渤海油田防砂筛管综合优选方法研究及应用.pdf

海洋石油装备渤海油田防砂筛管综合优选方法研究及应用张启龙1,2 黄中伟1 李 中1,3 李根生1 张晓诚2 王晓鹏2 刘 伟2(1.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司3.中海油研究总院有限责任公司)张启龙,黄中伟,李中,等.渤海油田防砂筛管综合优选方法研究及应用 J.石油机械,2023,51(9):54-63.Zhang Qilong,Huang Zhongwei,Li Zhong,et al.Research and application of comprehensive optimization method for sand control liner in Bohai oilfield J.China Petroleum Machinery,2023,51(9):54-63.摘要:出砂问题是导致渤海油田生产井低产低效的首要因素,目前防砂筛管的类型选择主要依靠作业经验,未能考虑各类型防砂筛管对不同储层的适用性,导致部分油田因筛管选择不当而造成防砂失败。为此,建立了一套筛管性能综合评价体系,利用层次分析法研究了筛管各性能参数对防砂效果的影响权重,以此为基础采用逼近理想解法构建了筛管类型综合优选方法,优选了一种防砂筛管并在渤海 A 油田进行了性能评价试验。试验结果表明:所构建的筛管性能综合评价体系可实现对筛管性能的全面评估;筛管的抗堵塞性能、防砂性能、过流性能、抗内压强度和抗冲蚀性能等指标的影响权重分别为 0.376 0、0.214 7、0.120 9、0.073 8 和 0.214 7。所得结论可为油田防砂筛管优选提供指导。关键词:渤海油田;防砂筛管;性能评价试验;综合优选;逼近理想解;权重中图分类号:TE921 文献标识码:A DOI:10.16082/ki.issn.1001-4578.2023.09.008Research and Application of Comprehensive Optimization Method for Sand Control Liner in Bohai OilfieldZhang Qilong1,2 Huang Zhongwei1 Li Zhong1,3 Li Gensheng1 Zhang Xiaocheng2 Wang Xiaopeng2 Liu Wei2(1.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting,China University of Petroleum(Beijing);2.Tianjin Branch of CNOOC(China)Co.,Ltd.;3.CNOOC Research Institute Co.,Ltd.)Abstract:Sand production is the primary factor leading to low production and efficiency of production wells in Bohai Oilfield.At present,the selection on the type of sand control liners mainly relies on operational experience,which does not consider the applicability of each type of sand control liner to different reservoirs,resulting in sand control failure in some oilfields due to improper selection of sand control liner.Therefore,a comprehensive evalua-tion system for liner performance was established,and the analytical hierarchy process was used to study the influ-ence weights of various performance parameters of the liner on the sand control effect;on the basis of which,the approximating ideal solution method was used to construct a comprehensive optimization method of liner types,a sand control liner was selected and an evaluation test of its performance was conducted in Bohai A oilfield.The test results show that the constructed comprehensive evaluation system for liner performance can achieve a comprehen-sive evaluation on liner performance;and the influence weights of the anti-blocking performance,sand control per-formance,flow-conveying ability,internal pressure strength and erosion resistance performance of the liner are 0.376 0,0.214 7,0.120 9,0.073 8 and 0.214 7 respectively.The conclusions provide a guidance for the opti-45 石 油 机 械CHINA PETROLEUM MACHINERY2023 年 第 51 卷 第 9 期基金项目:“十三五”国家重大科技专项“渤海油田高效开发示范工程”(2016ZX05058);国家自然科学基金项目“多重耦合下的页岩油气安全优质钻井理论”(51490652)。mization of sand control liner in oilfields.Keywords:Bohai oilfield;sand control liner;performance evaluation test;comprehensive optimization;approximating ideal solution;weight0 引 言随着我国工业的快速发展,国家对石油的需求量日益增加,原油对外依存度呈逐年上升趋势,国家能源安全面临重大挑战。加大油气勘探开发力度、推动油气产量稳产增产对我国经济的持续增长至关重要1-3。在此背景下,中国海油启动“七年行动计划”,全力推动海上油气的增储上产。其中,渤海油田作为我国最大海上油田,于 2025 年设立了上产 4 000 万 t 的目标,该油田已是海洋油气增储上产的压舱石和主力军4-6。为实现这一目标,除了加大中深层、新区块的勘探开发力度外,全力推动在生产油田的稳产增产同样重要。渤海油田约 84%的储层是疏松砂岩,胶结差、易出砂,根据对渤海老油田低产低效井的统计,约有 5%的开发井发生了出砂现象。出砂问题是致使油气井低产低效的首要因素,严重限制了单井产能,该问题甚至会导致部分井报废,进而造成重大经济损失。因此,调整井的安全高效防砂对渤海油田的稳产增产意义重大7-8。经过几十年探索,渤海油田形成了以筛管简易防砂和砾石充填防砂为主流的防砂技术体系,而这2 种工艺中,筛管作为唯一的机械防砂屏障,对防砂的成功与否至关重要。目前存在较多种类的防砂筛管,其选择应用主要依靠作业经验,缺乏理论依据和数据支撑,不能考虑各类型筛管对不同储层的适用性,导致部分油田筛管发生损坏而造成防砂失败9-13。以渤海 A 油田为例,40%以上出砂井的出砂粒径都高于挡砂精度,表明选用的筛管类型与该油田出砂情况匹配度较差,导致筛管发生大规模损坏。因此,亟需建立针对不同储层的筛管性能综合评估方法,为筛管选择提供理论与数据支撑,以减小主观经验对选择结果的影响,保证所选筛管对生产储层的适用性。基于以上问题,本文建立了一套筛管性能综合评价体系,利用层次分析法研究了筛管各性能参数对防砂效果的影响权重,以此为基础采用逼近理想解法构建了筛管类型综合优选方法。该方法指导了渤海 A 油田调整井的防砂筛管选择,为筛管类型选择及决策提供了理论依据。1 筛管性能综合评价体系构建筛管性能综合评价体系是定量评估筛管类型适用性的基础。通过对筛管损坏的原因(如筛管堵塞、过流困难、冲蚀破坏等14-16)分析,针对性地提出了 5 项筛管性能评价指标,即筛管抗堵塞性能、挡砂性能、过流性能、抗内压强度及抗冲蚀强度。为了获取各指标参数,构建了 3 种筛管性能室内试验评价装置与试验方法。其中,抗堵塞性能、挡砂性能和过流性能通过筛管过流试验测取,筛管抗内压强度通过筛管内胀强度破坏试验测取,筛管抗冲蚀强度通过筛管冲蚀试验测取。1.1 筛管过流性能评价试验渤海油田具有泥质含量高、地层砂粒度小等特点,易发生筛管堵塞、防砂失效和过流摩阻大等问题,亟需建立筛管过流性能测取方法。为了模拟筛管的井下流动状态,自主研发了筛管过流试验装置,如图 1 所示。图 1 筛管过流试验装置Fig.1 Liner flow-conveying test device通过监测不同类型筛管过砂前后的渗透率变化、筛管内过砂量和清水过筛管摩阻,评估不同筛管的抗堵塞性能、挡砂性能和过流性能,具体试验步骤如下。(1)按照油田实际的粒度分布和泥质含量配置试验砂,将待测筛管试片固定于釜体后填入试验砂,模拟井下筛管和地层砂的相对关系。(2)开泵循环清水,进行清水过筛管循环试验,排量逐渐增大至预设值(10 L/min),试验时间为 5 min,流量计和压力传感器实时测试清水循环排量和过筛管前、后压力,计算过筛管摩阻 pw以评估筛管的过流性能:552023 年 第 51 卷 第 9 期张启龙,等:渤海油田防砂筛管综合优选方法研究及应用 pw=p1-p2(1)式中:pw、p1及 p2分别为过筛管摩阻、过筛管前压力及过筛管后压力,MPa。(3)配置质量分数 3%的 KCl 盐水进行长时间驱替筛管试验,排量逐渐增大至预设值(100 L/min),试验时间为 2 h。流量计和压力传感器实时采集流量和过筛管压差,获取筛管的实时渗透率,以渗透率下降比率 D 评估筛管的抗堵塞性能:D=K1-K2K1 100%(2)式中:D 为渗透率下降比率,%;K1为筛管初始渗透率,mD;K2为筛管实时渗透率,mD。(4)在驱替筛管试验中,对出口驱替液体进行收集取样,并进行固液分离处理,以出砂体积分数评估筛管的防砂性能。体积分数计算如下:S=VsVl 100%(3)式中:S 为出砂体积分数,%;Vs为出砂体积,mL;Vl为出液体积,mL。(5)拆卸试验装置,取出筛管,清理高压釜,清洗试验管线。(6)重复上述试验过程,完成另一个筛管的对比试验。1.2 筛管抗内压强度评价试验油田进入生产中后期,部分井需要进行酸压、挤注解堵等增产措施,造成筛管内部压力的陡增。因此需要对筛管的抗内压性能进行检测。依据国际标准 ISO 17824 中关于筛管内胀强度破坏值的测定方法,搭建了一套筛管抗内压性能试验评价装置,如图 2 所示。图 2 筛管抗内压强度测试试验装置Fig.2 Experimental device for testing the internal pressure strength of liner测试流程如下:(1)将筛管装配至全尺寸防砂筛管抗内压强度检测高压腔内