细粉砂油藏充填防砂工艺优化设计

忽玉保

(中国石化河南油田分公司采油二厂，河南南阳 473400)

1.稠油细粉砂出砂粒径分析

1.1 稠油细粉砂出砂粒径

采油二厂稠油细粉砂井年均防砂60 井次以上，近一年检泵出砂统计133 井次，出砂井中砂堵尾管4 井次、砂埋油层27 井次、砂卡102 井次。稠油油藏出砂细粉砂含量高，统计分析180 井口冲出砂样粒径在80 ～220μm 占比达到了82%。

1.2 防砂粒径认识对策

同一口井同一层不同砂样筛析粒径变化分析结果:相同或近似生产情况下，地层出砂粒径无明显规律性变化。影响油井出砂的因素很多，它与油藏埋藏深度、地层胶结情况、地层压缩率和自然渗透率、流体种类及相态(即油、水和气的情况)、地层砂性质(棱角度、泥质含量、压力降)、油层孔隙压力、生产压差大小等有直接关系。根据油田地质特点、出砂规律、岩心分析、开采状况及其他相关资料来分析油藏出砂粒径的具体情况，然后优选石英砂粒径及防砂管规格。

热采井与常采井的不同之处：热采井多了注汽（地层吞入）过程，使出砂粒径变化变得复杂且无明显规律，同时破坏了挡砂屏障，缩短了防砂有效期，影响了效果。井口砂样和岩心砂样筛析范围不同，需要制定充填防砂设计规范，增大充填加砂半径及砂比，提高近井充填堆砂比。优化合理生产参数可避免易出砂层因受激励而突发出砂。

2.充填防砂工艺优化设计

2.1 充填防砂工艺优化设计

2.1.1 油层上部充填防砂工艺优化

充填防砂根据充填口在出砂层及防砂管串中所处的位置分油层上部充填和油层底部逆向充填（见表1）。

表1 油层上部与下部充填防砂工艺优化

上部充填过程：将砂浆从油管内泵入，到达充填工具下方的转换孔流出，砂浆沿筛管和套管环形空间下行，并在油层及环形空间内逐渐堆积，而脱砂液通过筛缝进入筛管，通过冲管返至充填工具内、外管之间的夹壁腔，并从上方旁通孔流出进入油管和套管环形空间，继续上行至井口，完成充填。

直井套管内充填防砂一般采用上部充填施工方法，避免了沉砂口袋浅时，充填砾石下沉过快堵塞底部充填口因反洗井洗不通，导致填砂量达不到设计要求或填砂过少。

（1）优点：充填口在顶部，重力沉降影响小，充填口不会被堵，确保油套环空能充满。

（2）缺点：a)不适应井斜角大于35 度的出砂井。b)对上部有射开层的井只能挤入充填不能循环充填。c)口袋浅沉出砂快易砂埋。

2.1.2 油层下部逆向充填防砂工艺优化

针对水平井、大斜度井采用油层上部充填后转管柱丢手易卡管柱及部分井出砂严重，作业过程中管柱不能正常下到位的油井，优化设计一种下部冲防充填管柱，若中途因出砂遇阻，可边冲边下当管柱下到预定位置后，投球座封冲防砂封隔器并丢手，反洗出座封球后进行充填防砂施工，待施工结束后起出防砂服务管柱。在充填过程中需注意优化砂比、排量等充填施工参数，避免水平段形成砂桥导致底部充填过程中出现砂堵影响充填效果。

油层下部充填工艺克服了上部充填因水平井底部渗透率高或漏失而造成的水平段充填不完全，同时可进行酸洗，对水平井防砂井段泥饼进行清除，提高近井地带的导流能力，提高油井产量。

（1）优点：解决大斜度井上部充填倒扣卡管柱及沉砂快的井下不到位的问题。

（2）缺点：长井段充填时各段间充填不均匀或部分段充填不实，砂比过高或不均匀时重力沉降充填口易被堵塞。对携砂液黏度和泵注连续性要求高。

（3）适用范围：出砂程度严重，下管柱时因出砂不能正常下到位油井，适应水平井、大斜度井。

2.2 充填防砂工艺优化设计原则

充填防砂优化设计原则如下：

a)设计应符合油井的实际情况及井筒技术状况，能有效地阻挡住地层出砂。

b)设计的工艺、工序力求合理有效，保护油层，防止污染。

2.3 充填防砂防砂管及参数优化设计

2.3.1 绕丝筛管优化设计

常用的绕丝筛管由打孔基管、绕丝防砂套、端环组成，其中绕丝防砂套由梯形丝与筋条螺旋绕焊而成。绕丝筛管的高强度和精确的缝隙控制使它成为常规井完井防砂的最好选择。

梯型“自洁”缝设计使防砂缝隙间形成V 字形开口，不易堵塞，易于反洗；过流面积约为30%，减少渗流阻力；挡砂精度可控。

2.3.2 筛网式滤砂管优化设计

筛网式滤砂管采用双过滤结构，过滤间隙均匀、滤孔大小精确可控（±7μm），过流面积大（80%以上），渗透率高。基管与滤砂网焊接过程中经加热及保温可防止滤砂管应力破坏。

抗弯曲变形能力强，发生径向变形20%时防砂能力不变，满足水平井、大斜度井使用要求。

2.3.3 机械防砂参数优化设计

挡砂参数设计主要包括两个方面，一是筛管挡砂精度设计，二是充填砾石尺寸设计。河南油田采用二厂最常用的防砂参数设计方法是Saucie 法。该方法可以利用地层砂粒度中值直接计算得到充填砾石尺寸，也可以间接得出砾石孔喉直径(见表1)并以此作为筛管挡砂精度。

Saucier 砾石尺寸设计方法:

其中，D50是充填砾石粒度中值，单位μm；d50是地层砂粒度中值，单位μm。

假设充填砾石形成孔喉直径为d，那么直径大于d 的地层砂是无法通过此吼道的，因此独立筛管的挡砂能力必须等同于此时所充填砾石的能力，即充填砾石孔喉直径等同于独立筛管的挡砂精度。

根据防砂方式选择结果，对区块防砂充填砾石尺寸筛管挡砂精度进行优化设计。

以井楼三区为例，考虑到储层自身强度较低、出砂临界生产压差小、可能性极高等因素，选用粒度中值最小粒径，结合公式2.1 对储层进行计算，结果如下:

在砾石充填防砂完井中，筛管用来支撑砾石层，筛缝提供流体通道。用的筛管主要有绕丝筛管、筛网式滤砂管，根据架桥理论(即固相颗粒尺寸是孔喉尺寸的1/3 ～2/3 时，能形成稳定砂桥)，出筛缝尺寸，一般推荐使用2/3 计算。

因此，井楼七区块Ⅲ、Ⅳ储层选用砾石充填防砂，储层充填40 ～60 目砾石，挡砂精度90μm，筛管缝宽为0.15mm。

砾石充填用量设计：包括一定半径地层的孔隙体积、井筒环空容积、井底口袋容积及附加量，其中，井筒环空容积又分为筛套环空容积和光管段容积。

携砂比及携砂液粘度：携砂液的携带能力取决于充填排量、携砂比、携砂液黏度。因此，可通过计算临界排量的方法确定此两项参数。计算临界排量可依据以下两原则:

(1)在油管及环空内，携砂液流动速度大于石英砂自由沉降速度；

(2)在射孔炮眼内，携砂液喷射速度大于石英砂自由沉降速度。

2.3.4 充填防砂工艺参数优化：

（1）排量优化：要求排量达到0.4m3/min 以上，有利于提高携砂，改善充填效率。

（2）携砂比优化：排量0.4 ～0.8m3/min，携砂比5%～20%（体积比）。

（3）施工压力优化：充填压力控制在油层破裂压力内，充填结束压力在正常充填压力基础上增加3 ～7MPa，以提高环空人工砂体的密度、强度，确保措施效果。

（4）排量优化：要求排量达到0.4m3/min 以上，有利于提高携砂能力，改善充填效率。

3.充填防砂工艺优化设计应用效果

近三年来，该厂充填防砂工艺优化设计应用168口井，措施有效率93.5%，防砂后累计生产16241 天，累计产油18409.7 吨，阶段增油8940.9 吨，防砂井生产时率由54.5%提高到99.0%。

（1）充填防砂方法及防砂管柱2020 年10 月获得国家发明专利。

（2）结合现场应用效果研究优化了稠油细粉砂充填工艺（充填口不同位置适应性、优缺点）及参数，实施效果明显，推广应用前景广阔。