水平井防砂網(wǎng)孔徑的確定

水平井防砂網(wǎng)孔徑的確定

水平井的防砂過(guò)程復(fù)雜且難以控制。例如，直接將砂渣井置于裸眼內(nèi)，不僅可以防止砂渣井中的砂渣，還可以預(yù)防和控制水平井的生產(chǎn)能力。既然如此,就存在如何合理確定防砂管的防砂網(wǎng)孔徑的問(wèn)題。如孔徑太大,則擋不住地層砂,起不到防砂作用;孔徑太小,可能引起防砂網(wǎng)的堵塞,影響井的產(chǎn)能。本文通過(guò)防砂網(wǎng)地層砂的滲流實(shí)驗(yàn)來(lái)確定合理的水平井防砂網(wǎng)孔徑。1物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⒁_定防砂網(wǎng)合理的孔徑,首先要確定該網(wǎng)的網(wǎng)上附加壓力pf和累積出砂量A兩個(gè)關(guān)鍵物理參數(shù),于是,建立了如圖1的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。我們知?隨著水平井生產(chǎn)的進(jìn)行,井筒附近有些地層砂逐漸運(yùn)移匯集在防砂網(wǎng)周?chē)Ｔ摿鞒瘫闶悄M地層砂與防砂網(wǎng)相互作用的實(shí)際情況。流體的滲流順序?yàn)?水—砂界面滲流、地層砂滲流和砂-防砂網(wǎng)界面滲流。1.1地層砂段壓力梯度圖2為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭刑钌肮苁疽鈭D。在水驅(qū)動(dòng)下,填砂管中地層砂符合達(dá)西定律應(yīng)用條件,故地層砂段的壓力梯度λ可以表示為:λ=p2?p1L2λ=p2-p1L2式中:λ—填砂管中地層砂段的壓力梯度,無(wú)單位;p1、p2—分別為填砂管兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn)壓力,MPa;L2—p1和p2兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的距離,cm。防砂網(wǎng)上外推液體壓力pl為pl=p1?(p2?p1)L1L2pl=p1-(p2-p1)L1L2式中:pl—防砂網(wǎng)上外推液體壓力,MPa;L1—pl測(cè)壓點(diǎn)與防砂網(wǎng)的距離,cm。由于pl-pf=pw式中:pw—防砂網(wǎng)上壓力,MPa。而防砂網(wǎng)與大氣相連,故pw=0,所以防砂網(wǎng)上的附加阻力pf的表達(dá)式為:pf=p1?(p2?p1)L1L2pf=p1-(p2-p1)L1L21.2地層砂砂粒累積出砂量b如圖1所示流程,將水從填砂管口注入,經(jīng)出口流出的是帶有地層砂微粒的流體,收集其地層砂微粒,經(jīng)烘干器烘干,便得到對(duì)應(yīng)防砂網(wǎng)所流出的累積出砂量A。1.3附加壓力不適宜確定防砂網(wǎng)合理孔徑要滿(mǎn)足兩個(gè)原則:(1)要能防住砂,(2)在允許出砂量小于3.0%的情況下,網(wǎng)上附加壓力要小,不至于堵塞篩網(wǎng)。那么根據(jù)這一原則,對(duì)同一種地層砂樣,用不同孔徑大小的防砂網(wǎng)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn),分別得出相應(yīng)防砂網(wǎng)的網(wǎng)上附加壓力pf和累積出砂量A,則pf與對(duì)應(yīng)的A均最小的點(diǎn)即為最優(yōu)防砂網(wǎng)的孔徑。2儲(chǔ)層條件對(duì)地層膠結(jié)情況的影響我們知道,油氣井出砂與儲(chǔ)層深度、壓力、流速、地層膠結(jié)情況、壓縮率和自然滲透率、流體種類(lèi)和相態(tài)(油、氣、水的情況)、地層性質(zhì)等有直接關(guān)系。概括起來(lái),可以從下面幾方面進(jìn)行模擬。2.1實(shí)驗(yàn)填砂管中地層砂的準(zhǔn)備和制作從油氣井出砂機(jī)理來(lái)講,油氣井出砂是由于井底附近地帶的巖層結(jié)構(gòu)遭受破壞引起的,主要是力學(xué)原因,而作者認(rèn)為,它實(shí)際表現(xiàn)為井壁滲流壓力梯度的變化。那么該實(shí)驗(yàn)填砂管中地層砂樣的準(zhǔn)備制作就顯得很重要。填砂管中的地層砂是用實(shí)際地層巖心研磨出來(lái)的,在水驅(qū)動(dòng)情況下來(lái)模擬實(shí)際生產(chǎn)井筒周?chē)臐B流過(guò)程。為了進(jìn)一步防止上濾餅對(duì)計(jì)算砂柱內(nèi)的壓力梯度的影響,本次實(shí)驗(yàn)采用砂柱內(nèi)安裝雙測(cè)壓點(diǎn)的,在計(jì)算中不使用上砂柱頂部的壓力外推網(wǎng)上壓力。2.2地層束縛水模型的建立我們知道,地層砂分為骨架砂和填隙物。為了使其接近地層的原始狀態(tài),防止粗砂和細(xì)砂的分異,采用濕裝法,并用特制攪拌機(jī)攪拌,這樣便建立起地層束縛水模型。同時(shí)為了防止蒸餾水質(zhì)中的微粒對(duì)測(cè)試的影響,對(duì)水進(jìn)行微粒過(guò)濾處理。3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用3.1巖樣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)現(xiàn)以番禺30-1氣田巖樣S-1為例,巖樣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)采用防砂網(wǎng)片孔徑分別為50μm、100μm、150μm、250μm和300μm。3.2網(wǎng)孔附加壓力圖3為不同孔徑的防砂網(wǎng)上附加壓力隨時(shí)間變化圖,它們整體變化趨勢(shì)為:開(kāi)始隨著時(shí)間變化很大,然后逐漸趨于平緩。50μm、100μm和150μm網(wǎng)孔的網(wǎng)上附加壓力為正值,原因是這三種防砂網(wǎng)孔徑均小于地層砂粒度中值247.73μm,導(dǎo)致一定程度阻塞,使網(wǎng)上附加壓力為正;而250μm和300μm孔徑的網(wǎng)上附加壓力均為負(fù)值,而且不再增長(zhǎng),原因是當(dāng)?shù)貙由爸械男☆w粒隨水流出后,大顆粒砂形成砂骨架,使得砂粒與砂粒之間的孔隙變大,所以地層砂的流動(dòng)阻力變小,網(wǎng)上附加壓力也就變成負(fù)值。從圖4可以看出,五種不同孔徑出砂規(guī)律基本相同,開(kāi)始出砂量比較大,然后趨于平穩(wěn)。50μm和300μm防砂網(wǎng)的累積出砂量分別最少和最多,其它孔徑的防砂網(wǎng)的累積出砂量基本相同。因?yàn)樵摌悠分心噘|(zhì)含量較多,而使得50μm網(wǎng)孔被較早堵塞,而300μm網(wǎng)孔只被一些少量粒徑較大的砂粒堵塞,使得該網(wǎng)的累積出砂量最大。總的來(lái)講(見(jiàn)圖5),從出砂量看,300μm防砂網(wǎng)累積出砂量增幅明顯增大,且經(jīng)過(guò)計(jì)算,它的累積出砂量已經(jīng)超過(guò)出砂極限3.0%;從網(wǎng)上附加壓力看,250μm和300μm孔徑防砂網(wǎng)附加壓力最小。綜合應(yīng)該考慮,選250μm定為該巖樣所在地層合理的防砂網(wǎng)孔徑。4地層砂孔徑比pf對(duì)pf砂細(xì)(1)在確定網(wǎng)上附加壓力pf時(shí),要對(duì)原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行“歸一化”處理。pf應(yīng)該是附加壓力趨于平穩(wěn)的起始點(diǎn)。pf不一定和網(wǎng)孔孔徑成正比,因?yàn)榉郎熬W(wǎng)有時(shí)會(huì)因?yàn)榈貙由暗牡V物質(zhì)含量