風(fēng)城作業(yè)區(qū)重32井區(qū)侏羅系齊古組超稠油防排砂技術(shù)應(yīng)用

楊翼波，趙 哲，楊萬(wàn)立，張正山

(1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 /地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069;2.中石化西南局測(cè)井公司，四川 成都610100;3.新疆油田公司風(fēng)城作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依834000;4.遼河油田公司茨榆坨采油廠，遼寧 沈陽(yáng)110206)

風(fēng)城作業(yè)區(qū)重32井區(qū)侏羅系齊古組超稠油防排砂技術(shù)應(yīng)用

楊翼波1，趙 哲2，楊萬(wàn)立3，張正山4

(1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 /地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069;2.中石化西南局測(cè)井公司，四川 成都610100;3.新疆油田公司風(fēng)城作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依834000;4.遼河油田公司茨榆坨采油廠，遼寧 沈陽(yáng)110206)

新疆油田風(fēng)城作業(yè)區(qū)重32井區(qū)侏羅系齊古組屬特稠油油藏，采用注蒸汽吞吐法開(kāi)采。由于其地層膠結(jié)差，原油粘度高，地層能量低，在熱采過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重的出砂現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。以新疆油田公司風(fēng)城作業(yè)區(qū)重32井區(qū)超稠油油藏的動(dòng)、靜態(tài)資料為基礎(chǔ)，，分析儲(chǔ)層出砂的主要機(jī)理，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)防砂試驗(yàn)，并對(duì)不同試驗(yàn)進(jìn)行方案優(yōu)選，選取適合的防砂方案。

超稠油;出砂現(xiàn)象;防砂;出砂機(jī)理;效果分析

我國(guó)稠油資源分布廣泛，儲(chǔ)量豐富。隨著世界對(duì)石油需求量的不斷增加以及未來(lái)將面對(duì)的各種能源短缺等實(shí)際問(wèn)題，稠油資源的開(kāi)發(fā)和利用也變得越來(lái)越重要。但由于大部分稠油油藏地質(zhì)情況復(fù)雜，諸多因素制約了稠油井的有效開(kāi)采，其中之一就是目前普遍存在地層出砂問(wèn)題。出砂是油田油氣開(kāi)采過(guò)程中砂粒隨流體從油層中運(yùn)移出來(lái)的現(xiàn)象。油井出砂危害極大，主要表現(xiàn)為:使地面和井下設(shè)備嚴(yán)重磨蝕，;沖砂檢泵、地面清罐等維修工作量劇增;砂埋油層或井筒砂堵造成油井停產(chǎn);出砂嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起井壁坍塌而損壞套管。這些危害不但提高了原油的生產(chǎn)成本，而且增加了油田的開(kāi)采難度。因此，油井的防砂工藝是疏松砂巖油藏正常生產(chǎn)的重要保證。

1 地質(zhì)概況

新疆油田風(fēng)城作業(yè)區(qū)地下淺層蘊(yùn)藏著豐富的稠油資源。目前僅探明含油面積17.25 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量3 941.87×104t。重32井區(qū)侏羅系齊古組超稠油油藏于1984年發(fā)現(xiàn)，1994年上報(bào)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量1 190×104t，含油面積6.0 km2。在區(qū)域構(gòu)造上位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣烏夏斷裂帶，夏紅北斷裂上盤(pán)中生界超覆尖滅帶上。重32井區(qū)位于新疆油田風(fēng)城作業(yè)區(qū)西緣，侏羅系齊古組儲(chǔ)層的頂、底部構(gòu)造形態(tài)與區(qū)域構(gòu)造形態(tài)基本一致，為向東南緩傾的單斜構(gòu)造，地層傾角約5°。

2 儲(chǔ)層特征

重32井區(qū)侏羅系齊古組儲(chǔ)層巖性以中砂巖、細(xì)砂巖為主(占80%以上)，砂礫巖和含礫砂巖次之。碎屑顆粒粒徑一般0.05～2 mm，顆粒分選中等。膠結(jié)物成分主要為黃鐵礦、方解石和菱鐵礦，含量為0～20%，膠結(jié)程度疏松，大多數(shù)屬于孔隙型膠結(jié)，雜基成分主要為泥質(zhì)(2%)和高嶺石(3%)。侏羅系齊古組儲(chǔ)層厚度為88 m，自下而上可劃分為J3q3、J3q2、J3q1，其中 J3q2層可細(xì)分為 J3q2－2和 J3q2－1，其中 J3q2－2地層自下而上又可進(jìn)一步細(xì)分為 J3q2－2－3、J3q2－2－2和 J3q2－2－1三個(gè)單層。上部的J3q1砂層組僅在重32井區(qū)東南部發(fā)育。其中J3q3層沉積厚度在0～31 m，砂層厚度平均在16 m，J3q2－2層沉積厚度在0～70 m，砂層厚度平均在64 m，其中J3q3和J3q2－2儲(chǔ)層是重32井區(qū)侏羅系齊古組儲(chǔ)層的主要含油層。

表1 重32井區(qū)侏羅系齊古組沉積厚度統(tǒng)計(jì)表

3 油藏出砂機(jī)理

油藏出砂過(guò)程就是一個(gè)巖石顆粒從巖層骨架上剝離并搬運(yùn)至井筒的過(guò)程。油層出砂是由于井底附近地帶的巖層結(jié)構(gòu)破壞所引起的，它與巖石的膠結(jié)強(qiáng)度、應(yīng)力狀態(tài)和開(kāi)采條件有關(guān)。地層是否出砂取決于顆粒的膠結(jié)程度即地層強(qiáng)度。地層出砂沒(méi)有明顯的深度界線(xiàn)，一般來(lái)說(shuō)，地層應(yīng)力超過(guò)地層強(qiáng)度就有可能造成油藏出砂。

3.1 拉伸破壞作用導(dǎo)致油層出砂

拉伸破壞作用是指當(dāng)外界的拉張應(yīng)力超過(guò)巖石的抗張強(qiáng)度時(shí)，巖石發(fā)生塑性變形或破裂的現(xiàn)象。稠油油藏普遍具有中高滲、大孔喉、膠結(jié)差、結(jié)構(gòu)疏松的特點(diǎn)。在熱采過(guò)程中，由于高溫高壓蒸汽的壓裂、溶蝕、水化膨脹等作用，進(jìn)一步降低了儲(chǔ)層的巖石強(qiáng)度。當(dāng)流體對(duì)巖石的沖刷力與拖拽力超過(guò)巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，顆粒便會(huì)從骨架中剝離下來(lái)，呈游離相懸浮于原油當(dāng)中，并隨之一起運(yùn)移至井底，導(dǎo)致油層出砂。拉伸破壞作用和流體的粘度及滲流速度有關(guān)，原油粘度越高、滲流速度越大，對(duì)砂粒的沖刷力與拖拽力越強(qiáng)，拉伸破壞作用越嚴(yán)重。

圖1 儲(chǔ)層拉伸破壞作用示意圖

3.2 剪切破壞作用造成油層出砂

剪切破壞作用是指當(dāng)巖石承受的剪應(yīng)力超過(guò)其自身的抗剪強(qiáng)度時(shí)，內(nèi)部發(fā)生剪切而形成一系列破裂面的現(xiàn)象。在原始狀態(tài)下，地層內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng)基本上處于平衡狀態(tài);當(dāng)油藏投入開(kāi)發(fā)之后，隨著原油采出程度的增加，地層壓力逐漸下降，對(duì)上覆地層壓力的平衡作用減小。部分上覆地層壓力轉(zhuǎn)移到巖石顆粒上，增加了顆粒之間的壓應(yīng)力，并可分解出呈一定夾角的兩組剪應(yīng)力σJ1與σJ2。隨著縱向上有效壓應(yīng)力的增大，剪應(yīng)力值相應(yīng)增大，當(dāng)超過(guò)巖石的抗剪切強(qiáng)度時(shí)，骨架顆粒間的穩(wěn)定狀態(tài)被打破，常沿著剪應(yīng)力的方向發(fā)生顆粒錯(cuò)動(dòng)而形成大量的微破裂面，從而降低了巖石強(qiáng)度，導(dǎo)致大量顆粒從巖石骨架上脫落，隨流體運(yùn)移至井筒內(nèi)，造成油井大量出砂。

圖2 儲(chǔ)層剪切破壞作用示意圖

4 防砂試驗(yàn)及效果

目前防砂工藝綜合起來(lái)可分為固、擋、排三種防砂方式。固是指在地層中打入化學(xué)藥劑將地層砂膠結(jié)在一起，防止地層砂體進(jìn)入井筒;擋是用物理方法把地層出的砂擋在油管外，防止地層砂進(jìn)入泵筒卡泵;排則是用螺桿泵將地層砂連同地層流體一同排到地面。

4.1 高溫固砂試驗(yàn)

風(fēng)城作業(yè)區(qū)重32井區(qū)采用高溫固砂試驗(yàn)進(jìn)行，高溫固砂劑是以含鈣的無(wú)機(jī)化合物為主體，加入有機(jī)硅化物及分散劑經(jīng)全密閉表面噴涂工藝所組成的白色粉沫狀固體顆粒。在快速攪拌下，能分散在水介質(zhì)中。懸浮液呈微堿性，是一種不溶于水的化合物。高溫固砂劑在注汽條件下，將固砂劑擠入井內(nèi)的硅化物在井筒近井地帶高溫表面脫水，使硅化物的兩端通過(guò)硅氧鍵與地層砂牢固地結(jié)合在一起，從而起到固砂的作用。

在重32井區(qū)的DF3038井進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)模擬試驗(yàn)結(jié)果在現(xiàn)場(chǎng)使用濃度為8.5%的高溫固砂劑懸浮液15 m3，高溫固砂劑溶質(zhì)的用量為15×8.5%=1.3 t。試驗(yàn)結(jié)果得出:該井試驗(yàn)前平均檢泵周期246 d，試驗(yàn)后檢泵周期為128 d，試驗(yàn)前平均沉砂速度為0.07 m/t，試驗(yàn)后0.73 m/t。該井試驗(yàn)效果并不理想，可以認(rèn)為失敗。

4.2 鋼絲網(wǎng)防砂管套管懸掛防砂

通過(guò)懸掛器下掛防砂管下入到油層出砂部位，用液壓方式將懸掛器座封，使懸掛器密封段以下部位和防砂管以及套管之間形成一個(gè)具有滲流能力的腔體。由于地層砂體的充填壓實(shí)作用，在腔體內(nèi)形成穩(wěn)定的砂橋，一方面起到恢復(fù)地層應(yīng)力的作用，另一方面有效控制地層砂向井筒的運(yùn)移(在一定程度上)，避免油層出砂造成砂卡抽油泵和砂埋油層現(xiàn)象發(fā)生，從而達(dá)到防砂的目的。

圖3 鋼絲網(wǎng)防砂管套管懸掛防砂示意圖

重32井區(qū)于2011年對(duì)2口井進(jìn)行鋼絲網(wǎng)防砂管套管防砂試驗(yàn)，其試驗(yàn)依據(jù)是在對(duì)油層砂體粒度分析、油層攜帶砂體粒度分析、洗井沖出砂體粒度分析的基礎(chǔ)上，參照油井射孔井段及沉砂口袋長(zhǎng)度，依據(jù)原油攜帶砂粒的能力和油層產(chǎn)能，合理選擇篩隙進(jìn)行套管內(nèi)防砂的新型防砂技術(shù)。2012年通過(guò)對(duì)已實(shí)施2口井進(jìn)行檢泵探砂面，發(fā)現(xiàn)平均降低砂面上升速度85%以上，效果明顯。

4.3 螺桿泵排砂試驗(yàn)

螺桿泵的轉(zhuǎn)子、定子副(也叫螺桿——襯套副)是利用擺線(xiàn)的多等效動(dòng)點(diǎn)效應(yīng)，在空間形成封閉腔室，并當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，封閉腔室能作軸向移動(dòng)，使其中的液體從一端移向另一端，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和液體能的相互轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)舉升作用。沿著螺桿泵的全長(zhǎng)，在轉(zhuǎn)子外表面與定子橡膠襯套內(nèi)表面間形成多個(gè)密封腔室;隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，在吸入端轉(zhuǎn)子與定子橡膠襯套內(nèi)表面間會(huì)不斷形成密封腔室，從而達(dá)到排砂目的。

在重32井區(qū)DF5032井進(jìn)行試驗(yàn)可知:2011年11月22日，在DF5032井于下入地面驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵。使用螺桿泵以前平均檢泵周期為84 d，平均砂厚96 m。2012年2月28日第五輪注汽時(shí)此井使用螺桿泵生產(chǎn)194 d，注汽前檢泵沒(méi)有出砂。螺桿泵生產(chǎn)期間沒(méi)有發(fā)生過(guò)砂卡，平均檢泵周期達(dá)到194 d，平均砂厚17 m。生產(chǎn)效果表明，說(shuō)明螺桿泵排砂能力比較強(qiáng)，防砂效果明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

1)重32井區(qū)超稠油油藏由于其地層膠結(jié)差，原油粘度高，地層能量低，在熱采過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重的出砂現(xiàn)象。

2)侏羅系齊古組儲(chǔ)層厚度為88 m，其中J3q3和J3q2－2儲(chǔ)層是重32井區(qū)侏羅系齊古組儲(chǔ)層的主要含油層。

3)由于拉伸破壞作用和剪切破壞作用導(dǎo)致井底附近地帶的巖層結(jié)構(gòu)被破壞，當(dāng)?shù)貙討?yīng)力超過(guò)地層強(qiáng)度就有可能造成油藏出砂。

4)在重32井區(qū)試驗(yàn)中高溫固砂試驗(yàn)效果不明顯，證明該種方法對(duì)于該區(qū)域并不適用。而鋼絲網(wǎng)防砂管套管懸掛防砂試驗(yàn)效果最為明顯，平均降低砂面上升速度85%以上。值得在以后的工作中進(jìn)行更加深入的研究和試驗(yàn)對(duì)比。

5)螺桿泵排砂試驗(yàn)在實(shí)際生產(chǎn)中生產(chǎn)效果明顯，延長(zhǎng)了檢泵周期。從而證明排砂效果明顯，有著良好的防砂效果。

表2 螺桿泵采油周期生產(chǎn)效果統(tǒng)計(jì)

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TE358+.1

B

1004－1184(2012)04－0184－03

2012－05－25

楊翼波(1987－)，男，湖南長(zhǎng)沙人，在讀碩士研究生，主攻方向:油藏開(kāi)發(fā)工程和數(shù)值模擬。