張啟龍 黃中偉 李中,3 李根生 張曉誠(chéng) 王曉鵬 劉偉
(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 3.中海油研究總院有限責(zé)任公司)
隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展,國(guó)家對(duì)石油的需求量日益增加,原油對(duì)外依存度呈逐年上升趨勢(shì),國(guó)家能源安全面臨重大挑戰(zhàn)。加大油氣勘探開發(fā)力度、推動(dòng)油氣產(chǎn)量穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)至關(guān)重要[1-3]。在此背景下,中國(guó)海油啟動(dòng)“七年行動(dòng)計(jì)劃”,全力推動(dòng)海上油氣的增儲(chǔ)上產(chǎn)。其中,渤海油田作為我國(guó)最大海上油田,于2025年設(shè)立了上產(chǎn)4 000萬(wàn)t的目標(biāo),該油田已是海洋油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的壓艙石和主力軍[4-6]。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),除了加大中深層、新區(qū)塊的勘探開發(fā)力度外,全力推動(dòng)在生產(chǎn)油田的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)同樣重要。渤海油田約84%的儲(chǔ)層是疏松砂巖,膠結(jié)差、易出砂,根據(jù)對(duì)渤海老油田低產(chǎn)低效井的統(tǒng)計(jì),約有5%的開發(fā)井發(fā)生了出砂現(xiàn)象。出砂問(wèn)題是致使油氣井低產(chǎn)低效的首要因素,嚴(yán)重限制了單井產(chǎn)能,該問(wèn)題甚至?xí)?dǎo)致部分井報(bào)廢,進(jìn)而造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此,調(diào)整井的安全高效防砂對(duì)渤海油田的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)意義重大[7-8]。
經(jīng)過(guò)幾十年探索,渤海油田形成了以篩管簡(jiǎn)易防砂和礫石充填防砂為主流的防砂技術(shù)體系,而這2種工藝中,篩管作為唯一的機(jī)械防砂屏障,對(duì)防砂的成功與否至關(guān)重要。目前存在較多種類的防砂篩管,其選擇應(yīng)用主要依靠作業(yè)經(jīng)驗(yàn),缺乏理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐,不能考慮各類型篩管對(duì)不同儲(chǔ)層的適用性,導(dǎo)致部分油田篩管發(fā)生損壞而造成防砂失敗[9-13]。以渤海A油田為例,40%以上出砂井的出砂粒徑都高于擋砂精度,表明選用的篩管類型與該油田出砂情況匹配度較差,導(dǎo)致篩管發(fā)生大規(guī)模損壞。因此,亟需建立針對(duì)不同儲(chǔ)層的篩管性能綜合評(píng)估方法,為篩管選擇提供理論與數(shù)據(jù)支撐,以減小主觀經(jīng)驗(yàn)對(duì)選擇結(jié)果的影響,保證所選篩管對(duì)生產(chǎn)儲(chǔ)層的適用性。
基于以上問(wèn)題,本文建立了一套篩管性能綜合評(píng)價(jià)體系,利用層次分析法研究了篩管各性能參數(shù)對(duì)防砂效果的影響權(quán)重,以此為基礎(chǔ)采用逼近理想解法構(gòu)建了篩管類型綜合優(yōu)選方法。該方法指導(dǎo)了渤海A油田調(diào)整井的防砂篩管選擇,為篩管類型選擇及決策提供了理論依據(jù)。
構(gòu)建篩管性能綜合評(píng)價(jià)體系是定量評(píng)估篩管類型適用性的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)篩管損壞的原因(如篩管堵塞、過(guò)流困難、沖蝕破壞等[14-16])分析,針對(duì)性地提出了5項(xiàng)篩管性能評(píng)價(jià)指標(biāo),即篩管抗堵塞性能、擋砂性能、過(guò)流性能、抗內(nèi)壓強(qiáng)度及抗沖蝕強(qiáng)度。為了獲取各指標(biāo)參數(shù),構(gòu)建了3種篩管性能室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)裝置與試驗(yàn)方法。其中,抗堵塞性能、擋砂性能和過(guò)流性能通過(guò)篩管過(guò)流試驗(yàn)測(cè)取,篩管抗內(nèi)壓強(qiáng)度通過(guò)篩管內(nèi)脹強(qiáng)度破壞試驗(yàn)測(cè)取,篩管抗沖蝕強(qiáng)度通過(guò)篩管沖蝕試驗(yàn)測(cè)取。
渤海油田具有泥質(zhì)含量高、地層砂粒度小等特點(diǎn),易發(fā)生篩管堵塞、防砂失效和過(guò)流摩阻大等問(wèn)題,亟需建立篩管過(guò)流性能測(cè)取方法。為了模擬篩管的井下流動(dòng)狀態(tài),自主研發(fā)了篩管過(guò)流試驗(yàn)裝置,如圖1所示。
圖1 篩管過(guò)流試驗(yàn)裝置Fig.1 Liner flow-conveying test device
通過(guò)監(jiān)測(cè)不同類型篩管過(guò)砂前后的滲透率變化、篩管內(nèi)過(guò)砂量和清水過(guò)篩管摩阻,評(píng)估不同篩管的抗堵塞性能、擋砂性能和過(guò)流性能,具體試驗(yàn)步驟如下。
(1)按照油田實(shí)際的粒度分布和泥質(zhì)含量配置試驗(yàn)砂,將待測(cè)篩管試片固定于釜體后填入試驗(yàn)砂,模擬井下篩管和地層砂的相對(duì)關(guān)系。
(2)開泵循環(huán)清水,進(jìn)行清水過(guò)篩管循環(huán)試驗(yàn),排量逐漸增大至預(yù)設(shè)值(10 L/min),試驗(yàn)時(shí)間為5 min,流量計(jì)和壓力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)試清水循環(huán)排量和過(guò)篩管前、后壓力,計(jì)算過(guò)篩管摩阻Δpw以評(píng)估篩管的過(guò)流性能:
Δpw=p1-p2
(1)
式中:Δpw、p1及p2分別為過(guò)篩管摩阻、過(guò)篩管前壓力及過(guò)篩管后壓力,MPa。
(3)配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的KCl鹽水進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)替篩管試驗(yàn),排量逐漸增大至預(yù)設(shè)值(100 L/min),試驗(yàn)時(shí)間為2 h。流量計(jì)和壓力傳感器實(shí)時(shí)采集流量和過(guò)篩管壓差,獲取篩管的實(shí)時(shí)滲透率,以滲透率下降比率D評(píng)估篩管的抗堵塞性能:
(2)
式中:D為滲透率下降比率,%;K1為篩管初始滲透率,mD;K2為篩管實(shí)時(shí)滲透率,mD。
(4)在驅(qū)替篩管試驗(yàn)中,對(duì)出口驅(qū)替液體進(jìn)行收集取樣,并進(jìn)行固液分離處理,以出砂體積分?jǐn)?shù)評(píng)估篩管的防砂性能。體積分?jǐn)?shù)計(jì)算如下:
(3)
式中:S為出砂體積分?jǐn)?shù),%;Vs為出砂體積,mL;Vl為出液體積,mL。
(5)拆卸試驗(yàn)裝置,取出篩管,清理高壓釜,清洗試驗(yàn)管線。
(6)重復(fù)上述試驗(yàn)過(guò)程,完成另一個(gè)篩管的對(duì)比試驗(yàn)。
油田進(jìn)入生產(chǎn)中后期,部分井需要進(jìn)行酸壓、擠注解堵等增產(chǎn)措施,造成篩管內(nèi)部壓力的陡增。因此需要對(duì)篩管的抗內(nèi)壓性能進(jìn)行檢測(cè)。依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 17824中關(guān)于篩管內(nèi)脹強(qiáng)度破壞值的測(cè)定方法,搭建了一套篩管抗內(nèi)壓性能試驗(yàn)評(píng)價(jià)裝置,如圖2所示。
圖2 篩管抗內(nèi)壓強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)裝置Fig.2 Experimental device for testing the internal pressure strength of liner
測(cè)試流程如下:
(1)將篩管裝配至全尺寸防砂篩管抗內(nèi)壓強(qiáng)度檢測(cè)高壓腔內(nèi)。
(2)混合不同粒徑石英砂及碳酸鈣粉顆粒的充填層以屏蔽篩孔縫隙,建立內(nèi)外壓差。
(3)將高壓流體輸入高壓腔內(nèi),在篩管內(nèi)部進(jìn)行憋壓,利用壓力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量篩管內(nèi)部壓力變化。
(4)記錄篩管發(fā)生內(nèi)壓破壞時(shí)的壓力pi,以此評(píng)估篩管的抗內(nèi)壓性能。
為了更好地分析篩管破壞形式,對(duì)部分出砂井的篩管進(jìn)行了打撈作業(yè)。通過(guò)對(duì)篩管的觀察和分析可知,局部沖蝕破壞是篩管損壞的主要形式,因此篩管的抗沖蝕性能是決定其壽命的重要因素。為了更好地評(píng)估篩管的抗沖蝕性能,構(gòu)建了篩管抗沖蝕試驗(yàn)平臺(tái),如圖3所示。
圖3 篩管抗沖蝕測(cè)試試驗(yàn)裝置Fig.3 Experimental device for testing the erosion resistance performance of liner
該平臺(tái)的主要性能參數(shù)如下:磨料直徑0~2 mm,出砂體積分?jǐn)?shù)0~10%;噴嘴流速0~120 m/s,最大排量120 L/min,可更換不同直徑噴嘴,噴嘴直徑1~10 mm;射流能以0°~90°的角度沖擊試件,即夾持試件的載物臺(tái)與噴嘴成0°~90°可調(diào);磨料混合方式為前混式,磨料和水可獨(dú)立循環(huán)使用。
考慮到不同篩管測(cè)試條件的統(tǒng)一性,結(jié)合實(shí)際的井下工況,規(guī)定試驗(yàn)參數(shù)組合如下:試驗(yàn)介質(zhì)為清水和石英砂,加砂體積分?jǐn)?shù)4%~6%,沖蝕流速40 m/s,沖蝕角度90°,沖蝕距離40 mm。測(cè)量每種篩管在以上試驗(yàn)條件下沖蝕破壞的總時(shí)長(zhǎng)t,以此值為依據(jù),對(duì)比不同篩管的抗沖蝕能力。
由建立的篩管綜合評(píng)價(jià)體系可知,影響篩管防砂效果的性能因素較多,且每個(gè)因素對(duì)結(jié)果的影響程度不同。為了定量評(píng)估不同篩管的適用性,首先要對(duì)各個(gè)因素的影響權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算權(quán)重的方法有層次分析法(AHP)、熵值法、灰色關(guān)聯(lián)度法等。其中AHP法的核心思想是將多因素、多目標(biāo)的復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行層次分解,通過(guò)比較各因素的相對(duì)重要性來(lái)實(shí)現(xiàn)因素影響權(quán)重的定量計(jì)算,其具有可靠性高、計(jì)算簡(jiǎn)單、適用性廣等優(yōu)勢(shì),在金融、教育、工程等多個(gè)領(lǐng)域取得較好的應(yīng)用效果[17-19]。本文利用AHP法對(duì)篩管各性能因素的影響權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。
基于篩管性能綜合評(píng)價(jià)體系,構(gòu)建影響篩管防砂效果的因素層次分析模型,如圖4所示。
圖4 篩管防砂效果的性能因素層次分析模型Fig.4 Analytical hierarchy model for performance factors of sand control effect of liner
該分析模型分為目標(biāo)層和因素層。目標(biāo)層為篩管防砂效果的綜合評(píng)估,因素層為影響篩管防砂效果的5個(gè)因素,具體為:篩管抗堵塞性能D、防砂性能S、過(guò)流性能Δpw、抗內(nèi)壓強(qiáng)度pi和抗沖蝕性能T。
在因素層中,各指標(biāo)的具體測(cè)試方法和指標(biāo)表征見(jiàn)前述第1節(jié)。
基于各影響因素的相對(duì)重要性,采用“兩兩比較”的方法構(gòu)建判斷矩陣R。rij具體數(shù)值采用Saaty的1~9標(biāo)度法給出,即用不同的數(shù)字表征第i個(gè)因素相對(duì)于第j個(gè)元素的相對(duì)重要性,數(shù)字越大表明相對(duì)重要性越大,rij與rji互為倒數(shù),各數(shù)字表征含義如表1所示。
表1 Saaty的1~9標(biāo)度數(shù)字含義Table 1 Meaning of Saaty’s 1-9 scale numbers
根據(jù)判斷矩陣定義,并結(jié)合歷史作業(yè)數(shù)據(jù),采用專家打分法構(gòu)建了篩管綜合評(píng)估方法的判斷矩陣R,如式(4)所示,其中第1~5個(gè)因素分別為篩管抗堵塞性能、防砂性能、過(guò)流性能、抗內(nèi)壓強(qiáng)度和抗沖蝕性能。
(4)
由于rij與rji互為倒數(shù),所以判斷矩陣R為正定互反矩陣,必定且唯一存在最大特征值λmax和特征向量M。求出特征向量M后,對(duì)向量各元素進(jìn)行歸一化處理,得到篩管綜合評(píng)價(jià)模型的權(quán)重向量,即各個(gè)因素對(duì)篩管防砂效果的影響權(quán)重。λmax和M的計(jì)算如下:
(5)
(6)
依據(jù)上述方法計(jì)算得到判斷矩陣R的最大特征值為5.033 1,對(duì)應(yīng)的特征向量為(0.746 6,0.426 3,0.240 1,0.146 5,0.426 3)T,歸一化處理后得到各因素的影響權(quán)重為(0.376 0,0.214 7,0.120 9,0.073 8,0.214 7)T。
由于判斷矩陣是根據(jù)各因素相對(duì)重要性而構(gòu)建的,所以無(wú)法排除人為經(jīng)驗(yàn)造成的影響。為了驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的合理性和客觀性,還需要對(duì)矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。計(jì)算矩陣的一致性比率CR,以該值作為合理性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn):若CR<0.1,則證明構(gòu)建的判斷矩陣客觀合理,得到的權(quán)重結(jié)果可信;若CR≥0.1,則證明判斷矩陣不合理,需要重新進(jìn)行賦值計(jì)算。
(7)
式中:n為矩陣階數(shù),取值為5;RI為隨機(jī)一致性指標(biāo),與判斷陣階數(shù)n有關(guān),見(jiàn)表2,取值為1.12。
將構(gòu)建矩陣的參數(shù)(λmax=5.0331,n=5,RI=1.12)帶入式(7),求得一致性比率CR=0.007 3,遠(yuǎn)小于臨界值0.1,證明構(gòu)建的判斷矩陣客觀、合理。因此,各個(gè)因素對(duì)篩管防砂性能的影響權(quán)重為0.376 0、0.214 7、0.120 9、0.073 8和0.214 7,篩管各因素影響敏感性排序?yàn)椋嚎苟氯阅?防砂性能=抗沖蝕性能>過(guò)流性能>抗內(nèi)壓強(qiáng)度。
基于建立的篩管性能評(píng)價(jià)體系,結(jié)合計(jì)算得到的各性能影響權(quán)重,采用逼近理想解法構(gòu)建了篩管綜合評(píng)價(jià)方法,可以實(shí)現(xiàn)不同篩管類型的定量?jī)?yōu)選。逼近理想解法的核心是計(jì)算綜合方案的最優(yōu)和最差理想解,根據(jù)各個(gè)方案距離理想解的距離來(lái)評(píng)估各個(gè)方案的優(yōu)劣,從而定量地對(duì)各方案進(jìn)行優(yōu)選[18,20-22]。該方法具有準(zhǔn)確性高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn),常用于方案的比選和性能的評(píng)價(jià),對(duì)篩管類型的綜合評(píng)估具有很強(qiáng)的適用性,其基本流程如下。
基于建立的篩管性能評(píng)價(jià)體系,以抗堵塞性能、防砂性能、過(guò)流性能、抗內(nèi)壓強(qiáng)度和抗沖蝕性能等5個(gè)參數(shù)為評(píng)判指標(biāo),構(gòu)建n種篩管方案對(duì)比的初始篩管評(píng)價(jià)模型F,各性能參數(shù)通過(guò)篩管室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)測(cè)得:
(8)
式中:fij表示第i個(gè)篩管方案的第j個(gè)性能參數(shù)的取值。
對(duì)評(píng)判矩陣進(jìn)行無(wú)量綱化處理,以消除不同參數(shù)的單位量綱影響。根據(jù)指標(biāo)和方案的正負(fù)相關(guān)性,分為收益性指標(biāo)和消耗性指標(biāo)[23]。收益性指標(biāo)指的是指標(biāo)大小與方案優(yōu)劣呈正相關(guān),即指標(biāo)越大方案越優(yōu),無(wú)量綱化方程為:
(9)
消耗性指標(biāo)是指標(biāo)大小與方案優(yōu)劣呈負(fù)相關(guān),即指標(biāo)越小方案越優(yōu),無(wú)量綱化方程為:
(10)
(11)
將矩陣P的列向量與該指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重相乘,即可得到考慮各指標(biāo)影響權(quán)重的加權(quán)評(píng)價(jià)矩陣Q,各指標(biāo)的權(quán)重依次為0.376 0、0.214 7、0.120 9、0.073 8和0.214 7。
Q計(jì)算式為:
(12)
式中:qij為第i個(gè)篩管方案的第j個(gè)性能的加權(quán)指標(biāo)取值。
采用逼近理想解法進(jìn)行方案定量排序的標(biāo)尺是最優(yōu)和最差理想解。最優(yōu)理想解是指各指標(biāo)最大值構(gòu)成的最優(yōu)理想方案Q+,最差理想解是指各指標(biāo)最小值構(gòu)成的最差理想方案Q-,如下:
(13)
(14)
偶爾還是會(huì)接到你的來(lái)電,偶爾還是會(huì)在看到你的留言,我以為青春這把無(wú)情刻刀將我們的距離劃得越來(lái)越遠(yuǎn),我以為我們的友情會(huì)在時(shí)間的摧殘下消失殆盡,我以為你有了新朋友就會(huì)把我忘記,但沒(méi)想到你依舊記得我們之間的承諾:海依舊藍(lán),我依舊在。我本以為經(jīng)歷了人生的匆匆聚散就應(yīng)該能承擔(dān)起歲月帶來(lái)的滄桑,可流年分明安然無(wú)恙,南山石草木亦是這樣毫發(fā)無(wú)傷,只是曾經(jīng)承諾要做輩子朋友的我們?cè)诩?xì)雨中卻愈發(fā)清瘦單薄。
為了定量評(píng)估各方案優(yōu)劣,構(gòu)建方案貼合度指數(shù)mi:
(15)
式中:mi第i個(gè)方案的貼合度指數(shù)。
貼合度mi越大,表明該方案距離最優(yōu)方案越近、距離最差方案越遠(yuǎn),方案也就越優(yōu)秀;貼合度mi越小,則表明該方案距離最優(yōu)方案越遠(yuǎn)、距離最差方案越近,方案也就越差。因此利用貼合度mi的大小,即可得到各種類型篩管在目標(biāo)油田的適用性排序。
基于篩管性能評(píng)價(jià)體系、篩管性能影響權(quán)重和篩管綜合評(píng)價(jià)模型,形成了一套篩管類型綜合優(yōu)選方法流程(見(jiàn)圖5),具體內(nèi)容如下:
圖5 篩管類型綜合優(yōu)選方法流程Fig.5 Comprehensive optimization process of liner type
(1)分析目標(biāo)油田儲(chǔ)層特點(diǎn)和生產(chǎn)制度,制定篩管性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)方案。
(2)結(jié)合油田歷史經(jīng)驗(yàn),確定候選篩管類型,建立待評(píng)價(jià)篩管類型集。
(3)結(jié)合試驗(yàn)要求對(duì)篩管進(jìn)行切面、取樣等處理,進(jìn)行篩管性能評(píng)價(jià)試驗(yàn),獲取不同篩管的抗堵塞性能、防砂性能、過(guò)流性能、抗內(nèi)壓強(qiáng)度和抗沖蝕性能,建立初始評(píng)價(jià)矩陣。
(4)結(jié)合油田生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),利用層次分析法計(jì)算篩管不同性能指標(biāo)的影響權(quán)重,為方案決策提供支持。
(5)利用逼近理想解法,構(gòu)建無(wú)量綱評(píng)價(jià)矩陣、加權(quán)評(píng)價(jià)矩陣,計(jì)算最優(yōu)和最差理想解。
(6)計(jì)算不同方案的貼近度指數(shù),對(duì)不同篩管在目標(biāo)油田的適用性進(jìn)行排序,為篩管類型的選擇提供依據(jù)。
渤海A油田是典型的疏松砂巖油田,主力儲(chǔ)層膠結(jié)疏松、原油黏度較高。開發(fā)歷程顯示該儲(chǔ)層有明顯出砂跡象,篩管普遍存在局部破損,亟需對(duì)該油田篩管進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和優(yōu)選,以滿足后期調(diào)整井防砂作業(yè)需求。
A油田位于渤海遼東灣海域,主力儲(chǔ)層分布在東營(yíng)組下段,平均孔隙度32.0%,平均滲透率2 815.0 mD,屬于特高孔、特高滲儲(chǔ)集物性特征。原油具有密度大、黏度高及膠質(zhì)瀝青含量高等特點(diǎn),地面黏度在38~11 355 mPa·s之間,瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.34%,屬重質(zhì)稠油。
基于以上儲(chǔ)層和原油特點(diǎn),渤海A油田易發(fā)生出砂現(xiàn)象,對(duì)該油田的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)有較大影響。統(tǒng)計(jì)該油田70口出砂井的出砂粒度,40%以上出砂井的出砂粒度大于防砂精度,此類型占比最高,表明篩管破損是油井出砂的主要原因。造成篩管破損的主要原因包括:①生產(chǎn)年限長(zhǎng),篩管擋砂層結(jié)構(gòu)變形,出現(xiàn)破損;②高產(chǎn)液量生產(chǎn),對(duì)篩管造成沖蝕破壞;③篩管本身的質(zhì)量問(wèn)題[24-26]。因此,選擇合適的高性能篩管對(duì)成功防砂至關(guān)重要,利用本文建立的基于逼近理想解法的篩管綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)渤海常用的篩管類型進(jìn)行評(píng)價(jià),優(yōu)選出適合于A油田的篩管類型,可為該油田118井次的篩管選擇提供依據(jù),以降低單井的出砂風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)渤海油田常用的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型篩管進(jìn)行過(guò)流性能、抗內(nèi)壓強(qiáng)度和抗沖蝕試驗(yàn),評(píng)估4種常用篩管的抗堵塞性能D、防砂性能S、過(guò)流性能Δpw、抗內(nèi)壓強(qiáng)度pi和抗沖蝕性能T。利用篩析法對(duì)渤海A油田儲(chǔ)層的地層砂粒徑進(jìn)行分析(見(jiàn)圖6),以此為依據(jù)配置試驗(yàn)砂,模擬井下真實(shí)的出砂情況。
圖6 渤海A油田儲(chǔ)層的地層砂粒徑分析Fig.6 Analysis on formation sand particle size in reservoir of Bohai A Oilfield
通過(guò)篩管過(guò)流性能評(píng)價(jià)試驗(yàn),分別測(cè)試4種篩管的抗堵塞性能、防砂性能及過(guò)流性能。篩管抗堵塞性能曲線如圖7所示。由圖7可知,4種篩管的滲透率降低比率先增大后趨于穩(wěn)定,表明篩管堵塞趨于穩(wěn)定。取穩(wěn)定后的滲透率降低比率評(píng)估4種篩管的抗堵塞性能,分別為72.87%、94.58%、43.77%和61.61%。該值越小表明篩管抗堵塞性能越優(yōu),因此抗堵塞性能排序?yàn)椋孩笮秃Y管>Ⅳ型篩管>Ⅰ型篩管>Ⅱ型篩管。
圖7 篩管抗堵塞性能的測(cè)試結(jié)果曲線Fig.7 Anti-blocking performance test result curves of liners
利用出砂體積分?jǐn)?shù)評(píng)估4種篩管的防砂性能,各類型篩管的出砂體積分?jǐn)?shù)如圖8所示。
圖8 各篩管類型的出砂體積分?jǐn)?shù)測(cè)試結(jié)果Fig.8 Sand production volume concentration test results of different types of liners
出砂體積分?jǐn)?shù)分別為0.010 3%、0.008 7%、0.008 5%和0.020 6%。該值越小表明篩管防砂性能越優(yōu),因此篩管防砂性能排序?yàn)椋孩笮秃Y管>Ⅱ型篩管>Ⅰ型篩管>Ⅳ型篩管。
篩管過(guò)流性能曲線見(jiàn)圖9。取穩(wěn)定后的清水過(guò)篩管來(lái)評(píng)估4種篩管的過(guò)流性能,摩阻分別為1.39、0.42、0.37和1.08 MPa。該值越小表明篩管過(guò)流性能越優(yōu),因此篩管過(guò)流性能排序?yàn)椋孩笮秃Y管>Ⅱ型篩管>Ⅳ型篩管>Ⅰ型篩管。
圖9 各篩管類型的過(guò)流性能測(cè)試結(jié)果Fig.9 Open performance test results of different types of liners
通過(guò)抗內(nèi)壓強(qiáng)度評(píng)價(jià)試驗(yàn)評(píng)估4種篩管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度,結(jié)果見(jiàn)圖10。由圖10可知,發(fā)生破壞時(shí)的最高內(nèi)壓為4種篩管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度,分別為15.34、14.37、10.26和24.65 MPa。該值越大表明篩管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度越大,因此篩管抗內(nèi)壓性能排序?yàn)椋孩粜秃Y管>Ⅰ型篩管>Ⅱ型篩管>Ⅲ型篩管。
通過(guò)抗沖蝕評(píng)價(jià)試驗(yàn)評(píng)估4種篩管的抗沖蝕能力,其抗沖蝕時(shí)間分別為26、12、30和9 min。該值越大表明篩管抗沖蝕性能越優(yōu),因此篩管的抗沖蝕性能排序?yàn)椋孩笮秃Y管>Ⅰ型篩管>Ⅱ型篩管>Ⅳ型篩管。
通過(guò)以上篩管性能的綜合評(píng)價(jià)試驗(yàn),獲得了各篩管在不同性能指標(biāo)條件下的排序,如表3所示。不同指標(biāo)條件下的篩管排序差異較大,無(wú)法直接給出篩管優(yōu)選結(jié)果,因此采用本文建立的篩管綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行優(yōu)選。
表3 各篩管在不同性能指標(biāo)條件下的排序Table 3 Sorting of liners under different performance indexes
根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可知,建立初始篩管評(píng)價(jià)模型F;利用式(9)和式(10)計(jì)算無(wú)量綱化評(píng)價(jià)矩陣P;利用式(12)計(jì)算加權(quán)評(píng)價(jià)矩陣Q;利用式(13)和式(14)求解各篩管方案的最優(yōu)、最差理想解,得到4種篩管方案與最優(yōu)理想解的距離依次為0.254 2、0.421 9、0.074 0和0.340 2,與最差理想解的距離依次為0.299 9、0.242 6、0.498 2和0.257 2;利用式(15)計(jì)算4種防砂篩管的貼合度,其值依次為0.541 3、0.365 0、0.870 6和0.430 8。
綜合上述,得到最終推薦的篩管排序?yàn)椋孩笮秃Y管>Ⅰ型篩管>Ⅳ型篩管>Ⅱ型篩管。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,優(yōu)選了Ⅲ型篩管作為本油田的防砂篩管。實(shí)踐表明,Ⅲ型篩管取得了較好的應(yīng)用效果,證明了本方法的準(zhǔn)確性、合理性和可靠性。
(16)
(17)
(18)
(1)構(gòu)建了一套篩管性能綜合評(píng)價(jià)體系,提出了5項(xiàng)篩管性能評(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)研發(fā)的3種篩管性能室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)裝置和試驗(yàn)方法,可實(shí)現(xiàn)對(duì)篩管性能的全面評(píng)估。
(2)利用層次分析法評(píng)估了篩管各性能因素對(duì)防砂效果的影響程度,得到了篩管各因素影響敏感性排序?yàn)椋嚎苟氯阅?防砂性能=抗沖蝕性能>過(guò)流性能>抗內(nèi)壓強(qiáng)度,影響權(quán)重依次為:0.376 0、0.214 7、0.214 7、0.120 9和0.073 8。
(3)根據(jù)建立的篩管性能評(píng)價(jià)體系和計(jì)算得到的篩管性能影響權(quán)重,建立了一套基于逼近理想解法的篩管類型綜合評(píng)價(jià)方法,實(shí)現(xiàn)了不同篩管類型的定量評(píng)價(jià)與優(yōu)選。
(4)針對(duì)渤海A油田易發(fā)生篩管損壞而導(dǎo)致地層出砂的問(wèn)題,利用構(gòu)建的篩管性能綜合評(píng)價(jià)試驗(yàn)對(duì)常用的4種篩管類型進(jìn)行了評(píng)估,并利用構(gòu)建的篩管綜合評(píng)估方法對(duì)篩管進(jìn)行了優(yōu)選,最終選擇Ⅲ型篩管為本油田的防砂篩管,其在應(yīng)用中取得了較好的效果。