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關(guān)于深水氣田優(yōu)選研究論文
深水海域是中國未來海上油氣勘探開發(fā)的重點。深水氣田上覆巖層壓力低,巖石膠結(jié)疏松,生產(chǎn)過程中極易出砂。深水氣田儲層孔隙度、滲透率較高,單井產(chǎn)能高,較高的氣體流速導(dǎo)致防砂難度大。因此,防砂方案優(yōu)化成為深水氣田高效開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一[1-4]。目前,國內(nèi)外對于防砂方案設(shè)計及效果評價的研究很多[5-8],但針對工程方面的評價還沒有具體的方法和設(shè)備。為此,自主研制開發(fā)了全尺寸氣井防砂模擬裝置,旨在通過室內(nèi)出砂模擬試驗優(yōu)選適用于深水氣田的完井防砂方式,確定最優(yōu)的防砂參數(shù),以指導(dǎo)深水氣田的高效安全開發(fā)。
1試驗裝置及方案
1.1試驗裝置試驗裝置包括模擬系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)及測量系統(tǒng)3部分。模擬系統(tǒng)高壓釜體由不銹鋼制成,容器中填入石英砂,通過頂部密封蓋加壓模擬地層應(yīng)力。容器內(nèi)壁有分流網(wǎng),填砂容器內(nèi)部放置防砂管。空氣壓縮泵提供穩(wěn)定的氣體進入高壓釜體,由分流網(wǎng)將氣體均勻地分流成徑向流,高壓氣體先后流經(jīng)地層砂、環(huán)空(或礫石充填層)以及防砂管,最后經(jīng)排氣口排出。測量系統(tǒng)分別在注氣口、砂體內(nèi)部、環(huán)空及出口放置壓力傳感器,用于監(jiān)測各點的壓力波動情況。使用過濾器分離產(chǎn)出砂,并測量氣體流量(見圖1)。
1.2試驗方案及評價指標以S1小層為例,地層砂粒度中值150~300μm,平均180μm,地層砂非均質(zhì)系數(shù)(UC)為3~5,細粉砂體積分數(shù)6%~12%,黏土礦物體積分數(shù)9%。根據(jù)S1小層粒度分布及泥質(zhì)體積分數(shù)進行配砂,可以模擬儲層真實物性條件。依據(jù)深水氣田生產(chǎn)壓差設(shè)定空氣壓縮泵的供氣壓力,真實模擬地下氣體滲流過程。目前,防砂技術(shù)主要分為機械防砂、化學防砂和復(fù)合防砂3大類。機械防砂種類較多,在防砂技術(shù)領(lǐng)域處于主導(dǎo)地位,但不同類型防砂管的防砂效果差別很大[9]。為了優(yōu)選出適合深水氣田的防砂管,試驗方案的設(shè)計考慮2種不同的完井方式,選擇3種防砂管進行評價。
2種完井方式
裸眼+篩管獨立防砂;裸眼+礫石充填防砂。3種篩管:繞絲篩管、金屬棉優(yōu)質(zhì)篩管、金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管。防砂參數(shù):篩管擋砂精度、礫石層厚度。通過出砂模擬試驗,測定出砂量、流量隨時間的變化關(guān)系,以及地層砂和防砂管內(nèi)外的壓降差。試驗評價指標為產(chǎn)能及出砂量:出砂量根據(jù)試驗收集到的產(chǎn)出砂計算氣中含砂比,產(chǎn)能使用米采氣指數(shù)進行對比評價,其公式為2試驗分析
2.1篩管獨立防砂對比試驗根據(jù)S1儲層粒度特性確定3種篩管的擋砂精度(見表1)。通過出砂模擬試驗,可以得到米采氣指數(shù)隨時間變化關(guān)系曲線(見圖2)。模擬試驗表明,使用3種篩管的出砂量分別為:金屬棉篩管13.1×10-3m3/106m3;金屬網(wǎng)布篩管18.5×10-3m3/106m3;繞絲篩管1533.3×10-3m3/106m3。綜合分析出砂量及米采氣指數(shù)曲線可以看出:試驗初期3種防砂管的產(chǎn)能下降很快并趨于穩(wěn)定,說明與油井相比,氣體流速高,導(dǎo)致氣井防砂管堵塞速率更快;試驗穩(wěn)定后,3種篩管米采氣指數(shù)差別很大,繞絲篩管最高,金屬網(wǎng)布篩管次之,金屬棉篩管最低,這與3種篩管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。金屬棉優(yōu)質(zhì)篩管是用金屬纖維立體擋砂,擋砂范圍廣,試驗穩(wěn)定后出砂量小。但砂粒進入金屬棉篩管后不易排出,造成堵塞,對產(chǎn)能影響較大;金屬網(wǎng)布篩管作為深度過濾介質(zhì),傾向于在多層編織網(wǎng)之間截留細粉砂,這樣的設(shè)計可以有效降低篩管網(wǎng)孔的開口,但編織網(wǎng)在壓差作用下發(fā)生變形使得部分砂粒通過篩管;繞絲篩管[10]是由不銹鋼絲纏繞而成一種連續(xù)縫隙,縫隙端面是外窄內(nèi)寬的梯形結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)允許小粒徑砂通過,篩管對流體的阻擋作用弱,輕度的堵塞可被流體疏通,所以繞絲篩管產(chǎn)能最高。深水氣田單井配產(chǎn)高達200×104m3/d,金屬棉篩管產(chǎn)能過低無法達到配產(chǎn)要求。金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管和繞絲篩管產(chǎn)能高,但深水氣田對出砂量控制嚴格,2種篩管獨立防砂無法滿足海上安全生產(chǎn)要求,因此,選取金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管和繞絲篩管進行礫石充填防砂試驗。
2.2礫石充填對比試驗使用Saucier礫石尺寸設(shè)計方法[11],根據(jù)S1儲層粒度特性,選取16~30目工業(yè)陶粒進行礫石充填出砂模擬試驗。使用200,300μm金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管及200,350μm繞絲篩管共進行4組礫石充填防砂試驗,試驗穩(wěn)定后的米采氣指數(shù)及出砂量見表2。從表2可以看出,繞絲篩管350μm產(chǎn)能最高,繞絲篩管200μm及金屬網(wǎng)布篩管300μm次之,金屬網(wǎng)布篩管200μm產(chǎn)能最低。從出砂量上看,與篩管獨立防砂相比,4組礫石充填防砂試驗的出砂量都明顯降低。其中,繞絲篩管350μm出砂量最大,金屬網(wǎng)布篩由圖3可以看出,隨著礫石層厚度增加,氣井產(chǎn)能呈線性遞增關(guān)系,出砂量呈指數(shù)遞增關(guān)系。流速過高會影響防砂的可靠性,對于深水高產(chǎn)氣井,氣體流速增加產(chǎn)生的攜砂能力明顯大于增加礫石層厚度起到的擋砂效果,根據(jù)試驗結(jié)果及配產(chǎn)要求,推薦深水氣田礫石層厚度為50.8mm。
3現(xiàn)場應(yīng)用
南海某深水氣田儲層段井眼直徑為215.9mm,根據(jù)室內(nèi)出砂模擬試驗結(jié)果,完井時下入擴眼鉆頭進行擴眼,井眼擴大到準269.9mm。下入擋砂精度為200μm的準139.7mm金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管,使用16~30目(0.595~1.190mm)工業(yè)陶粒進行礫石充填防砂作業(yè)。氣井生產(chǎn)時效顯著提高,取得了良好的防砂效果,成功指導(dǎo)了深水氣田的高效安全開發(fā)。4結(jié)論1)為了保證深水氣田的防砂效果,應(yīng)采用礫石充填防砂,但因此也會犧牲部分產(chǎn)能。2)對于礫石充填井,推薦使用優(yōu)質(zhì)篩管,這樣可雙重防砂;而應(yīng)盡量避免采用繞絲篩管。3)增加礫石充填厚度,有利于提高深水氣田產(chǎn)能;但為了保證防砂效果,不能一味擴眼以求增產(chǎn),必須找到二者的平衡點。
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