盐家气田浅层气井防砂技术研究

蒋宝云,邓 雄,梁 政,赵建民

(1.胜利油田 鲁明勘探开发有限公司,山东 东营 257000;2.西南石油大学,成都 610500)

盐家气田浅层气井防砂技术研究

蒋宝云1,2,邓 雄2,梁 政2,赵建民1

(1.胜利油田 鲁明勘探开发有限公司,山东 东营 257000;2.西南石油大学,成都 610500)

胜利油田盐家地区浅层气藏天然气含气面积 3.3 km2,地质储量 3.18×108m3。由于该地区气藏成岩性差,胶结疏松,在生产过程中极易出砂,严重影响气井的正常生产,使气藏采收率降低,造成气田稳产难度加大。在出砂预测的基础上开展该地区浅层气藏的防砂技术研究,采用高精度滤砂管一次完井防砂工艺和高精度滤砂管砾石充填防砂工艺,改善了气藏的流通能力,为该地区浅层气藏开发提供了可靠的技术保障。

盐家气田;浅层气藏;防砂

Abstract:In Yanjia area of ShengliOil field,the area with gas in shallow gas reservoir have 3.3 km2,geologic reserves is 3.18×108m3.Because of poor diagenesis in this zone,cementation osteoporosis,the sand produces easily in the production process,which affects gaswell protection,EOR of gas reservoir reduction,and results in gas stable output more difficultly.According to producing difficulties in Yanjia gas field,based on predicting sand,the sand controlling technology in shallow gas reservoir was carried.The completion and sand controlling technology using high-precision filter sand tube and the sand control technology using high-precision sand gravel packing were studied and applied,which improved the flow capacity of gas reservoir,and provided a reliable technical support for shallow gas reservoir development in this area.

Key words:Yanjia gas field;shallow gas reservoir;sand controlling

1 盐家气藏地质概况及开发现状

盐家气田位于山东省垦利县境内,构造位置属于陈家庄东部凸起南缘的盐家鼻状构造,处于有利的油气聚集带上。储层为泛滥平原相泥岩中的透镜状砂体,岩性为一套棕色和灰色的砂质泥岩互层,埋藏浅,成岩性差,气层出砂出水较为严重,物性较好,主力层系明化镇组,储层平均渗透率为 950×10-3μm2,储层平均孔隙度为 27.24%。盐家地区天然气含气面积 3.3 km2,天然气地质储量 3.18×108m3,可采储量为 2.13×108m3,累计产气量 0.91×108m3,采出程度为 28.66%。

胜利油田的浅层气藏在借鉴油藏防砂工艺技术的基础上,形成了疏松砂岩浅气藏的防砂工艺系列配套技术:金属棉滤砂管防砂工艺、绕丝筛管砾石充填防砂工艺、树脂涂敷砂防砂工艺、疏松砂岩油藏膨胀筛管裸眼防砂技术[1]。共实施各类防砂工艺措施 97井次,成功率 92%。绕丝筛管充填防砂效果最好,但是防砂成本高,后续作业困难,防砂有效期一过,该井基本上成为报废井;化学防砂地层污染严重,造成的污染难以恢复;金属棉滤砂管防砂有效期短,但综合考虑防砂成本、后期井筒处理,以及目前的工作制度等方面的问题,目前广泛采用的防砂方式是金属棉滤砂管防砂。

胜利油田的浅层气藏由于天然气的流体性质以及储层特征等相关因素影响,如出水造成了胶结物的破坏,加剧了出砂。气井出砂后再防砂 (即后期防砂)效果差,主要表现在:

a) 先期防砂效果好,但防砂后气井产能降低。

b) 防砂后在较短生产周期内再次出砂,地层垮塌,防不住砂。

c) 二次防砂困难,砂细,呈尘土样,防砂难度大,成功率为零。

开展后期防砂配套新技术研究可以加速盐家区块储量的动用,促进胜利油田浅层气藏开发技术的发展。

2 盐家气藏出砂预测

气井出砂通常是由于井底附近地带的岩层结构遭受破坏引起的,其中,弱固结或中等胶结砂岩气层的出砂现象较为严重。由于浅层气藏胶结性差,强度低,一般在较大的生产压差下,容易造成井底周围地层发生破坏而出砂。从力学角度分析气层出砂有2个机理:即剪切破坏机理和拉伸破坏机理。前者是孔眼周围应力作用的结果,与过低的井底压力和过大的生产压差有关;后者则是开采过程中流体作用于孔眼周围地层颗粒上的拖曳力所致,与过高的开采速度或过大的流体速度有关。这 2个机理相互作用,相互影响。除上述 2个机理外,还有微粒运移出砂机理,包括地层中粘土颗粒的运移,因为这会导致井底周围地层的渗透率降低,从而增大流体的拖曳力,并可能诱发固相颗粒的产出。

出砂预测方法有 4类,分别为现场观测法、经验法、实验室模拟法和数值计算法。从目前的研究水平来看,很难用一种方法准确预测气井在生产过程中是否出砂和何时出砂,只有通过多种预测方法才能使预测结果比较可靠[2]。

a) 孔隙度预测法 地层孔隙度可以作为判断地层出砂的依据之一,如果地层孔隙度高于30%,出砂的可能性较大[3]。通过对胜利油田的大量统计结果表明:如果地层孔隙度大于 30%,地层出砂较为严重,完井过程中必须考虑防砂措施;如果地层孔隙度在 20%～30%之间,地层出砂减缓,也须考虑防砂;如果地层孔隙度小于 20%,地层出砂轻微。盐家气田平均孔隙度为 27.24%,因此,投产时必须考虑防砂。

b) 声波时差预测法 声波测井测出的声波时差值(Δtc)同岩石的孔隙度有良好的对应关系。中国大多数区域砂岩气藏的出砂临界取值为Δtc＞295μs/m时,正常生产的气井开始出砂[2]。盐家气田砂岩的Δtc大约为 310μs/m,因此,投产时必须考虑防砂。

c) 出砂指数预测法 气层出砂情况可根据气层的测井解释资料进行预测。利用测井组合曲线图上的声波时差、密度、泥质含量和井径等有关数据求得岩石的有关力学参数[4],通过计算得到出砂指数,其计算式[5]为

式中,B为出砂指数,×104MPa;K为体积弹性模量,×104MPa;E为扬氏模量,×104MPa;G为切变弹性模量,×104MPa;μ为泊松比,无量刚;ts为横向声波时差 ,μs/m;ρr为岩石密度 ,g/cm3。

上式表明:B值越大,表明岩石的体积弹性模量K和切变弹性模量G之和越大,即岩石强度越大,稳定性越好,不易出砂。结合胜利油田地质特点及浅层气藏的储层物性,利用出砂指数预测,结合现场实测验证,最后取得出砂的经验判别值为:B≥2.0,不出砂;1.4≤B≤2.0,产层出砂,在生产过程中要采取防砂措施;B＜1.4,气层出砂严重,在生产过程中必须采取防砂措施。

利用上述公式计算出盐家气田 5口井的出砂指数如表1所示,从计算结果可以看出,盐家气田地层的平均出砂指数分别为 1.65×104MPa,由此判别值可知该区块气层在生产过程中将会出砂,在气井投产前要采取必要的防砂措施。

表1 盐家气田气井出砂指数计算结果

3 防砂工艺技术研究

由于天然气的流体性质以及储层特征等相关因素影响,加剧了出砂,气井出砂后再防砂 (即后期防砂)效果差,主要表现在先期防砂效果好,但防砂后气井产能降低;防砂后在较短生产周期内再次出砂,地层垮塌,防不住砂;二次防砂困难,砂细,呈尘土样,防砂难度大,成功率为零。因此,后期防砂工艺的研究成为有效开发盐家气田浅层气藏的重要步骤。结合盐家气田的实际,主要研究并应用了高精度滤砂管一次完井防砂工艺和高精度滤砂管砾石充填防砂工艺。

3.1 地层预处理 +一次完井管柱防砂工艺

地层预处理 +一次性完井管柱防砂工艺技术本质是采用了防膨抑砂剂地层预处理 +高精度滤砂管一次完井防砂的复合工艺技术。盐家地区气藏分布在 Nm砂层组地层,富含粘土矿物,在淡水中极容易膨胀、分散、运移,堵塞地层孔喉,使地层渗透率降低。

在盐家气田选用 FS-FY防膨抑砂剂作为该区块地层处理的主要入井液。FS-FY防膨抑砂剂具有优良的抑制粘土矿物膨胀、稳定粘土矿物、防止储层伤害的功能,其原理是抑砂剂中有些组分可以减少粘土表面的负电性,压缩粘土表面上的扩散双电层,使其紧密结合;有些组分对粘土的砂颗粒有强烈的吸附、包覆、桥联作用,使粘土胶结的砂粒免受气流及入井液的冲刷,达到牢固防膨抑砂的目的。

一次性完井管柱是将高精度滤砂管防砂工艺管柱下入气层进行防砂,其结构 (从下到上)主要由丝堵、扶正器、高精度滤砂管、扶正器、安全接头,封隔器、带孔短节、油管组成,如图1。

该管柱具有对地层污染小、投产见效快、有效时间长等优点。

图1 高精度滤砂管一次完井防砂管柱

3.2 高精度滤砂管砾石充填防砂工艺

高精度滤砂管砾石充填防砂工艺是将高精度滤砂管、充填工具及配套器材组成的防砂管柱下入井内,使具有一定挡砂能力的滤砂管对准气层,然后通过充填管柱在井下环形空间和炮眼内充填高渗透的挡砂材料,依靠充填砾石阻挡地层砂,而利用高精度滤砂管阻挡充填砾石,形成双层挡砂屏障,防止地层出砂而达到无砂采气的目的。高精度滤砂管的挡砂精度及充填砾石的尺寸取决于地层砂均匀系数、分选系数和粒度中值等特征参数。

a) PLT砾石充填工具 该工具由丢手机构、密封皮碗、转换外套、扶正总成、心轴、转换内管、关门机构等组成,如图2a。其总长为 1 750 mm,质量为 63 kg,外径为 φ115 mm,通径为 φ62 mm。该防砂工具同时具备 2种丢手方式:一种水力丢手,一种倒扣丢手。该种设计方式提高了工具的丢手成功率,使工具的适用范围更加广泛。密封皮碗既可作充填,也可留井作为生产封隔器,大大节约生产作业成本。通过性能试验,其丢手压力为 14～16 MPa,密封压力为 20～21 MPa,完全满足盐家气田浅层气井生产的需要。

b) PLT防砂系统管柱结构 PLT防砂系统管柱结构由密封插头 (绦堵)、生产筛管、光管、信号筛管、光管、PLT充填工具和油管等组成,内管柱为φ33.40 mm(1.315英寸)冲管或 φ48.26 mm(1.9英寸)冲管。该管柱一次下入可实现循环充填,适用于套管完好井,后期处理难度小。高精度滤砂管砾石充填完井工艺流程如图2所示。

这种防砂方法具有成功率高、有效期长、适应性强、防砂效果好、气井产量高等优点,而且不受井段长短、井底温度和压力等条件的限制,可适用于常规气井防砂。目前已成为疏松砂岩油气藏开发中主要防砂工艺技术之一。

图2 高精度滤砂管砾石充填完井工艺流程

4 现场应用

盐气 6井生产层段 934.8～945.6 m,1993年投产,2001年关井。2007-08上作业恢复生产,打捞出井内管柱后,向地层试挤,试挤压力 15 MPa,气层不吸液,说明地层堵塞较为严重。采用醇土酸酸化工艺 +氮气气举排液,关井 60 min,井口压力由 1.5 MPa下降为 1.0MPa。后装 3 mm油嘴放喷排酸,出口液量较小;开始注氮气后,排出酸液总液量为 30 m3,计算酸液返排率为 110.6%;油压由零上升至8.2 MPa,解堵后产气 4 500 m3/d。采用涂料砂 +高精度滤砂管一趟管柱完井防砂工艺对该井防砂,但因挤入涂料砂施工过程中进入地层的液体较多,多达 100 m3,导致该井在生产过程中日产水约 0.6 m3,至 2009-03-10,该井产气量稳定在 5 000 m3/d,累计产气 24×104m3。

盐气 1-斜 1井完井层位 Nm,射孔段 951.0～954.5 m为新井投产,为减少对气层的伤害,本井采用了 FS-FY防膨抑砂剂地层预处理 +高精度滤砂管砾石充填防砂工艺,该种防砂工艺可起到减缓地层出砂,并具有充填砾石层和高精度滤砂管双重挡砂的作用。该井防砂后 φ3.5 mm气嘴获产量13 000 m3/d,仅比防砂前日产量降低了 3%,防砂后产能控制在较为理想的范围之内。至 2009-03-10,该井产气量 8 500 m3/d,日出水约 0.6 m3,累计产气87 ×104m3。

通过对气井作业施工以及后期效果跟踪,在盐家气田逐渐形成了以下配套工艺技术:

a) 对于老井,地层泥质含量较高,易被堵塞,出砂严重,地层亏空较大。采用醇土酸酸化,解除近井地带的堵塞,再采用高精度滤砂管砾石充填防砂工艺技术。

b) 对于新井,主要采用地层预处理 +高精度滤砂管防砂或者采用地层预处理 +砾石充填防砂工艺技术。

5 结论

1) 盐家浅层气藏地层胶结性差,通过孔隙度、出砂指数预测等防砂预测方法,判断地层出砂严重,必须在气层开采时进行防砂措施,以保证气藏的正常生产。

2) 老井采用高精度滤砂管砾石充填防砂工艺,对于气井恢复产能、防止地层出砂起到了良好的效果。

3) 新井采用地层预处理 +高精度滤砂管防砂,对于气层的防砂具有很好的效果,可有效防止小气井防砂后产能降低。

[1] 周思宏.疏松砂岩油藏膨胀筛管裸眼防砂技术[J].石油矿场机械,2007,36(4):80-83.

[2] 《海上油气田完井手册》编委会.海上油气田完井手册[M].北京:石油工业出版社,1998.

[3] 金忠臣,杨川东,张守良,等.采气工程 [M].北京:石油工业出版社,2004.

[4] 雍世和,张超漠.测井数据处理与综合解释 [M].东营:石油大学出版社,1996.

[5] Karakas M,Tariq S.Semianlytical Productivity Models for Perforated Completions[R].SPE 18247,1988.

Study on Sand Controlling Technology of the Shallow Gas Wells in Yanjia Gas Field

JIANG Bao-yun1,DENG Xiong2,LIANG Zheng2,ZHAO Jian-min1
(1.Lum in Exploration and Developm ent Co.,Ltd.,Shengli Oilfield,Dongying257000,China;2.Southwest Petroleum University,Chengdu610500,China)

TE925.3

A

1001-3482(2010)05-0039-04

2009-09-18

石油天然气装备教育部重点实验室资助项目 (2006STS04)

蒋宝云 (1963-),男,四川都江堰人,高级工程师,博士研究生,主要从事浅层气井的开发技术研究和管理工作,E-mail:jiangbaoyun123@163.com。