(1++++)毛管力与含水饱和度对岩石出砂的影响

毛管力与含水饱和度对岩石出砂的影响
汪伟英　张公社　何海峰　王孝忠　张志全
江汉石油学院石油工程系,湖北荆州,434023
摘　要　出砂是影响油井生产能力的一个重要因素。

防砂工艺技术的关键在于正确分析油层出砂的原因,并判断油层出砂机制。

通过室内岩心流动试验,研究了毛管力、含水饱和度对岩石出砂规律的影响。

结果表明:在束缚水饱和度时,毛管力对岩石表面微粒起到稳定作用;当油水同时流动时,岩石出砂临界流速随着含水饱和度的升高而下降,出砂量随着含水饱和度的增大而增大。

疏松砂岩油藏开采过程中应合理设计生产工艺参数,控制含水体积分数上升,以防止油井大量出砂。

关键词　毛管力　含水饱和度　出砂　临界流速　防砂
外采用的防砂方法很多,包括砾石充填、绕丝筛管、化学固结和地层预强化等;但无论哪一种方法都有一定的局限性,因此,防砂要从源头防起,在充分认识油层、了解油层岩石出砂机制的基础上,制定出合理的防砂方案。

影响油藏出砂的因素很多,也很复杂。

归纳起来主要有2个方面:地质条件和开采因素。

前者是油藏固有的特性,是出砂的内因;后者是引起出砂的外因,是主观因素,也是可控制因素。

因此深入研究疏松砂岩油藏生产过程中的出砂机制和规律,对油田的稳产高产有着重要的意义。

笔者通过室内岩心流动试验研究了岩石含水饱和度、毛管力对出砂的影响。

希望进一步完善对疏松砂岩油藏出砂机制的认识,为油田制定合理的开发方案提供依据。

1　试　验
111　试验材料
将取自油藏的疏松砂,清洗、烘干后填入直径2.5cm、长7cm的带有活动接头的钢套中,模拟油层的压实情况,制成与地层渗透率相近的岩样。

岩样出口端用40目的筛网封隔。

实验中采用的流体分别为黏度为1.0mPa・s的盐水(矿化度与地层水一致)和黏度为70mPa・s的精炼油。

试验测试前,先将制好的岩样抽空饱和盐水,然后在盐水容器中待用。

,
,用微量泵将油注入岩
,直至束缚水饱和(即直到岩样不再出水为止),接着提高泵的流速,测定在不同流速下岩样出口端的出砂量。

出砂量的意义是每cm3产出液中的含砂量(mg)。

112　残余油饱和时出砂规律测定
首先将饱和盐水的压实岩样建立束缚水饱和度(方法同上),再用微量泵将盐水注入岩样,用水驱替岩样中的油,测定岩样出口端被驱替出的油量,直至出口端不再出油。

接着逐渐提高泵的流速,测定在不同流速下盐水通过时岩样出口端的出砂量。

2　试验结果及讨论
通过岩心流动试验研究了岩石在不同含水饱和度情况下的临界出砂速度及出砂规律。

所用岩样润湿性均为亲水性。

为了了解在不同含水饱和度时,毛管力对出砂的影响,对P6及P7号岩心加入表面活性剂,并测定加入表面活性剂前后油水界面张力的变化。

所得结果见表1、表2和图1。

由表1可以看出,含水饱和度对岩样开始出砂的临界流速有一定的影响。

当岩样含水饱和度为束缚水饱和度时,岩样开始出砂的临界流速为4.0mL・min-1;而当含水饱和度为54.8%时,临界出砂流速下降到1.0mL・min-1;随着含水饱和度上升到67.6%,临界出砂流速进一步下降。

以上结果
　第15卷第3期中国海上油气(工程)Vol115,No13　2003年6月　CHINA OFFSHORE OIL AND G AS(EN GIN EERIN G)J un.,2003
说明
,当岩样含有油水两相流体时,临界出砂流速随含水饱和度的升高而下降。

其主要原因可归结为流体流动阻力的变化以及岩石胶结强度变化的影响。

当岩样中的水处于束缚水状态时,油流在孔隙度内部成连续状态。

这时少量的束缚水,一部分以水膜的形式包围在砂粒的周围,在水膜的外面形成油水界面,此时油水界面所产生的力起到保持砂粒
表1　临界出砂流速与含水饱和度关系
岩样号
渗透率/10-3
μm 2孔隙度/%岩石含水饱和度/%临界出砂流速/
(mL ・min -1)
P185033.2510010 2.00P284133.4729.5(束缚水)
4.00P385934.0667.60.75P4
854
33.83
54.8
1.00
表2　出砂量与油水界面性质的关系
岩样号
渗透率/10-3
μm 2孔隙度/%油水界面张力/(mN ・m -1)含水饱和度/
%盐水性质流速/
(mL ・min -1)
出砂量/
(mL ・min -1)P485433.8326.1254.8不含活性剂 2.0 2.764
图1　不同含水饱和度时出砂规律
稳定的作用;另一部分水分布于细小孔隙,所产生的毛管力阻碍油流进入,并把微小的自由颗粒固定下来,在相当大的油流速度下也不会被冲走。

当含水饱和度增大时,流体的流动由原油的单相流变为油水两相流动。

当其中一相流体含量较大时,就会使另一相流体失去连续性,使之成为大小不等的液滴。

当这些液滴通过孔隙喉道时,由于油水界面变形,引起阻力增大,这种现象就是贾敏效应。

流体的阻力增大,也就是对砂粒的拖拽力增加,这就为出砂创造了条件。

另外,当水成流动的连续相时,流动的剪切面为砂粒表面,只要流速有所增加,就会把原来稳定在砂粒表面的松散微粒冲走,并在适当的部位发生堆积,堵塞流动孔隙,而严重降低渗透率。

在流量保持不变的情况下,由于孔隙通道变窄,生产压差增大,因而进一步加大了岩石出砂的可能性。

对比图
也越大。

这是由于流体在高速流动时对砂粒的冲刷加剧了出砂。

因此在生产过程中要注意对流速的控制,以防流速过大引起油井大量出砂。

根据以上分析可知,毛管力在抑制出砂和促进出砂方面都起到一定的作用。

对亲水岩石,在束缚水饱和度状态下,毛管力对砂粒起到了稳定作用,而
当两相流体同时流动时,贾敏效应等由于油水界面
而产生的附加阻力,增加了流体对砂粒的拖拽力,因此使出砂变得严重。

从表2可以看出,相同渗透率的岩样,在相同的流速、相近的含水饱和度下,在水相中加入表面活性剂出砂量减小。

这主要是因为加入表面活性剂后,油水界面张力下降,两相流时贾敏效应所产生的阻力也有所下降,流动阻力减小,出砂量也减小。

3　结　论
1)在油水两相同时存在时,岩石出砂量随含水
饱和度增加而增加。

临界出砂流速随含水饱和度的升高而下降。

2)水侵使岩石胶结强度降低,并产生附加渗流阻力,加速岩石出砂,因此,油田在生产过程中应注意控制含水的上升,以防止油井大量出砂。

3)流体流速越大,对岩石骨架砂粒的拖拽力也
84中国海上油气(工程)2003年
海洋修井机国产化进程及发展方向
喻贵民1)　仵雪飞2)
1)中海油田服务股份有限公司,河北省燕郊,101149;2)南阳石油机械厂,河南省南阳市,473006
摘　要　对国产化海洋修井机的发展历程进行总结,寻找与国外海洋修井机的差距,提出全面提高国产化海洋修井机质量的建议,同时阐明国产化海洋修井机的发展方向。

关键词　海洋修井机　国产化　发展方向　模块钻修机　多功能船舶
1997年以前,海洋修井机完全依赖进口,随着海洋油田勘探开发活动空前活跃,海洋修井机需求不断加大,若其全部依赖进口,则成本太高,有可能使一些边际油田失去商业价值,或造成采油成本上升。

为谋求更大的投资回报,国产化海洋修井机应运而生。

自1996年南阳石油机械厂为渤海歧口17 -3平台设计、生产第一台国产化海洋修井机以来,国产海洋修井机的设计与制造经历了从无到有的发展过程。

目前,国内厂商为海洋石油公司已生产提供了22台修井机,其中渤海石油公司19台,南海西部石油公司3台。

本文就国产化海洋修井机的发展历程和现状进行阐述,并对国产化海洋修井机的发展方向进行分析。

1　我国海洋修井机现状
自首台国产化海洋修井机问世以来,国产化海洋修井机生产已得到很大的发展。

产品按动力配置分类有高速柴油机加液力机械驱动、直流可控硅(SCR)电驱动以及交流变频(VFD)电驱动;井架型式有塔形井架、双节套装井架(直立无绷绳),形成了最大荷载900、1125、1350、1575、1800kN等系列产品。

2002年6月,中国海洋石油总公司颁布了海上修井机的相关标准,使国产化海洋修井机向标准化、规范化方向发展。

目前已投入使用的标准化海洋修井机的基本参数见表1。

通过海上油田的长期使用和制造厂家的不断完善,国产化海洋修井机具有如下特点:
1)国内各制造厂家在掌握了陆地修井机的制造技术基础上,通过近年来对海洋修井机的研究,海洋修井机已实现产品系列化,能够满足国内海上油田的作业需要;
2)经进一步升级,可满足海上油田开发后期打调整井作业的需要;
3)随着工业造型设计水平的提高和防腐技术的进步,产品质量已有显著改善;
4)随着海上油田修井机标准的颁布,国产化海洋修井机正逐步实现标准化、规范化;
5)主要配套设备(防喷器及控制装置、泥浆泵)质量和性能达到国际同期水平;
6)海洋修井机的国产化率为60%,且修井机性能可靠。

2　国产化海洋修井机发展过程
从国产化海洋修井机的发展历程来看,大致可分为创始阶段和逐步完善及系列化生产2个阶段。

211　第1阶段:创始阶段
国产化海洋修井机经历了从无到有的阶段,填补了国内空白。

这一阶段的修井机,以南阳石油机械厂为渤海歧口17-3平台研制开发的HX J80B 型海洋修井机最具代表性。

该海洋修井机要求设计最大钩载1200kN,满足歧口l8-1和歧口17-3平台共用,受平台吊机能力的制约,要求修井机每个
越大,出砂也就越加严重,因此,在设计生产工艺参数时,应将岩石出砂问题考虑在内。

参考文献
[1]　万仁溥.采油工程手册.北京:石油工业出版社,2000:433-474[2]　Morita N.Realistic Sand Production Prediction,SPE16989,
1987
[3]　Samsuri A.Minimize Sand Production by Controlling Wellbore
G eometry and Flow Rate,SPE64759
(收稿日期:2002-12-27;编辑:吴宝棋)
　第15卷第3期中国海上油气(工程)Vol115,No13　2003年6月　CHINA OFFSHORE OIL AND G AS(EN GIN EERIN G)J un.,2003
K ey Words:waxy crude oil,pour point depressant,study
The Effect of Capillary Pressure and Water Saturation on Sand Production
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　W ang Weiyi ng,Zhang Gongshe,He Haif eng,W ang Xiaoz hong,Zhang Zhiquan(47) Abstract:Sand production is an important factor,which affects oil well productivity.Analyzing the reason and apprehending the mechanism of sand production are the critical technique for sand prevention.The effect of capillary pressure and water saturation on sand production has been researched through the core flow test in this paper.The result of experiments demonstrates capillary pressure may stabilize the particle on the sandstone at the minimum wetting phase saturation.When water and oil are flowing at the same time,the critical velocity of sand production decreases with the increasing of water saturation.During the process of developing the loose sand reservoir,the parameter of technology should be designed rationally in order to dominate water content ratio and prevent sand production in bulk.
K ey Words:capillary pressure,water saturation,sand production,critical velocity,sand prevention
・PETR OL EUM MACHINE・
Offshore Workover Rig’s Process of Localized and Its Future Development
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　Y u Gui m i n,W u X uef ei(49) Abstract:This article summarizes the process of local2manufactured offshore servicing rig to seek the gas between the localized and the overseas2made.And it paves the way for enhancing local2manufactured rig’s overall quality.At the same time,we try to find the direction of its future development and contribute our share to offshore oilfields’development and production.
K ey Words:offshore workover rig,localization of manufacture,direction of future development,modular drilling and workover rig
………………
Study and Application of the New Combustion for Environmental Safety W ang L an(53) Abstract:China Offshore Oil Technical Service manufactured the new combustion unit for the environmental safety.The unit has the following characteristics.First it satisfied the need of the pollution control.Second it has no residual after combustion.Third the unit is easy to install.Forth it makes less work to process pollution.By application of the unit,it makes good economic result in exploration and production of oil and gas in Bohai area.
K ey Words:test operation,combustion unit,high efficiency,non2pollution
・MANAGEMENT・
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Engineering Enterprise’s Production Planning and Control Based on Internet Kong Xiaomei(55) Abstract:The author analyzes the influence of Internet to traditional production planning and control of engineering enterprise, sets up a production planning and control model based on Internet,and presents two key factors of the model,IT and cooperative competition.Major problems of production planning and control are presented with the analysis of the new characteristics of produc2 tion control on the context of Internet.A new system prototype for planning and scheduling is designed in the end,and several as pects should be noticed during running engineering enterprises.
K ey Words:Internet,production,production control,model。