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防砂处理
一、防砂工艺
1.出砂的原因
1.1出砂的地质条件(内因)
a.地层地质年代新(第三系、第四系);
b.埋藏浅(一般小于1500m),压实作用差;
c.地层胶结强度低(可由室内岩芯实验确定);
d.机杂及胶结物含量低;
e.以泥质胶结为主的敏感性(水敏和速敏)储层,遇水后易发生膨胀和运移;
f.高孔(25.0%~30.0%)和高渗(数百到数千md);
g.往往是稠油油藏,流动阻力大;
h.断块油藏——断层发育,构造应力大;
1.2出砂的开发因素(外因)
a.地层压力降低,出砂;
b.完井方式与参数;
c.生产压差:
避免压力激动和过大压差;
d.油井含水:
含水上升,出砂加剧;
e.地层损害:
渗透率降低,出砂;
f.钻井/作业:
液体漏失、地层损害。
2.Palogue油田的出砂预测
2.1组合模量法
储层岩石强度是决定油气井是否出砂的主要因素,它与其弹性参数如剪切模量、体积模量有良好的相关性。
美国莫尔比石油公司提出的组合模量法能很好的预测油藏是否出砂。
组合模量法在墨西哥湾和北海已广泛应用,当Ec大于3×106psi时油气井不出砂。
Ec=(9.94×108ρr)/△t2c
式中:
Ec----岩石组合模量(岩石密度、声波时差函数),×1.4503×106psi
ρr----岩石密度,g/cm3
t----岩石纵波时差,μs/m
胜利油田通过现场应用,最终得到出砂界限值:
Ec>3×106psi,在正常生产中油气井不出砂;
2.03×106psi Ec<2.03×106psi,生产中出砂严重. 利用测井解释数据计算组合模量,判别井的出砂状况。 2.2出砂指数法 出砂指数也可以用来预测油藏出砂的可能性,它是基于产层岩石力学特征来预测出砂,通过横向声波时差、密度等参数处理计算。 B=K+4/3G K=E/(3*(1-2μ)) G=ρr/△ts2 式中: B----出砂指数,×1.4503×106psi K----体积模量,×1.4503×106psi E----杨氏模量,×1.4503×106psi G----剪切模量,×1.4503×106psi μ----泊松比 △ts----横波时差,μs/ft ρr----岩石密度,g/cm3 出砂指数越大,体积模量K和剪切模量G之和越大,即岩石的强度越大,稳定性越好,就不易出砂。 通过胜利油田的大量的现场实验得出一个界限值。 B>3×106psi,在正常生产中油气井不出砂; 2.03×106psi B<2.03×106psi,生产中出砂严重,早起就应采取防砂措施。 2.3Palogue油田油井测试时的出砂情况 通过DST测试(油井生产测试)观察油样中的含砂量来判断是否出砂、出砂层位、出砂程度。 2.4Agordeed油田油井测试时的出砂情况 2.5生产出砂预测的结论 通过组合模量法、出砂指数、油井测试观察等方法判断油田是否需要采取防砂措施。 根据出砂预测的各项指标(B、EC等)与DST测试资料进行综合对比,可确定苏丹三/七区出砂判识指标为: 临界出砂组合模量: EC(2.10~2.30)×104MPa 临界出砂指数: B(2.05~2.20)×104MPa 3.粒度分布 筛分粒度大小的分布 Well Depth (m) D10 (mm) D40 (mm) D50 (mm) D90 (mm) D95 (mm) <0.063or0.044 Weight(%) Fal-1 1244.05 0.45 0.25 0.22 0.09 0.063 4.4 1244.51 0.9 0.63 0.61 0.45 0.36 1.7 1251.72 0.36 0.14 0.11 0.063 0.045 5 Palogue-1 1225.25 0.36 0.25 0.23 0.09 0.063 5.8 1225.92 0.7 0.53 0.48 0.25 0.18 1.2 D10-在产层砂粒度组成累计曲线上,占累计质量为10%所对应的砂粒直径。 图1粒度分布图(苏丹油田1244.05m) D50砾石粒度中值200~500μm 4.防砂技术的选择 粒度分析数据是选择防砂技术的重要参数。 还与油藏情况、成本、能提供最大化的稳定产量有关。 4.1防砂方法分类 基本上,生产防砂基本有三大机制 (1)减小拖拽力—这个方法是最便宜和最有效的 (2)砂桥防砂机制 (3)增加地层强度—地层砂固结 4.2不同防砂技术的适应性分析 为了减小拖拽力,首先考虑的是增加流动区域。 在一定的产液速率下,每单位体积流速可以通过以下方法来减小: (1)采取清洁、大孔径射孔 (2)增加射孔密度 (3)对目的层尽可能的长时间开井 另外,逐渐增加的生产井比率也是可以帮助控制生产出砂 因为形成砂桥防砂方法是靠增加储层的强度,主要有机械的,化学的,以及机械和化学联合控制技术 各种防砂方法的优缺点 分类 防砂方法 优点 缺点 机械防砂 绕丝筛管砾石充填 1.成功率高达90%以上 2.有效期长 3.适应性强,应用普遍 4.裸眼充填产能高 1.由于井内有防砂管柱,后期处理复杂,费用高 2.不适用于粉细砂岩 3.管内充填产能损失大 滤砂管 1.施工简便、成本低 2.适用于多油层完井,粗砂地层 1.不适用于粉细砂岩 2.滤砂管易堵塞是产能下降 3.滤砂管受冲蚀,寿命短 割缝衬管 1.施工简便、成本低 2.适用于出砂不严重的中、粗砂岩,水平井等 1.不适用于粉细砂岩 2.砂桥易堵塞,影响产能 化学防砂 胶固地层 1.井内无留物,易进行后期补救作业 2.对地层砂粒度适应范围广 3.可进行多层分段防砂 4.施工简便 1.渗透率下降,成本高 2.不适宜用于多层长井段和严重出砂井 3.化学剂有毒,易造成污染 人工井壁 1.化学剂用量比胶固地层少,成本可下降20~30% 2.井内无留物,补救作业方便 3.可用于严重出砂井 4.成功率高于85% 1.不宜用于多油层,长井段 2.不能用于裸眼井l 砂拱防砂 套管外封隔器 1.施工简便、成本低 2.可用于多层完井施工 3.差能损失小,后期补救处理较容易 1.不适用于粉细砂岩及疏松砂岩地层 2.砂拱稳定性不好 3.控制流速,影响产量 其他 水力压裂砾石充填 1.即防砂,又获高产 2.消除油层伤害 3.有效期长 1.不宜用于多油层和粉细砂岩地层; 2.后期处理难 原油焦化固砂 1.特别适用于超稠油疏松砂岩 2.井内无留物 1.不宜用于多油层和长井段作业 2.施工复杂,难度大,费用高 通过油藏的地质特征与防砂技术的选择关系 方法 项目 筛管砾石充填 裸眼砾石充填 衬管 酚 树脂 地层砂尺寸 细—粗 细—粗 中—粗 细—中 细—中 泥质低渗透地层 × × × × 非均值地层 √ √ √ × × 多油层 √ × √ √ × 井段长度 长—短 短 长—短 短 短 不需要地面设备 × × × √ √ 高压井 × × × √ √ 高产井 √ √ × √ √ 套管直径 常规 常规 常规 小—常规 小—常规 严重出砂井 √ × × √ √ 定向井 √ × √ √ √ 地面包装设备需求 × × √ √ √ 井下留物 有 有 无 无 无 费用 中 中 低 贵 贵 有效期 长 长 中 中 中 图解 “√”--适用“×”--不适用 通常,化学防砂控制技术比机械防砂控制技术更复杂。 从经济性考虑,在这些防砂方法中,树脂防砂成本是最高的,酚-硫酸法也很贵。 出砂井中需要防砂的井段越长,成本越高,因此,一般单井固砂井段小于3m,所有的这3种防砂机制的成本都要小于化学防砂。 4.3防砂技术选择 4.3.1防砂时机的选择 如DST测试已发现出砂,则油气井生产初期就可能出砂。 若测试时,井口并未见出砂,但检查钻具和工具发现砂粒,或测试发现砂面上升,则判断该井已出砂。 可根据出砂状况决定油井是否进行早期防砂。 Palogue油田进行的DST测试(6口井/23层次)发现: 短期测试5口井有3个层段出砂(YⅤ,SⅠ,SⅣ);长期测试(YⅡ,YⅢ,YⅣ,YⅤ,SⅠ层合试)4个油样含砂,说明生产初期很可能出砂(但不严重),需在某些出砂敏感地带采取早期防砂完井。 从地层稳定性分析及出砂预测综合研究,可以确定P油田在开采初期正常生产时出砂轻微。 但当地层压力下降后采用注水开发时,要特别重视水侵的危害,随着含水的上升,地层强度急剧下降,出砂条件恶化,甚致严重出砂。 此时要严密观察井口含水和井口含砂变化,及时采取防砂措施,不得拖延,以免地层骨架破裂,增加后期防砂难度使防砂效果下降。 建议在油井含水上升到50%~60%时及时进行防砂。 4.3.2防砂技术的选择 基于油田经验和对不同岩心的实验结论,在SPE39437中给出了粒径和筛管的选择标准。 当所有的值都小于界限值,则风险是最低的,具体界限值如下: D10/D95<10,D40/D90<3,325目以下<2%,界限值最小时,建议采用裸眼筛管完井;如果地层渗透率K>1达西,套管射孔完井时采用砾石预充填; D10/D95<10,D40/D90<5,325目以下<5%,界限值在小和中等范围或者在范围外的粉细砂岩,最好是使用新的裸眼筛管完井技术;如果地层渗透率K>1达西,套管射孔完井时采用绕丝筛管; D10/D95<20,D40/D90<5,325目以下<5%,界限值在中等范围内,采用大粒径砾石(7x或则8x50%),如果出砂地层和储层厚度相当则可以采取告诉水力充填; D10/D95<20,D40/D90<5,325目以下<10%,界限值在中等范围内,并有大量细粉砂岩,则采取大粒径砾石充填加筛管; D10/D95>20,D40/D90>5,325目以下>10%,界限值最高,疏松砂岩,需要提高井眼尺寸,并通过压裂、水平井、多分支井技术或者大体积的预充填去降低对渗透率的伤害; 从Palogue油田粒度尺寸分布分析结果看,D10/D95<10、D40/D90<5,采用控制流压降和筛管来防砂。 下入绕丝筛管正对出砂层段,然后在筛管周围及弹孔内充填高渗透砾石。 生产时地层砂随油流产出,由砾石阻挡地层砂,而砾石又被缝隙更小的筛管阻挡,于是形成了多级过滤的挡砂屏障,从而达到防砂目的。 a.成功率高(90~95%)、有效期长 b.适应性强,不同井别/井段、粒度均可; c.技术成熟,工艺/工具配套; d.中等成本 e.粉细砂岩效果差,慎用; f.有一定的产能损失(约20%) g.后期作业处理难度较大 绕丝筛管在P油田大多数出砂井中应用 5.防砂工艺设计 防砂工艺设计的问题在于怎样控制在防砂过程中不过度的降低产量。 5.1油井测试中的流压降 第一次的流压降对控制出砂很重要,初始的流动压力降不能超过200psi~300psi,然后逐渐增加合理的生产压差,这能使高压力系数特征井不出砂。 因为油井测试的时间非常短,流压的不同只能作为参考值,该值应该经过长达数月的监测后得到。 5.2缝口宽度 缝口宽度是防砂技术中的一个重要设计参数。 通过威尔逊和吉尔公式计算: D40/D90>5,缝口宽度W<=2×D10 3 D40/D90<3,缝口宽度W=D10 砂粒在缝眼外形成砂桥的条件是: 缝口宽度不大于砂粒直径的2倍。 二、压裂工艺设计 1.压裂措施计划 根据油田油藏工程储量的要求,制定压裂施工工作量; 2.压裂设计原则 2.1人工裂缝方位 分析以往的裂缝方位资料,确定人工裂缝走向; 2.2地应力解释 利用测井解释资料,分析储层的地应力情况; 2.3压裂设计原则 结合储层的发育及分布特征,明确针对油田特征的压裂设计原则; 3.以往压裂情况 3.1施工效果分析; 3.2施工参数分析; 分析油田的以往压裂施工情况,为油田的下一步压裂施工提供借鉴; 4.压裂裂缝参数优化设计 4.1裂缝缝长设计 结合油藏规划的井网条件,设计合适的裂缝缝长; 4.2导流能力设计 根据油藏模拟,确定合理的裂缝导流能力; 4.3施工规模设计 根据优化的裂缝缝长、导流能力,结合单井的地应力解释结果初步模拟区块的施工规模。 5.压裂液优选 5.1压裂液体系 针对油田的温度及配伍性等特征,从经济性、可靠性出发优选适合油田的压裂液体系; 5.2压裂液标准 优选的压裂液体系需要满足的技术指标; 6.支撑剂优选 6.1支撑剂体系 根据储层的闭合压力的分析,结合设计的导流能力,优选适合油田压裂施工改造的支撑剂体系; 6.2支撑剂标准 优选的支撑剂体系需要满足的技术指标; 7.压裂工艺优选 7.1管柱优选 结合油田储层的地应力特征、油田的油藏开发要求优选合适的压裂施工管柱及管柱指标; 7.2施工方式优选 结合管柱设计,结合储层特点选择适合储层改造的压裂施工方式。
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