海上油田防砂设计与应用

王庆宝

摘要：海上油田以疏松砂岩储层为主，该类储层胶结性较差且在开发过程中容易出现出砂现象，这些问题制约着海上油田的进一步开发。传统的防砂方式并未同时考虑多种因素的影响，因此容易导致设计过程中防砂方式选择不合理。经过多年的探索，渤海油田逐渐形成一套适合于该地区的防砂设计方法，通过相邻油田对比法、经验公式法等进行出砂预测，并通过图版进行防砂方式的选择。将该方法应用于渤海地区D油田时，取得较好效果，此方法也可以为海上其他疏松砂岩油田的防砂提供一定的指导作用。

关键词：海上油田 疏松砂岩 防砂方式 防砂精度

Researchand application of loose sandstone sand control design in oilfield D

Abastract: Offshore oilfields are dominated by loose sandstone reservoirs, which are poorly cemented and prone to sand production during development. These problems have always restricted the further development of offshore oilfields. The traditional sand control method does not consider the influence of multiple factors at the same time, so it is easy to cause unreasonable selection of sand control methods in the design process. After years of exploration, Bohai Oilfield has gradually formed a set of sand control design methods suitable for this area. The sand production is predicted by the comparison method of adjacent oil fields and the empirical formula method, and the sand control method is selected through the chart. When the method is applied to the D oilfield in the Bohai Sea, the effect is good, and this method can also provide some guidance for the sand control of other unconsolidated sandstone oilfields offshore.

.Keyword: Offshore oilfield, loose sandstone, sand control method, sand control accuracy

引言

据相关资料表明，在已开发的海上油井中约有40%需要采取防砂措施，而且该比例呈逐年增长趋势[1]。当前，在我国已发现的海上油藏，其岩性均属为疏松砂岩，此类油藏具有孔隙度、渗透率高，胶结性差，强度低的特征，并且在开发过程中出极易出现出砂现象[2-4]。出砂容易造成筛管、电泵损坏，严重时会导致油井报废。因此，解决出砂问题已经成为渤海油田生产急需解决的问题。引起出砂的原因复杂多样，通常是由于储层岩性疏松，胶结性较差引起的，而且在钻井、完井、开采等各种环节均会对出砂产生一定的影响。经过长期的探索实践，渤海油田形成了一套适用于该地区的防砂设计流程，实现该地区疏松砂岩储层高效开发。

本文通过对几种防砂方式进行介绍，并以D油田为例进行设计流程展示，以此对其他海上油气田防砂起进一步指导作用。

1. 防砂设计方案
   1. 出砂预测

出砂预测是防砂设计的基础，常用的出砂预测方法主要包括相邻油田对比法，经验公式法、探井测试法和临界出砂压力法等。1.相邻油田对比法：是依据相邻油田对同一层位的出砂情况进行统计，并对目的区块进行预测，该方法准确度相对较低，需要依据其他方法进行辅助判断。2.经验公式法：常规测井资料并结合实际出砂情况，总结形成出砂经验公式，如声波时差公式。3.探井测试法：目的区块对探井进行测试时，依据测试过程中的含砂量，通过模拟实验，预测目的层的出砂情况。4.临界出砂压力法：将实验数据与现场相结合，得到临界出砂生产压差的计算公式，并以此得到该井生命周期的出砂预测结果

[5]。

1.2防砂方式选择

海上油田常用的防砂方式有优质筛管和砾石填充[6-7]，其中优质筛管防砂技术，施工相对简单且费用较低的优势，但是该方法效果有限，在出砂严重的地层应用效果较差。砾石填充的防砂方式工艺复杂，而且费用较高，对于出砂严重的地层具有较好的应用效果。为了更好的进行防砂方式的选择，渤海地区的油田通过大量的实验，形成了一套防砂选择图版（见图1），其中粘土含量为横坐标、蒙脱石含量为纵坐标，可通过该图版选择该井最优的防砂方式。如果点落在黑色区域则需要对油田的生命周期、生产压差等进行综合考虑[8-9]。

图1渤海地区防砂方式选择图版

1.3防砂精度设计

不同的防砂精度对防砂效果有着直接影响，通过多年的探索，渤海地区的油田提出了适度防砂的的概念。根据Saucier实验，当填充砾石的直径（D50）与地层砂砾中值(d50)之比为5～6时，不仅能取得较好的防砂效果而且对渗透率的影响较小。因此可以依据筛管与填充砾石的粒度中值的关系，确定筛管防砂精度与砾石填充的目数。

2渤海D油田防砂设计

2.1 D油田的基本信息

D油田位于渤海湾盆地渤南低凸起西端，渤中凹陷与黄河口凹陷的分界处，是油气聚集较为有利的场所。构造上，位于南界大断层下降盘，是一个被南西～北东向和东西向断层分割的断裂背斜，内部被两组北东－南西向的次级断层分为北、中、南三个断块。由受构造、岩性等多重因素的制约，油水系统复杂，油藏类型多样，不同断块、油组、小层内呈现不同类型的油水系统，油藏类型多样。

储层特征

D油田主要含油层系为Nm组，主要岩性以长石砂岩为主，其主要成分见表1。砂岩分选中等，磨圆呈次棱～次圆状，粘土矿物主要为伊利石-蒙脱石，平均含量为80%。孔隙类型主要为粒间孔，占总孔隙的60%，形状不规则且连通性较好。

表1主要成分表

成分	石英	长石	岩屑
含量（%）	25～36	36～50	16～35
平均含量（%）	32	44	30

对Nm组岩心进行分析，其孔隙度主要分布在11～43%之间，平均为35.1%；渗透率变化范围较大，主要分布在3.0～7500mD之间，平均为500mD；根据岩心实验与测井资料显示，D油田Nm组储层具有高孔高渗的特征。

3出砂预测

根据1.1介绍的相邻油井对比法、经验公式法、探井测试法、临界出砂压力法对D油田出砂风险进行预测，综合判断出砂风险。

3.2.1相邻油田对比法

参考D油田附近且主要产出层位为Nm组的S油田，该油田在开发过程中出现出砂现象。分析具体原因是由于产量逐渐增大，对砂体的携带能力提高，因此导致出砂量增加。储层含水量增加，使储层的胶结强度较低，进而导致出砂量进一步增加。根据相邻油田的出砂情况，可以预测出D油田出砂风险较高。

3.2.2 经验公式法

依据测井资料使用经验公式法对该层位进行出砂预测。常用的有声波时差法，B指数法、S指数法等[10]。其判别标准见表2。

表2出砂判别标准

	严重出砂	出砂	不易出砂
声波时差法（μs·ft-1）	Δt >105	95<Δt<105	Δt<95
B指数法（MPa）	B<1.5×104	1.5×104<B<2×104	B>2×104
S指数法（MPa2）	S＜5.9×107		S＞5.9×107

B指数法与S指数法的计算公式见式公式1、2。依据声波时差法、B指数法和S指数法对Nm组出砂风险进行预测，见图2，三种方法均显示该层次有较大的出砂风险。

           (公式1)

                                  (公式2)

式中：B-地层的B出砂指数，MPa；

     S-地层的S出砂指数，MPa2；

     E-岩石的弹性模量，MPa；

μ-岩石泊松比，无量纲。

声波时差法出砂预测                        B指数法出砂预测

S指数法出砂预测

图2Nm组储层出砂预测数据图

3.2.3 临界出砂压力法

对岩心在不同压力系数下进行实验，得到不同压力系数下的岩石强度，根据岩心实验结果，得知其临界生产压差低，泡水后临界出砂压差下降，为0.8~1.3MPa，配产压差大于临界生产压差，出砂风险大，因此需要采取防砂措施。

通过上述分析，可知D油田Nm组在开发过程中出砂风险较高，需要采用防砂措施。

3.3防砂方式选择

参考D油田附近的油田以及利用渤海地区防砂选择图版对目地层的防砂方式进行选择。

3.4.1参考周边油田

参考D油田附近且生产层为Nm组的S油田的防砂方式，该油田Nm组的生产井的防砂方式为优质筛管防砂和砾石充填。防砂精度为60～120μm，在生产过程中，砾石填充的防砂方式效果良好，而部分优质筛管防砂的生产井已经出砂，因此，参考S油田的防砂方式，D油田Nm组在选择防砂方式时，应选择砾石填充的方式。

3.3.2通过防砂图版选择防砂方式

利用防砂图版进行选择时，需要对Nm组储层岩心的泥质含量进行分析，得知地层砂粒度中值

d50为130μm； 根据Sacucier公式，填充的砾石直径为D50为0.65~0.78mm；通过优质筛管过滤精度与砾石尺寸对应表（见表3）[11-13]，选择20~40目砾石，优质筛管挡砂精度为120μm。

表3优质筛管过滤精度与砾石尺寸对应表

填充砾石直径（mm）	筛目	筛管过滤精度（μm）
2.39～1.68	8～12	350
2.01～1.19	10～16	300
2.01～0.838	10～20	250
2.01～0.584	10～30	200
1.91～0.584	16～30	150
0.838～0.419	20～40	120
0.584～0.419	30～40	100
0.419～0.249	40～60	60

4防砂设计效果评价

通过上述分析，D油田Nm层最终采取砾石填充的方式进行防砂，防砂精度为120µm的筛管+20/40目砾石，通过防砂介质挡砂精度检测设备验证防砂设计的合理性，充分验证了防砂方式和精度的准确性。

结论

1. 防砂是渤海湾地区油田开发的重要难题，通过多年的探索，形成一套适合渤海湾地区的防砂设计流程。

2.利用此方法对D油田Nm层储层进行防砂探索，最终采用砾石填充的方法，防砂精度为120µm的筛管+20/40目砾石，通过实验证明设计方案的最终渗透率为简易防砂的5～10倍。

3.疏松砂岩储层优质筛管砾石充填防砂技术的成功应用，大幅降低油井开发的出砂频率，对后续类似油气田开发具有重要的借鉴意义。

参考文献

[1] [1]张磊,潘豪,曹砚锋,闫新江,闫伟.海上疏松砂岩防砂方式优选及决策方法研究[J].长江大学学报(自然科学版),2019,16(02):44-50+7.DOI:10.16772/j.cnki.1673-1409.2019.02.009.

[2]张明,李凡,刘光泽,王鹏,赵静.自主化一趟多层砾石充填防砂技术研究与应用[J].中国海上油气,2016,28(03):111-114.

[3]何保生,曹砚锋,曾祥林,武广瑷.海上稠油油田开发多枝导流适度出砂技术研究[J].中国海上油气,2013,25(06):82-87+97.

[4]王利华,楼一珊,邓金根,马晓勇,陈宇.深水浅层气田防砂方式优选及防砂参数优化[J].石油钻探技术,2013,41(01):98-102.

[5]张启龙,陈彬,袁伟伟,陈毅,贾立新.海上疏松砂岩防砂设计方法的研究与应用[J].中外能源,2020,25(08):28-33.