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稠油油藏高含水及天然气吞吐出砂分析

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油油 含水 天然气 吞吐 分析
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第27卷 第6期 大庆石油地质与开发P.G.O.D.D. 2008年12月 ·91. 文章编号:1000—3754(2008)06油油藏高含水及天然气吞吐出砂分析 王登庆 ,李维忠 ,朱彩虹 (1.中国石油大学,山东东营257061;2.胜利油田分公司采油工艺研究院,山东东营257000) 摘要:从理论和试验两方面论述了高含水和天然气吞吐对稠油油藏开发中后期出砂的影响。从理论上 分析了含水升高对出砂指数、弹性模量等地层强度的降低及相应地层渗流规律的变化,并通过利用物 模试验验证含水率升高和天然气吞吐对地层的破坏作用。试验表明,随着天然气的吞吐和含水的升 高,炮孔的破坏压力和出砂压力都有明显的降低,由局部单点破坏进而诱发大面积的出砂,该研究对 砂岩稠油油藏后期天然气吞吐的开发能起到很好的指导作用。 关键词:稠油油藏;高含水;天然气吞吐;出砂分析 中图分类号: 文献标识码:A of of of ei—ai—1.5706 1,.57000,n of of in of he of on of as O on of in t by of of to he of of of he of in of 井出砂通常是由于井底附近岩层结构遭受破坏 引起的,其中弱胶结或中等胶结砂岩油层的出砂现象 较为严重。这类储层在较大生产压差或压力波动影响 下,易造成岩石结构剪切或疲劳破坏而出砂。油层出 砂与油藏深度、地层压力、地层温度、地层胶结状态 以及地层流体种类、相态、流速等有密切关系。从力 学角度分析,考虑油层出砂主要两个方向,即剪切破 坏机理和拉伸破坏机理¨ 。前者为炮眼周围应力作 用结果,与生产压差有直接关系;后者为流体作用于 地层颗粒的拖拽力所致,与过高的开采速度即过大的 流体速度有关。 影响地层出砂的因素一般分为三类,即地质因 素、开发因素和完井因素。地质油藏因素由地层和油 藏本身性质决定(包括构造应力、沉积相、岩石颗 粒的形状和大小、胶结物及胶结程度、流体类型和性 质等),属内因条件。开发和完井因素为主观因素, 可以根据地层油藏的具体情况来进行调整。下面就从 含水率的变化和天然气吞吐两个方面对稠油油藏出砂 的影响分别论述。 l 含水的升高对地层出砂的影响 油层中的流体介质变化是油井出砂的一个重要原 因。在边、底水驱油藏,随着开发的深入和生产压差 的加大,势必会导致含水的上升。另外在开发中后 收稿日期:2008者简介:王登庆(1969一),男,高级工程师,在读博士,从事油气井防砂技术研究。 ·92· 大庆石油地质与开发P.G.O.D.D. 第27卷第6期 期,为保持地层压力,需要进行注水开发,油层的含 水率的上升,使大量的边、底水或注入水浸泡油层, 使砂岩层的胶结物降低强度,水解、粉化造成出砂。 资料表明,粘土胶结物经水浸泡会使胶结强度降低很 多 j,在较高的侧向应力或冲刷力下,粘土胶结物 不能有效联结砂粒而出砂,且这种出砂是不可逆的。 在钻井及完井过程中,砂岩层受污染越严重,水侵入 后的出砂越严重。对非粘土胶结的砂岩,水的侵入对 胶结强度的影响较小。如钙质、硅质胶结的砂岩很少 引起出砂。 1.1含水上升对地层强度的影响 边、底水的推进或注水开发使得储层含水上升。 含水升高,地层强度进一步降低,含水溶解了颗粒间 的泥质胶结物,使得地层的胶结强度降低,即地层的 内聚力降低。在含水达到60%以上时,地层骨架会 发生坍塌性破坏,导致大量出砂(图1)。 凸_ 蒜 羽 含水饱和度/% 图强度地层出砂指数 与含水的关系 of ow—水的反复冲刷,导致岩石发生拉伸破坏,使破 碎的骨架砂大量溢出,造成严重的出砂。在小流速、 小压差下,砂粒可能排列成稳定砂拱;在高速流体的 冲刷下,射孔孔道或井壁处的砂拱破坏,砂粒大量溢 出。液流速度越高,出砂越严重;同时,油的粘度越 大,出砂也越严重。这些因素是稠油油藏中后期出砂 的主要原因。 随着油气的采出和油藏压力的降低,作用于岩石 上的有效应力增加,岩石力学性质发生变化。通过对 砂岩在一定条件下(地层水、围压和孔隙压力)力 学性质变化规律的试验,发现岩石力学参数(抗压 强度 .和弹性模量E)随含水饱和度增加,岩石模 量强度值、内聚力、弹性模量急剧下降(图2)。 1.2 含水上升对地层渗透率的影晌 地层中的粘土对基质渗透率的降低有极大的影 响,不同的粘土矿物以各种不同的形态沉积,其中高 岭石分散在整个孑的晶体具有分散层理 性,在流体运动的条件下,高岭石极易分散运移,运 移中的粘土部分桥堵和阻塞孔隙喉道,这对渗透率起 着不利的影响。成岩作用中最常见的粘土形式是成为 孔隙涂层或衬层绿泥石,伊利石和蒙脱石的沉淀都是 含水饱和度/% 图2 of 0连续的附着在基质颗粒表面上,趋向于从颗粒表面 向外生长进入到孔隙空问,形成微孔隙并急剧的降低 了渗透率。另外,当蒙脱石地层与外来水相接触时, 蒙脱石就会膨胀,降低地层渗透率。 在注水的过程中,如果注入水与地层不配伍,可 能引起地层渗透率的变化,造成地层堵塞,尤其对于 水敏地层更要特别注意。岩石水侵后岩石的单轴抗压 强度和内聚强度都会产生明显的降低现象 ,为出 砂的第一阶段创造条件;其次,也会破坏孔隙内油流 的连续性;储层油砂颗粒周围一般情况下都包有极薄 的粘土膜,水侵时,砂粒周围的粘土发生体积膨胀, 使油流通道缩小,降低了油的相对渗透率,极大地增 加了油流阻力,增加产液对砂粒的拖曳力,也为出砂 的第二个阶段创造了条件。 孔隙中存在两相流体时,润湿相沿砂粒表面铺 展,将另一相排出。毛细管力是润湿相和非湿相间的 压差,表面张力与使砂粒胶结在一起的粘着力成正 比。如图3所示,提高含水饱和度,毛细管力开始迅 速下降,而粘着力增大,当含水饱和度为80%左右 时,粘着力最大。当孔隙介质中完全充满一种液体 时,砂粒间就不存在胶结力 。另外,含水上升产 生的水锁效应,导致油的相对渗透率将不断下降而水 的相对渗透率则随之增加。 2稠油以及天然气的注入对出砂的影 响 为提高油井产量,稠油油藏的开发须加大生产压 差,更易产生剪切破坏;在同样的流速下,原油粘度 高,携砂能力强,稠油流动作用与炮孔周围地层颗粒 上的水动力拖曳力要比普通稀油大,使得炮眼孔壁岩 石径向应力大于其本身的抗拉强度,脱离基体导致拉 伸破坏而出砂。在注开然气开采的情况下,天然气的 周期性吞吐也加剧了地层的拉伸破坏;另外,天然气 的注入虽然降低了原油的粘度,但胶质沥青质的降解 也降低了地层的胶结强度,最终导致出砂加剧。 2008年12月 王登庆等:稠油油藏高含水及天然气吞吐出砂分析 ·93· 要 扭 1}}] 盆 蛏 黑 榔 含水饱和度/% 图3粘着力测试曲线 of 研究中,我们利用吐哈油田鲁8井的稠油油井 岩心,通过注入流体的不同和注入压力的变化来研究 注天然气对出砂的影响,试验条件见表1,试验装置 如图4。 表1岩心的实验条件 of 力传感器 流体1 流量计 不锈 隔离阀 流体 砂子 图4注天然气出砂试验装置剖面 of of 过实验,得到孔眼破裂及其破裂延展的结果, 最初的破坏先是集中在强度较低的几个点上,随着天 然气的不断注人和轴向压力的不断增大,由最初的几 个独立的点发展成为大面积的破坏,最终导致出砂。 通过表2的实验数据可以看出:含水的升高使得 在较低压力时就会出砂;同时也可以看出,油水系统 的破坏压力和出砂压力都明显高于注天然气以及水时 形成的流动系统压力,这说明注天然气对系统岩石的 剪切破坏和拉伸破坏起到了非常显著的作用,同时含 水的升高对于岩石内聚强度的降低也是非常明显的。 表2注天然气出砂试验结果 of of 结论 研究表明,稠油油藏原油粘度高,携砂能力强, 容易导致拉伸破坏,使得地层出砂加剧。高含水使得 地层强度降低,地层的渗流关系发生变化,油相渗透 率降低,在相同产量的情况下,必须加大生产压差, 易导致地层发生剪切破坏;同时由于含水的升高,必 须加大采液强度,提高产量,也易产生拉伸破坏,以 上因素为砂岩稠油油藏出砂的两个阶段创造了条件。 试验证实了天然气的吞吐对地层强度造成了严重的破 坏,使得岩心的破坏压力和出砂压力都急剧降低。 参考文献: [1]万仁溥.现代完井工程[M].北京:石油工业出版社,2006: 5_45. [2] S, A, F.].6534,1996. [3] C B, M.wo—R].001. [4], L, F.].J.000,105(16371— 16389. [5]王桂花.含水饱和度对岩石力学参数影响的实验研究[J].石 油钻探技术,2001,29(4):59编辑:宋铁星
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