一種稠油熱采井攜砂上返模型計算—以海上A油田D井為例

張玉久林濤譚帥

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津300450；

2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452）

一種稠油熱采井攜砂上返模型計算—以海上A油田D井為例

張玉久1林濤1譚帥2

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津300450；

2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452）

稠油出砂問題一直困擾著稠油的開發(fā)，尤其是海上膠結(jié)疏松砂巖的稠油油田。海上稠油油田熱力吞吐采油后，注入的熱流體的熱量對砂巖的膠結(jié)產(chǎn)生了破壞，在吞吐后采油的過程中必然會造成出砂，如何控制出砂以延長稠油熱采的有效期、如何在目前老井的防砂方式下提高稠油熱采的效果，一直是困擾著熱采井產(chǎn)量的提高的問題，本文使用一種攜砂上返模型，以A油田D井為例計算了攜砂上返的臨界速度，控制臨界速度使油井有限出砂，保證稠油熱采的延續(xù)性，提高稠油熱采的效果。

海上油田；蒸汽吞吐；攜砂能力；稠油

渤海灣稠油油田膠結(jié)疏松，在熱力吞吐后極易出砂，為防止砂粒在井筒底部沉積，需研究砂粒在液體中的沉降規(guī)律，從而確定生產(chǎn)時的最低排量。不同粒徑范圍的砂粒，沉降雷諾數(shù)的范圍不同，則砂粒的沉降規(guī)律不同；液體的類型不同，砂粒的沉降規(guī)律亦不同；當液體粘度較小時，砂粒在其中的沉降雷諾數(shù)將遠遠大于1，用斯托克斯公式計算將帶來較大的誤差。因此計算顆粒在液體中的沉降速度時應(yīng)考慮液體的類型及砂粒的大?。?］。

1　理論依據(jù)

在熱流體吞吐后，產(chǎn)出液的成分主要有氣體、產(chǎn)出水、產(chǎn)出油和產(chǎn)出砂。對于攜砂上返，氣體的影響因素較小，主要考慮混合液體粘度及砂粒粒徑的影響。

流體根據(jù)其流變特性可分為三大類：即牛頓流體、冪律流體和賓漢流體。根據(jù)兩相流理論，砂粒在牛頓流體、冪律流體及賓漢流體中不同沉降雷諾數(shù)范圍內(nèi)的沉降規(guī)律不同，常用的斯托克斯公式僅適應(yīng)于顆粒沉降雷諾數(shù)較小的情況；當砂粒較大、液體粘度較小時，用斯托克斯公式得出的計算值與實際值相差很大。本文利用的新推導公式所得的理論計算值與實測值的誤差較小，得出的砂粒沉降規(guī)律較為準確，可用于現(xiàn)場流體攜砂能力的研究。

本文利用修正的全井筒泡沫油流臨界攜砂流速理論計算模型［2］來計算臨界攜砂流速。

常規(guī)公式計算出的臨界攜砂流速往往小于實際攜砂流速，通過使用修正系數(shù)，準確地求取井筒臨界攜砂流速，如下式：

式中uoi為砂粒的上返速度，ρs為砂粒密度，dp為砂粒平均粒徑，ρoi為混合液密度，g為重力加速度，Cs為容積顆粒濃度，CD為球形顆粒的曳力系數(shù)，fw為管壁效應(yīng)因子；2A油田概況

A油田位于渤海中部海域，屬于高粘重質(zhì)油油田，是迄今為止中海油在油田開發(fā)中所面臨的最具挑戰(zhàn)性的稠油油田。截止到2007年7月，南區(qū)累計生產(chǎn)原油13.95×104m3，采出程度0.29%［3］.A油田是疏松砂巖稠油油田，膠結(jié)程度差，油井易出砂，最容易造成油層砂埋、油管砂堵［4］。對于熱采吞吐井，如被迫起出油管、沖洗砂埋地層，工作量大，容易造成冷傷害，使得注入的熱量不斷的損耗，恢復生產(chǎn)后達不到提高采收率的目的。

A油田的水質(zhì)屬碳酸氫鈉型（NaHCO3），礦化度高，通過實驗測得D井的產(chǎn)出水的密度為0.988g/cm3，D井產(chǎn)出砂的粒徑分布如圖1所示。通過實驗測得D井的產(chǎn)出砂的密度為2.6706g/ cm3，砂粒平均粒徑0.25mm。

圖1　A油田D井產(chǎn)出砂的粒徑分析

3　利用模型計算

根據(jù)D井生產(chǎn)情況選取Cs容積顆粒濃度為1.5%，根據(jù)公式（2）計算不同組分混合液體的密度ρoi為0.9598g/cm3，

ρoi=Voρo+Vwρw（2）

式中ρo為油相密度，Vo為油相體積，ρw為水相密度，Vw為水相體積；

考慮井筒內(nèi)流體的流態(tài)，雷諾數(shù)通過計算可以得到為Re=1.716×10-5；

對于修正系數(shù)，考慮顆粒群干擾沉降和管壁效應(yīng)得顆粒群干擾沉降可以得到：

當Re＜0.2時，使用（4）（5）式計算可以得到n=5.21，fw= 0.97；

CD可以采用相關(guān)文獻提供的經(jīng)驗公式［5］，通過定義2個無因次群組，根據(jù)本次計算需要選取一個，當8.5×10-8≤Re≤0.1，根據(jù)（6（）7）式計算結(jié)果可以得到CD=0.0989；

綜合（2）（3）（4）（6）求得的數(shù)據(jù)代入公式（1），則平均臨界攜砂上返速度為21.73mm/s，使用3-1/2''油管，將砂粒砂攜帶上的最小排量為不小于11.3m3/d。

在A油田D井使用這一結(jié)果控制油井的產(chǎn)出，起到了很好的效果。

4　結(jié)語

4.1使用該模型計算的結(jié)果符合實際生產(chǎn)情況，能較好地指導生產(chǎn)；

4.2通過該模型計算的結(jié)果可以有效的控制油層的出砂量，延長熱采的有效期，提高原油的采收率。

［1］李愛芬，王士虎，王文玲.地層砂粒在液體中的沉降規(guī)律研究［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2001，1（8），70-74.

［2］單高軍，杜志敏，惠麗麗.全井筒泡沫油流臨界攜砂流速計算模型［J］.大慶石油學院學報，2008，32（4），49-52.

［3］李浩.A油田單井蒸汽吞吐優(yōu)化設(shè)計［J］.油氣田地面工程，2008，27（11），35-36.

［4］劉玉章，鄭俊德，夏惠芬.難動用儲量開發(fā)采油工藝技術(shù)［M］.石油工業(yè)出版社，2005.

［5］張慶著.球形顆粒的曳力系數(shù)的直接計算［J］，化學工程，1990：1（18），76-77.

張玉久(1984－),女,學士，2006年畢業(yè)于長江大學石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事海上油田采油工藝技術(shù)方面的研究。