一种稠油热采井携砂上返模型计算—以海上A油田D井为例

张玉久林涛谭帅

(1.中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，天津300450；

2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452）

一种稠油热采井携砂上返模型计算—以海上A油田D井为例

张玉久1林涛1谭帅2

(1.中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，天津300450；

2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452）

稠油出砂问题一直困扰着稠油的开发，尤其是海上胶结疏松砂岩的稠油油田。海上稠油油田热力吞吐采油后，注入的热流体的热量对砂岩的胶结产生了破坏，在吞吐后采油的过程中必然会造成出砂，如何控制出砂以延长稠油热采的有效期、如何在目前老井的防砂方式下提高稠油热采的效果，一直是困扰着热采井产量的提高的问题，本文使用一种携砂上返模型，以A油田D井为例计算了携砂上返的临界速度，控制临界速度使油井有限出砂，保证稠油热采的延续性，提高稠油热采的效果。

海上油田；蒸汽吞吐；携砂能力；稠油

渤海湾稠油油田胶结疏松，在热力吞吐后极易出砂，为防止砂粒在井筒底部沉积，需研究砂粒在液体中的沉降规律，从而确定生产时的最低排量。不同粒径范围的砂粒，沉降雷诺数的范围不同，则砂粒的沉降规律不同；液体的类型不同，砂粒的沉降规律亦不同；当液体粘度较小时，砂粒在其中的沉降雷诺数将远远大于1，用斯托克斯公式计算将带来较大的误差。因此计算颗粒在液体中的沉降速度时应考虑液体的类型及砂粒的大小［1］。

1　理论依据

在热流体吞吐后，产出液的成分主要有气体、产出水、产出油和产出砂。对于携砂上返，气体的影响因素较小，主要考虑混合液体粘度及砂粒粒径的影响。

流体根据其流变特性可分为三大类：即牛顿流体、幂律流体和宾汉流体。根据两相流理论，砂粒在牛顿流体、幂律流体及宾汉流体中不同沉降雷诺数范围内的沉降规律不同，常用的斯托克斯公式仅适应于颗粒沉降雷诺数较小的情况；当砂粒较大、液体粘度较小时，用斯托克斯公式得出的计算值与实际值相差很大。本文利用的新推导公式所得的理论计算值与实测值的误差较小，得出的砂粒沉降规律较为准确，可用于现场流体携砂能力的研究。

本文利用修正的全井筒泡沫油流临界携砂流速理论计算模型［2］来计算临界携砂流速。

常规公式计算出的临界携砂流速往往小于实际携砂流速，通过使用修正系数，准确地求取井筒临界携砂流速，如下式：

式中uoi为砂粒的上返速度，ρs为砂粒密度，dp为砂粒平均粒径，ρoi为混合液密度，g为重力加速度，Cs为容积颗粒浓度，CD为球形颗粒的曳力系数，fw为管壁效应因子；2A油田概况

A油田位于渤海中部海域，属于高粘重质油油田，是迄今为止中海油在油田开发中所面临的最具挑战性的稠油油田。截止到2007年7月，南区累计生产原油13.95×104m3，采出程度0.29%［3］.A油田是疏松砂岩稠油油田，胶结程度差，油井易出砂，最容易造成油层砂埋、油管砂堵［4］。对于热采吞吐井，如被迫起出油管、冲洗砂埋地层，工作量大，容易造成冷伤害，使得注入的热量不断的损耗，恢复生产后达不到提高采收率的目的。

A油田的水质属碳酸氢钠型（NaHCO3），矿化度高，通过实验测得D井的产出水的密度为0.988g/cm3，D井产出砂的粒径分布如图1所示。通过实验测得D井的产出砂的密度为2.6706g/ cm3，砂粒平均粒径0.25mm。

图1　A油田D井产出砂的粒径分析

3　利用模型计算

根据D井生产情况选取Cs容积颗粒浓度为1.5%，根据公式（2）计算不同组分混合液体的密度ρoi为0.9598g/cm3，

ρoi=Voρo+Vwρw（2）

式中ρo为油相密度，Vo为油相体积，ρw为水相密度，Vw为水相体积；

考虑井筒内流体的流态，雷诺数通过计算可以得到为Re=1.716×10-5；

对于修正系数，考虑颗粒群干扰沉降和管壁效应得颗粒群干扰沉降可以得到：

当Re＜0.2时，使用（4）（5）式计算可以得到n=5.21，fw= 0.97；

CD可以采用相关文献提供的经验公式［5］，通过定义2个无因次群组，根据本次计算需要选取一个，当8.5×10-8≤Re≤0.1，根据（6（）7）式计算结果可以得到CD=0.0989；

综合（2）（3）（4）（6）求得的数据代入公式（1），则平均临界携砂上返速度为21.73mm/s，使用3-1/2''油管，将砂粒砂携带上的最小排量为不小于11.3m3/d。

在A油田D井使用这一结果控制油井的产出，起到了很好的效果。

4　结语

4.1使用该模型计算的结果符合实际生产情况，能较好地指导生产；

4.2通过该模型计算的结果可以有效的控制油层的出砂量，延长热采的有效期，提高原油的采收率。

［1］李爱芬，王士虎，王文玲.地层砂粒在液体中的沉降规律研究［J］.油气地质与采收率，2001，1（8），70-74.

［2］单高军，杜志敏，惠丽丽.全井筒泡沫油流临界携砂流速计算模型［J］.大庆石油学院学报，2008，32（4），49-52.

［3］李浩.A油田单井蒸汽吞吐优化设计［J］.油气田地面工程，2008，27（11），35-36.

［4］刘玉章，郑俊德，夏惠芬.难动用储量开发采油工艺技术［M］.石油工业出版社，2005.

［5］张庆著.球形颗粒的曳力系数的直接计算［J］，化学工程，1990：1（18），76-77.

张玉久(1984－),女,学士，2006年毕业于长江大学石油工程专业，现从事海上油田采油工艺技术方面的研究。