CN102278088A - 一种解决疏松砂岩稠油油藏出砂的技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种解决疏松砂岩稠油油藏出砂的技术，首先根据疏松砂岩稠油油藏的地层出砂机理进行理论研究；然后根据得出的出砂机理针对疏松砂岩稠油油藏进行出砂预测；再对疏松砂岩稠油油藏在生产过程中出现的微粒运移形成的大孔道进行实验研究，并了解大孔道的形成规律；最后通过向疏松砂岩稠油油藏内注入高温起泡剂来封堵热载体窜流通道。本发明不仅能降低蒸汽流度，封堵蒸汽窜流通道，提高蒸汽波及体积，从而防止微粒运移形成大孔道，而且降低了含水率上升的速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种解决油田开采过程中的出砂技术，尤其涉及一种解决疏松砂岩稠油油藏出砂的技术。
背景技术
目前世界上常规原油的可采储量预计为1272×108m3，稠油(包括沥青)的可采储量约为1510×108m3，超过了常规原油。我国的稠油资源也非常丰富，随着常规油田逐步进入产量衰减期，稠油油藏的开发日益重要。稠油油藏一般埋深较浅、胶结疏松，开采过程中很容易造成地层出砂，给油田开发带来极大困难。地层出砂是指在油气开采过程中砂粒随流体从油层中运移出来的现象。出砂是一个带有普遍性的复杂问题，而其中弱固结或中等胶结砂岩油层的出砂现象尤为严重。地层出砂会给生产过程带来很大危害，主要表现在以下几个方面：
(1)砂埋油层或井筒砂堵造成油井停产，增加修井工作量；
(2)在地下形成大孔道，造成注入水沿大孔道快速突窜到生产井，油井含水迅速上升，油田非均质程度加剧；
(3)出砂使地面和井下设备严重磨蚀、砂卡，加快了生产工具(泵、气锚)和地面输油设备的磨损，缩短了设备的使用寿命；
(4)油井出砂可能造成地应力变化，严重时还会引起井壁坍塌而损坏套管，甚至造成油井报废；
(5)增加了原油生产成本。更换被磨蚀的设备、管汇，清理沉砂，检泵等修井作业，都增加了原油生产成本。
另外，如果在地下形成大孔道，造成注入水沿大孔道快速突窜到生产井，油井含水迅速上升，油田非均质程度加剧，使油田的开发更加困难。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题提供一种解决疏松砂岩稠油油藏出砂的技术，它不仅能降低蒸汽流度，封堵蒸汽窜流通道，提高蒸汽波及体积，从而防止微粒运移形成大孔道，而且降低了含水率上升的速度。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种解决疏松砂岩稠油油藏出砂的技术，首先根据疏松砂岩稠油油藏的地层出砂机理进行理论研究；然后根据得出的出砂机理针对疏松砂岩稠油油藏进行出砂预测；再对疏松砂岩稠油油藏在生产过程中出现的微粒运移形成的大孔道进行实验研究，并了解大孔道的形成规律；最后通过向疏松砂岩稠油油藏内注入高温起泡剂来封堵热载体窜流通道。
所述的地层出砂机理主要包括剪切破坏机理、拉伸破坏机理和地层微粒运移机理。
所述的出砂预测方法主要包括现场观测法、经验公式及经验图表法、实验室模拟法、理论分析模型、数值模拟模型和神经网络模型等。
所述的高温起泡剂是氮气泡沫热力驱。
本发明取得的有益效果是：本发明不仅能降低蒸汽流度，封堵蒸汽窜流通道，提高蒸汽波及体积，从而防止微粒运移形成大孔道，而且降低了含水率上升的速度。
具体实施方式
一种解决疏松砂岩稠油油藏出砂的技术，首先根据疏松砂岩稠油油藏的地层出砂机理进行理论研究；然后根据得出的出砂机理针对疏松砂岩稠油油藏进行出砂预测；再对疏松砂岩稠油油藏在生产过程中出现的微粒运移形成的大孔道进行实验研究，并了解大孔道的形成规律；最后通过向疏松砂岩稠油油藏内注入高温起泡剂来封堵热载体窜流通道。
所述的地层出砂机理主要包括剪切破坏机理、拉伸破坏机理和地层微粒运移机理。地层中粒径小于37μm的颗粒称为地层微粒，可以分为两种，即：骨架砂和填隙物。骨架砂一般为大颗粒的砂粒，主要成分为石英和长石等，填隙物是环绕在骨架砂周围的微细颗粒，主要成分为粘土矿物和微粒。
其中，剪切破坏机理的力学机理是近井地层岩石所受的剪应力超过了岩石固有的抗剪切强度。射孔使炮孔周围往外岩石依次可以分为颗粒压碎、岩石重塑、塑性受损及变化较小的较小受损区。形成剪切破坏的主要因素是地层压力的衰减或生产压差过大，如果油藏能量得不到及时补充或注水效果差或者生产压差超过地层的强度，都会造成地层的应力平衡失稳，形成剪切破坏。
拉伸破坏机理：在开采过程中，流体由油藏渗流至井筒，沿程会与地层颗粒产生摩擦，流速越大，摩擦力越大，施加在岩石颗粒表面的拖曳力越大，即岩石颗粒前后的压力梯度越大。流体对岩石的拉伸破坏在炮眼周围是非常明显的，由于过流面积减小，流体在炮眼周围形成汇聚流，流速远大于地层内部，另外，近井带流体易脱气，粘度增大，对岩石颗粒的拖曳力也会增加。
实际上，剪切和拉伸两种机理将同时起作用且会相互影响，受剪切破坏的地层会对流体的拖曳力更加敏感。当剪切破坏是主要机理的情况下，流体流动对携带颗粒进入到井里也是很重要的。一般来说，地层的剪切破坏是灾难性大量产砂(以吨计)的机理，而拉伸破坏则是较少灾难性的。这是因为当炮孔增大后，流速梯度降低，从而使出砂有趋停倾向，因此拉伸破坏具有“自稳定”效应。
微粒运移机理：在油田开发过程中，特别是在注水开发时，由于流体和岩石间的水力冲刷和化学作用，在流体流动时，微粒会在地层内部分散释放、运移和沉积，甚至会形成堵塞或者大孔道。运移至井筒附近的微粒随流体进入井筒，即造成出砂。出砂后会不同程度的改变地层的孔隙度、渗透率，如果在某些方向上出砂严重的话，久而久之就会在地下形成大孔道，造成注入水沿大孔道快速突窜到生产井，造成油井含水迅速上升，油田非均质程度加剧，使油田的开发更加困难。
所述的出砂预测方法主要包括现场观测法、经验公式及经验图表法、实验室模拟法、理论分析模型、数值模拟模型和神经网络模型等。
其中，现场观测法通过以下几个方面进行预测：1.岩芯观察；2.生产动态；3.岩石胶结情况；4.综合测井法；5.试井法；6.吸水剖面或生产指数法。
经验公式及经验图表法：出砂指数(组合模量)法；斯伦贝谢法(ES×EB)；斯伦贝谢比；地层强度法；双参数法；多参数法；孔隙度法。
实验室模拟试验法：厚壁圆柱筒(TWC)简化模型；小型模拟出砂试验；大型模拟出砂试验；变形破坏特性的三轴试验及破坏模型；微观实验模型，如玻璃板填砂或刻槽模型。
理论分析模型：剪切破坏出砂预测模型；拉伸破坏出砂预测模型；地层微粒运移出砂预测模型。
数值模拟模型：数值计算的对象是介于固结—疏松之间的地层。
神经网络模型：该方法运用了前馈后向传播网络(BPN)和广义回归神经网络(GRNN)结构，预测北巴尔干盆地气井重要的出砂指示参数。系统的输入参数包括总垂直深度、传播时间、地层数据强度、产水量和产气量、生产压差、原始油层静压、有效上覆岩层应力、层段长度和射孔密度。该系统用于出砂井可能性以及井临界总压差。
其中，对微粒运移形成大孔道实验研究的具体方法为：
1.宏观模型试验：
实验模型：长管填砂模型。
实验内容：研究以下因素与出砂(出砂量、出砂类型、出砂颗粒分布等)的关系，并进一步研究大孔道的形成规律。
(1)岩石强度(胶结程度)：一般剪切强度低于7.0Mpa，岩石为弱固结岩石；
(2)临界速度(盐浓度>临界盐浓度)：包括油、水两相；
(3)临界盐浓度；
(4)流体粘度；
(5)含水率或两相流：采取类似于油层物理中稳定流的方式，一台泵打水，一台泵打油：或者饱和油后水驱，测定出砂规律。
实验方法：
(1)根据油田地层特点和地层砂，填砂制作模型；
(2)测定出砂影响因素与出砂的关系；
(3)在(2)的基础上，研究大孔道的形成规律。
2.微观模型试验：
实验模型：玻璃板填砂模型。
实验内容：在宏观模型试验的基础上，通过微观模型直观研究微粒的脱落、运移、堵塞及大孔道的形成过程，特别是进一步直观研究大孔道的形成规律。
上述的高温起泡剂是氮气泡沫热力驱。氮气泡沫热力驱作为一项提高采收率的技术，它基于两个机理：一是形成泡沫相，降低热载体流度，封堵热载体窜流通道，提高热载体波及体积；二是泡沫剂是一种表面活性剂，能降低油水界面张力，提高洗油效率。氮气泡沫调剖堵水工艺，就是在油井注蒸汽过程中，在下入隔热油管情况下，由油管注入蒸汽，由环空注入氮气及高温发泡剂，蒸汽与氮气、泡沫同时进入油层，以改善蒸汽的注入剖面，封堵边底水推进，改善原油流动性，延长吞吐周期，降低综合含水，提高稠油采收率。其中，泡沫封堵能力的指标是阻力因子，一般认为阻力因子达到4倍以上就能使热载体有效的转向。
在水驱过程中加入氮气泡沫剂时，能大幅度的提高驱油效率和降低残余油饱和度。驱替结束时，其驱油效率提高21.3％，残余油饱和度降低14.9％。这主要是因为虽然在驱替初期由于含油饱和度较高，泡沫剂不能大量的被发泡，但N2仍以微气泡的形式存在于水中，形成微气泡，相当于一种增大表观粘度的流体，它抑制了水的前进，使油水流度比得到一定的改善，从而有效防止液体冲击，减少了出砂率，并提高了初期的驱油效率，降低含水率上升的速度；当驱替至中后期，随着含油饱和度降低，当驱替2.5PV，即Sor＝0.3时，泡沫剂逐渐开始起泡，驱替压差逐渐增大，在残余油饱和度25％时，阻力因子仍高达17.8，这样进一步改善了驱替介质的流度比。另外，泡沫剂本身是一种表面活性剂，具有降低油水界面张力和洗油的作用，表现为驱油效率提高和残余油饱和度降低。
另外，浓度、含油饱和度、渗透率和气液比均对泡沫流动阻力具有一定的影响。而在相对渗透率中，温度、界面张力和润湿性的改变具有一定影响。本发明不仅能降低蒸汽流度，封堵蒸汽窜流通道，提高蒸汽波及体积，从而防止微粒运移形成大孔道，而且降低了含水率上升的速度。
Claims (4)
1.一种解决疏松砂岩稠油油藏出砂的技术，其特征在于：首先根据疏松砂岩稠油油藏的地层出砂机理进行理论研究；然后根据得出的出砂机理针对疏松砂岩稠油油藏进行出砂预测；再对疏松砂岩稠油油藏在生产过程中出现的微粒运移形成的大孔道进行实验研究，并了解大孔道的形成规律；最后通过向疏松砂岩稠油油藏内注入高温起泡剂来封堵热载体窜流通道。
2.根据权利要求1所述的解决疏松砂岩稠油油藏出砂的技术，其特征在于：所述的地层出砂机理主要包括剪切破坏机理、拉伸破坏机理和地层微粒运移机理。
3.根据权利要求1所述的解决疏松砂岩稠油油藏出砂的技术，其特征在于：所述的出砂预测方法主要包括现场观测法、经验公式及经验图表法、实验室模拟法、理论分析模型、数值模拟模型和神经网络模型。
4.根据权利要求1所述的解决疏松砂岩稠油油藏出砂的技术，其特征在于：所述的高温起泡剂是氮气泡沫热力驱。
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