GEOFLUIDS Geofluids 1468 - 8123 1468 - 8115 Hindawi 10.1155 / 2020/8881967 8881967 研究文章 实验室调查防砂方法的最佳选择的砂岩和泥岩夹层之间的水库 胡 Shaofeng 1 https://orcid.org/0000 - 0001 - 9055 - 2113 王 利华国际 1 卢 陕 1 曹 延 2 孟 文博 3 张 Lei 2 冯 Yongcun 1 石油工程学院 长江大学 中国 yangtzeu.edu.cn 2 中海油研究院 北京 中国 cnooc.com.cn 3 湛江分公司 中海油 中国 cnoocengineering.com 2020年 25 8 2020年 2020年 6 7 2020年 16 7 2020年 24 7 2020年 25 8 2020年 2020年 版权©2020 Shaofeng胡锦涛et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

关键是选择一个优化防砂方法的砂岩和泥岩夹层之间的水库(ISMR)由于其严重的出砂风险。然而,目前,最一般的防砂方法不能满足防砂的要求在砂岩和泥岩夹层之间的水库(例如,从中国渤海湾石油和天然气领域)。确保防砂的效率和提高石油和天然气产量在砂岩和泥岩夹层之间的越来越重要。在这篇文章中,一个“多层旋转防砂实验装置”的砂岩和泥岩夹层之间的水库。一系列的防砂利用该装置进行了实验研究。net-to-gross比率(NTG)和倾向两个主要因素被认为是在实验分析。此外,灵敏度分析对形成粒度分布(PSD)、粘土含量和矿物成分进行适度防砂的实验模式。这项工作系统的实验测试结果,结合众多现有防砂模型,一组最佳防砂设计和相关优化模板ISMR开发,已成功地应用于渤海湾。现场应用结果表明,NTG和倾向两个关键参数的设计在ISMR防砂。最优索引的防砂方式确定NTG的0.4和倾角45°。 The introduction of these two key factors in sand control design broadens the application range of moderate sand production.

 国家科技重大项目 Cnooc-KJ135ZDXM05LTDZJ02 2016 zx05025 - 002 - 003 1。介绍

在渤海湾,大型和高质量的石油和天然气领域已经发展了很长一段时间,到期( 1, 2]。越来越多的注意力都集中在许多小分散储层的勘探和刺激了薄层砂岩和砂粘土夹层( 3, 4]。这种类型的砂岩储层的厚度一般是小于0.1 m,使防砂方法的设计更加困难。目前,许多代表防砂方法已经开发了防砂基于不同的理论( 5- - - - - - 7),如好方法,午餐方法( 8),乔治法( 9邓,中海油的防砂模板Jingen从中国石油大学北京 10, 11]。好方法主要是基于中值大小(<我nline-formula> d 50 ),午餐方法考虑均匀系数(<我nline-formula> 加州大学 d 40 / d 90年 ),分选系数(<我nline-formula> Sc d 10 / d 95年 )和细粒含量(小于44<我talic> μ米)。乔治方法考虑均匀系数(加州大学),中等大小的绝对范围(<我nline-formula> d 50 ),中等大小的相对波动幅度(<我nline-formula> d 50 )。邓小平Jingen防砂的模板是由考虑均匀系数(加州大学),中等大小(<我nline-formula> d 50 )、粘土含量和蒙脱石含量。这些方法已经成功地应用于砂控制操作。然而,其中的一些专门为砂岩和泥岩夹层水库。这是一个巨大的挑战增加石油和天然气产量率在这些水库同时确保高效防砂( 12, 13]。主要问题在石油和天然气生产ISMR如下:(1)极端异质性的砂岩和泥岩交错使防砂的设计更加困难,(2)堵塞机制砂颗粒和粘土矿物的外表面防砂屏幕上不同于砂颗粒的堵塞机理和粘土矿物阻挡介质在防砂的屏幕。泥泞的层间迁移发生在石油和天然气生产的堵塞导致泥沙颗粒混合,这将减少产量即使防砂操作。没有有效的评估系统来预测混合sand-mud粒子的堵塞的影响在石油和天然气生产。

因此,本文的目的是开发一个离岸ISMR防砂模拟装置,开展系统在多层油藏防砂实验通过使用该设备。与大量的实验结果,一组最佳防砂设计方法对于ISMR成立,这是非常有用的在ISMR提高石油和天然气生产。

 2。实验设计和评价体系 2.1。实验设计的创新

本文建立了一个实际的实验装置的防砂ISMR关注防砂的两个主要因素:(1)net-to-gross比率(NTG),它被定义为整个储层砂岩含量的比例,反映了砂岩和泥岩夹层的分布特征,和(2)倾向,反映生产井的轨迹。

报道防砂设备主要是用于模拟出砂储层在一个单一的,如单向和径向位移装置( 14和全面砂生产设备 15, 16),但他们中很少有人可以考虑层间干扰的影响或相互引导防砂堵的屏幕上( 14, 15]。综合考虑这些影响防砂实验室调查,需要分层的多层砂岩和泥岩的ISMR和定量预测砂岩层和泥岩层的比例在ISMR,如图 1。

ISMR仿真的原理图。

大多数现有防砂试验为直井开发,适度出砂等测试( 10]。井筒痘痘引起的任意轨迹影响流体流动和粒子在防砂堵,但它在现有防砂方法通常被忽视。动态调整井的防砂装置(图的倾向 2)可以模拟任意的作用倾向在井筒突破,因此流体流动和粒子在防砂堵。

井筒的动态旋转的原理图。

 2.2。实验评价指标

这个实验的目的是评估防砂屏幕造成的堵塞机理粘土和沙子迁移由于系列砂或井筒储层砂岩和泥岩夹层崩盘。此外,实验研究旨在探索的关键区间越来越堵塞的防砂屏幕和演示了一个独立的适用范围适度出砂防砂屏幕。流量(即能力。,the average permeability of a sand control screen,<我nline-formula> K )在这个实验中作为评价指标。当砂粘土载体流体流经防砂屏幕或砾石层,砂和粘土颗粒的流体将逐渐把防砂屏幕。结果,屏幕流面积减小,阻力增加,导致相应的压差和流量变化的内部和外部之间防砂屏幕。内外的压力和流量,屏幕上,由压力传感器实时记录和流量计。结合达西定律,防砂屏幕的平均渗透率可以确定如下( 17]: (1) K = 问 μ 2 π h Δ p ln D 0 d 我 , 在哪里<我nline-formula> K 的平均渗透率防砂屏幕(<我talic> μ米2),<我nline-formula> 问 通过砂流量控制屏幕(m3/秒),<我nline-formula> μ 流体的粘滞性(mPa·s),<我nline-formula> h 是过滤防砂屏幕(m)的长度,<我nline-formula> Δ p 是内部和外部之间的压力差的防砂筛(MPa),然后呢<我nline-formula> D 0 ,<我nline-formula> d 我 外径和内径的测试屏幕,分别(m)。

 3所示。全面的防砂筛实验 3.1。实验设备

“多层旋转防砂实验装置”主要由四个部分组成:井筒高压釜系统中,井筒水砂充填系统,储层油气循环系统中,数据采集系统,如图 3和 4。井筒高压釜系统被设计用来模拟水库,井筒环空,全尺寸防砂屏幕。井筒水砂充填系统模拟现实的储层条件设计粒度分布、粘土含量和组件,net-to-gross比率。储层油气循环系统包括石油供应外储层边界,径向流动的石油和天然气储层,砂和粘土的迁移由流体通过储层和井筒环空,和防砂堵的屏幕在石油和天然气生产过程中。数据采集系统使用流量和压力传感器采集参数如流量通过水库和防砂筛和内部和外部压力的防砂屏幕,从而计算出的平均渗透率防砂屏幕。

插图的防砂实验设备。

原理图的防砂实验设备。

 3.2。实验条件

(一)油藏模拟。仿真完成如下:

层间砂和粘土分布的储层特征模拟通过改变砂层的厚度(即。,net-to-gross比率(NTG))

可以获得现实的水库设计所需的粒度分布参数,如<我nline-formula> d 10 ,<我nline-formula> d 40 ,<我nline-formula> d 50 ,<我nline-formula> d 90年 和加州大学(协议的程度实际储层数据和设计数据测试超过90%)

泥岩是模拟至少设置根据实际储层矿物成分数据的准确性超过90%

测试地层砂砂使用标准的产业。测试层形成可以通过调整做好准备的比例不同的工业网格大小的沙子,如图 5

PSD对比实验沙子和水库。

(B)地下原油模拟。由于难以获得地下原油、工业白油用来模拟原油在地下温度的粘度。

<我talic> (C)砾石层模拟。工业30陶粒大小的网格,20 - 40目、40 -网。

<我talic> (D)全尺寸防砂屏幕。实验室防砂屏幕采用金属网溢价屏幕符合美国API标准网格,如图 6。

金属网溢价屏幕。

根据PSD的水库,合理的防砂精度和砾石充填防砂筛决心的大小( 10, 11, 18),如表所示 1。

两种方法确定防砂参数范围。

d 50 (<我talic> μ米) 设计对象 设计方法 防砂精度(<我talic> μ米)
200年 独立的屏幕(SAS) 适度防砂方法(1.0还是1.25<我nline-formula> d 50 ) 225年
200年 裸眼砾石充填(OHGP) 好(5 - 6<我nline-formula> d 50 ) 30网
3.3。实验步骤

实验过程如下:

<我talic> (1)砂做准备。填砂在一个可移动的容器(图四层 7根据实际地层NTG)。把它们进入高压釜一层一层地。

实验流程图。

(2)固定传感器。水砂充填后,连接和密封传感器。

<我talic> (3)基本密封。修复设备的底部的橡胶圈和防砂屏幕适用于密封装置的底部。

<我talic> (4)封面。把前盖上的防砂筛(排气阀打开)和施加轴向压力密封。

<我talic> (5)密封。密封封面和安装密封的螺旋扣。

<我talic> (6)关闭出口阀,保持其他阀门打开。运行泵提供一个小型流体位移;因此,空水壶的空气中,然后关闭泵和排气口,打开出口阀。

<我talic> (7)运行数据。打开数据采集软件,启动泵,然后慢慢增加流量额定流量,观察并记录流量和压差的变化实时停止1小时后收集数据的稳定性,并终止实验。

 3.4。实验方案

整个实验分为两个步骤,如图 8。

步骤1。

模拟储层的特点,通过改变NTG内容。防砂筛堵塞与NTG的变化曲线建立了垂直井的生产过程。和一个敏感有关它的各种因素进行了研究。

 步骤2。

模拟储层的特点,通过改变好倾向为砂和粘土层厚度相等。防砂堵曲线的屏幕,建立了定向井钻井期间的倾向,和井筒的影响崩溃在防砂屏幕上进行了分析。

实验方案。

 4所示。结果与讨论 4.1。NTG对垂直井的防砂筛堵塞

由于环的存在独立的屏幕(SAS)防砂,泥岩层的外表面流整个防砂筛下液体,导致整个SAS的堵塞;裸眼砾石充填砾石层(OHGP)限制泥浆的纵向流动,这将减少这一因素的影响。为了定量分析的影响NTG防砂方法的选择上,以水库在渤海湾Minghuazhen作为参考,参数如PSD和粘土含量和组件模拟。考虑到特征,砂生产仿真实验在不同NTG(0/0.25/0.50/0.75/1)进行。NTG的仿真效果如图 1。实验的初始流量计算2000 L / h根据油田单井的输出,循环介质使用工业白油粘度为80 mPa·s模拟地下原油,和10组仿真实验与不同NTG(如图进行 9)。图 10显示了压力和流量的变化随着时间的推移为SAS NTG = 1时,整个实验测试数据如表所示 2。

不同NTG对渗透率的影响的屏幕。

实验流量试验曲线(<我nline-formula> NTG = 1 )。

实验的效果NTG在沙滩上阻塞筛堵塞统治垂直井筒。

防砂方法 沙控制参数 NTG 流量(L / h) 压降(MPa) 渗透率(mD)
情景应用程序 225年<我talic> μ米 0 1775年 1.542 8011.86
225年<我talic> μ米 0.25 1810年 1.480 8512.09
225年<我talic> μ米 0.5 1900年 0.760 17400.41
225年<我talic> μ米 0.75 1920年 0.705 18955.34
225年<我talic> μ米 1 1960年 0.588 23200.54
OHGP 30网 0 1800年 1.25 10022.64
30网 0.25 1850年 1.073 12000.28
30网 0.5 1870年 0.84 15494.65
30网 0.75 1910年 0.759 17515.04
30网 1 1930年 0.709 18946.57

实验结果表明,NTG 0.4的SAS和OHGP的交点。NTG高于0.4时,屏幕造成的堵塞河道间的SCIR SAS低于OHGP在相同条件下的堵塞。所以在现场防砂方法的优化,NTG高于0.4时,情景应用程序可以优先考虑。

 4.2。倾向在堵塞的倾斜井的防砂筛

随着油井倾向增加,井筒破裂的风险增加在石油和天然气生产。研究防砂筛堵塞机制由于微观粒子迁移造成井筒崩溃倾斜井,进行对比实验在不同倾向。的主要实验条件控制<我nline-formula> NTG = 0.5 水库,比例是1:1 sand-mud混合物(储层由4层(mud-sand-mud-sand,从上到下));循环介质的粘度为80 mPa·s。工业白油是用来模拟地下原油。12组仿真实验与不同的倾向(如图进行 11)。实验测试数据表中列出 3。

的影响不同的倾向在屏幕的渗透率。

实验的影响倾向在屏幕方向下井的堵塞。

防砂方法 沙控制参数 倾斜(°) 流量(L / h) 压降(MPa) 渗透率(mD)
情景应用程序 225年<我talic> μ米 0 1900年 0.758 17446.31
225年<我talic> μ米 30. 1850年 0.800 16095.37
225年<我talic> μ米 45 1835年 0.800 15964.87
225年<我talic> μ米 60 1760年 1.123 10908.18
225年<我talic> μ米 75年 1680年 1.160 10080.23
225年<我talic> μ米 90年 1640年 1.17 9756.126
OHGP 30网 0 1870年 0.79 16475.32
30网 30. 1860年 0.789 16407.98
30网 45 1845年 0.79 16255.06
30网 60 1820年 0.792 15994.31
30网 75年 1812年 0.796 15843.98
30网 90年 1810年 0.81 15552.95

实验结果表明,环空充满OHGP砾石层;没有在钻井井眼坍塌的风险。当NTG是常数,以及倾向的变化几乎没有影响OHGP的堵塞。SAS的井筒崩溃加剧60°和30°之间的倾向。SAS的堵塞程度高于OHGP当油井倾斜超过45°。因此,必须考虑倾向在设计一个优化防砂模式领域。

 5。为ISMR防砂设计和模板

的基础上大量的现有防砂方法和一系列的测试结果在这篇文章中,一组最佳防砂设计和相关优化模板ISMR发达,如图 12。

d 50 < 50 μ 米 (OHGP)

50 μ 米 < d 50 < 250年 μ 米 :

NTG < 0.4 (OHGP)

NTG > 0.4 和<我nline-formula> 好吧 倾向 < 45 ° (SAS)

NTG > 0.4 和<我nline-formula> 好吧 倾向 > 45 ° (OHGP)

d 50 > 250年 μ 米 (SAS):

加州大学 > 5 (金属棉优质屏幕)

加州大学 < 5 (金属网溢价屏幕)

ISMR防砂方法。

 6。现场应用的ISMR防砂设计

Minghuazhen形成水库的PL块渤海湾案例研究被认为是。表 4列出了储层特征。PL区块的防砂设计研究运用外国约翰逊方法,午餐方法,适度出砂方法,和防砂设计ISMR成立于本文,分别。约翰逊和午餐方法都建议使用OHGP在这个领域通过考虑极端异构水库高含量的罚款和砂浆(如图 (13日)和 13 (b))。这个设计是相对保守;因此,它不太适合高生产率。然而,本文建立的设计方法需要进一步考虑等因素倾向和NTG。好质量的SAS可以用于防砂,防止严重堵塞的防砂屏幕(如图 13 (c)和 13 (d)),它可以极大地提高生产能力。防砂方法和适度防砂方法是一致的,验证了现场统计效率。

储层特征统计Minghuazhen PL油田的形成。

储层特征 范围内的储层特征
粒度中值(<我nline-formula> d 50 ) 150 - 250<我talic> μ200米,平均<我talic> μ米
砂均匀系数(加州大学) 5 ~ 10
微粒直径小于44微米 10 ~ 20%,平均为15%
NTG 0.4 ~ 0.6,平均为0.485
生产井类型 定向井30°~ 45°倾角
粘粒含量 20%
蒙脱石含量 < 5%

(一)约翰逊方法,(b)午餐方法,(c)适度出砂方法,(d) ISMR方法。

约翰逊方法

午餐的方法

适度出砂的方法

ISMR方法

 7所示。结论

疏松的砂岩油藏的防砂设计需要考虑到<我nline-formula> d 50 、加州大学和粘土组成。根据ISMR的设计特点,NTG和的角度倾斜添加基于以前的研究。这个设计的应用范围拓宽温和采砂,填补了国内在这一领域研究的空白

通过大量的内部砂生产仿真实验,阻塞机制引起的防砂筛泥岩通灵和井筒ISMR崩溃。最优索引的防砂方式确定NTG的0.4和倾斜45°,因此,我们建立一个新的防砂设计方法

该防砂设计方法已应用于潜在的开发,生产,和许多老油田防砂机制在渤海湾,它已经显示出令人鼓舞的结果。然而,这种设计方法仍然缺乏适当的进一步理论背景,和大量的研究工作需要进一步改善

命名法 ISMR:

砂岩和泥岩夹层之间的水库

 NTG:

Net-to-gross比率

 情景应用程序:

独立的屏幕

 OHGP:

裸眼砾石充填

 PSD:

粒度分布

 d 50 :

中值粒径

 加州大学 d 40 / d 90年 :

砂均匀系数

 数据可用性

本研究中所有生成的数据或分析包括在发表的这篇文章。

 的利益冲突

作者都没有任何的利益冲突。

 确认

本文得到了国家科技重大项目“sand-mudstone防砂优化技术夹层之间的开发井”(批准号2016 zx05025 - 002 - 003)和“研究砂预测、监控和防砂在深水测试”(批准号Cnooc-KJ135ZDXM05LTDZJ02)。

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