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防砂井挡砂介质堵塞机制研究 根据松砂石油层和防砂井的生产实践，防砂介质（机械筛管和砾石层）的堵塞已成为主要问题之一，难以防砂井正常生产的主要问题之一。防砂井生产过程中,地层流体携带地层细砂、机械杂质、黏土泥质等固相堵塞物冲击挡砂介质,如果固相介质不能顺利通过挡砂层,则会附着或侵入挡砂层内部;如无法排出则会造成挡砂层渗透率降低,形成堵塞,进而严重影响油井产量。关于防砂井堵塞机制的研究目前主要集中在较厚的挡砂砾石层的堵塞机制方面,主要通过试验手段研究地层细砂在砾石层多孔介质中的侵入和运移机制,单纯分析地层砂粒径、侵入量及侵入厚度对砾石层渗透率的影响规律。文献中对注聚合物防砂井的堵塞物成分进行了化验分析,并提出了相应的化学解堵方法。上述关于防砂井堵塞机制的研究没有涉及大量应用的机械防砂筛管较薄的挡砂滤网介质的堵塞机制与规律,并且关于粉细砂、泥质含量、产量、出砂速度、流体黏度对堵塞过程及堵塞程度的影响机制及规律的研究较欠缺。针对上述问题,笔者开展机械防砂筛管挡砂介质堵塞机制及堵塞规律的试验研究,分析影响堵塞过程的主要因素及其影响规律,为堵塞防砂井的解堵施工参数优化设计及解堵效果预测提供理论依据。 1 该臂式排气促生剂的堵塞机制 1.1 防砂井挡砂介质 油气井防砂使用的机械防砂筛管主要有绕丝筛管、割缝衬管、金属棉滤砂管、树脂石英砂滤砂管、金属网布(毡)滤砂管、精密复合微孔滤砂管等,在滤砂管内部有滤砂层即挡砂介质。机械筛管防砂井在生产过程中挡砂介质容易被泥质、粉细砂等堵塞物堵塞,造成筛管渗透率降低,形成新的表皮系数,从而造成油井产量降低甚至停产。虽然应用的机械防砂筛管介质多达十几种,但其挡砂介质多为多层滤网类、割缝缝隙类、金属棉类和颗粒类4类。挡砂介质实质是固相多孔介质,具有一定的孔喉尺寸及渗透率和孔隙度,其渗透性保证足够的流体通过能力,而孔喉尺寸决定了其挡砂性能。 防砂井挡砂介质堵塞物主要为固相颗粒,其主要来源有:①地层粉细砂,即地层出砂中的细质成分;②黏土泥质,主要为地层胶结物中的黏土矿物等;③钻完井过程中固相污染物,如钻井液固相颗粒、射孔造成的碎屑等;④原油中的胶质沥青质;⑤生产过程中形成的有机垢和无机垢。固相堵塞物提供了堵塞源,而其堵塞过程和堵塞程度则受固相堵塞物成分、油井产量、出砂速度、原油黏度等因素的影响。 1.2 封锁机制 (1) 分选桥架机制 对于机械筛管防砂,施工后井内油层部位下入机械筛管阻挡从地层产出的地层砂,在筛管与套管之间形成环空,该环空及射孔孔眼内均无充填物充填,称为非充填带。油井投产后,地层流体携带固相颗粒(地层砂及堵塞物)产出,固相颗粒会以分选桥架的机制充填满机械筛管外部的非充填带,形成低渗透层,对油井造成堵塞,降低产量。分选桥架机制是指地层砂伴随堵塞物随地层流体产出冲击防砂筛管。在生产初期,部分足够细的固相颗粒进入筛管挡砂介质内部(或被继续排出或堵塞在挡砂介质内部),而粒径大于挡砂介质孔喉直径或缝宽的固相颗粒无法进入挡砂介质内部而被阻挡在筛管外部,较粗的颗粒堆积到一定厚度后,形成新的多孔介质挡砂层,但其孔喉尺寸更小。该孔喉很小的多孔介质会阻挡更细的地层砂粒。以此类推,直到空间被完全充填。从筛管向外部延伸,堵塞的颗粒粒径越来越小,其渗透性也越来越低,增加流动阻力,造成油井产量下降。 (2) 机械筛管渗透率低 挡砂介质内部桥架堵塞机制是指细质固相颗粒进入挡砂多孔介质内部,挡砂介质孔隙的不规则性及非均质性导致进入的固相颗粒难以排出,造成机械筛管渗透率降低,形成堵塞。无论是钻井液中的固相颗粒还是射孔过程中产生的微粒以及地层粉细砂都会对挡砂介质渗透率产生影响。对原始渗透率较高的机械防砂筛管,严重堵塞情况下渗透率伤害会超过90%。 根据上述分析,筛管挡砂介质内部桥架堵塞过程及最终堵塞程度与固相堵塞物成分、油井产量、出砂速度、原油黏度等因素直接相关。 2 砂浆机堵塞法的实验 2.1 筛网堵塞试验 机械筛管挡砂介质堵塞规律试验的目的是通过室内堵塞试验研究堵塞程度随驱替时间、流量、粉细砂含量、泥质含量、原油黏度等生产条件变化的定性和定量关系,为堵塞程度预测及解堵参数设计提供基础和依据。 利用机械筛管微观驱替堵塞模拟试验装置进行堵塞规律试验。使用含有堵塞物的流体长时间驱替挡砂筛网,同时测量挡砂筛网两侧的驱替压差。驱替过程中流体携带的堵塞物会逐步堵塞筛网,测量筛网两侧压差与流量,便可计算其渗透率随时间的变化,这种变化反映筛管堵塞情况。 挡砂介质的堵塞过程实质是挡砂介质渗透率的变化从而对油井产能产生不良影响的过程,其堵塞程度使用挡砂介质堵塞渗透率k及渗透率比kr的变化量表示。 挡砂介质堵塞渗透率k直接反映堵塞过程对井底流动造成的影响。堵塞过程中,随着生产时间的增加,挡砂介质渗透率越来越低;渗透率越低或下降得越快,表示堵塞越严重。