套损井一体化防砂工艺技术研究与应用

2010-11-09 06:48:00

    孤岛油田属疏松砂岩油藏，油层埋藏浅、成岩性差、出砂严重，防砂成为确保油井正常生产的重要手段。随着油水井生产时间的延长和固井、射孔、作业、采油、注水等工程因素的影响，部分油水井油层部位套管会逐渐发生弯曲变形。生产井油层部位套管发生弯曲变形后，机械防砂管难以下入井内，单纯的化学防砂又存在无法钻塞的问题，使得这类井因难以实施有效防砂而不得不停产报废。

    套损井套管内外一体化防砂工艺就是在套损井油层部位的套管内和套管外填充具有一定胶结强度的固体化学颗粒，在油层部位套管内、外形成具有一定渗透性和较高强度的挡砂屏障，实现套损井的有效防砂生产。套损井一体化防砂工艺是针对油层部位套损井而专门开发的防砂工艺技术，其技术关键在于防砂后形成的人工砂体井壁应具有较好的渗透性和较高的强度，挡得住砂又能确保流体顺利通过。为此，开展了一系列室内实验和现场应用研究，分别从理论和实践上证明了一体化防砂工艺技术的应用可行性。

一、人工砂体井壁强度与渗透率关系研究

    1．人工砂体井壁渗透率室内测试

    为研究人工砂体井壁强度对渗透率的影响，通过模拟储层环境条件，测量了模拟岩心在不同压差下的流量，根据实验数据计算出人工砂体的渗透率。实验采用了稠油驱替实验装置，它由恒温箱、岩心驱替设备、回压装置、平流泵、围轧设备等组成。实验步骤：

    ① 在覆膜砂中加入80℃热水，搅拌后放入直径250mm的模具内压实并置于水浴中恒温(80℃)胶结24h；

    ② 将胶结好的人工砂体岩样切磨成6段，标号1～6，长度50～74mm；

    ③ 将岩样放入抽真空设备内抽真空并饱和标准盐水，称重；

    ④ 把岩样固定在驱替实验装置的胶皮套上，测量在不同压差下的平流泵的流量；

    ⑤ 对实验测得数据剔除偶然误差、平均后得到不同排量下单位岩心长度的压差Δp，并利用达西渗流公式计算得到岩心的平均渗透率K，同时，绘制压差Δp和渗透率K的关系曲线。

    实验表明：人工砂体的渗透率比孤岛油层的平均渗透率还要高，对原油生产不会产生太大影响。

    2．人工砂体井壁的强度实验

    孤岛采油厂的油井单井日产液量一般在50～150t/d之间，含水90%以上。如果按最大排量150t/d计算，加入这些流量同时通过φ139.7mm套管，岩心孔隙度37%，则油井人工砂体的渗流速度为0.303m/s。

    室内模拟人工砂体实际渗流速度的条件不具备，但可以模拟单位长度上的压差。假定混合液的粘度为2.7mPa·s，经计算实际生产的压差为125kPa/cm，则实验用岩心7.4cm， 压差为925kPa。利用粘度150mPa·s的原油进行覆膜砂人工砂体岩心过流实验，计算得到渗透率为7515×10^{-3 2}。实验结束，岩心胶结情况良好，说明覆膜砂人工砂体岩心承受压差的能力可以满足生产要求。

二、人工砂体井壁保护套管的机理研究

    套管损坏主要是由非均地层力作用所致,为此，采用ANSYS有限元分析软件模拟计算套管在均匀、非均匀外挤力作用下的强度特性。

    1．计算模型

     为简化模型结构，假设套管为各向同性的均匀弹性体且无限长，并忽略残余应力和沿长度方向厚度不均度及椭圆度的影响。计算参数为：

    ① Φ177.8mm套管：壁厚9.19mm、钢级N80、屈服强度551.6MPa，泊松比0.3，弹性模量2.06×10¹¹Pa；

    ② 覆膜砂：粒径0.4～0.8mm的石英砂外敷环氧树脂，泊松比0.2、弹性模量1×10⁹Pa。

    2．计算方法

    对两种模型施加10～50MPa之间变化的均载；非均载荷取椭圆载荷，长、短轴在5～50MPa之间变化。采用ANSYS有限元分析软件模拟计算求解，用后处理命令查看计算结果，显示应力云图并提取最大、最小应力值。

    3．结果分析

    计算结果表明：充填覆膜砂后，套管的抗挤压强度明显提高，且承受非均载荷时提高的幅度远大于承受均载时提高的幅度。

    实例（GDX5-111油井）：

    供油半径100m、油层厚8m、渗透率0.8μm²、地层油体积系数1.125、黏度10 mPa·s、密度0.870g/cm³、水泥环外径219mm、套管内径157mm、覆膜砂渗透率7μm²、射孔相位角60°、孔度14孔/m、孔眼直径13mm、表皮系数0.9、目前饱和度下油的相对渗透率0.9、日产油100m³/d。

    计算结果表明：填充覆膜砂引起的压力降只占总压降的0.89%，说明填充腹膜砂对油井产量的影响不大，可以忽略不计。

三、现场应用情况

    截至目前，在孤岛油田实施套损井一体化防砂工艺11口井，成功10口，有效率90.9%，初期日产油21.0t/d，目前日产液324.3m³t/d，日产油29.3t/d，累计产油2.1478×10⁴t。套损井一体化防砂工艺在治理套损井中取得了较好效果。

四、结论

    室内实验、理论计算分析和现场应用均表明：套损井一体化防砂工艺是使严重套损井恢复生产的一种可行工艺和方法。

    1.人工砂体渗透率室内测试结果表明:覆膜砂人工砂体岩心具有很好的渗透性，渗透率比孤岛油层的平均渗透率还要高, 对油井生产影响不大。

    2.模拟现场生产采出液通过覆膜砂人工砂体压差的实验结果说明：覆膜砂人工砂体岩心承受压差的能力可以满足生产要求。

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