浅析复合防砂筛管完井方式在水平井开发中的应用

2022-10-13

一、复合筛管结构及挡砂理论分析

1. 复合筛管结构

基管采用API标准套管或油管, 具有通用性。侧流孔外保护套:作业过程中能很好地使防砂过滤层不受伤害, 有效避免维护作业过程中防砂过滤层失效。在日常生产过程中, 防止流体对防砂网的直接冲蚀破坏。复合防砂过滤网:采用多层316L不锈钢精密微孔复合防砂过滤层, 抗破坏能力强。过滤面积大, 滤孔均匀、稳定, 所有孔纵向上双层防砂, 每层都完全可以独立防砂, 滤孔平均误差小于7μm, 流动阻力小, 渗透率高, 防堵能力强, 便于反洗。

2. 复合筛管挡砂机理分析

筛管防砂主要目的是在维持水平井正常生产的情况下, 防止地层出砂, 因此必须阻止地层砂进入井内。研究表明, 为了防止筛管堵塞, 不论时独立筛管完井还是砾石充填完井, 低于40m的粉砂必须产出。目前滤砂筛管的滤砂方式有两种, 一是将地层砂挡在筛管的外部, 即表层滤砂;另一种是将地层砂挡在筛网处, 容许地层砂进入筛管, 即深层滤砂。辽河油田使用复合滤砂筛管属于深层滤砂, 由于有一部分细砂会进入井筒并随原油一起产出, 此类滤砂方式若挡砂精度设计不合理则会造成堵塞筛管。因此, 需优化完井参数, 选择合理的挡砂精度。双层滤网或三层滤网的复合筛管 (单孔开口尺寸250um) , 刚好能容许40um以下的粉砂产出。通过祥细的参数设计, 复合筛网既能防砂, 也能维持油井的正常生产。

二、国内外筛管防砂完井完井参数设计现状

目前, 国内外对复合筛管挡砂精度设计主要有两种方法:凭经验按照地层砂d50设计挡砂精度和试验验证确定挡砂精度。

1. 凭经验设计挡砂精度

由于国内外对复合筛管挡砂精度与地层砂匹配关系尚无理论依据, 大都是凭经验参考地层砂d50设计。辽河油田筛管挡砂精度是参照地层砂d50大小设计, 同时, 为防止筛管被堵塞, 参考泥质含量、原油粘度等因素适当调整设计参数。

2. 试验验证确定挡砂精度

由于没有挡砂精度无理论设计依据, 但可以通过试验确定较为合理的挡砂精度。实验方法是通过建立物理模型, 确定防砂网上附加压力和累积出砂量等两个关键物理参量, 从而得到水平井防砂网合理网孔孔径。通过不同孔径的防砂网上附加压力随时间变化经验曲线, 它们整体变化趋势为:开始随着时间变化很大, 然后逐渐趋于平缓。50μm、100μm和150μm网孔的网上附加压力为正值, 原因是这三种防砂网孔径均小于地层砂粒度中值247.73μm, 导致一定程度阻塞, 使网上附加压力为正;而250μm和300μm孔径的网上附加压力均为负值, 而且不再增长, 原因是当地层砂中的小颗粒随水流出后, 大颗粒砂形成砂骨架, 使得砂粒与砂粒之间的孔隙变大, 所以地层砂的流动阻力变小, 网上附加压力也就变成负值。单出砂量设计, 300μm防砂网累积出砂量明显增大, 且经过计算, 它的累积出砂量已经超过出砂极限百分之三左右;从网上附加压力看, 250μm和300μm孔径防砂网附加压力最小。综合应该考虑, 选250μm定为该岩样所在地层合理的防砂网孔径。

三、辽河油田复合筛管挡砂精度设计评价分析

截止到目前, 辽河油田出砂油藏水平井采用精密复合滤砂管完井工艺, 分选性较好的地层油井生产情况比较稳定, 生产过程未出现问题。挡砂效率100%, 生产周期长, 分析认为挡砂精度设计合理, 可以满足生产需要。分选差、均匀性差储层水平井, 应用精密复合滤砂管完井挡砂效率较低, 生产周期较短 (平均88天) , 其挡砂精度按照地层砂d50设计存在问题较大, 效果差。

出现问题原因分析:完井方式选择与国际选择标准存在出入, 按照完井方式国际选择标准, 分选差、均匀性差储层水平井, 根据细粉砂含量优选砾石充填完井或压裂充填完井方式。Tiffin and King标准 (SPE39437) ;D10/D95<10, D40/D90<3, 细砂粒<5%选择筛管完井方式;1020, D40/D90>5, 细砂粒>10%选择压裂充填完井。针对此类油藏使用精密复合滤砂管完井方式, 挡砂精度按照地层砂d50设计, 难度大, 问题多, 其合理性值得商榷。目前, 我们所取岩心化验, 都是一个点的地层砂粒度分布情况, 不代表整个水平段横向粒度分布情况, 而我们选用一个点地层砂分布规律设计筛管挡砂精度, 存在一定误差。部分筛管破漏井生产过程经历提液生产 (港H2最高610m3/d) , 地层砂分选差会导致部分筛管被堵塞, 在部分筛管有堵塞的情况下又提液生产, 容易导致筛管破漏。