Haute Mer A區(qū)塊深水稠油油田防砂擋砂精度研究

劉理明 熊友明 張俊斌 劉正禮 王躍曾 馬 帥

（1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，四川成都 610500；2.中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067）

Haute Mer A區(qū)塊深水稠油油田防砂擋砂精度研究

劉理明1熊友明1張俊斌2劉正禮2王躍曾2馬 帥1

（1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，四川成都 610500；2.中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067）

中海油剛果（布）Haute Mer A區(qū)塊為深水出砂稠油油藏，根據(jù)常規(guī)的擋砂精度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則采用礫石充填防砂后出油困難。為了確定合理的擋砂精度，提出了海上稠油防砂不同設(shè)計(jì)原則下的最大含砂濃度標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)礫石充填出砂模擬實(shí)驗(yàn)，采用“三曲線分析方法”，獲得了不同于常規(guī)的防砂設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。該分析方法同時(shí)考慮了礫石充填層的相對(duì)滲透率、剩余滲透率及含砂濃度標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，充填層礫石粒度中值為地層砂粒度中值8～9倍時(shí)充填層滲透性最好；采用該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則確定的防砂擋砂精度油井產(chǎn)能提高了3倍多，解決了該區(qū)塊防砂后出油困難的問(wèn)題，為該類(lèi)稠油出砂油藏?fù)跎熬仍O(shè)計(jì)提供了新的思路。

稠油油藏；礫石充填防砂；適度出砂；擋砂精度

海上油田多為埋藏較淺的疏松砂巖稠油油田，開(kāi)采過(guò)程中普遍面臨出砂問(wèn)題。由于海上油氣開(kāi)采的高投入、高風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的防砂設(shè)計(jì)是基于常規(guī)防砂設(shè)計(jì)原則進(jìn)行的，在能保證完全防砂的基礎(chǔ)上，盡可能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。目前國(guó)外的擋砂精度設(shè)計(jì)方法主要有 Saucier［1-2］、Tiffen［3］和 Johnson［4］方法，其中Saucier是國(guó)內(nèi)油田防砂設(shè)計(jì)最常用的一種方法。Saucier法主要考慮粒度中值，Tiffen法考慮均勻系數(shù)UC（d40/d90）、分選系數(shù)SC（d10/d95）、細(xì)顆粒含量（＜44 μm含量）3個(gè)參數(shù)，Johnson法考慮均勻系數(shù)UC、粒度中值d50絕對(duì)值范圍、d50相對(duì)值波動(dòng)范圍3個(gè)參數(shù)，但這些方法均建立在完全擋砂的基礎(chǔ)之上。近年來(lái)，為了挖掘稠油油藏潛能，提出了適度防砂［5］，但大多數(shù)學(xué)者主要對(duì)適度防砂對(duì)儲(chǔ)層物性參數(shù)影響進(jìn)行了分析［5-11］，很少涉及適度防砂對(duì)具體完井的擋砂精度的設(shè)計(jì)的研究。熊友明［12］曾針對(duì)海上氣田提出精細(xì)防砂高級(jí)優(yōu)質(zhì)篩管的擋砂精度，認(rèn)為氣田擋砂精度應(yīng)當(dāng)比傳統(tǒng)原則更加精細(xì)，對(duì)于海上高產(chǎn)氣田推薦D50=（4～4.5）d50的設(shè)計(jì)原則，生產(chǎn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的擋砂精度既保證了高產(chǎn)，又保證了油管不被地層砂沖蝕損壞，說(shuō)明由于生產(chǎn)目的和要求不同，不是所有的防砂擋砂精度按照統(tǒng)一的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)設(shè)計(jì)都是合適的。

Haute Mer A區(qū)塊是剛果的一個(gè)深水稠油出砂油藏，原油地下黏度高達(dá)1 400 mPa·s，法國(guó)道達(dá)爾公司已鉆探LIBM-1井在第三系中新統(tǒng)上部鉆遇總厚達(dá)60多米的氣砂層和油砂層。該探井采用Saucier設(shè)計(jì)準(zhǔn)則確定礫石尺寸（擋砂精度），繞絲篩管防砂后測(cè)試的表皮系數(shù)高達(dá)23.5，防砂完井后對(duì)地層造成嚴(yán)重污染，表明Saucier方法設(shè)計(jì)的擋砂精度過(guò)小，從而造成了地層的嚴(yán)重污染。稠油油田由于地層原油的高黏度和重質(zhì)成分的沉積很容易造成礫石層和高級(jí)優(yōu)質(zhì)篩管的堵塞，按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的擋砂精度試油結(jié)果非常差。因此設(shè)計(jì)保證稠油油藏的有效防砂同時(shí)又能確保獲得高產(chǎn)的合理?yè)跎熬扔葹殛P(guān)鍵。為此筆者首先建立了海上稠油油藏的不同防砂設(shè)計(jì)原則的含砂濃度標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)含砂濃度標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)室內(nèi)出砂模擬實(shí)驗(yàn)并采用筆者提出的“三曲線分析方法”確定了該油藏的擋砂精度。文中擋砂精度的確定方法為該類(lèi)出砂稠油油藏的擋砂精度設(shè)計(jì)提供了新的思路。

1 海上稠油油藏的防砂設(shè)計(jì)原則

防砂的有效性取決于不同的防砂理念，筆者對(duì)照陸上油田油井防砂效果評(píng)價(jià)指標(biāo)（SY/T 5183—2000）、海洋環(huán)境保護(hù)法規(guī)和生產(chǎn)管理模式，提出了如表1的擋砂精度設(shè)計(jì)理念，確定了不同的防砂理念下的允許的最大出砂含砂濃度。

常規(guī)防砂 攜砂原油在平臺(tái)上油水分離后不通過(guò)過(guò)濾的方式去除地層砂，而是直接進(jìn)入海底管道，產(chǎn)液含砂量必須達(dá)到原油外輸固相含量標(biāo)準(zhǔn)0.03 （3）適度防砂 產(chǎn)出原油在平臺(tái)上油水分離后，通過(guò)過(guò)濾的方式去除多余的地層砂，使之達(dá)到國(guó)家原油外輸標(biāo)準(zhǔn)。多余的地層砂堆放在平臺(tái)上，周期性地運(yùn)送到陸地處理0.05 （5）寬松防砂 產(chǎn)出原油在平臺(tái)上油水分離后不需要過(guò)濾地層砂直接用油輪運(yùn)送到陸地，到陸地再處理沉積下來(lái)的砂0.08 （8）

2 礫石充填出砂模擬實(shí)驗(yàn)

相比直接根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式獲取的擋砂精度，出砂模擬實(shí)驗(yàn)獲取的擋砂精度反映了篩管結(jié)構(gòu)的差異、黏土礦物成分及含量、地層砂的分選性及均勻性對(duì)防砂效果的影響。

2.1 目的層地層砂粒度分析

目前，國(guó)內(nèi)外均按地層砂的粒度大小進(jìn)行分級(jí)：粒徑≤0.1 mm 為特細(xì)砂或粉砂，粒徑 0.1～0.25 mm為細(xì)砂，粒徑 0.25～0.5 mm 為中砂，粒徑 0.5～1.0 mm為粗砂，粒徑≥1.0 mm 為特粗砂。目的層地層砂分析結(jié)果見(jiàn)表2。到該油層的實(shí)際巖心，筆者根據(jù)法國(guó)埃爾夫石油對(duì)Haute Mer A區(qū)塊地層砂粒度分析結(jié)果，選擇地層砂粒度配比關(guān)系及主要成分相同的SZ36-1油田地層砂進(jìn)行適度出砂模擬。

表2 Haute Mer A區(qū)塊地層砂粒度分析結(jié)果

2.2 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示，巖心填砂管內(nèi)徑為50.8 mm，地層砂充填段長(zhǎng)度為100 mm，礫石充填段長(zhǎng)度為25 mm。礫石壓實(shí)于巖心填砂管中，地層砂基本處于松散充填。

實(shí)驗(yàn)中的礫石采用陶粒，篩網(wǎng)根據(jù)對(duì)應(yīng)的礫石目數(shù)按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選取。

適度出砂礫石充填擋砂實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）將礫石、地層砂分別充填于巖心填砂管中；

（2）按照?qǐng)D1連接實(shí)驗(yàn)裝置，恒溫箱保持在56 ℃（油層溫度）；

（3）將原油以1.826 cm3/s（井筒周?chē)鷿B流速度）的恒定速度泵入巖心填砂管，同時(shí)測(cè)量礫石層兩端的壓力及通過(guò)礫石層的流體的流量、總出砂量；

（4）根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)反推礫石層滲透率。

3 擋砂精度的確定

對(duì)實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，是獲得合理的擋砂精度的關(guān)鍵一步。根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)繪制3條分析曲線：（1）礫石充填層相對(duì)滲透率（剩余滲透率/原始滲透率）與D50/d50之間的關(guān)系曲線（圖2）； （2）礫石充填層的剩余滲透率與D50/d50之間的關(guān)系曲線（圖3）；（3）產(chǎn)出液的含砂濃度與D50/d50之間的關(guān)系曲線（圖4）。通過(guò)3條曲線綜合確定擋砂精度的方法筆者稱(chēng)之為“三曲線分析方法”。

圖2 礫石充填層相對(duì)滲透率（剩余滲透率/原始滲透率）隨D50/d50的變化

圖3 礫石充填層剩余滲透率隨D50/d50的變化

圖4 產(chǎn)出液的含砂濃度隨D50/d50的變化

對(duì)以上3條曲線進(jìn)行綜合分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）考慮常規(guī)防砂，根據(jù)表1中的最高0.03%含砂量濃度標(biāo)準(zhǔn)，以D50=（5～6）d50設(shè)計(jì)的擋砂精度最為合理，與Saucier公式一致，此時(shí)盡管相對(duì)滲透率很高，但剩余滲透率很低；

（2）考慮適度防砂，根據(jù)表1中的0.05%含砂量濃度標(biāo)準(zhǔn)，以D50=（8～9）d50設(shè)計(jì)擋砂最為合理。此時(shí)，礫石層的剩余滲透率最高，有利于提高產(chǎn)量；

（3）考慮寬松防砂，根據(jù)表1中的0.08%含砂量濃度標(biāo)準(zhǔn)，以D50=（10～14）d50設(shè)計(jì)擋砂精度最為合理，盡管出砂量滿(mǎn)足小于8×10-4t/m3，但是礫石充填層的滲透率很低，不利于提高產(chǎn)量。

（4）當(dāng)D50大于14倍d50以后，盡管礫石充填層的滲透率能夠達(dá)到很高，但出砂量高于8 t/萬(wàn)m3的要求，已經(jīng)不能起到有效防砂的作用。

綜上分析，得出最適合Haute Mer A區(qū)塊的防砂精度為D50=（8～9）d50。

4 適度防砂現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

采用D50=（8～9）d50原則設(shè)計(jì)礫石尺寸對(duì)LIBM-2和LIBM-3兩口探井進(jìn)行了管內(nèi)礫石充填完井及試油，并對(duì)適度防砂設(shè)計(jì)方法與道達(dá)爾公司采用Saucier設(shè)計(jì)方法的現(xiàn)場(chǎng)試油效果進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出：與傳統(tǒng)Saucier設(shè)計(jì)方法相比，采用D50=（8～9）d50設(shè)計(jì)的礫石尺寸可提產(chǎn)3倍，出砂量增加不到1倍，且含砂濃度小于0.08%，滿(mǎn)足海上油田適度防砂要求。生產(chǎn)穩(wěn)定后，出砂量將更少，說(shuō)明對(duì)于該區(qū)塊，采用本文方法確定的防砂擋砂精度設(shè)計(jì)原則是合理的。

表3 適度防砂與 Saucier 方法對(duì)比結(jié)果

5 結(jié)論與建議

（1）建立了不同防砂設(shè)計(jì)理念下的產(chǎn)出液的含砂濃度標(biāo)準(zhǔn)，為防砂設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

（2）提出了確定擋砂精度的“三曲線分析方法”，根據(jù)礫石充填層的相對(duì)滲透率、剩余滲透率及產(chǎn)出液的含砂濃度綜合來(lái)確定防砂擋砂精度，保證在滿(mǎn)足含砂量要求的前提下，盡可能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)試油結(jié)果表明，通過(guò)出砂模擬實(shí)驗(yàn)獲取的適度防砂設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的擋砂精度能大大提高油井的產(chǎn)能，同時(shí)滿(mǎn)足適度防砂生產(chǎn)要求，由此證明本文提出的擋砂精度確定方法是合理且有效的。

（4）對(duì)于稠油出砂地層，為了提高產(chǎn)能，可以適當(dāng)放寬擋砂精度，但擋砂精度應(yīng)由室內(nèi)出砂模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，D50=（8～9）d50公式只針對(duì)于 Haute Mer A區(qū)塊，不具有普遍有效性。

［1］SAUCIER R J. Considerations in gravel pack design［R］.SPE 4030, 1974.

［2］SAUCIER R J. Considerations in gravel pack design［R］.SPE Reprint No. 43, 1996．

［3］TIFFIN C L, KINGGE，LARESERE, et al. New criteria for gravel and screen selection for sand control［J］．SPE 39437, 1998．

［4］GILLESPIE G, DEEM C K, MALBREL C.Screen selection for sand control based on laboratory tests［R］.SPE 64398, 2000．

［5］周守為. 海上稠油高效開(kāi)發(fā)新模式研究及應(yīng)用［J］．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，29（5）：1-4.

［6］王春華，唐洪明， 田剛，等. 渤海稠油油藏適度出砂對(duì)儲(chǔ)層物性影響的室內(nèi)研究［J］. 新疆石油天然氣， 2007，3（2）： 7-30.

［7］邢洪憲， 李斌， 韋龍貴，等 . 適度防砂完井技術(shù)在渤海油田的應(yīng)用［J］. 石油鉆探技術(shù)， 2009， 37（1）： 83-86.

［8］田紅， 鄧金根， 孟艷山，等 . 渤海稠油油藏出砂規(guī)律室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究［J］.石油學(xué)報(bào)， 2005， 26（4）： 85-92.

［9］鄧金根，李萍，王利華，等.渤海灣地區(qū)適度防砂技術(shù)防砂方式優(yōu)選［J］.石油鉆采工藝，2011，33（1）：98-101.

［10］王治中，鄧金根，田紅，等. 弱膠結(jié)砂巖油藏出砂量預(yù)測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展［J］.石油鉆采工藝，2005，27（6）：70-75.

［11］唐洪明， 王春華， 白蓉，等. 適度出砂對(duì)儲(chǔ)層物性影響的室內(nèi)評(píng)價(jià)方法研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2008， 30（2）： 94-96.

［12］熊友明， 張偉國(guó)， 羅俊豐，等 . 番禺 30-1 氣田水平井精細(xì)防砂研究與實(shí)踐［J］. 石油鉆采工藝， 2011， 33（4）：34-37.

（修改稿收到日期 2013-04-15）

Research on precision accuracy of sand control for deep-water heavy oil fi eld in Haute Mer A Block

LIU Liming1, XIONG Youming1, ZHANG Junbin2, LIU Zhengli2, WANG Yuezeng2, MA Shuai1

（1. School of Petroleum Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu610500,China;2. CNOOC Shenzhen Branch,Shenzhen518067,China）

Haute Mer A block is a sanding deep-water heavy oil reservoir in Congo sea, it had a low productivity after being applied to gravel pack technique which followed the conventional accuracy of sand control principle. In order to obtain a reasonable accuracy of sand control, the maximum sand concentration was proposed based on different design principles of offshore heavy oil fi eld, and an unconventional design rule was developed according to a gravel pack experiment and “analytical method by three curves”. The relative permeability, residual permeability and sand concentration could be considered by this method. Results show that the permeability reached the peak when the ratio of pack median grain size to formation median grain size varied within the range of 8 to 9, and accuracy of sand control designed by this new standard come to a higher productivity index 4 times than those designed by Saucier’s method. The problem of low oil production after sand control in Haute Mer A block had been resolved, and this may provide a new ideas for the design of sand control accuracy in heavy oil fi eld.

heavy oil reservoir; gravel pack sand control; reasonable sand production; accuracy of sand control

劉理明，熊友明， 張俊斌，等. Haute Mer A區(qū)塊深水稠油油田防砂擋砂精度研究［J］. 石油鉆采工藝，2013，35（3）：94-97.

TE358.1

A

1000 – 7393（ 2013 ） 03 – 0094 – 04

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”子課題“深水鉆完井工程技術(shù)”（編號(hào)：2011ZX05026-001-04）部分內(nèi)容。

劉理明，1983年生。西南石油大學(xué)在讀博士研究生，主要從事井筒流動(dòng)控制、防砂完井優(yōu)化設(shè)計(jì)等方向的研究。E-mail：liuliming_swpu@163.com。

〔編輯

朱 偉〕