南海东部疏松砂岩油藏防砂历程研究及展望

田 波，魏裕森，汪红霖，邢洪宪，邓 晗

（1.中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518067；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

位于中国南海的E 油田为2016 年新投产的疏松砂岩稠油油田，所在海域水深90～95 m。该油田属于典型的疏松砂岩储层，出砂风险高，自投产以来各井均采用了防砂方式。本文梳理了油田的防砂历程，对不同防砂措施的效果进行分析，总结了该类油田的防砂经验，从而对南海东部类似油田的开发提供指导。

1 油田基本信息

1.1 储层物性特征

E 油田储层属于三角洲前缘沉积，储层物性较好。从常规岩心分析结果来看，岩心孔隙度主要分布在≥25%的区间内，最大孔隙度为37.3%，最小孔隙度为15.0%，平均为28.2%，为中～高孔隙度；岩心渗透率主要分布在50～500 mD，最小渗透率15.2 mD，最大渗透率3 703.0 mD，平均渗透率1 179.9 mD，以中～高渗为主。测井解释平均孔隙度23.7%～33.7%，平均渗透率130.3～1 243.1 mD，总体上是属于中～高孔隙度、中～高渗储集层。

1.2 流体物性特征

E 油田储层原油具有高密度、低含硫、凝固点低的特点，属于重质稠油。地面原油密度（20 ℃）0.948～0.956 g/cm3，地面原油黏度（50 ℃）334.0～411.5 mPa·s，含硫量0.18%左右，沥青质含量为5.58%。地层水密度在1.025～1.027 g/cm3，地层水电阻率（25 ℃）在0.016～0.017 Ω·m，总矿化度在37 033～38 925 mg/L。

1.3 地层砂粒度分析数据

总体上看，油田主力储层砂岩粒度分选性好～中，砂质细，均质系数和分选系数均较小。储层地层砂样品d50在78.6～193.2 μm，平均值119.6 μm；分选系数（d10/d95）为5.3～27.0，平均值9.9，分选好～差；均质系数（d40/d90）为2.4～9.6，平均值3.6，为不均匀砂岩。细粉砂质（≤44 μm）含量大部分＞10%，个别点达到22.4%。

2 油田防砂历程

2.1 第一阶段-独立筛管简易防砂

2016 年9 月E 油田开始投产，初期根据地层条件和邻井开发历史，开发水平井和定向井均采用了防砂方式。水平井采用裸眼+筛管简易防砂完井，定向井采用套管射孔+筛管简易防砂完井。筛管包括桥式复合筛管以及控水筛管等。整体来看，裸眼井产量高于套管射孔井，稳产期更长，但含水上升较快。

2.2 第二阶段-高速水砾石充填

现场实施几口井，均采用砾石充填完井方式，现场产量得到一定提升，米产液指数高于筛管独立防砂，且稳产期更长，应用效果良好。

2.3 第三阶段-压裂充填

图1 某定向套管射孔井产量变化趋势

对于前期出砂井，采取冲砂解堵措施后，单井产能恢复，但仍未能解决根本问题。后期生产过程中，大概率还会发生微粒运移，造成井筒堵塞甚至关停。而压裂充填能够有效提高与储层的接触面积，降低表皮系数，且压裂充填能够获得更长的稳产周期。一般来说，相较于普通高速水充填，压裂充填有以下优势：一方面，改变地层流体流入井底的流动模式，能够穿透近井地带的污染，减小表皮因子，提高油气井产量；建立短而宽的高导流裂缝，有效的增大了井筒泄油半径，降低近井地带的生产压差和径向流速。另一方面，对于胶结疏松的地层，防止近井地带垮塌，减少近井地带微粒运移，防止地层出砂，提高油井寿命。在后期老井的修井措施中，将压裂充填防砂作为重要的手段。该区块某井在实施压裂充填防砂后，长期保持高产生产，产液量是修井前的2 倍左右，且未见出砂，防砂增产效果明显。

3 防砂井失效原因分析

统计整个油田开发生产历程，在开发初期部分井有出砂的现象。主要是套管射孔井，前期采用优质筛管简易防砂，投产三个月后，产液量明显减小（见图1），停产修井，进行冲砂解堵修井后，捞出地层砂，复产后产能得到很好的恢复，说明井下筛管存在严重的堵塞现象。

进一步对捞出的地层砂进行粒度分析，得到粒度分布关键特征值（见表1）。

对出砂原因进行分析，主要有以下几点因素：（1）该井采用的优质筛管挡砂精度为177 μm，本次产出砂d10为112.4 μm，说明筛管未冲蚀破坏。但产出砂中泥质含量高，说明优质筛管对泥质的阻挡作用有限。（2）前期产液量高，地层原油黏度大，携砂能力强，大量细粉砂岩成分快速向井筒运移，在近井筒地带聚集，导致表皮增大，产液量快速下降。（3）含水率上升导致储层岩石强度下降。由于储层中含有大量遇水膨胀的蒙脱土成分，在含水上升后，岩石内部胶结程度变弱，微粒运移加剧。

通过分析可知，优质筛管简易防砂不适用于高泥质疏松砂岩稠油油藏。生产过程中，筛管会逐渐被大量细粉砂堵塞，造成低产甚至躺井。当增大生产压差，筛管将受到更严重的冲蚀破坏，导致破损风险增大（见图2）。

图2 简易防砂失效原因分析

4 压裂充填防砂特点

压裂充填完井方式最突出的优点是，将井筒附近的地层压裂，进而穿过井筒附近的地层伤害带，所以压裂充填可以提高完井效率（表皮系数较低），进而提高产能，或增强注水能力。另一方面，跟普通砾石充填相比，压裂充填防砂增加了流体渗流面积，对流体产生分流作用，在一定程度上降低了流体对地层颗粒的携带作用，从而减小井筒附近出砂的可能性。目前，压裂充填防砂已在渤海油田得到广泛应用[1，2]，作业后防砂效果较好，同时钻后产量均超过配产，尤其在蓬勃作业公司防砂、增产效果显著[3]。

表1 产出地层砂粒度分布关键参数表

该区块某井在经过多次压井后，生产三个月后躺井，压井后未能成功复产，通过分析可能是地层细粉砂微粒以及原油胶质沥青质析出堵塞，这是高泥质疏松砂岩油藏减产的主要原因。常规洗井已无法彻底解决堵塞问题，通过实施压裂充填二次防砂，疏通地层，延缓微粒运移，从而达到防砂、提产的目标。

以江苏省为例，验证上述配置模型的科学性与实用性，数据选自《江苏卫生计生年鉴》(2017年)、《江苏统计年鉴》(2017年)。

4.1 防砂方式优选和对比

通过统计海上油田3 000 多口井的生产情况和出砂历史，发现原油黏度和泥质含量是影响防砂方式优选的重要参数。泥质含量越高，对防砂方式的选择更为严格，普通优质筛管独立防砂往往难以满足现场的生产需求。原油黏度越高，一方面对地层固相颗粒的携带作用更强，另一方面稠油导致的高生产压差生产也会加剧出砂风险。该油田主力开发层位平均泥质含量在15%以上，原油黏度在100 mPa·s 以上，选择压裂充填防砂是可行的。

进一步的对比不同防砂方式对产能释放的作用。相比普通常规管内充填防砂，采用压裂防砂可形成双翼垂直裂缝，改变井筒附近的流动方式，从径向流变为双线性流动，增大了有效流动面积，降低了生产压差和流体流动阻力，从而更有利于产能释放（见图3）。

4.2 裂缝参数优化

根据渗透率得到最优的支撑缝长和导流能力，储层渗透率在200 mD 左右，优化得到的支撑缝半长为40～50 m，最优导流能力在400～500 mD·m。

4.3 压裂液优选

储层具有中～高孔、中～高渗的特点，黏度矿物中伊蒙混层含量较高，原油黏度较大，因此压裂液选择低浓度胍胶、海基压裂液，并控制破胶时间，提高返排效率。

4.4 支撑剂优选

综合考虑支撑剂粒径与支撑剂的承压等级进行优选，同时兼顾经济因素。在满足地层闭合应力的条件下，可适当放大支撑剂粒径，从而提高裂缝导流能力。

压裂防砂在该油田某井实施后，在防砂和稳产方面具有一定的效果，并形成了以下几点认识：

（1）压裂防砂通过提高储层打开程度，能较好的降低表皮系数，从而提高地层流体流动效率，促进高产稳产。

（2）压裂防砂能够延长防砂有效期，控制地层固体颗粒移动，减缓挡砂层堵塞程度。

（3）压裂防砂的实施效果，与储层的物性特征、流体特征、施工程序息息相关，特别是细粉砂和泥质含量高的储层，会带来地层黏土矿物膨胀的问题，导致储层物性变差。同时射孔工艺还可进一步影响压裂施工压力，导致充填砂困难。

5 防砂完井措施展望

5.1 新型高效防砂筛管技术

为解决疏松砂岩高泥质稠油油藏易出砂的问题，可引入新型高效防砂筛管技术，包括预充填防砂筛管、多孔隙金属防砂筛管等。

5.1.1 预充填防砂筛管 为进一步提产增效，复杂结构井开发是一种有效的手段，如多分支井、T 型井等，但目前砾石充填防砂完井存在充填效率低、成本高的问题，预充填筛管是一种有效的解决办法。相比于简易防砂筛管，预充填防砂筛管在不同泥质含量条件下具有更好的地层适应性，能兼容砾石充填防砂对泥质敏感弱的优点，产液强度更具有优势[4]。相比砾石充填防砂，预充填防砂筛管能适用于多分支井、T 型井等难充填的复杂结构井，并具有成本优势。因此，预充填筛管在防砂有效期、稳产增效方面能在该疏松砂岩油藏具有较好的适应性。

图3 压裂防砂与常规防砂对比示意图

图4 多孔隙金属筛管结构图

5.1.2 多孔隙金属防砂筛管 为进一步增大过流能力，可将普通优质筛管升级为立体孔喉型筛管（见图4），孔隙率在80%以上，具有耐腐蚀、耐高温、抗冲蚀、强度高的特点。实验研究表明，该类型筛管具有远优于普通优质筛管的过流能力和挡砂效果[5]。针对高泥质储层的过流实验表明，多孔隙金属防砂筛管的过流能力仍是普通筛管的2～3 倍，抗冲蚀能力是普通筛管的3～4 倍，强度也远优于网布型筛管。因此，多孔隙金属防砂筛管在高泥质疏松砂岩稠油油藏比普通优质筛管具有更好的适应性，能更好的满足高产液强度的需求。

5.2 聚合物稳砂技术

为进一步延缓细粉砂和泥质向近井筒地带聚集，可将管外防砂向地层深层防砂延伸。主要措施是采用高效的稳砂剂，将细粉砂和泥质控制在地层深处。主要原理是一定数量的稳砂剂挤入地层，将疏松砂岩储层的细粉颗粒胶结起来，产生“絮凝”效应，最终形成大颗粒，沉降并附着在岩石骨架表面，起到稳定地层细粉砂的作用。该方法具有施工工艺简单的优点，适用于高泥质储层，但存在成功率较低、有效期较机械防砂短的问题。可配合机械防砂方式，进行复合防砂。

6 结论

（1）优质筛管独立防砂不适应于类似于E 油田这种疏松砂岩高泥质稠油油藏，在提液生产后，泥质和细粉砂会加速向井筒附近运移，堵塞筛管，从而对筛管造成局部冲蚀破坏，导致优质筛管的有效期缩短，油井出砂风险增大。

（2）为减小表皮系数、疏通地层近井地带流通通道，可在E 油田推广使用压裂充填防砂方式，增强防砂效果，延长防砂有效期，提高油井高产稳产年限。

（3）为进一步的提高E 油田防砂效果和产能释放，可在该油田运用新型功能性筛管，如预充填筛管、多孔隙金属防砂筛管，也可配合使用化学剂控砂稳砂技术。