渤海湾中部地区生产井出砂分析及实验研究

文　敏　邓福成　刘书杰　曹砚锋　刘兆年（.中海油研究总院，北京　0008；.长江大学，湖北荆州　43403）

渤海湾中部地区生产井出砂分析及实验研究

文敏1邓福成2刘书杰1曹砚锋1刘兆年1
（1.中海油研究总院，北京100028；2.长江大学，湖北荆州434023）

通过对渤海湾中部地区海上平台的现场调研发现，生产井出砂严重会造成分离器、电脱水器等设备的严重沉砂甚至砂堵，以及泵类设施的磨损破坏。为了检验现场单井的出砂量，评价防砂措施的合理性，建立了加热真空过滤实验装置，以渤中A油田为研究对象进行了室内油砂分离测试及分析。结果表明：现有防砂方式中砾石充填的挡砂效果优于独立优质筛管；部分生产井出砂量较大主要是由生产压差大于储层临界生产压差引起的。研究成果为海上油田生产制度的制定、工程设计的优化提供了良好依据，也为同类油田的开发生产提供了参考依据。

渤海湾；生产井；出砂量；防砂；实验

油气井出砂是油气开采中一直存在而无法避免的问题，特别是在海上油田，油井需要频繁进行捞砂、检泵作业，不仅影响正常生产，严重时还会出现生产设备砂堵、井壁坍塌等情况，造成生产井报废。国内外采用的防砂方式一般有砾石充填、独立筛管、化学固结和地层预强化，但无论哪一种方法都有一定的局限性［1-3］。

新油田的开发需要考虑与周边新、老油田综合协调的问题，工程设计与钻完井设计比较复杂，需要严格控制每口生产井的出砂量，以减少出砂对筛管、油套管及海管管线的冲蚀损坏。海上油田传统的防砂设计一般控制出砂量在0.3‰［4］。然而在实际生产中，有时为了保证单井产量而在生产过程中不断提高生产压差，使生产过程中的出砂量不可控制；特别是独立筛管防砂的油井，筛管大面积堵塞会导致局部冲蚀，造成油井出砂量增大，需要在海管设计校核时考虑并预留相应的工程预算。因此，对海上油田不同防砂条件下的出砂井产出液进行油砂分离，研究不同防砂方式下的出砂规律，为工程海管及地面设备的合理设计，乃至整个海上平台的生产优化管理提供依据。

1　出砂情况分析

由于生产井的出砂量较大，不可控的持续出砂造成了生产平台的泵检修频率增加。渤中A油田的检泵周期仅为设计值的一半，出砂严重导致了计量管汇球阀损坏甚至无法计量。原油处理系统的主要问题是沉砂严重，沉砂主要存在于分离器和电脱水器，当生产井出砂严重时，一级分离器、二级分离器、电脱水器底部都会沉积泥砂，每天必须进行冲排砂作业；特别是前两级分离器的水室排砂口积砂尤其严重，如未有效排砂3 d以上，就会发生砂堵，必须使用高压流体正挤排砂口解堵。在水处理系统中，同样会发生沉砂严重的现象，降低了处理系统中容积的有效体积，减少了含油污水的有效处理时间，严重影响生产水处理设备的除油效果。此外，油井出砂严重还会致使喂给泵、污水泵、开排泵、气浮循环泵、双介质滤器等设备发生不同程度的磨损损坏。

现有防砂设计主要是基于储层物性的经验设计方法，对于防砂设计的成功与否不仅体现于生产后期的日产液量，防砂后期的出砂量也是一个重要的衡量标准。但是从现场数据来看，出砂量很难完整的收集及记录。以渤中A油田为研究对象进行现场出砂量测试分析，基于现场原油的油砂分离实验，对平台井口的产出液进行测试评估，确定生产平台单井在生产过程中的出砂量，进而评价生产过程中筛管性能及防砂效果。

2　油砂分离实验

油砂分离处理技术主要有3种: 热水洗分离法、溶剂萃取法、热解干馏法［5］。常规方法的目的在于提取混合液体中的原油［6-7］，而本实验是在热水洗分离装置的基础上建立了加热真空原油过滤装置（如图1所示），目的在于提取混合液体中的砂量。实验仪器包括：恒温水域系统、真空抽滤机、抽滤瓶、量杯。实验过程中有时需要添加煤油、甲苯等液体用来稀释原油，降低原油黏度，便于油砂分离。

图1　原油过滤装置

实验步骤：用电子秤和量杯分别测量所取油样的质量和体积；调节恒温水域系统，控制水温在80 ℃左右，将测量后的原油置入水域杯中，等待油温升至80 ℃；在漏斗中放入500目的筛网，把加热后的原油放在漏斗中，使用离心机抽滤，依次重复过滤所有的油样；原油过滤后，原油中的砂粒和微颗粒会留在筛网上，取出筛网用煤油清洗，标上标签利用干燥机干燥；称量干燥后的筛网，照相记录；取出过滤后的砂样进行清洗称量，并利用激光粒度测试仪测试粒径，记录数据并对数据进行初步统计分析。

3　油砂分离测试及分析

对渤中A油田部分油样分离后的残留物进行了对比分析。试验中，部分油样在过滤过程中以及过滤后都会在筛网上留下大量的乳白色蜡状物质，例如过滤后A6H油样的滤网如图2（a）所示；经过烘烤以后，筛网上只剩下清晰的砂粒，且在筛网下面的滤纸上留下大量的油污，经过化验分析这些乳白色的物质为原油中的蜡质，烘干后的砂样如图2（b）所示，可以看出滤纸上存在明显砂粒。

图2　A6H油样烘干前后对比

对于渤中A油田部分生产井先后进行了两次油砂分离试验，对分离后的砂样进行了称重统计及数据分析，如图3所示。结果表明，所取的油样中或多或少都含有一定量的砂，证明目前该油田生产井全部采用的机械防砂方式十分必要。实验结果中大部分生产井的出砂量介于0.3‰和0.5‰之间；仅A3H井、A5H井和A6H井的含砂量较高，A3H井和A5H井均高于海上适度出砂的基本要求0.5‰；其中A5H井在此次采样的过程中含砂量最高，为0.8‰左右，与现场旋流分离器分离的出砂数据相近。

通过对渤中A油田生产井的防砂方式统计［8］，A5H井和A6H井均采用20/40目优质防砂筛管，其余井采用砾石充填防砂方式。结合防砂方式分析，相同挡砂精度下砾石充填防砂的生产井含砂量相对较小，而采用优质筛管防砂的井出砂量较大，说明生产井出砂量与防砂结构相关。A3H井由于直接打开阀门进行采液，未处理前置液，所以实验结果中含砂量较高。渤中A平台上部分单井的出砂量较大，经过一级分离器处理后，其含砂量下降至0.31‰。

图3　渤中A油田油样含砂质量分数

在对渤中A平台油样进行油砂分离过程中，对所取油样中含砂量超过3g的井进行了粒度测试。从测试结果来看，海管入口的含砂粒径大于海管出口的含砂粒径，说明在输运过程中，大颗粒的砂更容易在输运管道中发生沉降。对于出砂量较大的A6H井来说，筛管并未发生破坏，但是其生产压差较大，超过临界出砂压差。通过统计分析类似的数口井发现，生产压差较大是导致产出液出砂严重的又一重要原因。所以，在生产过程中需要对生产制度进行调整，以此来控制生产井的出砂量，在产量与出砂量之间寻求一个最优关系，实现长期高效生产。

4　结论

（1）建立了加热真空原油过滤装置，通过对生产井现场油样的油砂分离实验，发现生产井在采用机械防砂方式后产出液中都含有一定量的砂，表明目前该油田生产井采用的机械防砂方式十分必要。

（2）对比现场生产井的防砂效果，说明砾石充填防砂效果优于独立优质筛管，部分出砂量较大的生产井主要原因在于生产压差大于储层临界压差。

（3）通过分析已开发生产井油砂分离实验的数据结果，可以判断其生产制度的合理性、防砂方式的适应性和有效性，为海上油田生产制度的制定、工程设计的优化提供了良好依据，也为同类油田的开发生产提供了参考依据。

［1］TALAGHAT M R, ESMAEILZADEH F, MOWLA D. Sand production control by chemical consolidation［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2009, 67（1-2）: 34-40.

［2］BOURGEOIS A, PUYO P, BOURGOIN S. Big bore completion and sand control for high rate gas wells［R］. SPE 102550, 2006.

［3］CHITALE A A, STEIN M H, ARIAS B J, et al. A new methodology to safely produce sand controlled wells with increasing skin［R］. SPE 124051, 2009.

［4］ 王利华，邓金根，周建良，等. 适度出砂开采标准金属网布优质筛管防砂参数设计实验研究［J］ .中国海上油气，2011， 23（2）： 107-110.

［5］ 许修强，郑德温，徐金明，等.我国油砂分离技术研究进展［J］.现代化工， 2010， 30（8）： 12-15.

［6］许修强，王红岩，郑德温，等.溶剂抽提法处理油砂的研究［J］.石油炼制与化工， 2009， 40（4）： 57-60.

［7］许修强，郑德温，曹祖宾，等.新疆油砂水洗分离技术研究［J］.郑州大学学报：工学版， 2008， 29（1）： 24-27.

［8］李斌，黄焕阁，邓建明，等，简易防砂完井技术在渤海稠油油田的应用［J］ .石油钻采工艺， 2007， 29（3）： 38-41.

（修改稿收到日期2015-06-02）

〔编辑 李春燕〕

The sand production analysis and experimental of the Production Well in the Bohai Bay middle oilfield

WEN Min1, DENG Fucheng2, LIU Shujie1, CAO Yanfeng1, LIU Zhaonian1
（1. Research Institute of CNOOC, Beijing 100028, China; 2. Yangtze University, Jingzhou 434023, China）

Abstracts: Field investigation on offshore platform in the middle part of Bohai Bay indicates that severe sand production from production well may lead to severe sand fill, even sand plug, in separators or electric dehydrators, and damage to facilities like pumps. In order to test the sand production of single well and assess the properness of sand control measures, a heated vacuum filtering experimental apparatus was built and indoor oil/sand separation test and analysis was conducted taking Oilfield A in mid-Bohai Bay as the research object. The result shows that, among the present sand control manners, the gravel packing mode works more effectively than independent premium screen pipe, and that large sand production in some production wells is mainly due to the fact that the production pressure differential is greater than the critical production pressure differential of the reservoir. The research findings provide a favorable basis for preparation of offshore oilfield production system or optimization of engineering designs, and also provide reference basis for the development and production of similar oilfields.

Bohai Bay; production well; sand production rate; sand control; experiment

TE53

A

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0080 – 03

10.13639/j.odpt.2015.04.021

“十二五”国家科技重大专项“多枝导流适度出砂技术”（编号：2011ZX05024-003）。

文敏，1982年生。2008年毕业于中国石油大学（北京）获硕士学位，现主要从事钻完井方面的研究与设计工作。电话：010-84526242。E-mail: wenmin@cnooc.com.cn。

引用格式：文敏，邓福成，刘书杰，等.渤海湾中部地区生产井出砂分析及实验研究［J］.石油钻采工艺，2015，37（4）：80-82.