渤海S油田出砂原因分析与措施.pdf

2023年08月|161渤海 S 油田出砂原因分析与措施张启龙1，董平华1，高斌1，张超1，邓晗2(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300459)摘要：渤海 S 油田为典型疏松砂岩储层油田，随着生产进入中后期，地层出砂问题日益严重，成为制约该油田进一步挖潜产能的重要阻碍。为解决以上问题，文章对渤海 S 油田 312 口生产井进行了出砂情况的统计，对其中出砂井进行了原因归类和分析，以此为依据提出该油田未来的防砂措施建议。通过原因分析，筛管的冲蚀破坏是造成该油田防砂失败的主要因素，选择抗冲蚀性强的筛管成为了防砂成功与否的关键，利用研发的筛管抗冲蚀性实验装置进行实验，得到了渤海常用筛管的抗冲蚀性优劣排序为：C 型优质筛管 A 型优质筛管 B 型优质筛管绕丝筛管，并在防砂方式选择、筛管类型选择以及生产制度制定等方面给出了具体的措施建议，研究成果对渤海 S 油田及其他类似疏松砂岩油田的防砂作业具有较好的指导意义。关键词：渤海油田；疏松砂岩；出砂原因；筛管；室内实验中图分类号：TE35 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)24-0161-04DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.24.045Analysis of Sand Production Causes and Measures in Bohai S OilfieldZHANG Qi-long1,DONG Ping-hua1,GAO Bin1,ZHANG Chao1,DENG Han2(1.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin 300459，China;2.CNOOC Ener Tech-Drilling&Production Co.,Tianjin 300459，China)Abstract:Bohai S oilfield was a typical unconsolidated sandstone reservoir oilfield.With the production entering the middle and late stage,the problem of formation sand production was becoming increasingly serious,which had become an important obstacle to further tapping the potential productivity of the oilfield.In order to solve the above problems,this paper made statistics on sand production of 312 production wells in Bohai S oilfield,classifies and analyzes the causes of sand production wells,and put forward suggestions for sand control measures in the future.Through the cause analysis,the erosion damage of the screen tube was the main factor that causes the failure of sand control in the oilfield,and the selection of the screen tube with strong erosion resistance became the key to the success of sand control.The test was carried out using the developed screen tube erosion resistance test device,and the order of the erosion resistance of the commonly used screen tubes in the Bohai Sea was as follows:C-type high-quality screen tube A-type high-quality screen tube B-type high-quality screen tube wire-wound screen tube.Specific measures and suggestions were given in terms of sand control mode selection,screen type selection and production system formulation.The research results had good guiding significance for sand control operation in Bohai S oilfield and other similar loose sandstone oilfields.Keywords:Bohai oilfield;loose sandstone;sand production reason;screen tube;indoor experiment0 引言渤海 S 油田的主力产层为典型疏松砂岩储层，其具有渗透率好、孔隙度大、原油黏度大、黏土含量高等特点，随着地层压力的逐渐降低与亏空，以及在高黏原油的拖拽作用下，地层出砂问题日益严重，成为制约该油田进一步挖潜产能的重要阻碍1-3。为解决以上问题，该油田先后在充填工艺、筛管类型、生产制度等方面进行探索，虽取得一定效果，但并未彻底改变该油田面临的出砂问题，并且随着油田进入生产中后期，大泵提液成为重要提产手段，生产压差的逐渐增大使其出砂问题进一步加剧4-5。为解决以上问题，本文对渤海 S 油田 312 口生产井进行了统计，对其中出砂井进行了原因归类和分析，结合分析结果，认为筛管冲蚀破坏为造成该油田出砂问题的最主要因素，利用筛管抗冲蚀实验评价了渤海常用筛管的抗冲蚀性，以此为依据对该油田的筛管类型进行了优选。原因分析和筛管优选结果对渤海S 油田二次调整开发中的防砂作业具有较好的指导意义。1 基本情况概述1.1 渤海S 油田介绍渤海 S 油田位于渤海辽东湾海域，为我国海上重要的原油生产基地，其主力生产层位为古近系东二二校-2023-8-下期.indd 1612023/8/17 14:51:40工程与施工162|2023年08月段，储层物性较好，孔隙度在 27.0%35.8%之间，平均 32.0%，平均渗透率 2 815.0 mD，属于特高孔、特高渗储集物性特征。渤海 S 油田于 20 世纪 90 年代开始投产，先后经历四个开发阶段：建产阶段、基础井网开发阶段、加密调整阶段和精细注采减缓递减阶段。前期加密调整阶段的主要目的以解决平面矛盾为主，兼顾纵向调整，当时阶段主要挖潜对象为小层级别平面、纵向剩余油。而目前将要进行的二次调整以解决纵向的层间、层内矛盾为主，释放层间、层内潜力，进一步提高油层整体动用程度。伴随着后期挖潜的需求，大排量提泵生产为后期重要的提产手段之一，生产压差的增大造成该油田出砂问题严重，成为制约该油田进一步挖掘的重要阻碍。部分井由于出砂失控造成井下设备、井口装置发生损害，甚至部分井由于出砂处于常停状态，造成重大经济损失，因此对历史出砂井进行统计和分析，对该油田后期的防砂作业具有重要的指导意义。1.2 出砂情况统计对渤海 S 油田 312 口历史生产井进行井史调研，其中 266 口井采用砾石充填防砂工艺，其他 46 口采用优质筛管简易防砂工艺，筛管类型包括绕丝筛管、梯级优质筛管、优质筛管、复合优质筛管等，虽然进行了防砂作业，但仍然有 70 口井发生了严重的出砂问题，占比超过 20%。出砂对该油田的主要危害如下：(1)出砂粒径不规则，在上返过程中易造成电泵、安全阀、滑套等井下设备磨损，同时对井口采油树和地面管线都会造成不同程度的损伤，从而影响单井的生产寿命；(2)出砂严重的井易出现储层砂埋现象，对产层原油的产出有抑制作用，易造成单井的减产甚至停产；(3)随着生产时间的积累，部分井出现地层砂堆积井筒现象，需要采用修井措施进行井筒处理，考虑到海上作业成本，造成重大经济损失。因此，迫切需要对该油田历史井的出砂问题进行统计和分析，针对性地提出防砂建议和措施，在油田二次调整中降低出砂风险，提高油田的开发效益。2 出砂原因分析2.1 地层因素对该油田三口历史井的岩心进行室内实验，对主力产层东二段的泥质含量及生产井黏土含量、矿物组分等数据进行分析。根据分析结果，该油田东二段主力储层的黏土含量较高，综合黏土含量在 18.6%29.2%，黏土中伊/蒙混层的平均比例为24.5%，且以蒙脱石为主。由实验结果可知，当含水率较高时，蒙脱石易发生吸水膨胀，使得油流通道变小，极大增大了油流阻力，增加了产出液对砂粒的拖曳力，从而出砂风险急剧增大。而储层的地质特征是造成该油田出砂风险大幅提高的根本原因，因此该油田受限于储层矿物的组分特征，单井出砂风险极高，需要采用合理的防砂措施综合降低出砂风险。渤海 S 油田属于正常温度压力系统，地温梯度约为 3.22 /100 m，原始地层压力系数接近 1.0。但该油田已投产多年，随着开采的进行，地层压力不断下降。根据近几年压力测试资料，调整井所在井区地层压力均已下降，预测综合调整井目的层段地层压力为11.513.5 MPa，储层压力下降 1.02.0 MPa，折合压力系数 0.810.95。地层压力的亏空是造成该油田出砂风险大幅提高的外在原因，亏空的地层压力加剧了地层岩心的疏松垮塌，从而导致单井的大量出砂，因此需要完善注采井网，实时补充地层能量。2.2 筛管冲蚀破坏判断筛管是否发生本体冲蚀破坏的方法是统计出砂井的出砂粒径：如果出砂粒径以细粉砂为主，则说明本体无明显伤害，出砂原因为精度选择不当或者大泵提液导致；如果出砂粒径以中粗砂为主，则说明筛管发生冲蚀破损或砾石层充填程度下降，造成防砂失败。根据统计结果，约 40%的出砂井粒径大于其防砂精度，仅有小于 10%的井出砂粒径小于防砂精度，其余井出砂粒径数据不详，无法判断出砂类型。因此，筛管的冲蚀破坏是造成该油田防砂失败的主要因素，在油井生产后期，砾石层在经过长时间的过流和和地层砂浸入，特别是水平段裸眼充填，会对砾石层的密实程度造成较大的影响，从而加大携砂液对筛管的冲蚀作用，导致防砂失效。而造成筛管破损的主要原因包括：(1)生产年限长，筛管挡砂层结构变形，出现破损；(2)高产液量生产，对筛管造成冲蚀破坏；(3)筛管质量问题或者与油田匹配度低而造成出砂。因此迫切需要对常用筛管的抗冲蚀性进行评价，选择抗冲蚀性能高的筛选以降低出砂风险。2.3 投产时间因素分别统计了砾石充填防砂和优质筛管防砂投产不同时间段的出砂井数。砾石充填防砂工艺的出砂井中，投产 05 年出砂的井数占 61.7%，投产 610 年出 砂 的 井 数 占 8.5%，投 产 10 年 以 上出砂的井数占 29.8%。而优质筛管防砂工艺的出砂井中，投产05 年出砂的井数占 52.2%，投产 610 年出砂的二校-2023-8-下期.indd 1622023/8/17 14:51:402023年08月|163井数占 34.8%，投产 10 年以上出砂的井数占 13.0%。根据统计结果，出砂集中在两个阶段：一是在较短时间内(10 年)后出砂，主要表现为大量出砂，管柱砂埋，有大颗粒产出，后期洗井后仍然出砂，表明筛管损坏或砾石层破坏。2.4 地层含水的影响油气井生产初期并不出砂，投产长时间后才开始出砂，其原因有多种，例如储层压力衰竭、水侵、气侵以及各种增产措施的实施。其中水侵是重要的原因之一，含水的升高使得岩石的强度降低，这是因为地层产出水能溶解砂粒间的一部分胶结物，使得地层胶结强度下降，从而快速减低岩石内聚力和强度。通过对渤海 S 油田强度结果进行分析，评估后期含水率上升对出砂的影响。根据实验结果可以看出，该油田各组储层单轴强度泡水后有一定的变化：东二段段储层单轴抗压强度泡水之前在 1.8 MPa 左右，但泡水 24 h后，岩心含水率 40%60%时强度下降至 0.95 MPa，平均降幅 41.6%；同样，东三段储层岩石单轴抗压强度对含水率的也有较强的敏感，泡水 24 h 后，岩心含水率 37%时强度从 33 MPa 下降至 18 MPa，整体强度下降约 68%。说明开采过程中遇水后胶结强度变弱，岩石抗压强度有明显下降，岩心就极易发生破坏，容易形成大量出砂而造成防砂失败。3 防砂措施建议3.1 防砂方式选择渤海目前主流的防砂方式为砾石充填防砂和优质筛管防砂，分别统计了砾石充填防砂和优质筛管防砂两种工艺的出砂井数和比例。砾石充填防砂工艺的出砂比例为 17.7%，优质筛管防砂工艺的出砂比例为50%，通过出砂井完井方式看，独立筛管防砂出砂风险远高于砾石充填井，表明砾石充填防砂在渤海 S 油田具有更好的适应性和有效性。这是因为砾石充填在机械筛管外充填一层防砂砾石，其避免了地层膨润土和出砂岩屑直接对筛管堵塞和冲蚀，起到了双层保护的作作用。因此，建议渤海 S 油田后期采用砾石充填防砂工艺进行防砂，降低后期出砂风险。3.2 筛管类型选择根据出砂原因的分析，筛管的冲蚀破坏是造成防砂工艺失败的主要因素，因此根据筛管工具的抗冲蚀性对筛管类型进行选择是合理选择筛管类型的关键。利用研发的筛管抗冲蚀实验对渤海常用的四种筛管类型进行实验，即绕丝筛管、A 型优质筛管、B 型优质筛管和 C 型优质筛管，测试四种筛管的抗冲蚀性能，实验仪器如图 1 所示。混砂罐液相回收池固相回收池高压泵压力计流量计流量阀流量阀喷嘴筛管试片图1 筛管的冲蚀破坏评价实验装置具体步骤如下：(1)调整砂比，泵送入磨料罐内，准备开始测试；(2)将试件放置在载物台上固定牢固，调整试件到要求的角度；(3)启泵准备开始实验，将泵的排量调整至流速达到要求，调整实验装置到稳定的流速；(4)打开磨料系统，将阀门调至合适开度，将磨料罐中砂子送入混砂器中，开始冲蚀实验；(5)根据压力和排量数据，记录筛管冲蚀破坏时间，实验结束后取下试件，检测试件的冲蚀情况。根据实际井下情况，设置实验条件如下：冲蚀流速 40 m/s；冲蚀角度 90；砂比 4%6%；距离 40 mm；砂粒粒径 110 m。通过冲蚀实验，得到了四种筛管(绕丝筛管、A型优质筛管、B 型优质筛管、C 型优质筛管)的冲蚀破坏时间分别为 9 min、26 min、12 min 和 30 min。根据实验结果，优质筛管的抗冲蚀性普遍优于绕丝筛管，这与筛管结构和挡砂机理相关。通过比较不同类型筛管的冲蚀破坏时间，得到了筛管抗冲蚀性能的优劣排序为：C 型优质筛管 A 型优质筛管 B 型优质筛管绕丝筛管。因此推荐该油田二次调整时采用C 型优质筛管或者 A 型优质筛管，以增加筛管的抗冲蚀性。此外，考虑到后期含水率的上升易造成地层胶结强度的快速下降，而导致地层大量出砂。建议在完井阶段提前将筛管与机械控水方式进行耦合，利用施加在筛管周围的机械阻力来抑制单井含水率的快速上升，如 AICD、ICD、连续封隔器等，起到控水和防砂双重目的。3.3 生产制度建议造成井下出砂的另一个重要因素是井下生产制度的变化，尤其是生产压差的短时间剧变，造成储层岩心的疲劳损伤和拉伸破坏。但油田进入中后期，大二校-2023-8-下期.indd 1632023/8/17 14:51:41工程与施工164|2023年08月泵提液成为提产的必要手段，因此很多井在大泵提液，的时间点发生地层失控性出砂。例如渤海 S 油田S-20 井，出砂节点是在提频后一段时间内，产液量从40 m/d 提到 160 m/d，携砂能力大幅度提高，含水率也从 40%左右上升到 80%左右，对筛管的冲蚀破坏能力急剧增强，因为冲蚀破坏导致筛管破损事防砂失败。因此该油田井建议平缓的提高单井产量，切勿短时间剧烈大泵提液或者反复改变生产制度，造成井下储层的大规模出砂。4 结语(1)通过对出砂粒径的分析，筛管的冲蚀破坏是造成该油田防砂失败的主要因素，砾石层在经过长时间的过流和和地层砂浸入，会对砾石层的密实程度造成较大的影响，从而加大携砂液对筛管的冲蚀作用，导致防砂失效。(2)利用研发的筛管抗冲蚀实验对渤海常用的四种筛管类型进行实验，根据实验结果，优质筛管的抗冲蚀性普遍优于绕丝筛管，筛管抗冲蚀性能的优劣排序为：C 型优质筛管 A 型优质筛管 B 型优质筛管绕丝筛管。(3)造成井下出砂的另一个重要因素是井下生产制度的快速变化，造成地层岩心拉伸破坏或者疲劳损害导致出砂，因此建议平缓的提高单井产量，切勿短时间剧烈大泵提液或者反复改变生产制度。参考文献：1 薛永安,郭涛,刘宗斌,等.绥中36-1 油田成藏条件及勘探开发关键技术J.石油学报,2021,42(11):1531-1542.2 张子之,程垚,刘宇龙,等.渤海某油田油井出砂原因分析及现场解决措施J.当代化工,2022,51(1):123-1283 彭正强,华泽君,李勇,等.新型化学固砂技术研究及在渤海油田的应用J.辽宁化工,2022,51(7):1026-1029.4 范白涛.渤海油田钻完井技术现状及发展趋势J.中国海上油气,2017,29(4):109-117.5 邓金根,李萍,王利华,等.渤海湾地区适度防砂技术防砂方式优选J.石油钻采工艺,2011,33(1):98-101.作者简介:张启龙(1988-)，男，山东济南人，工程师，主要从事海洋石油钻完井技术研究与应用等工作，E-mail：。基金项目:国家科技重大专项“渤海油田高效开发示范工程”(2016ZX05058-002)。(上接第154页)3.2 在合作中学习成长联合体合作伙伴麦克德莫特公司长期作为沙特阿美项目的总包商，积累了庞大的 PQR 数据库，对业主沙特阿美的焊接技术规范十分了解，吸纳了大量阿美前雇员，与业主沙特阿美沟通便利畅通，对业主审批及其他管理方式十分熟知。结合公司实际，建立懂技术、会外语、沟通能力强的专业国际化项目管理队伍，通过与富有阿美项目经验的联合体伙伴加强专业沟通和指导，是我国承包商快速成长的捷径。与沙特阿美业主及联合体合作伙伴保持融洽的关系和良好的气氛，尽量融入、合作而非冲突碰撞，才能在学习成长中实现共赢。3.3 推行自动化焊接项目配管管线材料庞杂，镍基复合管管线现场口焊接工作量巨大，难度较高。其中，镍基合金、超级双相钢管线现场焊接对焊接环境的要求较高，需注意坡口保护、清洁防污、防风、内保护气体等。根据项目经验，开发适合于项目焊接工艺的自动化焊机，可保证焊接质量，并提高现场施工焊接效率。参考文献：1 崔忠圻,覃耀春.金属学与热处理M.北京:机械工业出版社,2006.2 沙特阿美公司.工艺材料规范S.达曼:沙特阿美出版社,2020.3 美国机械工程师学会.工艺管道S.北京:中国石化出版社,2021.4 美国机械工程师学会.锅炉和压力容器规范S.北京:中国石化出版社,2022.5 沙特阿美公司.现场管道焊接要求S.达曼:沙特阿美出版社,2018.6 美国项目管理协会.项目管理知识体系指南S.北京:电子工业出版社,2017.作者简介：王自发(1988-)，男，汉族，天津人，工程师，硕士研究生学历，硕士学位，海工国际工程有限责任公司，从事项目工程师工作，研究方向为主要从事海洋油气田开发工程技术及国际工程项目管理工作，E-mail：。二校-2023-8-下期.indd 1642023/8/17 14:51:41