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(2---)稠油出砂规律及出砂模拟实验研究

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稠油出砂 规律 模拟 实验 研究
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文章编号 : 1674 -5086( 2010) 06 -0135 -04稠油出砂规律及出砂模拟实验研究*房茂军1, 2, 曾祥林1, 2, 梁 丹1, 2, 孙福街1, 2( 1. 中海油研究总院 , 北京 东城 100027; 2. 海洋石油高效开发国家重点实验室 ·中海油研究总院 , 北京 东城 100027)摘 要 : 提出依据径向流动进行室内大型出砂评价的思路 , 研制了油井出砂的模拟实验装置 。针对渤海区域常用的金属纤维防砂管 、金属网防砂管和割缝管 , 进行了围岩应力作用下的出砂流动实验 , 对地层在围岩应力状态下出砂和流量之间的变化规律进行了分析 , 测定了流出砂的粒径变化情况 , 观察和模拟了环境控制条件下的出砂行为 。研究结果表明 : 金属网布筛管对泥质的防堵塞效果最好 , 割缝管次之 , 金属纤维防砂管对泥质较敏感 , 泥质含量高的情况下不宜使用金属棉防砂管 ; 对不同防砂管产出砂进行粒度分析 , 产出砂粒径开始时较大 , 可远远超过防砂精度 , 最大的可超过防砂精度的 2 ~3 倍 , 后迅速降低 , 说明在防砂管周围有砂桥形成 。环空周围堆满砂后 , 产量迅速下降 , 随着微小砂粒的流出 , 孔渗结构得到改善 。金属纤维防砂管产量低 , 产量稳定 , 割缝管和金属网防砂管产量高 , 割缝管产量有略微下降趋势 , 金属网防砂管产量有波动 。关键词 : 稠油 ; 出砂规律 ; 出砂装置 ; 防砂管 ; 实验研究中图分类号 : 献标识码 : A 10.3863/j. 674 -5086.2010.06.027引 言近年来 , 随着勘探难度越来越大 , 优质储量越来越少 , 同时受高油价的支撑 , 我国渤海海域发现的大量稠油油藏陆续投入开发 , 这部分油藏原油黏度高 、胶结疏松 , 油井产能低 、地层微粒运移和地层出砂是此类油田开采过程中的主要矛盾 。目前渤海海域稠油油藏完井中大量使用防砂管进行防砂 , 各类防砂管对产能的影响规律及油藏适应性评价是现场急需解决的问题[ 1 -4]。有学者对稠油油藏的出砂规律进行了一系列的实验研究[ 5 -11], 但主要集中在一维填砂管实验 , 难以模拟地层的实际情况 。为了认识稠油的出砂规律及出砂对产能的影响 , 更好地指导油田现场的系统设计 , 依据径向流动的实际情况 , 研制大型的全尺寸出砂模拟实验装置进行接近地层情况下的出砂规律模拟实验是十分必要的 。1 出砂模拟实验装置研制1.1 装置介绍研制的模拟实验装置如图 1 所示 , 实验装置有循环系统 、模拟系统和测量系统 。1—容器罐 ; 2—高压泵 ; 3, 8—压力传感器 ;4—流量计 ; 5—安全阀 ; 6—高压釜体 ; 7—减速阀 ;9—油砂分离筛 ; 10—油砂清洗仪 ; 11—数据采集卡 。图 1 出砂模拟实验装置示意图 装置功能在给定压差及完井防砂方式下 , 可以得到 :( 1) 产量随时间的变化 ;( 2) 出砂量随时间的变化 ;第 32 卷 第 6 期 西南石油大学学报 ( 自然科学版 ) 2 2010 年 12 月 2010* 收稿日期 : 2010 -04 -06基金项目 : “十一五 ”国家重大专项课题 “多枝导流适度出砂技术 ”( 2008003) 。作者简介 : 房茂军 ( 1980 - ) , 男 ( 汉族 ) , 山东郓城人 , 硕士 , 主要从事提高采收率研究工作 。( 3) 产出砂的粒径分布 ;( 4) 防砂管堵塞情况 ( 测量防砂管两端的压差 )随时间的变化 。2 防砂管对泥质流体适应性室内评价实验2.1 测试方法高泥质含量储层防砂管实验步骤 :( 1) 将防砂管放入测试模拟器中 , 用密闭胶 ( 软塑料 ) 将防砂管端部和测试装置的底部端密闭压实 ,以防流体从端部流出 ;( 2) 将混配的泥岩流体倒入装置里 , 盖上预先用密封圈包裹的上盖 , 密闭压实 ;( 3) 用恒量泵将同一种类型的粘土流体通过四条耐高压的管线向耐高压的装置里注入 , 期间不断地进行憋压 —排气 —憋压的过程直至无气体流出 ;( 4) 待没有气体流出后 , 继续注入流体到设定的压力 ;( 5) 开流出阀 , 开始记录流体的压力流量的变化 , 并对流出的粘土流体进行称重 , 并观察实验现象 。2.2 测试参数对渤海疏松砂岩稠油油藏常用的防砂管进行评价 , 所用防砂管参数如表 1 所示 。表 1 防砂管基本参数表 of μ50 ~175 177.8金属纤维 148 ~178 177.8割缝管 160 ~180 177.82.3 整体评价实验测定了不同防砂方式 : 恒定流量下防砂管外的压降变化 ( 图 2) , 以及恒定压差下的流量变化( 图 3) 。图 2、图 3 表明 , 金属纤维防砂管 、割缝管的管外压降出现增大的趋势 , 金属纤维管相对较高 、割缝管次之 。从实验结果可得出 :( 1) 单位时间内金属纤维防砂管压力上升相对较快 ;( 2) 实验过程中割缝管出现了两次压降为 0 的情况 , 割缝管流量也出现了波动现象 , 体现了割缝管产品较强的自清洁能力 ;( 3) 在恒定注入流量下 , 金属网布防砂管压降持续为 0, 没有发现泥浆的堵塞现象 , 渗滤能力最好 。金属网布结构的防砂管对泥岩流体的防堵塞效果最好 , 割缝管次之 , 金属纤维结构防砂管对泥岩流体较敏感 , 防堵塞能力最弱 。图 2 不同防砂管的压降变化 不同防砂管的流量变化 砂模拟实验3.1 测试方法所用防砂管包括金属网布 、金属纤维 、割缝三种不同结构 , 在模拟系统中装入模拟地层砂 , 采用恒定的驱替压差进行模拟实验 。3.2 实验基本参数按照渤海某疏松砂岩稠油油田明化镇组储层粒度分布特征 , 配置了实验模拟用砂 。631西南石油大学学报 ( 自然科学版 ) 2010 年防砂管参数设置如表 2 所示 。表 2 防砂管基本参数表of 砂管结构挡砂参数 /μ属网 150 ~175 177.82 金属网 148 ~178 177.83 金属纤维 148 ~178 177.84 割缝管 160 ~180 177.85 金属网 224 177.86 割缝管 224 177.83.3 不同防砂管出砂模拟测试结果( 1) 出砂和产量的分析在恒定的压差进行驱替实验时 , 从流量曲线 ( 图4) 可以看到 , 在实验初期 , 不同防砂管样品的模拟实验均表现出流量降低的现象 。这是因为 , 实验初期模拟砂进入防砂管外的环形空间 , 造成环空中地层砂的堆积 , 使得产能有所降低 , 在油田现场实际应用中也发现了类似的现象 。图 4 不同防砂管出砂模拟流量对比 割缝管的产量较高 , 金属网布防砂管次之 , 金属纤维防砂管最低 。割缝管流量一直呈下降趋势 , 金属网布防砂管的流量有所波动 , 结合出砂量曲线 ( 图 5) , 说明金属网布防砂管的瞬时出砂改善了其流动性 , 金属纤维防砂管流量保持稳定 。从出砂量曲线 ( 图 5) 可以看出 , 在实验初期 , 出砂量较大 , 但随着实验的进行 , 出砂量逐步降低 。金属网布防砂管出砂量有波动现象 , 这是由于金属网因压差增大发生孔眼变形 , 造成固体颗粒突发性通过筛管而引起的 。图 5 不同防砂管出砂模拟出砂量对比 表 3) 看 , 放大挡砂参数可以使稠油油藏的产量增大 。在出砂量稳定的前 90 , 在相同的挡砂参数情况下 , 含砂液流量较高的是割缝管 , 其次为金属网布防砂管 , 流量最小的是金属纤维防砂管 。从累积产砂量上看 , 金属网布防砂管出砂量较大 , 割缝管和金属纤维防砂管出砂量较小 。表 3 测试累积产油与累积出砂情况表 in 总液量 ( 千分比 )1 金属网 90 72.490 4.010 0.055 3182 金属网 90 61.610 13.349 0.216 6693 金属纤维 90 22.910 1.484 0.064 7534 割缝管 90 79.415 2.757 0.034 7185 金属网 90 92.365 15.554 0.168 3976 割缝管 90 99.925 1.981 0.019 821( 2) 挡砂精度比较对分离出来的砂粒进行了粒度的评价分析 。从分析结果可看出 : 产出砂粒径开始时较大 , 可远远超过防砂精度 , 最大时可超过防砂精度的 2 ~3 倍 , 然后迅速降低 , 说明在防砂管周围有砂桥形成 。( 3) 实验观察实验结束后 , 发现模拟地层与防砂管间的环空堆积满了砂子 , 即防砂网外堆满了模拟砂 ( 图 6a) ,而且可以看到防砂管下部环空堆积砂较多 ( 图 6b) ,这部分砂的堆积也是造成模拟实验初期产能下降的原因 。同时 , 这部分砂在防砂管外逐步形成砂桥 , 造成出砂的粒度逐步减小 。731第 6 期 房茂军 , 等 : 稠油出砂规律及出砂模拟实验研究图 6 出砂模拟实验后防砂管观察图 识与结论( 1) 提出了依据径向流动的进行室内大型出砂的评价思路 , 研制成功的模拟器装置 , 可以进行不同防砂方式的室内评价 。( 2) 金属网布结构的防砂管对泥岩流体的防堵塞效果最好 , 割缝管次之 , 金属纤维结构防砂管对泥岩流体较敏感 , 防堵塞能力最弱 。( 3) 环空周围堆满砂前产量高 , 后迅速下降 , 随着微小砂粒的流出 , 孔渗结构得到改善 。金属纤维产量低 , 但产量稳定 ; 割缝管和金属网产量高 , 割缝管产量有略微下降趋势 , 金属网防砂管产量有波动现象 。( 4) 产出砂粒径开始时较大 , 可远远超过防砂精度 , 最大的可超过防砂精度的 2 ~3 倍 , 后迅速降低 , 说明在防砂管周围有砂拱形成 。参考文献 :[ 1] 曾祥林 , 何冠军 , 孙福街 , 等 . 藏出砂对渗透率影响及出砂规律实验模拟 [ J] . 石油勘探与开发 ,2005, 32( 6) : 105 -107.[ 2] 曾祥林 , 孙福街 , 王星 , 等 . 渤海稠油油藏简易防砂条件下出砂规律模拟实验研究 [ J] . 中国海上油气 , 2004, 16( 6) : 395 -399.[ 3] 田红 , 邓金根 , 孟艳山 , 等 . 渤海稠油油藏出砂规律室内模拟实验研究 [ J] . 石油学报 , 2005, 26( 4) : 85 -89.[ 4] 周守为 , 孙福街 , 曾祥林 , 等 . 稠油油藏分支水平井适度出砂开发技术 [ J] . 石油勘探与开发 , 2008, 35( 5) : 630-635.[ 5] 张伟青 , 汪强 , 王启蒙 , 等 . 油藏岩心室内模拟出砂实验研究 [ J] . 小型油气藏 , 2005, 11( 2) : 35 -38.[ 6] . in a ea C] . 8166, 2002.[ 7] 周守为 . 海上油田高效开发新模式探索与实践 [ M] . 北京 : 石油工业出版社 , 2007.[ 8] 韩国庆 , 李相方 , 吴晓东 , 等 . 渤海稠油油田适度出砂生产可行性研究 [ J] . 钻采工艺 , 2004, 27( 3) : 29 -30.[ 9] 孙建平 , 唐跃刚 , 范子菲 , 等 . 稠油出砂冷采过程中储集层渗透率变化预测 [ J] . 新疆石油地质 , 2007, 28( 5) :599 -600.[ 10] 祝金利 , 姜汉桥 , 梁春梅 . 多分支井技术在辽河稠油油藏中的应用 [ J] . 西安石油大学学报 : 自然科学版 ,2008, 23( 2) : 55 -70.[ 11] , , , et C] . 1673, 2001.( 编辑 : 朱和平 )831西南石油大学学报 ( 自然科学版 ) 2010 年in is by of to a to ey F F o., 21209, F , 2, , 130 -134, 2010( 674In to of on of on we on by of a of is in be to a is ey N 2, 2, 2, 2( 1. 00027, 2. 00027, F , 32, , 135 -138, 2010( 674by is of In of of of is is 12010 in of is by so be in of of is in of -3 to be of is of is of of is of ey of F N 1. 00280, 2. , 100083, F , 2, , 139 -142, 2010( 674as of by of so to of in ey N F F 2, 2, 2( 1. 00027, 2. 00027, F , 32, 6, 143 - 146, 2010( 674of is of of of of of of is at a 0 ~55 ℃) ﹥ 40%) ,
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