防砂措施對油井產(chǎn)能的影響評價(jià)指標(biāo)研究

防砂措施對油井產(chǎn)能的影響評價(jià)指標(biāo)研究

防止油層開采是維護(hù)緩慢砂巖油層中后期正常開采的重要舉措。防砂井的產(chǎn)能預(yù)測與評價(jià)作為防砂決策的重要內(nèi)容之一,是防砂方案選擇與評價(jià)以及防砂井舉升參數(shù)調(diào)整的重要依據(jù)。近幾年來,國內(nèi)外石油工作者對防砂井的產(chǎn)能評價(jià)及預(yù)測進(jìn)行了大量的研究[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12],取得了豐富的成果,但這些研究大都針對礫石充填防砂井,主要集中在礫石層的壓降計(jì)算和采油指數(shù)計(jì)算這2個(gè)方面,計(jì)算比較復(fù)雜且要求的基礎(chǔ)參數(shù)較多,尚未形成一套系統(tǒng)完整的防砂井產(chǎn)能評價(jià)與預(yù)測方法。對于疏松砂巖油藏,由于長期開采、出砂嚴(yán)重等原因,井筒附近地層參數(shù)較開發(fā)初期可能已發(fā)生了較大的變化,提供這些參數(shù)的實(shí)際值存在很大的困難,這些因素都限制了上述研究成果的現(xiàn)場應(yīng)用。針對防砂措施對油井產(chǎn)能的影響,引入自然產(chǎn)能比和當(dāng)量產(chǎn)能比2個(gè)評價(jià)指標(biāo),根據(jù)補(bǔ)孔和防砂措施造成的附加表皮系數(shù)推導(dǎo)其計(jì)算方法,結(jié)合防砂前油井流入動(dòng)態(tài)預(yù)測油井防砂后的產(chǎn)能,建立了一套可用于各種防砂工藝的系統(tǒng)有效的產(chǎn)能評價(jià)及預(yù)測方法。1砂井儲備庫的質(zhì)量評價(jià)方法1.1防砂措施對油田產(chǎn)能影響分析實(shí)際應(yīng)用表明:由于需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較多而很多數(shù)據(jù)現(xiàn)場難以提供,利用現(xiàn)有模型直接計(jì)算防砂井的采油指數(shù)或產(chǎn)能是不可行的。為此,提出以下2個(gè)評價(jià)指標(biāo):(1)當(dāng)量產(chǎn)能比(N),即油井防砂后的產(chǎn)能與不防砂情況下產(chǎn)能的比值,表示防砂措施對油井產(chǎn)量的影響。當(dāng)量產(chǎn)能比大于1表示防砂后油井增產(chǎn),小于1則表示減產(chǎn)。(2)自然產(chǎn)能比(M),即油井防砂后的產(chǎn)能與油井裸眼生產(chǎn)狀態(tài)下的自然產(chǎn)能的比值,表示射孔與防砂對油井產(chǎn)能的綜合影響。防砂前產(chǎn)能是指油井防砂前正常生產(chǎn)階段的產(chǎn)能,上述2個(gè)指標(biāo)均表示油井防砂前后采油指數(shù)的比值,反映油井產(chǎn)能的變化情況,避開了采油指數(shù)等產(chǎn)能指標(biāo)絕對數(shù)值的計(jì)算。1.2儲層井段型b根據(jù)達(dá)西定律,油井裸眼狀態(tài)下的采油指數(shù)用下式計(jì)算(ΡΙ)Ο=qΔp=2πkfhμB(ln0.472rerw+S)(1)(PI)O=qΔp=2πkfhμB(ln0.472rerw+S)(1)套管射孔井的采油指數(shù)為(ΡΙ)Ρ=qΔp=2πkfhμB(ln0.472rerw+S+SΡ)(2)(PI)P=qΔp=2πkfhμB(ln0.472rerw+S+SP)(2)套管射孔井防砂后的采油指數(shù)可表示為(ΡΙ)SC=qΔp=2πkfhμB(ln0.472rerw+S+SΡ+SSC)(3)(PI)SC=qΔp=2πkfhμB(ln0.472rerw+S+SP+SSC)(3)根據(jù)套管射孔井當(dāng)量產(chǎn)能比和自然產(chǎn)能比的定義,得到如下計(jì)算公式Ν=(ΡΙ)SC(ΡΙ)Ρ=ln0.472rerw+S+SΡln0.472rerw+S+SΡ+SSC(4)Μ=(ΡΙ)SC(ΡΙ)Ο=ln0.472rerw+Sln0.472rerw+S+SΡ+SSC(5)N=(PI)SC(PI)P=ln0.472rerw+S+SPln0.472rerw+S+SP+SSC(4)M=(PI)SC(PI)O=ln0.472rerw+Sln0.472rerw+S+SP+SSC(5)對于裸眼礫石充填井,在礫石充填以前,對油層井段一般進(jìn)行擴(kuò)眼,擴(kuò)眼半徑一般為原來的2倍左右。計(jì)算自然產(chǎn)能比指標(biāo)時(shí),除了考慮礫石層的表皮系數(shù)外,還應(yīng)考慮由于擴(kuò)眼造成的表皮系數(shù)。裸眼礫石充填井自然產(chǎn)能比的計(jì)算公式如下Μ=(ΡΙ)SC(ΡΙ)Ο=ln0.472rerwk+Sln0.472rerw+S+SSC(6)M=(PI)SC(PI)O=ln0.472rerwk+Sln0.472rerw+S+SSC(6)根據(jù)方程(4),(5),(6),只要首先計(jì)算出油井固有表皮系數(shù)、射孔表皮系數(shù)以及防砂措施造成的附加表皮系數(shù),就可計(jì)算當(dāng)量產(chǎn)能比和自然產(chǎn)能比,從而評價(jià)防砂措施對油井產(chǎn)能造成的影響,進(jìn)而進(jìn)行防砂后的產(chǎn)能預(yù)測。1.3附加表皮系數(shù)井斜、油層部分射開造成的表皮系數(shù)計(jì)算可參考文獻(xiàn);射孔表皮系數(shù)包括射孔基本表皮系數(shù)和射孔壓實(shí)帶造成的表皮系數(shù)2部分,其詳細(xì)計(jì)算可參考文獻(xiàn);防砂措施造成的附加表皮系數(shù)的計(jì)算方法因防砂方法不同而不同。目前現(xiàn)場廣泛使用的防砂方法包括機(jī)械防砂、化學(xué)防砂及復(fù)合防砂等幾十種防砂方法,根據(jù)各種方法在井筒附近形成的附加區(qū)域特征,可將這些防砂方法歸納為8大類,如表1所示。根據(jù)具體防砂措施所屬的類型,即可計(jì)算相應(yīng)區(qū)域的附加表皮系數(shù)。1.3.1sinkfdon對于管外礫石充填和化學(xué)劑擠注區(qū)域,其中的流動(dòng)為徑向流動(dòng),其達(dá)西和非達(dá)西流表皮系數(shù)分別為SLin=(kfkin-1)lnrinrw(7)Stin=q?kfμ?βinρ2πh(1rw-1rin)?(kfkin-1)(8)SLin=(kfkin?1)lnrinrw(7)Stin=q?kfμ?βinρ2πh(1rw?1rin)?(kfkin?1)(8)(1)充填后礫石的滲透率rin=√Vgπh+r2w(9)rin=Vgπh+r2w???????√(9)樹脂涂敷礫石和干灰砂充填后的滲透率一般可以保持礫石原始滲透率的80%～90%。(2)地層滲透率rinrin=√Vcπh?+r2w(10)rin=Vcπh?+r2w???????√(10)通?；瘜W(xué)劑固結(jié)后的地層滲透率可保持原始值的75%～80%以上。1.3.2流表皮系數(shù)充填有礫石/涂敷砂/干灰砂的射孔炮眼內(nèi)為單向線性流動(dòng),其達(dá)西和非達(dá)西流表皮系數(shù)分別為SLg=hkfhpkg?2LpSD?r2p(11)Stg=q?2kfh?βgρBLpμh2p?SD2?πr4p(12)對于出砂嚴(yán)重的老井,炮眼長度按水泥環(huán)厚度計(jì)算;對于新井,按實(shí)際給定值計(jì)算。1.3.3結(jié)果偏低的情況套管完井的油井進(jìn)行礫石充填防砂后,套管與篩管環(huán)空中充滿礫石,形成環(huán)空礫石層。其中的流動(dòng)以往通常按單向流或徑向流計(jì)算,結(jié)果表明:按單向流計(jì)算得到的結(jié)果比實(shí)際值嚴(yán)重偏高,而按徑向流計(jì)算得到的結(jié)果又偏低。實(shí)際上,篩套環(huán)空礫石層中的流動(dòng)是以炮眼出口為起點(diǎn)的發(fā)散流動(dòng),計(jì)算其流動(dòng)壓降和表皮系數(shù)時(shí)可簡化為錐形擴(kuò)散流動(dòng),其達(dá)西和非達(dá)西流表皮系數(shù)分別為SLga=2kfhkghp?SD?rci-rsoR-rp?(1rp-1R)(13)Stga=q?2kfh?βgρB3μπh2p?SD2?rci-rsoR-rp?(1r3p-1R3)(14)若射孔相位角不等于0°或180°,則R=√2rsoDs(15)若射孔相位角等于0°或180°,則R=√ArπhpDsAr=2rsohparccos[rso-rp√(rso-rp)2+r2ci](16)1.3.4非達(dá)西流動(dòng)的表皮系數(shù)篩管或?yàn)V砂管滲透層內(nèi)的流動(dòng)按徑向流計(jì)算,忽略非達(dá)西流動(dòng),其相應(yīng)的表皮系數(shù)為SLs=kfks?lnrsorsi(17)通常該表皮系數(shù)相對很小,可忽略。2防砂前后回流動(dòng)態(tài)曲線或產(chǎn)液指數(shù)預(yù)測實(shí)踐證明,直接對油井防砂后的采油指數(shù)或產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測是不可行的。流入動(dòng)態(tài)直接反映油井的供液能力,防砂井的產(chǎn)能預(yù)測應(yīng)該理解為油井防砂后流入動(dòng)態(tài)的預(yù)測。根據(jù)油井采取防砂措施前正常生產(chǎn)時(shí)的動(dòng)液面和產(chǎn)液量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)預(yù)測油井防砂前的流入動(dòng)態(tài)曲線或產(chǎn)液指數(shù),根據(jù)上述評價(jià)方法計(jì)算得到當(dāng)量產(chǎn)能比,然后可計(jì)算防砂后流入動(dòng)態(tài)曲線或產(chǎn)液指數(shù)。設(shè)(PI)0為根據(jù)防砂前正常數(shù)據(jù)計(jì)算得到的防砂前油井產(chǎn)液指數(shù),則防砂后的產(chǎn)液指數(shù)為ΡΙ=Ν?(ΡΙ)0(18)根據(jù)上述分析,防砂井產(chǎn)能預(yù)測的核心是對防砂措施的評價(jià),即評價(jià)防砂措施對油井產(chǎn)能造成的影響,歸結(jié)為當(dāng)量產(chǎn)能比。這樣,只要知道油井防砂前的生產(chǎn)情況,便可準(zhǔn)確預(yù)測防砂后的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。3防砂效果分析孤島油田某套管射孔完成井嚴(yán)重出砂,不補(bǔ)孔直接采用繞絲篩管管外+管內(nèi)礫石充填防砂方法。油層厚度15.5m,地層滲透率2.26μm2,孔隙度33.1%,90°相位射孔,孔密16孔/m,孔眼直徑13mm,原油相對密度0.9623,含水64.37%,油層靜壓12.36MPa,防砂前正常生產(chǎn)時(shí)液量130.26m3/d,動(dòng)液面409.5m,泵深694.7m。充填礫石尺寸為0.4～0.8mm,礫石層滲透率在100μm2左右,管外充填量為3m3。由于該井嚴(yán)重出砂,射孔孔眼可能破壞嚴(yán)重,計(jì)算時(shí)孔眼深度按水泥環(huán)厚度計(jì)算,并且不考慮射孔壓實(shí)帶。利用本評價(jià)方法計(jì)算礫石充填措施對油井產(chǎn)能的影響,計(jì)算得到該井防砂前后的當(dāng)量產(chǎn)能比為0.751,說明該井進(jìn)行礫石充填后油井產(chǎn)能與防砂前正常生產(chǎn)時(shí)相比損失約25%。各流動(dòng)區(qū)域的表皮系數(shù)為:管外充填區(qū)-1.029,射孔表皮0.144,炮眼充填層2.795,環(huán)空充填層0.2544,繞絲篩管滲透層0.0017。根據(jù)油層靜壓和生產(chǎn)數(shù)據(jù)可計(jì)算得到防砂前流入動(dòng)態(tài)曲線,由當(dāng)量產(chǎn)能比計(jì)算得到防砂后流入動(dòng)態(tài)曲線,如圖1所示?？梢钥闯鲈摼郎靶Ч己?產(chǎn)量基本保持在100m3/d左右,與預(yù)測結(jié)果基本符合。實(shí)際上,該井的射孔密度較低,只有16孔/m,如果在防砂作業(yè)前提高射孔密度,則可部分抵消防砂措施對油井產(chǎn)能的影響。圖2為假設(shè)補(bǔ)孔到30孔/m時(shí)重新計(jì)算得到的防砂前后流入動(dòng)態(tài)曲線對比,產(chǎn)能比達(dá)到1.051,產(chǎn)量比防砂前略有提高。由此可見,為降低油井防砂后的產(chǎn)能損失,對原來射孔密度較低的井,推薦采取補(bǔ)孔措施,可部分抵消防砂措施對產(chǎn)能帶來的影響,獲得盡可能高的產(chǎn)能。影響防砂井產(chǎn)能比的因素很多,主要包括礫石充填層滲透率、化學(xué)劑擠注區(qū)域滲透率、礫石層厚度、化學(xué)劑擠注區(qū)域半徑以及射孔參數(shù)等。圖3為該井當(dāng)量產(chǎn)能比隨礫石層滲透率的變化關(guān)系,當(dāng)量產(chǎn)能比隨礫石層滲透率的增大而增加,但增加幅度逐漸減小。因此,為提高礫石充填后油井產(chǎn)量,在保證擋砂效果的前提下,應(yīng)盡量采取較大尺寸的礫石。根據(jù)各流動(dòng)區(qū)域的表皮系數(shù)計(jì)算結(jié)果可知,在總附加表皮系數(shù)中,炮眼礫石層占主要部分,提高礫石滲透率或補(bǔ)孔可以降低炮眼礫石層的表皮系數(shù),從而獲得防砂后高產(chǎn)能;另外向管外擠壓充填高滲透性的礫石也可降低總的附加表皮系數(shù)。4防砂井產(chǎn)能評價(jià)(1)根據(jù)補(bǔ)孔和防砂措施造成的附加流動(dòng)區(qū)域及相應(yīng)的表皮系數(shù),導(dǎo)出當(dāng)量產(chǎn)能比和自然產(chǎn)能比的計(jì)算方法,計(jì)算各流動(dòng)區(qū)域的壓降及表皮系數(shù)時(shí)考慮到非達(dá)西流的影響。(2)以當(dāng)量產(chǎn)能比和自然產(chǎn)能比作為評價(jià)指標(biāo),根據(jù)防砂前流入動(dòng)態(tài)曲線和當(dāng)量產(chǎn)能比計(jì)算防砂后流入動(dòng)態(tài)曲線,形成了一套適用于全部防砂方法的防砂井產(chǎn)能評價(jià)和預(yù)測方法。實(shí)際應(yīng)用表明,該方法計(jì)算簡單,需要的基礎(chǔ)參數(shù)較少,計(jì)算結(jié)果可靠,便于現(xiàn)場應(yīng)用。(3)對于礫石充填類防砂方法,提高礫石層滲透率、增大管外擠注半徑、采取補(bǔ)孔措施都有利于提高防砂后油井產(chǎn)能;對于化學(xué)固砂類防砂方法,由于固結(jié)后的地層滲透率通常低于地層原始滲透率,因此在保證固結(jié)強(qiáng)度的情況下,應(yīng)盡量減小滲透率損害和擠注半徑。防砂化學(xué)劑溶液擠注量計(jì)算B——原油體積系數(shù);Ds——射孔密度,孔/m;h、hp——油層厚度、油層射孔段長度,m;kf、kg——地層、礫石層原始滲透率,μm2;kin——化學(xué)劑或涂敷砂等管外擠注區(qū)域滲透率,μm2;ks——篩管/濾砂管滲透層滲透率,μm2;Lp——射孔孔眼長度,m;M——防砂井的自然產(chǎn)能比,無因次;N——防砂井的當(dāng)量產(chǎn)能比,無因次;Δp——油井生產(chǎn)壓差,Pa;Δpg——射孔炮眼礫石層流動(dòng)壓降,Pa;Δpin——管外擠注區(qū)域流動(dòng)壓降,Pa;Δpga——篩套環(huán)空礫石層流動(dòng)壓降,Pa;q——產(chǎn)油量,m3/s;R——篩管上錐形擴(kuò)散底面圓等效半徑,m;rci、re——套管