天然气水合物储层泥质细粉砂挡砂介质堵塞规律与微观挡砂机制

中国南海海域部分天然气水合物储层中地层砂为高泥质含量细粉砂，开采防控砂难度较大。针对高泥质细粉砂挡砂机制问题，使用粒度中值为10.13 μm的泥质细粉砂样品，模拟单向气液携砂流动条件，使用绕丝筛板、金属烧结网、金属纤维、预充填陶粒4类挡砂介质在20~80 μm挡砂精度下进行挡砂模拟实验，采用显微成像系统观察挡砂介质内部及表面砂粒沉积与堵塞动态，分析介质流通性能和挡砂性能变化，总结堵塞规律、微观挡砂机制与形态及其控制因素。研究结果表明，不同类型和精度的挡砂介质对泥质细粉砂的堵塞总体呈现堵塞开始、堵塞加剧和堵塞平衡3个阶段。随着驱替进行，挡砂介质渗透率逐渐降低，幅度会高达90%以上；同时过砂速度减缓，最终过砂率为5%~10%。根据堵塞规律和微观图像分析，提出了粗组分分选桥架、局部砂团适度挡砂、整体砂桥阻挡等挡砂介质对泥质细粉砂的3种微观挡砂机制。以粗组分分选桥架挡砂机制为主的挡砂工况下，挡砂介质堵塞渗透率较高，但过砂率超过15%，挡砂效果较差；以整体砂桥挡砂机制为主时，过砂率在10%以下，挡砂性能较好，但各类挡砂介质的堵塞渗透率不足1 D，流通性能较差。局部砂团适度挡砂机制为主时介质挡砂性能及流通性能介于两者之间。挡砂介质对天然气水合物储层泥质细粉砂的微观挡砂机制和形态受挡砂介质类型、精度、地层砂特征以及流动条件等因素控制，其规律对于水合物泥质细粉砂防控砂优化有指导意义。     

挡砂介质变形及挡砂精度变化规律研究

关于挡砂介质在热采条件下的变形特性以及对挡砂精度的影响规律少有研究。为此,分析了挡砂介质的主要结构类型以及不同金属材料在高温下的线膨胀系数的变化规律;以此为基础,分析割缝缝隙类、绕丝缝隙类和金属滤网类这3种挡砂介质的几何结构模型,建立了高温条件下的介质变形特性及挡砂精度预测模型,分析了不同结构参数下筛管挡砂精度变化规律。分析结果表明:随着温度升高,完全约束条件下的割缝衬管和绕丝筛管的挡砂精度明显降低;360℃条件下绕丝筛管挡砂精度降低幅度小于5%,而割缝衬管挡砂精度降低幅度高达25%,并且割缝间距越大,挡砂精度降低幅度越大;随温度上升,滤网类筛管挡砂精度取决于滤网金属丝直径和原始网孔的相对大小,但变化幅度不超过1%。研究结果可为热采井防砂设计提供指导。     

砾石充填介质复合堵塞对天然气水合物储层产能的影响规律研究

砾石充填层堵塞是影响天然气水合物储层砾石充填防砂井产能优化的关键因素。在考虑泥质粉砂与二次生成水合物对砾石充填层复合堵塞情形的基础上,针对人造陶粒与石英砂充填介质,分别开展了泥质粉砂和水合物二次生成堵塞充填层的模拟试验,系统分析了堵塞过程。基于复合堵塞充填层机理及渗透率变化规律,构建了天然气水合物砾石充填防砂井砾石充填层堵塞后的产能预测模型并进行了案例分析。研究结果表明,在泥质粉砂和二次生成水合物堵塞条件下,充填层渗透率的降幅分别达93%与98%;复合堵塞造成充填层渗透率降低对产能的影响显著,堵塞后防砂井产能比的降幅达97%。大粒径砾石充填虽然能缓解产能受损,但效果不明显。研究认为,预防复合堵塞的关键是优化生产制度,避免水合物二次生成。      

充填密实程度对砾石层挡砂效果及稳定性影响实验

针对砾石充填类防砂工艺,为了探究砾石层充填密实程度对挡砂效果和稳定性的影响规律和程度,利用挡砂介质综合性能测试实验装置,使用石英砂和人造陶粒2种材料,模拟100%、98%、96%和95%共4种充填密实程度进行砾石层挡砂径向流驱替实验,通过渗透率、过砂率和冲蚀形态变化评价砾石层挡砂效果及其稳定性。实验结果表明,射孔孔眼入流会造成砾石层冲蚀孔洞,随着充填密实程度降低,冲蚀孔洞区域越大,地层砂侵入砾石层深度越深;当充填密实程度低于95%时,会形成相对较大的冲蚀孔洞从而失去稳定性,砾石层被地层砂完全穿透从而失去挡砂作用;随着充填密实程度的降低,松散的颗粒在流体冲击作用下重新排列组合,形成的孔洞使得地层砂侵入砾石层的深度也越大,过砂率越高,挡砂效果越差。对于套管射孔井管内砾石充填防砂,应尽可能提高密实程度使其不低于95%,且机械筛管缝宽或挡砂精度按照能够直接阻挡地层砂的原则进行设计。     

海上高产气田防砂挡砂精度设计研究

高级优质筛管防砂是海上高产气田常用的防砂工艺,挡砂精度设计的合理性直接影响防砂效果的好坏。由于缺乏该类气田的防砂标准,挡砂精度设计多按照70年代Saucier提出的D50=（5~6）d50设计原则,考虑因素单一,对于特殊地层不具备针对性。制定了海上高产气田的防砂有效标准,以流花气田19-5实际地层岩心为例,进行了均匀系数对挡砂精度设计影响规律实验,结果显示均匀系数越大最佳挡砂精度值越小。首次对泥质含量对气田挡砂精度设计影响规律进行了实验分析,结果显示泥质含量越高最佳挡砂精度值越大,但泥质含量较低时该影响可以忽略。实验结果还表明,当地层砂泥质含量高于14%时不宜采用高级优质筛管防砂。8×8组出砂模拟实验结果遵循D50=（3~5）d50,相对于传统的设计原则,实验佐证了海上高产气田精细防砂理念的正确性,为气田防砂挡砂精度设计和防砂方案优选提供了依据。     

井楼油田砾石充填防砂参数优化实验研究

砾石层和机械筛管是砾石充填防砂的关键组成部分,其类型和性能决定了挡砂效果和防砂井产能。井楼油田井楼7区块油藏出砂严重,为优选砾石层充填方式和机械防砂筛管精度,使用挡砂介质性能评价装置,模拟现场条件对3种砾石层及8种不同筛管样本进行挡砂介质性能评价实验。根据动态实验数据计算得到挡砂介质的流通性能、挡砂性能、抗堵塞性能的量化评价指标,并针对井楼7区块进行了砾石充填防砂参数优选。     

渤海稠油油田适度出砂对储层物性影响实验研究

适度出砂开采是提高稠油油井产能的一种有效手段,为了深入认识稠油出砂开采的增产机理,以渤海某稠油油田砂样为研究对象,通过室内实验开展了适度出砂对储层物性影响研究。实验结果表明:地层适度出砂能显著改善储层物性,在一定范围内,出砂量越多、出砂粒度分布越均匀、出砂粒径越小,储层物性改善程度越大;泥质对储层渗透率的影响远比细粉砂大,泥质排出程度越高、岩心渗透率改善程度越大。本文研究成果可为渤海稠油油田出砂开采提供理论依据。     

筛网式滤砂管挡砂效果室内试验

为了提高筛网式滤砂管防砂效果,研究如何优选挡砂层(密纹网)提高防砂效果。采用多点测压岩心流动出砂试验装置,系统研究了筛网式滤砂管挡砂层(密纹网)层数、排列角度、放置顺序以及地层砂非均质性、细粉砂(粒径小于0.05 mm)质量分数等对挡砂精度和防砂效果的影响。研究结果表明,均质性地层砂密纹网挡砂精度ω≤0.8d50、非均质性地层砂密纹网的挡砂精度ω≤0.65d50时,采出液中的含砂量小于0.03%。通过对影响筛网式滤砂管挡砂精度的技术参数评价与优化,为提高疏松砂岩油藏筛网式滤砂管的防砂效果提供了理论依据。      

Haute Mer A 区块深水稠油油田防砂挡砂精度研究

中海油刚果（布）Haute Mer A 区块为深水出砂稠油油藏,根据常规的挡砂精度设计准则采用砾石充填防砂后出油困难。为了确定合理的挡砂精度,提出了海上稠油防砂不同设计原则下的最大含砂浓度标准,并通过砾石充填出砂模拟实验, 采用“三曲线分析方法”,获得了不同于常规的防砂设计准则。该分析方法同时考虑了砾石充填层的相对渗透率、剩余渗透率及含砂浓度标准。实验结果表明,充填层砾石粒度中值为地层砂粒度中值8~9 倍时充填层渗透性最好;采用该设计准则确定的防砂挡砂精度油井产能提高了3 倍多,解决了该区块防砂后出油困难的问题,为该类稠油出砂油藏挡砂精度设计提供了新的思路。     

河道储层砂体中隔挡层的成因与分布规律

在河道砂体内部构成的不同层次实体界面上，通常存在着４种隔挡层，即细粒物质隔挡层、泥砾隔挡层、植物碎屑隔挡层和成岩隔挡层。它们可以相互组合，构成储层液体流动单元的天然边界；同时可以与储层内部构成单位共同导致河道储层砂体的不均一体。本文详细地论述了４种隔挡层的成因、特征与分布规律。     

B–PPG非均相复合体系对滤砂管通过性能实验研究——以胜利海上油田为例

非均相复合驱油技术是一种新型驱油技术,该驱油体系利用黏弹性颗粒驱油剂B–PPG的驱替性能,与聚合物复配之后扩大波及能力,叠加表面活性剂超低界面张力带来的洗油能力,从而获得最佳的驱油效果。本文针对胜利海上油田非均相复合驱,开展了I型、II型、III型三种型号B–PPG非均相复合体系通过低剪切滤砂管性能的实验。结果表明,I型B–PPG非均相复合体系在通过滤砂管时,未发生堵塞,黏度保留率和粒度保留率良好;II型B–PPG非均相复合体系通过滤砂管时,在高排量条件下黏度有一定的损失;III型B–PPG非均相复合体系在高排量条件下存在较大的堵塞风险,且黏度损失较大。     

FSQ-115单流防砂器的研制与应用

针对易出砂油藏注水井在停注、卸压、洗井时地层返吐出砂严重,无法有效分注的问题,研制了FSQ-115单流防砂器。该单流防砂器主要由接头、油管短节串、套管密闭挡砂机构等组成,可将出砂层段跨隔封堵,使注入水只能单向进入地层,不能从地层返吐,从而防止出砂埋管柱、堵塞洗井通道及井下工具,改善了防砂分注效果。该防砂器已在双河油田、魏岗油田、赵凹油田等顺利实施10井次,工艺一次成功率达到100%,收到了较好的防砂效果,能满足河南油田分层防砂、分层注水工艺要求。     

稠油油藏出砂机理、影响因素及防砂技术对策——基于辽河油田稠油油藏防砂实践

以辽河油田不同类型稠油油藏的动、静态资料为基础,从多孔介质中流体渗流理论、应力分析及储层微观特征等方面入手,结合油层出砂规律,对稠油油藏出砂机理及影响出砂程度的主要因素进行了分析,提出了稠油油藏防砂技术对策。     

一种注水井防砂挡砂装置的研制

针对疏松砂岩油藏注水井出砂日益增多的现象,研制开发了一种注水井防砂挡砂装置。这种装置采取上、下挡砂器和金属毡防砂管相结合的方式将地层出砂阻挡在油层部位,防止地层出砂砂埋注水管柱,同时将地层出砂限制在油层部位,形成自充填挡砂层,提高了防砂效果。SDS23-8注水井下入带有防砂挡砂装置的空心分层注水管实施分2层注水,各层配注量均为20m3/d,管柱一次下井成功。目前该井吸水正常,注水压力5.5MPa,上、下层注水量分别为23.16m3/d和19.91m3/d,能顺利实现分层注水,各层注水量稳定,达到了分层注水要求。     

多孔泡沫金属在防砂筛管应用中结构参数试验优化

泡沫金属由金属与气体复合而成,是一种金属基体中含有一定数量、一定尺寸孔径、一定孔隙率的金属材料,具有良好的过流、过滤性能。利用泡沫金属作为挡砂介质开发的特种筛管,是一项油田防砂可行性解决方案。防砂筛管挡砂效果主要取决于挡砂介质的结构形式与规格参数。为优化泡沫金属挡砂介质的结构参数,指导防砂筛管的设计,利用室内岩心驱替模拟试验装置,开展不同结构、不同规格参数的泡沫金属挡砂性能试验,分析不同排布结构、不同厚度比的泡沫金属挡砂效果。结果表明,挡砂介质“外密内疏”的变孔径结构要优于均匀单一孔径结构,具备更好的过流抗堵塞效果,且随着驱替排量的增大,优势体现更加明显。当排量为100 mL/min时,变孔径驱替压差较均匀单一孔径压差降低约40%; 不同泡沫金属厚度比的挡砂能力也不同,厚度比2︰3结构较厚度比2.5︰2.5结构驱替压差降低约15%,控砂量较1.5︰3.5结构降低约2.6倍。综合考虑驱替压差、出砂量及驱替排量等因素,泡沫金属作为防砂筛管挡砂介质,采用变孔径结构且厚度比为2︰3最适合油气田开发要求。为进一步优化防砂筛管结构提供了理论参考。     

天然气水合物降压开采出砂定量预测新模型

国内外天然气水合物试采经验表明，出砂问题是制约水合物资源有效开发的关键因素。从地层流体渗流角度出发，结合岩石力学理论，通过在出砂半径内对出砂量与产气量关系的推导，建立了天然气水合物降压开采出砂定量预测新模型。模型在确定地层和流体等参数情况下，得出地层出砂 量与产气量呈正相关关系，因此确定水合物降压开采产气量就可以定量预测对应的出砂量。结合岩石颗粒出砂模拟，描述了不同时期水合物分解过程颗粒出砂动态演化特征，并验证了模型预测的精度。从研究结果可以看出，水合物降压法开采过程中产气量、出砂量与地层压差关系密切。该研究成果对天然气水合物出砂预测具有一定启示作用，对后续水合物规模矿场试采也具有重要的意义。     

防砂方法优选模拟试验装置

针对目前机械防砂技术种类较多,且新技术和产品不断涌现,以及由于防砂方法选择不当而使防砂效果差或失败的状况,研制了一种实尺寸防砂方法优选模拟试验装置。该装置可针对机械防砂技术的特点,进行实尺寸室内模拟试验,通过测试分析其性能优缺点,为防砂的优化选择提供依据;可对现有各种防砂技术进行有关参数的测试和评价,为防砂技术的正确实施提供可靠依据。该装置可根据用户要求对挡砂精度、抗堵塞能力、抗冲蚀能力和制造工艺等指标进行测评。已对石油专用网滤砂管、G.F纤维滤砂管、陶瓷滤砂管、多层金属毡滤砂管、异型丝金属纤维滤砂管、抗冲蚀高渗透率滤砂管、侧向流道长寿命滤砂管等新型防砂工具做了性能测试试验,缩短了工具研制周期,并大大完善了工具现场使用效果。     

电潜泵挡砂器的研制与应用

针对电潜泵采油过程中出现地层出砂现象,造成砂埋电潜泵或砂粒磨损电潜泵,引起油井不能生产或生产周期缩短的问题,研制了电潜泵挡砂器。该挡砂器主要由联通接头、皮碗座、密封皮碗、内管、联接头、分流接头、挡砂管、外管、下接头等组成。生产时将挡砂器安装在电潜泵之下,密封皮碗紧贴套管内壁,由于密封皮碗喇叭口方向向下,使携砂井液不能从密封皮碗外侧向上流动,只能进入外管上部的进液槽,携砂井液进入外管后,砂粒被挡住落入下部的沉砂尾管内。胜利油田5口井的现场试验表明,电潜泵挡砂器起到了防砂的作用。