注聚合物驅二次防砂篩管優化及試驗評價

徐路

中國石油遼河油田分公司 鉆采工藝研究院（遼寧 盤錦124010）

0 引言

隨著油田進入開發后期，聚合物驅作為一種有效的開發方式，成為油田挖潛和提高采收率的重要手段。在大慶油田、渤海油田以及河南油田的現場實踐表明：與普通注水開發相比，注聚開發區塊存在普遍的地層堵塞現象，使得注入壓力升高以及油井產量下降[1-5]。遼河油田大洼區塊主要為疏松砂巖油藏，注聚合物驅開發過程中普遍存在出砂現象，嚴重影響后續開發效果。

在以往的相關研究及現場實踐中，針對防砂井擋砂介質的堵塞原因、堵塞機理、聚合物對儲層堵塞影響以及儲層解堵技術等的研究較為深入[6-14]。其中董長銀等對防砂井擋砂介質堵塞規律進行了實驗研究，著重考察了驅替時間、地層砂粒度中值、運移速度、流體黏度以及泥質含量對擋砂介質的堵塞影響；劉東等對注聚區油井防砂層堵塞原因進行的研究表明，在生產過程中造成地層堵塞的主要原因是聚合物在地層砂粒表面的聚集、吸附作用；胡才志、王志剛等對礫石充填層的堵塞原因進行了分析和研究等。上述研究均表明，篩管外擋砂介質的堵塞是造成篩管防砂井產量下降的主要因素，區塊轉聚合物驅后產出液黏度增大更加造成了篩管外擋砂介質的堵塞程度。為此，對大洼區塊注聚合物驅二次防砂油井防砂效果進行統計和分析，對防砂管柱進行優化，增大篩管過流面積、減小篩管外擋砂介質厚度，以減少地層的堵塞，增加油井產能、延長檢泵周期。

1 區塊儲層特征

遼河油田大洼區塊地處遼寧盤錦市大洼縣城西側，構造位于遼河斷陷盆地，中央凸起南部傾沒帶大洼斷層西側，清水洼陷東部。區塊含油面積為15.3 km2，開發目的層為東營組馬圈子油層，油藏類型為層狀構造-巖性油氣藏，埋深一般在1 500～1 800 m。

儲層巖性主要為中粗粒、粉粒砂巖、泥質粉砂巖，為高孔-中滲儲層，平均孔隙度為25.99%，平均滲透率720×10-3μm2，膠結類型以孔隙式為主，膠結物為泥質，平均泥質含量為11.2%，平均原油黏度為1 214 mPa·s，平均含蠟量為8.3%，平均膠質+瀝青質含蠟為17%。區塊出砂層位主要位于d1、d2、d3層段，粒度中值為0.177～0.291 mm。

2 防砂效果分析及防砂方式優選

2.1 出砂情況及原因分析

截至2020年8月，區塊共有油井236口，開井189口，單次返砂量大于0.3 m3的油井由2012年的23口增至68口，平均砂粒徑由0.245 mm縮小至0.217 mm。除儲層地質因素以外，區塊出砂主要受以下兩個方面的影響：

1）注水及注聚因素。區塊前期采取注水開發方式，注水開發后期平均含水高達84%以上，水溶解地層中的膠結物，導致膠結強度下降。后期注聚合物驅后，地層流體黏度增加，從而對地層砂拖曳力增加，導致注聚驅后地層出砂更加嚴重。

2）地層壓力降低因素。區塊注采井網不完善，累計注采比為0.43，地下虧空391×104m3，未能及時補充地層能量，上覆巖層壓力下部分巖石骨架遭到破壞，加劇了出砂。

2.2 前期防砂效果評價

大洼區塊開發初期輕微出砂或不出砂，隨著注采系統調整及轉注聚合物開發，出砂逐漸加劇。前期篩管防砂措施及其效果見表1。

表1 大洼區塊前期防砂效果分析

由該區塊前期篩管防砂效果可以看出：

1）出砂油井采取防砂措施后，平均檢泵周期均有所延長，但產液量均有所下降，分析原因為注聚后對地層有不同程度堵塞。

2）先期篩管防砂措施中，割縫篩管效果較差，在篩管二次防砂措施中沒有應用。

3）相比于先期篩管防砂措施，濾網篩管及鑲嵌篩管在二次防砂后平均檢泵周期及產業量均有所下降，分析原因是由于篩管尺寸減小導致篩管過流面積減小以，篩管外砂環厚度增加導致堵塞加劇。

3 篩管防砂管柱優化及試驗研究

3.1 篩管防砂管柱優化

由于二次防砂井井眼尺寸較小，為此將篩管接箍位置優化設計，進行內接箍處理，在保證篩管強度的前提下，可以下入較大尺寸篩管，增大其過流面積，減少篩管堵塞。

接箍進行縮徑設計，接箍外徑與篩管本體外徑相同，接箍下部與篩管本體通過螺紋相連接。接箍結構示意如圖1所示。

圖1 篩管結構示意圖

篩管防砂管柱接箍經過優化后，二次防砂井眼下入篩管尺寸見表2，優化后篩管過流面積均有所提高。

表2 二次防砂井篩管尺寸數據

3.2 篩管防砂管柱試驗研究

3.2.1 篩管接箍抗拉性能試驗

篩管接箍經過優化以后外徑尺寸變小，其抗拉強度相應降低，為檢測篩管抗拉強度是否滿足現場防砂需求，對其進行抗拉性能試驗。試驗設備為1 500 t復合加載試驗系統，最大拉伸載荷1 500 t。

通過對不同規格的優化后防砂篩管進行拉伸試驗，直至篩管斷裂，斷裂處均為篩管本體部位。即由于篩管本體為打孔管結構，篩管抗拉性能最弱部位位于篩管本體，優化后內接箍滿足篩管防砂現場需求。

3.2.2 篩管外地層砂堆積厚度對堵塞影響試驗

1）試驗設備和原理。試驗采用防砂模擬試驗系統裝置完成，模擬井筒如圖2所示，篩管內外側設置壓差傳感器，篩管出口設置流量傳感器，通過數據采集系統進行數據采集。

圖2 模擬井筒實物和原理

在試驗過程中將篩管樣件固定在模擬井筒內部，篩管樣件外充填模擬地層砂，模擬產出液通過模擬地層砂進入篩管內部，經篩管一端流出。在模擬產出液循環過程中，篩管外的模擬地層砂逐漸堆積壓實在篩管樣件外部，部分小顆粒地層砂經篩管樣件過流通道進入篩管內部，經管線流至固液分離系統；另外有部分較大顆粒地層砂堆積在篩管過流通道內部將其堵塞。在試驗開始時模擬產出液經過篩管時阻力較小或無阻力，篩管內外壓力相同，隨著篩管過流通道被部分堵塞，篩管內外壓差逐漸增大。篩管內外壓差隨時間的變化，可以直觀地反映篩管堵塞情況。

2）試驗樣件。試驗用模擬產出液為所研究區塊實際生產用聚合物，試驗用砂樣分別按所研究區塊組分配制。篩管樣件尺寸規格見表3，其擋砂精度為試驗砂樣累積質量分數為50%所對應的地層砂顆粒直徑。篩管樣件根據外徑不同制作不同長度，保證所有篩管樣件過流面積相同，其中SG-6樣件由于長度較小，側流孔護套不易焊接，采用圓孔保護套，其余樣件采用側流孔保護套，與現場實際相同。部分篩管樣件如圖3所示。

圖3 部分篩管樣件實物圖

表3 試驗樣件參數

3）實驗結果分析。用SG-1、SG-2、SG-3、SG-4、SG-5、SG-6分別進行篩管過流能力試驗，試驗過程中篩管內外壓差隨時間變化如圖4所示。

圖4 篩管內外壓差隨時間變化

試驗表明：①隨著篩管外砂環厚度的增加，堵塞時間變短，堵塞程度加??；②篩管外砂環厚度與篩管堵塞時間基本呈現線性遞減的趨勢，當篩管外砂環厚度減小到一定值后，堵塞時間大幅延長，在試驗時間內未堵塞；③現場試驗中，可在滿足施工的條件下盡可能增加篩管尺寸，減小篩管外砂環厚度，減小堵塞。

4 現場應用

大洼區塊2012年轉聚合物驅后出砂加劇，篩管易堵塞，防砂有效期短、防砂效果受到影響。自2015年起針對不同防砂井實施一井一策，對先期防砂失效井進行二次防砂施工，優化防砂篩管管柱，對井眼內原Φ89 mm篩管進行更換，在Φ139.7 mm井眼內下入Φ114 mm篩管。

目前已現場應用4井次，與前期篩管防砂相比延長檢泵周期166 d，單井產液增加0.36 t，減少了沖砂檢泵次數，節約了作業成本。

5 結論及認識

1）地層堵塞是聚合物驅區塊油井采取防砂措施后產量下降的主要原因。

2）二次防砂井篩管外地層砂不均勻堆積和篩管過流面積的減小進一步加劇了篩管的堵塞。

3）篩管外砂環厚度對地層砂的堵塞有著重要影響。

4）對二次篩管防砂的防砂管柱進行內接箍優化，增大了篩管尺寸，減小了篩管外地層砂砂環厚度，可有效減小二次篩管防砂井產量下降。