大港油田水平井筛管完井挡砂参数优化研究

王晓彬，刘 民，董云龙，吕照鹏

（中国石油大港油田公司，天津大港300280）

大港油田出砂油藏水平井防砂完井经过多年的研究，已经形成了一套比较完整的防砂完井方式优选模板，对分选、均匀性好，地层砂粒度中值较大的储层，应采取精密复合筛管完井，并经研究证实筛管挡砂孔径不能和地层砂粒度中值过于接近，不然容易导致筛管堵塞。

用ω表示挡砂孔径，那么ω和地层砂粒度中值D50间可建立如下关系：ω＝nD50。据已有研究，n值不能等于1或与1过于接近，那么n值具体取多少能够在满足防挡砂有效的同时又能提高水平井生产效果呢？本文采用理论模型和室内实验相结合的方法确定n值，进而实现挡砂孔径的优化。

1 理论模型的建立［1－5］

为研究方便，假设水平井筒中砂粒充满裸眼井壁与筛管间的环空，此时油井产能最低，以此产能为基准来研究环空砂层对产能的影响，进而找出挡砂孔径与产能的关系。

水平井产量模型公式为：

式中：q——油井产量，m3／d；re——油藏供油半径，m；k——油层有效渗透率，μm2；h——油层厚度，m；△p——生 产 压 差，Pa；L——水 平 段 长 度，m；rw——水平井筒半径，m；μ——原油粘度，Pa·s；B0——原油体积系数。

式中唯一未知参数为环空砂层表皮系数SG，可通过径向流压降公式推导得到：

式中：SG——环空砂层表皮系数；rm，rw——分别为筛管外半径和井筒外半径，m；h——水平段长度，m；ρ——原油密度，m3／kg；k——油层渗透率，μm2；ks——砂层渗透率，μm2。

决定SG大小的环空砂层渗透率ks可通过Carman－Kozeny方程求取：

式中：ε——孔隙度，%；K——柯杰尼常数；Sv——比表面积，cm2／cm3。

决定ks的参数主要为环空砂层孔隙度ε，通过Suzuki不连续尺寸颗粒堆积公式求得：

式中：Svj——参照颗粒的体积分数；εj——对参照颗粒j孔隙的体积分数；Sak——球对球j部分面积数；βj——比例常数。

不同挡砂孔径在筛管外会产生不同粒径的砂粒堆积，从而导致不同的环空砂层孔隙度，依据以上公式反推可得到不同的水平井产量。依据这一理论开展下面的室内实验。

2 室内实验研究

2．1 实验原理与装置

实验油经高压泵以设定的压力从4个方向进入高压釜体，通过釜体内壁分流网形成均匀径向流动经过模拟地层砂，携带砂粒进入模拟井眼环空中，一部分细颗粒砂通过防砂筛管被流体携带出来，大部分砂粒在防砂筛管外表面堆积而形成砂桥。实验装置见图1。

图1 实验装置示意图

2．2 实验用材料

模拟地层砂采用工业石英砂配制，其粒径特征数据值见表1，模拟流体采用不同粘度白油混配，实验用筛管挡砂孔径分别为：50μm、100μm、150μm、230μm、300μm。

表1 实验用模拟地层砂粒径特征数据值

2．3 实验结果分析

通过实验得到不同挡砂孔径下流量和含砂量随时间变化曲线，见图2，图3。

图2 不同挡砂孔径下流量随时间变化曲线

图3 不同挡砂孔径下含砂量随时间变化曲线

对实验稳定后的流量、压降、油中含砂量进行统计，计算比采油指数，与筛管挡砂孔径的关系见表2。

表2 筛管出砂模拟实验数据

为了分析筛管挡砂孔径对产能与油中含砂量的影响，以ω／D50为横坐标，以比采油指数和油中含砂量为纵坐标，建立三者之间的关系，如图4所示。

对测试数据点进行回归，可建立三者之间的回归关系：

图4 挡砂孔径与比采油指数、油中含砂量关系

传统防砂要求ASND‰ ≤0．3‰，代入公式（1）得：

适度防砂要求SAND‰ ≤0．5‰，代入公式（1）得：

3 实际生产情况

B60－43H、B60－33H、B64－33H井生产层位同为NgⅢ油组，地层砂粒度中值分别为132μm、180μm、185μm，均采用精密复合筛管完井，挡砂孔径分别为1．14D50、0．83D50、0．81D50。在防挡砂有效的同时，B60－43H井产量是另外2口井的1．17倍和1．19倍（表3）。

另外，经统计分析筛管挡砂孔径比地层砂粒度中值大的水平井生产情况（表4），各井在防挡砂有效的同时，与相邻常规井相比均有较好的生产效果，平均产量是常规井的2～3倍，但由于缺少可用来做对比的同区块同层位水平井，因此与水平井的对比效果有待进一步验证。

表3 水平井生产效果对比表

表4 挡砂孔径大于地层砂粒度中值的水平井生产情况

3 结论与建议

（1）量化了挡砂孔径和地层砂粒度中值之间的匹配关系，在满足防挡砂有效的同时，挡砂孔径取值范围可放大为：1．1D50≤ω≤1．27D50。且通过增大挡砂孔径，可一定程度上改善防砂筛管与地层环空间孔渗情况，提高水平井产量。

（2）在板桥、羊三木、孔店等地层砂粒度中值较大，分选均匀性好的储层，设计挡砂孔径时可选择：1．18D50≤ω≤1．27D50，以进一步掌握同区块、同层位、相同储层物性条件下，两口水平井设计不同挡砂孔径时产量的变化情况。

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