论文部分内容阅读
[摘 要]针对永安油田部分单元存在不同程度的出砂现象，结合出砂油藏地质特点，找出影响出砂的主要因素，“对症下药”通过完善定向井防砂技术，攻关水平井、侧钻井防砂技术，逐渐形成了“3大系列、10小项”的防砂工艺系列，提高了出砂油藏的开发水平。
[关键词]防砂 应力状态 抗剪切应力 无因次采液指数
中图分类号：TE358.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-275-01
引 言
东辛五矿管理着永安、新立村和盐家三个油田的12个开发单元，含油面积31.3km2，地质储量12855x104t，标定采收率32.46%。地质构造复杂，油井生产受砂、蜡、气、稠现象影响较为严重，目前五矿开油井数362口，其中出砂油井就有164口，占总井数的45.3%，主要集中在永安油田的永12、66单元，因此治理出砂井可大幅提高断块采收率。
1 概况
永12、永66块隶属东辛采油五矿永安油田，含油面积4.6km2，地质储量1506x104t，属于强边底水油藏，能量充足，目前综合含水已达90%以上，正是提液的最佳时机，但因出砂提液受限。目前有油井83口，开42口，因出砂造成套坏停井的25口，有18口井符合提液条件，因为出砂抑制了提液。
2 出砂因素分析
2.1 出砂机理
当流体的流速达到一定值时，首先使得充填于油层孔道中的未胶结砂粒发生移动，随着流速的增加、油井受力发生变化，油井出砂量增加，当流体的流速和生产压差达到某一定值时，使骨架砂变为自由砂，被流体带动着移动，引起油井大量出砂。（1）剪切破坏机理。剪切破坏的主要因素是油藏压力的衰减或生产压差过大，如果油藏能量得不到及时补充或注水效果差或生产压差超过岩石强度，都会造成地层的应力平衡失稳，形成剪切破坏。（2）拉伸破坏机理。流体对岩石的拉伸破坏主要集中在炮眼周围，另外，近井地带流体易脱气，粘度增大，对岩石颗粒的拖曳力也会增大。两种机理同时作用并相互影响，剪切引起地层破坏后，地层颗粒更容易在产液拖曳力作用下发生运移。
2.2 影响出砂因素
地质条件是内因，开采因素是外因。（1）内因-砂岩油层的地质条件。应力状态：钻开油层后，井壁附近岩石的原始应力平衡状态遭到破坏，造成井壁附近岩石的应力集中。岩石的胶结状态：油层出砂与油层岩石胶结物种类、数量和胶结方式有着密切的关系。岩石物性的影响：此为最重要的影响因素，岩石的力学性质与岩石本身物性密切相关，地层岩石遭到破坏出砂，其本质是胶结物被破坏，形成分散的砂粒。胶结物的破坏，除了剪切和拉伸等机械力的作用外，还受到液体的溶蚀等，有些本来不出砂的井在酸化或产水、注水后出砂，就是这个道理。（2）外因-开采因素。固井质量：由于固井质量差，在生产中形成高低压层的串通，使井壁岩石不断受到冲刷，粘土夹层膨胀，岩石胶结受到破坏，导致油井出砂。射孔密度：如果射孔密度过大，有可能使套管破裂和砂岩油层结构遭到破坏，引起油层出砂。油井的工作密度：在油井的生产过程中，油体渗流而产生的对油层岩石的冲刷力和对颗粒的拖曳力是疏松油层出砂的重要原因。其它：不适当的措施如压裂和酸化等，降低了油层岩石的胶结强度；不适于易出砂油藏的工程措施、不合理的油井工作制度的突然变化、频繁而低质量的修井作业、设计不良的措施和不科学的生产管理等都可能造成油气井出砂。这些都应当尽可能避免。由此可见，对出砂地层，分析并找出影响地层出砂的因素，对油气层的出砂趋势进行系统研究，是优化防砂方式，减少完井成本，最大限度提高油气井产能的有力保证。
3 防砂工艺概况
3.1分井型统计防砂效果
统计2002年到目前，五矿有出砂井164口，防砂井103口（175井次），根据防砂后与本区块、层位、邻井相比，液量和含水的变化，统计不同井型的防砂效果，其中：侧钻井：防砂21井次，以化学防砂为主，效果较好9井次，占比43%。定向井：防砂76井次，以砾石充填为主，辅助化学防砂，效果较好45井次，占比59%。水平井：防砂78井次，以礫石充填和滤砂管为主，其中金属棉滤砂管效果较好。效果较好58井次，占比74%。2007年以来后期防砂主要采取精密微孔滤砂管，防砂效果较差占比36%，但目前精密微孔滤砂管先期防砂效果好。整体效果金属棉滤砂管成功率高，液量最高，后期防砂精密微孔滤砂管液量较高，但效果较差占比大，精密微孔滤砂管先期防砂效果好。
3.2 断块统计防砂效果
（1）永12断块。永12断块防砂47井次，效果较好38井次，占比81%，效果一般6井次，占比13%，效果较差3井次，占比6%。其中：侧钻井：固砂剂防砂为主，效果较好；定向井：砾石充填为主，效果较好；水平井：金属棉滤砂管为主，效果较好，目前最大液量347方；整体效果：滤砂管效果最好，砾石充填次之。（2）永66断块。永66断块防砂61井次，效果较好32井次，占比52%，效果一般12井次，占比20%，效果较差17井次，占比28%。其中：侧钻井：化学防砂相对较差；定向井：砾石充填为主，防砂效果较差占比30%；水平井：金属棉滤砂管和砾石充填效果较好，精密微孔滤砂管效果较差占比63%；整体效果：金属棉滤砂管和砾石充填效果较好，精密微孔滤砂管和化学防砂效果较差。
3.3 影响防砂因素
（1）地层砂侵入影响。地层砂的侵入对砾石充填防砂效果影响最大，当地层粘土含量较高时，会加剧渗透率的下降趋势，砾石和地层砂混合物的渗透率甚至会低于地层砂本身的渗透率。（2）砾石尺寸选择不当。选择合适的砾石尺寸是决定砾石充填能否成功的重要因素，理想充填砾石的粒径为地层砂粒度中值的5-6倍。典型井：永68斜13井，生产沙二51，采用砾石充填防砂，因无该井地层砂粒径筛析数据，砾石粒径选择0.4-0.8mm，生产17天后地层出砂，光杆下不去。通过作业发现，出砂属细砂（粒度中值106um），占总砂量的93%，充填砂与地层砂粒径不匹配，挡砂效果差。（3）粘土与细粉砂的含量。粘土和粉细砂最容易堵塞滤砂管，粘土遇水膨胀是影响防砂效果和有效期的首要因素。（4）井段长度/多油层/地层垂向非均质性。井段比较长、地层垂向非均质性大的地层，导致化学防砂挤注不均匀，部分地层挤注效果差，继续出砂。（5）地层温度。对化学防砂效果的影响较大，化学固砂剂有一定的温度才能固结，因此在考虑选择化学防砂时，地层温度是首先要考虑的因素之一。（6）含水率的影响。在高含水的油井采用与化学剂有关的防砂方法可能会降低防砂有效期，因为高含水会降低化学剂的固结作用。（7）油藏流体物性。高粘液体与粘土及粉细砂一起容易堵塞油流通道，使油井丧失产能。（8）不合理的工作制度。防砂井初期，近井地带渗流还未形成稳定的通道，应控制采液强度、避免停井激动，调参过程中遵循逐步放大生产参数的原则。
4 提液潜力分析
从永12和永66块的开发情况来看，永12断块总开井数29口，液量<50方井占比41.4%，但因出砂影响导致动液面较深，下步可作为重点防砂提液井，液量50方-100方井占比27.6%，下步可适当防砂提液。永66断块总开井数24口，液量<100方井占比95.8%，平均动液面400-500米，下步可作为重点防砂提液井。根据永12和永66断块无因次采液曲线，含水<80%可以有杆泵小幅调参，80%<含水<90%可以有杆泵大幅调参，含水>90%可以电泵大幅提液。同时根据井型和开发状况优化防砂工艺：机械防砂，初期控制采液强度在8m3/（m.d）以内，尽可能低参数生产，待生产1个月稳定后，再逐步放大生产参数；化学防砂，初期控制采液强度在6m3/（m.d）以内，待生产1个月稳定后后，再逐步放大生产参数。但不要轻易洗井，对永安油田的高油气比井不能放套管气，建议油套连通生产。后期提液遵循逐步放大生产参数原则，避免防砂失效。
5 结 论
保持地层压力水平是关键：对于天然能量强的出砂油藏，也需要部署水井，减少亏空，保持原始地层压力；分析合理生产压差是现阶段压降大的井区改善开发效果的手段：由于地层压降大，恢复能量需要一段时间，可以先逐级上调液量，同时化验含砂量，判断临界产液量；局部压力保持水平高的井区可以提液。
[关键词]防砂 应力状态 抗剪切应力 无因次采液指数
中图分类号：TE358.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-275-01
引 言
东辛五矿管理着永安、新立村和盐家三个油田的12个开发单元，含油面积31.3km2，地质储量12855x104t，标定采收率32.46%。地质构造复杂，油井生产受砂、蜡、气、稠现象影响较为严重，目前五矿开油井数362口，其中出砂油井就有164口，占总井数的45.3%，主要集中在永安油田的永12、66单元，因此治理出砂井可大幅提高断块采收率。
1 概况
永12、永66块隶属东辛采油五矿永安油田，含油面积4.6km2，地质储量1506x104t，属于强边底水油藏，能量充足，目前综合含水已达90%以上，正是提液的最佳时机，但因出砂提液受限。目前有油井83口，开42口，因出砂造成套坏停井的25口，有18口井符合提液条件，因为出砂抑制了提液。
2 出砂因素分析
2.1 出砂机理
当流体的流速达到一定值时，首先使得充填于油层孔道中的未胶结砂粒发生移动，随着流速的增加、油井受力发生变化，油井出砂量增加，当流体的流速和生产压差达到某一定值时，使骨架砂变为自由砂，被流体带动着移动，引起油井大量出砂。（1）剪切破坏机理。剪切破坏的主要因素是油藏压力的衰减或生产压差过大，如果油藏能量得不到及时补充或注水效果差或生产压差超过岩石强度，都会造成地层的应力平衡失稳，形成剪切破坏。（2）拉伸破坏机理。流体对岩石的拉伸破坏主要集中在炮眼周围，另外，近井地带流体易脱气，粘度增大，对岩石颗粒的拖曳力也会增大。两种机理同时作用并相互影响，剪切引起地层破坏后，地层颗粒更容易在产液拖曳力作用下发生运移。
2.2 影响出砂因素
地质条件是内因，开采因素是外因。（1）内因-砂岩油层的地质条件。应力状态：钻开油层后，井壁附近岩石的原始应力平衡状态遭到破坏，造成井壁附近岩石的应力集中。岩石的胶结状态：油层出砂与油层岩石胶结物种类、数量和胶结方式有着密切的关系。岩石物性的影响：此为最重要的影响因素，岩石的力学性质与岩石本身物性密切相关，地层岩石遭到破坏出砂，其本质是胶结物被破坏，形成分散的砂粒。胶结物的破坏，除了剪切和拉伸等机械力的作用外，还受到液体的溶蚀等，有些本来不出砂的井在酸化或产水、注水后出砂，就是这个道理。（2）外因-开采因素。固井质量：由于固井质量差，在生产中形成高低压层的串通，使井壁岩石不断受到冲刷，粘土夹层膨胀，岩石胶结受到破坏，导致油井出砂。射孔密度：如果射孔密度过大，有可能使套管破裂和砂岩油层结构遭到破坏，引起油层出砂。油井的工作密度：在油井的生产过程中，油体渗流而产生的对油层岩石的冲刷力和对颗粒的拖曳力是疏松油层出砂的重要原因。其它：不适当的措施如压裂和酸化等，降低了油层岩石的胶结强度；不适于易出砂油藏的工程措施、不合理的油井工作制度的突然变化、频繁而低质量的修井作业、设计不良的措施和不科学的生产管理等都可能造成油气井出砂。这些都应当尽可能避免。由此可见，对出砂地层，分析并找出影响地层出砂的因素，对油气层的出砂趋势进行系统研究，是优化防砂方式，减少完井成本，最大限度提高油气井产能的有力保证。
3 防砂工艺概况
3.1分井型统计防砂效果
统计2002年到目前，五矿有出砂井164口，防砂井103口（175井次），根据防砂后与本区块、层位、邻井相比，液量和含水的变化，统计不同井型的防砂效果，其中：侧钻井：防砂21井次，以化学防砂为主，效果较好9井次，占比43%。定向井：防砂76井次，以砾石充填为主，辅助化学防砂，效果较好45井次，占比59%。水平井：防砂78井次，以礫石充填和滤砂管为主，其中金属棉滤砂管效果较好。效果较好58井次，占比74%。2007年以来后期防砂主要采取精密微孔滤砂管，防砂效果较差占比36%，但目前精密微孔滤砂管先期防砂效果好。整体效果金属棉滤砂管成功率高，液量最高，后期防砂精密微孔滤砂管液量较高，但效果较差占比大，精密微孔滤砂管先期防砂效果好。
3.2 断块统计防砂效果
（1）永12断块。永12断块防砂47井次，效果较好38井次，占比81%，效果一般6井次，占比13%，效果较差3井次，占比6%。其中：侧钻井：固砂剂防砂为主，效果较好；定向井：砾石充填为主，效果较好；水平井：金属棉滤砂管为主，效果较好，目前最大液量347方；整体效果：滤砂管效果最好，砾石充填次之。（2）永66断块。永66断块防砂61井次，效果较好32井次，占比52%，效果一般12井次，占比20%，效果较差17井次，占比28%。其中：侧钻井：化学防砂相对较差；定向井：砾石充填为主，防砂效果较差占比30%；水平井：金属棉滤砂管和砾石充填效果较好，精密微孔滤砂管效果较差占比63%；整体效果：金属棉滤砂管和砾石充填效果较好，精密微孔滤砂管和化学防砂效果较差。
3.3 影响防砂因素
（1）地层砂侵入影响。地层砂的侵入对砾石充填防砂效果影响最大，当地层粘土含量较高时，会加剧渗透率的下降趋势，砾石和地层砂混合物的渗透率甚至会低于地层砂本身的渗透率。（2）砾石尺寸选择不当。选择合适的砾石尺寸是决定砾石充填能否成功的重要因素，理想充填砾石的粒径为地层砂粒度中值的5-6倍。典型井：永68斜13井，生产沙二51，采用砾石充填防砂，因无该井地层砂粒径筛析数据，砾石粒径选择0.4-0.8mm，生产17天后地层出砂，光杆下不去。通过作业发现，出砂属细砂（粒度中值106um），占总砂量的93%，充填砂与地层砂粒径不匹配，挡砂效果差。（3）粘土与细粉砂的含量。粘土和粉细砂最容易堵塞滤砂管，粘土遇水膨胀是影响防砂效果和有效期的首要因素。（4）井段长度/多油层/地层垂向非均质性。井段比较长、地层垂向非均质性大的地层，导致化学防砂挤注不均匀，部分地层挤注效果差，继续出砂。（5）地层温度。对化学防砂效果的影响较大，化学固砂剂有一定的温度才能固结，因此在考虑选择化学防砂时，地层温度是首先要考虑的因素之一。（6）含水率的影响。在高含水的油井采用与化学剂有关的防砂方法可能会降低防砂有效期，因为高含水会降低化学剂的固结作用。（7）油藏流体物性。高粘液体与粘土及粉细砂一起容易堵塞油流通道，使油井丧失产能。（8）不合理的工作制度。防砂井初期，近井地带渗流还未形成稳定的通道，应控制采液强度、避免停井激动，调参过程中遵循逐步放大生产参数的原则。
4 提液潜力分析
从永12和永66块的开发情况来看，永12断块总开井数29口，液量<50方井占比41.4%，但因出砂影响导致动液面较深，下步可作为重点防砂提液井，液量50方-100方井占比27.6%，下步可适当防砂提液。永66断块总开井数24口，液量<100方井占比95.8%，平均动液面400-500米，下步可作为重点防砂提液井。根据永12和永66断块无因次采液曲线，含水<80%可以有杆泵小幅调参，80%<含水<90%可以有杆泵大幅调参，含水>90%可以电泵大幅提液。同时根据井型和开发状况优化防砂工艺：机械防砂，初期控制采液强度在8m3/（m.d）以内，尽可能低参数生产，待生产1个月稳定后，再逐步放大生产参数；化学防砂，初期控制采液强度在6m3/（m.d）以内，待生产1个月稳定后后，再逐步放大生产参数。但不要轻易洗井，对永安油田的高油气比井不能放套管气，建议油套连通生产。后期提液遵循逐步放大生产参数原则，避免防砂失效。
5 结 论
保持地层压力水平是关键：对于天然能量强的出砂油藏，也需要部署水井，减少亏空，保持原始地层压力；分析合理生产压差是现阶段压降大的井区改善开发效果的手段：由于地层压降大，恢复能量需要一段时间，可以先逐级上调液量，同时化验含砂量，判断临界产液量；局部压力保持水平高的井区可以提液。