大港油田目前已经进入中高含水开发期，聚合物驱油技术应用将越来越广泛。但是目前注聚区存在的较为突出的问题，注聚见效井出砂严重，受益井防砂后液量下降，防砂效果不理想，严重的制约注聚区的效果。通过对聚合物驱防砂工艺的优选，有效的解决了注聚区出砂严重的问题，并在现场的应用中取得较好的效果，产生了较好的经济效益和社会效益。 Dagang Oilfield has entered the middle and high water cut development period, and the applica-tion of polymer flooding technology will be more and more extensive. However, at present, there are some prominent problems in the polymer injection zone, such as serious sand production in the polymer injection well and the decrease of the liquid amount after the sand control in the beneficial well. The effect of sand control is not ideal, and the effect of the polymer flooding zone is seriously restricted. By optimizing the sand control process of polymer flooding, the problem of sand production in the injection zone has been effectively solved, and good results have been achieved in field applications, resulting in better economic and social benefits.
许向峰
天津市大港油田第五采油厂工艺研究所，天津
收稿日期：2017年8月24日；录用日期：2017年9月5日；发布日期：2017年9月12日
大港油田目前已经进入中高含水开发期，聚合物驱油技术应用将越来越广泛。但是目前注聚区存在的较为突出的问题，注聚见效井出砂严重，受益井防砂后液量下降，防砂效果不理想，严重的制约注聚区的效果 [
关键词 :三次采油，港西油田，聚合物，防砂工艺
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港西油田三次采油是中国石油三次采油技术的发源地，是大港油田聚合物驱油实施最早、规模最大、效果最好的油田，截止目前港西油田聚合物驱占港西油田总储量的34.2%，注入井130口占总注水井的37.5%，受益油井303口占总油井的40.8%。可见，聚合物驱油技术已在港西油田广泛应用并形成了较大规模。
由于港西注聚区出砂严重，油井需要防砂生产，目前应用的防砂工艺主要有两种：矩形缝割缝管和梯形缝割缝管防砂工艺 [
目前注聚区油井防砂工艺存在的问题：一是缺乏出砂机理研究；二是防砂措施没有针对性。大港油田实施注聚的区块有12个，分布在一、二、三、五、六厂，港西油田占大港油田实施储量的42.5%。因此，港西油田注聚区的防砂技术的研究与应用将给其它的采油厂的注聚提供借鉴。
由于港西具有地层疏松、易出砂的特点，聚合驱84.5%的受益油井防砂生产，但生产过程中易出现堵塞现象。港西二区自2013年注聚以来，出现了防砂油井见效后液量普遍下降的现象，严重遏制了聚驱效果的发挥。统计26口防砂见效井，有16口井的液量下降，占总井数的61.5%。液量由398方下降到217方，下降181方见图1。
如：西39-12井生产层位NmⅡ6，液量由初期的24方下降到目前8.9方。周围邻井补开该层，关井井口压力达9.0 MPa，说明该层能量充足，分析为割缝管堵塞造成液量下降，低液生产见图2。
注聚区见效后油井出砂普遍加剧，出砂井增多，因此分析导致注聚区出砂加剧的机理以及注聚区防治砂的技术难点非常关键，我们对防治砂工艺进行了优选及改进，为注聚区的防治砂提供了方向。
聚合物浓度产出越高，出砂越严重，加剧出砂。
从图3中可以看出，流体粘度增加，油井临界出砂流速会明显变小，携砂、悬砂能力增强，出砂量明显增加。携带运移地层微粒数量增多。
图1. 防砂见效井液量下降综合生产曲线
图2. 西39-12综合生产曲线
图3. 不同粘度流体驱替出砂量
聚合物溶液在地层流动过程中的拖曳携带、离子交换、润湿效应等作用，导致了更多地层微粒的运移见图4。
2014年8月，对防砂后明显堵塞的西40-18井的产出液进行了水样分析(见表1)，通过室内残渣量实验测试，单纯卤水残渣量 > 卤水 + 单种水样残渣量 > 卤水 + 两种水样残渣量；聚合物残渣量与以上卤水液体残渣量相比，残渣量较低。分析认为西40-18井卤水结晶导致地层堵塞 [
2015.6.30日作业过程中起出原井割缝管后发现筛管内堵塞，起出堵塞物化验加入5%清洗剂1小时后堵塞物逐渐溶解，充分浸泡后杯底沉淀，清洗剂变浑浊，沉淀后杯底主要是泥砂的混合物。结果显示：西40-18井堵塞主要原因为聚合物携带地层泥质成分吸附在筛管导致堵塞(见图5)。
采用显微镜、氧化铝色谱柱对充填砂和返排沉降砂表面附着物组分分析。
原始充填砂：表面光滑，没有附着物；
返排沉降砂：表面吸附了大量的胶冻状或块状黑色附着物，而且该附着物在冲砂过程中不易脱落。
覆聚物主要成分：饱和烃、芳香烃和聚合物，聚合物比例占42.11% (见表2)。
防砂施工完成后，地层流体形成固定的渗流通道，地层流体携带地层砂稳定排出，当地层聚合物浓度突然增加，导致地层流体携砂量增大，从而堵塞目前固定的渗流通道，导致地层产液量下降，再次形成稳定渗流通道 [
通过特殊涂层及工艺处理形成了新型支撑剂，石英砂在运输过程中易吸附粉尘，防砂后进入储层，减低渗透率，新型支撑剂采用特殊涂层及工艺处理，避免粉尘吸附性(见表4)。
从图6可以看出短期导流能力覆膜支撑剂在闭合应力较低10 MPa时，短期导流能力与石英砂相近，闭合应力大于20 MPa时，导流能力高于石英砂。石英砂和覆膜支撑剂长期导流能力初期下降较快，随着承压时间的延长逐渐降低；同等条件下覆膜支撑剂依然优于石英砂(见图6)。
图4. 聚合物在地层中携砂示意图
| 序号 | 配制水样名称 | 烧杯质量g | 烘后总质量g (烧杯 + 样品) | 残渣量g/L |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 地层水 + 卤水(瑞昌) | 31.0748 | 34.5086 | 343.38 |
| 2 | 地层水 + 卤水(百龙) | 31.1846 | 34.6104 | 342.58 |
| 3 | 聚合物(新) + 地层水 + 卤水(瑞昌) | 34.1751 | 36.4274 | 250.3 |
| 4 | 聚合物(新) + 地层水 + 卤水(百龙) | 26.739 | 28.872 | 237 |
| 5 | 聚合物(新) + 卤水(瑞昌) | 26.6835 | 30.8226 | 413.91 |
| 6 | 聚合物(新) + 卤水(百龙) | 40.4305 | 44.2898 | 385.93 |
| 7 | 聚合物(旧) + 地层水 + 卤水(瑞昌) | 33.0768 | 35.1111 | 226.03 |
| 8 | 聚合物(旧) + 地层水 + 卤水(百龙) | 39.7402 | 41.9649 | 247.2 |
| 9 | 聚合物(旧) + 卤水(瑞昌) | 59.6353 | 63.0718 | 343.65 |
| 10 | 聚合物(旧) + 卤水(百龙) | 23.4116 | 26.7872 | 337.56 |
| 11 | 聚合物(新) | 40.5875 | 40.6679 | 8.04 |
| 12 | 聚合物(旧) | 36.5858 | 36.6544 | 6.86 |
| 13 | 卤水(瑞昌) | 31.07 | 39.87 | 880 |
| 14 | 卤水(百龙) | 34.18 | 42.56 | 838 |
| 15 | 聚合物(旧) + 地层水 | 26.68 | 26.75 | 7 |
| 16 | 聚合物(新) + 地层水 | 33.08 | 33.15 | 7 |
表1. 西40-18井水样分析
| 饱和分 | 芳香分 | 胶质 | 沥青质 | 聚合物 |
|---|---|---|---|---|
| % | % | % | % | % |
| 30.21 | 17.32 | 9.87 | 0.49 | 42.11 |
表2. 充填砂和返排沉降砂分析数据表
| 区块 | 压裂充填防砂井数 | 液量下降30%时间 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 6个月以内 | 占比 | 6~12个月 | 占比 | 12个月以上 | 占比 | ||
| 注聚受益井 | 32 | 5 | 15.63% | 1 | 3.13% | 26 | 81.25% |
表3. 注聚受益井割缝管防砂后液量下降统计表
| 参数 | 指标 | ||
|---|---|---|---|
| 石英砂 | 新型支撑剂 | ||
| 圆度 | >0.6 | >0.8 | |
| 球度 | >0.6 | >0.8 | |
| 破碎率 | 12 MPa | 1.80% | 0.70% |
| 21 MPa | 12.60% | 4.83% | |
| 28 MPa | 15.80% | 6.20% | |
| 导流能力(μm2*cm) | 12 MPa | 120 | 120 |
| 21 MPa | 75 | 100 | |
| 28 MPa | 62 | 85 | |
| 吸附性 | 运输过程中易吸附粉尘，防砂后进入储层，减低渗透率 | 特殊涂层及工艺处理，避免粉尘吸附性。 | |
表4. 石英砂与新型支撑剂参数对比表
图5. 西40-18井取样分析图片
图6. 导流能力实验
实验结果表面，同等浓度条件下，覆膜支撑剂对聚丙烯酰胺的静态吸附量为石英砂的二分之一左右，随着聚丙烯酰胺浓度增加，静态吸附量趋于饱和(见图7)。
在30℃条件下，覆膜支撑剂在目前携砂液体系2% KCL基液 + 0.2%改性低残渣瓜胶 + 1.0% A26防膨剂 + 0.2% ZP-2助排剂体系中静置24 h后，携砂液粘度与PH值无变化，无絮状物及沉淀物生成，携砂液性能保持稳定。具有较好配伍性。
综合认为新型覆膜支撑剂因其具有圆球度高、破碎率低的性能，同时其导流能力高，吸附聚合物低于石英砂的特性，防砂后能有效保持近井地带渗透率，延缓堵塞时间，延长高效期。
复合缝缝型的加工采用复合加工方法，先用激光加工出梯形缝，最后用数控旋压机床将梯形缝旋压成复合缝(见图8)。整个加工过程自动化控制，加工精度高。复合割缝筛管防砂工艺是一种既有抗磨损能力又具有的“过滤自洁”能力的复合割缝筛管及其砾石充填防砂工艺，同时其各项性能指标明显好于目前的矩形缝割缝管和梯形缝割缝管。
实验结果表面，随着驱替时间的增加，复合缝割缝管驱替压力明显下降，与梯形缝筛管相当，且远远小于矩形缝割缝管，抗堵塞性能更好(见图9)。
图7. 吸附聚合物(HPAM)能力测试
图8. 复合缝筛管示意图
图9. 抗堵塞性能
随着驱替时间延长，复合缝渗透率下降相对梯形缝合矩形缝较少，维持稳定时渗透率更高，复合缝有更好的流通性能(见图10)。
随着驱替时间延长，复合缝割缝管出砂要明显小于矩形缝割缝管，与梯形缝割缝管相当，具有更好的档砂性能(见图11)。
图10. 流通性能评价曲线
图11. 挡砂性能评价曲线
1) 指标对比
从筛管的抗堵塞性能、流通性能、挡砂性能三个指标综合考虑，复合缝筛管的综合挡砂性能要优于梯形缝筛管和矩形缝筛管。
2) 优缺点对比
矩形缝筛管防砂技术砂堵现象严重，使用周期短，割缝尺寸受加工工艺的影响，不能保证与任何砾石匹配，加工时费时耗资。梯形缝筛管防砂技术抗磨损能力差，缝宽易变大，造成防砂失效；流阻大，采油能耗较高。
复合割缝筛管防砂工艺是一种既有抗磨损能力又具有的“过滤自洁”能力的复合割缝筛管及其砾石充填防砂工艺，同时其各项性能指标明显好于目前的矩形缝割缝管和梯形缝割缝管。
对矩形缝、梯形缝和新型复合缝在不同情况下的流阻进行分析，总结出了相应的规律关系，并优化了新型复合缝腔的结构形状，该种新型缝具有流阻小、抗磨损能力强等优点。
以廉价的“卤水”为基液，采用特殊的高分子材料增粘、降滤失，减少浸入储层的滤液量，减轻“卤水中钙镁离子”不配伍造成储层损害。其密度在1.30~1.40 g/cm3之间，API滤失量低于 ≤ 20 mL，成本较甲酸盐体系降低40%~60%。
根据生产井的实际情况，选择了复合缝 + 石英砂 + 优质压井液、复合缝 + 新型石英砂 + 清水、复合缝 + 石英砂 + 卤水 + 氮气返排、复合缝 + 石英砂 + 卤水四种不同组合方式进行现场试验，取得了显著效果。
从图12中可以看出，应用不同的防砂工艺其效果不同，其中复合缝效果最为理想。
防砂新工艺推广应用13口，其中复合筛管防砂工艺应用11口，复合筛管+新型石英砂2口。3口井应用优质压井液，日增液量270方，日增油能力49吨，截止到2016.12月底累计增油4855吨(见表5)。
通过注聚区防砂工艺技术的研究与应用，注聚区取得明显的效果，各项指标得到改善，保证注聚效果 [
1) 防砂高效期由166天提高到421天，延长255天；
2) 日产液量由1266方提升到1550方，日增液量284方；
3) 自然递减由16%降到9.1%，下降6.9%；
从综合生产曲线看，注聚区开发趋势变好，日产增油30吨，综合含水下降1.7个百分点(见图13)。进一步提高了聚驱开发效果 [
图12. 应用不同防砂工艺井生产曲线
图13. 港西油田注聚区综合生产曲线
| 缝型 | 复合缝 | |
|---|---|---|
| 压井液 | 使用密度 < 1.4 g/cm | 清水、卤水 |
| 使用密度 ≥ 1.4 g/cm | 优质压井液 | |
| 支撑剂 | 聚合物产出 < 20 mg/l | 石英砂 |
| 聚合物产出 ≥ 20 mg/l | 新型石英砂 | |
| 氮气返排 | 多次防砂效果差及污染严重井 | |
表6. 港西油田机械防砂井实施工艺选择规范
| 分项 | 施工参数 |
|---|---|
| 加砂强度 | 8~10 m3/m |
| 施工排量 | >2.4 m3/min |
| 砂比 | >35% |
| 层位 | 对应措施 |
| 明一油组 | 提高加砂强度 |
| 明二油组 | 提高加砂强度 |
| 明三油组 | 提高施工排量 |
表7. 港西油田注聚区防砂设计参数表
根据以上试验数据及现场应用，结合港西油田的实际生产情况，我们针对港西油田的注聚区的防砂工艺选择和参数的设定制定了规范(见表6、表7)。
1) 完成聚区油井防砂配套工艺技术研究及应用
对港西油田注聚区油井出砂机理及防砂井堵塞机理研究，改进防砂工艺，优选防砂技术，推广应用13口，取得较好的增油效果，高效期延长255天。
2) 制定出注聚区机械防砂井实施工艺选择规范和防砂设计参数，对以后注聚区防砂井的应用具有指导意义。
3) 聚合物驱油 [
许向峰. 注聚区防砂工艺技术研究与应用Study and Application of Sand Control Technology in Polymer Injection Zone[J]. 矿山工程, 2017, 05(04): 123-134. http://dx.doi.org/10.12677/ME.2017.54018