōu)質(zhì)篩管及膨脹篩管3種防砂方式均能有效阻止地層砂的產(chǎn)出。

2.2表皮因數(shù)

近井地帶的表皮因數(shù)是評(píng)價(jià)油氣井產(chǎn)能和完井效率的重要參數(shù)［7］。一口不完善定向油井的穩(wěn)定流產(chǎn)量公式表示為

其中

式中，St為總表皮因數(shù)；Stu為非達(dá)西流擬表皮因數(shù)；∑Si為由各種因素產(chǎn)生的擬表皮因數(shù)，包括儲(chǔ)層部分打開(kāi)擬表皮因數(shù)、射孔完井?dāng)M表皮因數(shù)、井斜擬表皮因數(shù)、流度變化擬表皮因數(shù)、泄油面積形狀擬表皮因數(shù)等。

A油田多數(shù)生產(chǎn)井在生產(chǎn)過(guò)程中都進(jìn)行了多次生產(chǎn)測(cè)井作業(yè)，并得到了總表皮因數(shù)。對(duì)單井來(lái)講，測(cè)試過(guò)程中可以認(rèn)為∑Si為一定值，而Stu則與測(cè)試條件相關(guān)。Stu與產(chǎn)量呈線性相關(guān)［8-9］，流量越大，Stu越大，總表皮因數(shù)St也越大。為了消除測(cè)試過(guò)程中流量對(duì)總表皮的影響，需要對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，校正后得到真實(shí)的表皮因數(shù)。以A689-P1井為例（圖3），可以看出，流量與總表皮因數(shù)具有較好的線性相關(guān)性，建立線性關(guān)系式后，求得流量為0時(shí)對(duì)應(yīng)的表皮因數(shù)即是校正后的真實(shí)表皮因數(shù)。

圖3　A689-P1井流量與表皮因數(shù)的相關(guān)性公式擬合

對(duì)所有生產(chǎn)井采用以上方法進(jìn)行處理，得到各生產(chǎn)井的校正表皮因數(shù)（如圖 4所示）。壓裂充填井表皮因數(shù)范圍–3.3~19.3，平均10.7；優(yōu)質(zhì)篩管簡(jiǎn)易防砂井表皮因數(shù)范圍–4.8~10.2，平均0；膨脹篩管井表皮因數(shù)范圍–1.6~26.1，平均0.6。由于采用膨脹篩管進(jìn)行防砂的生產(chǎn)井的井下壓力計(jì)出現(xiàn)故障，故只有1口井有壓力測(cè)量結(jié)果以計(jì)算表皮因數(shù)，其他井表皮因數(shù)未知。

壓裂充填防砂方式下表皮因數(shù)最大，推測(cè)是由于儲(chǔ)層間非均質(zhì)性較強(qiáng)，壓裂充填過(guò)程中未能有效壓開(kāi)低滲儲(chǔ)層，而壓裂液對(duì)高滲儲(chǔ)層又造成了二次污染，形成的裂縫未能彌補(bǔ)這一污染。膨脹篩管與優(yōu)質(zhì)篩管防砂方式下表皮因數(shù)相當(dāng)，符合預(yù)期。

圖4　生產(chǎn)井校正表皮因數(shù)

2.3單井產(chǎn)能

推薦采用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)液指數(shù)作為評(píng)估防砂方式對(duì)單井產(chǎn)能影響的依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)液指數(shù)表示為

式中，J為產(chǎn)液指數(shù)；k為地層滲透率；H為地層厚度。

在標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)液指數(shù)基礎(chǔ)上引入流體黏度μ，得到校正標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)液指數(shù)J'，作為評(píng)估防砂方式效果的依據(jù)

據(jù)此，得到投產(chǎn)后一年內(nèi)定向生產(chǎn)井的平均校正標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)液指數(shù)，如圖5所示。

圖5　定向生產(chǎn)井校正標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)液指數(shù)（投產(chǎn)后一年內(nèi)平均數(shù)據(jù)）

對(duì)于圖 5中定向生產(chǎn)井，A123-P4、A68-P1等前8口井為壓裂充填防砂井，A568-P1、B-P2、A568-P2等3口井為膨脹篩管防砂井，A9-P2為優(yōu)質(zhì)篩管防砂井。

對(duì)比3種防砂方式下生產(chǎn)井的平均校正標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)液指數(shù)，可以看出，優(yōu)質(zhì)篩管防砂是壓裂充填的2.3倍，是膨脹篩管的2.4倍。優(yōu)質(zhì)篩管防砂方式更有利于釋放生產(chǎn)井產(chǎn)能。

對(duì)比產(chǎn)量和生產(chǎn)壓差可以看出，3種防砂方式中，壓裂充填方式可承受更大的壓差，在提產(chǎn)方面更有優(yōu)勢(shì)。

3　結(jié)論

（1）壓裂充填、優(yōu)質(zhì)篩管、膨脹篩管3種防砂方式均能有效阻止地層砂的產(chǎn)出，可實(shí)現(xiàn)油田的長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)。

（2）對(duì)于生產(chǎn)井和注入井，3種防砂方式下對(duì)應(yīng)的表皮因數(shù)排序?yàn)椋簝?yōu)質(zhì)篩管＜膨脹篩管＜?jí)毫殉涮?。壓裂充填的表皮最高，但可耐受更大的生產(chǎn)壓差，有利于提產(chǎn)。

（3）優(yōu)質(zhì)篩管對(duì)應(yīng)的單井產(chǎn)液指數(shù)最高，最有利于產(chǎn)能的釋放。同時(shí)，該防砂方式對(duì)應(yīng)的完井工期及費(fèi)用最低，可大幅降低建井成本。從生產(chǎn)表現(xiàn)來(lái)看，定向生產(chǎn)井和水平生產(chǎn)井采油優(yōu)質(zhì)篩管防砂方式均可長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)。

［1］楊秀夫，蔣海軍.尼日利亞A油田深水鉆完井實(shí)踐與思考［J］. 中國(guó)海上油氣，2008，20（3）：206-210，214.

［2］SAUCIER R J. Considerations in gravel pack design［R］. SPE 4043, 1974.

［3］TIFFIN C L, KING G E, LARESE R E, et al. New criteria for gravel and screen selection for sand control［R］. SPE 39437, 1998.

［4］GEORGE G, CALVIN K D, CHRISTOPHE M. Screen selection for sand control based on laboratory tests［R］. SPE 64398, 2000.

［5］ALISTAIR R, DAVID T, ALLAN T, et al. Water injection completion philosophy in a deep water subsea environment requiring sand control: A case study of 29 injection wells in west of Shetland［R］. SPE 89745, 2004.

［6］鄭勛，鄧金根.深水A油田防砂方案設(shè)計(jì)［J］. 斷塊油氣田，2011，18（6）： 809-812.

［7］陳元千，閻為格.表皮因數(shù)的分解方法［J］. 斷塊油氣田，2003，10（6）：32-35，91.

［8］陳元千.油氣藏工程計(jì)算方法（續(xù)篇）［M］. 北京： 石油工業(yè)出版社，1999：102-106.

（修改稿收到日期2014-12-31）

〔編輯宋宇〕

Sand prevention practice of Deepwater Oilfield A in Nigeria

WU Guang’ai1, CAO Yanfeng1, SHI Dongpo2
（1. Research Institute of CNOOC, Beijing 100028, China; 2. Research Institute of Petroleum exploration and developement Liache Oilfield Panjin 124010, China）

The average operating depth of Oilfield A in Nigeria is 1 500 to 1 700 m. The oilfield is developed by six series of strata. The production wells adopt three sand prevention measures of frac-pack, expandable screen pipe, and high-quality screen pipe. By analyzing the properties of oil reservoir and the actual production data of development wells, the effects of the three sand prevention methods are evaluated from three aspects of sand controlling result, skin factors, and single well productivity. The research results show that all of the three methods can effectively prevent sand under a reasonable production system; to analyze from reducing skin factors and increasing well productivity, high-quality screen pipe is more advantageous in the region; frac-pack can withstand greater differential pressure of production.

deepwater oilfield; sand control; frac-packing; expandable screen pipe; high-quality screen pipe; skin factor; productivity

TE22

A

1000 – 7393（2015） 01 – 0121 – 04

10.13639/j.odpt.2015.01.031

“十二五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“西非、亞太及南美典型油氣田開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號(hào)：2011ZX05030-005）。

武廣璦，1984年生。2009年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）油氣井工程專業(yè)，現(xiàn)在中海油研究總院從事鉆完井方面的工作。電話：010-84526474。 E-mail：wuga@cnooc.com.cn。

引用格式：武廣璦，曹硯鋒，史東坡. 尼日利亞深水A油田防砂實(shí)踐［J］.石油鉆采工藝，2015，37（1）：121-123，128.