海上筛管防砂失效井出砂位置预测及治理对策研究

尚宝兵，李俊飞，方 涛，李 越，于法浩

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津塘沽 300452）

水平井能够有效增加与油藏的接触面积，改变近井地带的渗流方式，降低渗流阻力，从而提高油井产量［1-3］。渤海部分油田采用水平井开发，获得了较好的开发效果。但部分水平井出砂后再次进行完井防砂费用高、耗时长［4-5］，影响了水平井开发的经济效益，需要寻找简易高效的出砂治理对策。

针对渤海K油田一口出砂水平井，设计了一套带生产滑套的中心管丢手管柱，在不需重新进行防砂作业的条件下实现了控砂目的，使该井恢复正常生产。

1 目标井简况

渤海K油田A3H井生产层位为明化镇组，油藏底水较为发育，油层中部垂深1 265 m；采用裸眼完井，优质砂管防砂。投产初期产液量约为110 m3/d，含水0.5%，但生产一段时间后井口化验发现该井存在出砂问题，且出砂粒径与筛管的防砂参数相近，据此判断是由于筛管冲蚀破坏导致部分位置防砂失效。投产六个月后，该井产量逐步降低至25 m3/d左右，且流压也不断降低，面临停产风险。分析认为该井出砂后水平段产生了砂埋，导致井筒流动通道堵塞，影响了该井的正常生产。

2 出砂位置预测

基于渗流力学基础理论，通过镜像反映和质量守恒原理推导得到了水平井的产液剖面，结合筛管冲蚀等因素影响，预测水平段可能的出砂位置，为出砂治理提供可靠依据。

2.1 油藏渗流模型

假设流体为单相不可压缩牛顿流体，整个流动系统为等温流动，根据刘想平提出的数学模型［6-7］，在无界地层中，把水平井看作一个线汇（如图1所示）。将水平井段分成由N段微线汇组成，由于每段线汇的长度非常短，因此可以认为流体从油层沿线汇各处是均匀流入的。根据镜像反映原理以及势的叠加原理，可以得到底水驱油藏水平井（如图2所示）生产时三维稳态流动的压力分布为：

图1 无限大地层中的一口水平井

图2 底水油藏中的水平井

式中φij为第i段线汇在第j段线汇中点产生的势；φie为第i段线汇在恒压边界处产生的势；qi为第i段线汇的流量，m3/d；pe为恒压边界处压力，MPa；pwj为第j段线汇中点处的压力，MPa；ze为恒压边界处的Z坐标；zw为井离xy平面的距离。

2.2 水平井筒内流体流动模型

对于裸眼完井的水平井，其井筒内的压降由四种压降组成，分别是摩阻引起的压降、流速引起的加速压降、高差引起的水力压降和混合压降［8-10］。根据能量守恒原理和质量定理，可计算出井筒内的压降：

式中ΔPwfi为水平井筒第i段内的压降，MPa；θ为井斜角，（°）；Li为第i段线汇的长度，m；f为摩阻系数；Qi为流过水平井筒第i段的主流流量，m3/d；qi为第i段线汇的流量，m3/d；D为水平井筒的直径，m。

在水平井实际生产过程中，油藏渗流和井筒流动是相互影响的。在计算实际井筒流入剖面以及井底流压分布时，需要将油藏渗流与井筒流动耦合进行迭代计算。具体计算过程如图3所示：

图3 产液剖面耦合计算流程

3 出砂位置预测及管柱设计

3.1 基础数据

该井采用裸眼完井优质筛管防砂，防砂段长119 m，地层原油黏度12 mPa·s，原油密度0.907 g/cm3，储层埋深约1 265 m，地层压力为11.2 MPa，其沿水平段的地层渗透率分布主要为（1 000～5 000）×10-3µm2，如图4所示。该井水平段并非绝对水平，实际井眼轨迹如图5所示。水平井各段避水高度不相等，最大避水高度约为14 m，最小避水高度约为10 m。

图4 水平段渗透率分布

图5 实际井眼轨迹

3.2 出砂位置预测

利用本文所建立的数学模型，计算了该井常规生产条件下的产出剖面如图6所示。计算结果表明，在正常生产条件下，该井水平段的井筒流动入量主要为0.5～1.6 m3/d·m，而距水平井根端约60m处的井筒流动入量达到2.9 m3/d·m，中间段的产液贡献高于其它部位，此处筛管受到的流体冲蚀最严重，是可能的出砂位置。

图6 产液剖面预测结果

3.3 控砂管柱设计

根据预测的水平段出砂位置，考虑实际作业难度的影响，将水平段分为20+35+64三段，初期生产趾端和根端两段。为此设计了一套带生产滑套的中心管丢手管柱，通过遇水遇油封隔器（如表1所示）将水平段分为三段，各段采用滑套控制开关状态。丢手管柱下入时，滑套2保持关闭状态，滑套1和3保持打开状态；由此可达到防止出砂段出砂的目的，还可满足后期含水升高后分段开采需求（如图7所示）。

图7 水平段分层开采管柱设计

表1 封隔器坐封数据

4 应用效果分析

该井作业时，累计冲出80 L地层砂及少量铁屑、铁片和少量类似陶粒的沙粒，验证了该井水平段由于出砂堆积导致流体流动通道堵塞的分析。按照设计下入分层开采管柱后重新开井生产。

作业结束初期，该井产液量50 m3/d，含水率0.6%，流压恢复至7.5 MPa左右，后期逐步提高至70～90 m3/d且生产一直较为稳定，基本达到了投产初期的生产能力，且后期未再出现出砂问题。

5 结论

（1）基于油藏渗流理论，建立了油藏渗流与井筒流动耦合影响的底水油藏水平井产液剖面预测模型，利用建立的模型预测了渤海K油田A3H井的实际产液剖面，有效指导了该井筛管冲蚀破坏位置的确定，为实施出砂治理提供了依据。

（2）在该井下入带生产滑套的中心管丢手管柱，实现了水平段的分段生产，通过关闭出砂段的滑套防止地层出砂，快速恢复了产能。