李效波

(中海油服油田生產(chǎn)事業(yè)部 天津 300459)

0 引 言

隨著海上油氣田開(kāi)發(fā)逐漸向深海發(fā)展，油氣井出砂很大地影響疏松砂巖油藏的開(kāi)采作業(yè)[1]。作為傳統(tǒng)機(jī)械防砂方法中的篩管是海上油氣防砂的核心部件，是否能有效防砂對(duì)原油的采收量起到至關(guān)重要的作用[2-3]。防砂除考慮相關(guān)工藝、篩管失效等因素外，還必須考慮篩管的過(guò)濾精度。過(guò)濾精度是多孔材料進(jìn)行產(chǎn)品性能等級(jí)劃分的重要依據(jù)，高效防砂依賴于篩管過(guò)濾系統(tǒng)的精心設(shè)計(jì)[4-5]。

海上稠油熱采開(kāi)發(fā)過(guò)程中防砂是必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)海上幾年的熱采防砂探索發(fā)現(xiàn)，金屬網(wǎng)布篩管是目前較為有效的防砂篩管。在多輪次熱采開(kāi)發(fā)過(guò)程中，篩管受高溫和交變熱應(yīng)力作用影響。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)金屬網(wǎng)布篩管經(jīng)歷350 ℃和7個(gè)輪次的高溫交變作用后其本體強(qiáng)度未受到明顯的影響[6]。在高溫條件下，篩管過(guò)濾體尺寸受熱膨脹；在高溫高壓腐蝕條件下[7-8]，篩管也會(huì)因腐蝕作用導(dǎo)致過(guò)濾精度變化，因此有必要進(jìn)一步明確高溫及腐蝕作用后的篩管過(guò)濾精度變化，及其對(duì)篩管擋砂性能的影響。通過(guò)對(duì)比不同溫度及腐蝕前后的粒度中值、高于篩管名義擋砂精度砂粒含量、出砂質(zhì)量、過(guò)濾比等參數(shù)，研究高溫及腐蝕作用對(duì)篩管過(guò)濾精度影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)材料為金屬網(wǎng)布篩管，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，試樣均為直徑68mm的圓形片。腐蝕試驗(yàn)采用高溫高壓反應(yīng)釜。對(duì)原始篩管試樣和腐蝕酸洗后試樣分別試驗(yàn)。腐蝕試驗(yàn)條件見(jiàn)表1。

圖1 金屬網(wǎng)布篩管試樣

溫度/℃腐蝕氣體分壓/MPaCO2O2周期/h試驗(yàn)介質(zhì)1202.50.5120模擬采出水

過(guò)濾精度試驗(yàn)采用自主設(shè)計(jì)的高溫過(guò)濾精度試驗(yàn)裝置(如圖2所示)，可以方便地模擬篩管高溫形變對(duì)試驗(yàn)砂通過(guò)的影響情況。具體試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表2。試驗(yàn)結(jié)束后，收集試驗(yàn)砂并用激光粒度儀進(jìn)行粒度分析。

圖2 篩管高溫過(guò)濾精度試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)條件試驗(yàn)參數(shù)試驗(yàn)砂量/g30試驗(yàn)時(shí)間/min20試驗(yàn)選用壓力/MPa0.3加砂方式分批次從進(jìn)砂口加入試驗(yàn)砂

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

篩管樣件經(jīng)過(guò)腐蝕作用影響，經(jīng)檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)擋砂介質(zhì)外觀沒(méi)有產(chǎn)生明顯的腐蝕破壞，擋砂介質(zhì)材質(zhì)也未受到明顯的影響，下面就其過(guò)濾精度和擋砂性能受到的影響開(kāi)展分析。

3.1 溫度對(duì)過(guò)濾精度影響及分析

對(duì)原始篩管試樣在25、60、90、120、160、200、240、260及300 ℃等9個(gè)溫度下開(kāi)展試驗(yàn)，濾出砂樣粒徑累積百分比曲線接近正態(tài)分布，粒度分布較為均勻。隨著溫度升高，與原始砂樣相比濾出砂粒徑在高于篩管名義擋砂精度范圍的比例明顯低于原始砂樣。9種溫度下篩管試樣濾出砂粒徑曲線隨溫度升高有向左移的趨勢(shì)(如圖3所示)。從而可看出篩管試樣過(guò)濾作用明顯，較大尺寸砂粒被擋在篩管外側(cè)。

圖3 腐蝕前篩管試樣濾出砂粒度分布曲線

如圖4所示，腐蝕前篩管試樣濾出砂粒度中值和高于篩管名義擋砂精度砂粒含量隨著溫度升高逐漸減小。由此看出，隨著溫度升高，腐蝕前篩管試樣濾出砂尺寸逐漸減小，小粒徑砂粒含量逐漸增加。腐蝕前篩管試樣過(guò)濾精度減小，隨溫度升高，金屬網(wǎng)布篩管擋砂性能提高。

圖4 腐蝕前篩管試樣試驗(yàn)后砂樣特征與溫度關(guān)系曲線

過(guò)濾后試驗(yàn)砂質(zhì)量與原始砂質(zhì)量的比值定義為篩管試樣的過(guò)濾比β，即β=濾出砂質(zhì)量/原始砂質(zhì)量。試驗(yàn)后收集到的試驗(yàn)砂質(zhì)量及過(guò)濾比如圖5所示。隨著溫度的升高，腐蝕前的篩管試樣過(guò)濾出的試驗(yàn)砂質(zhì)量和過(guò)濾比逐漸減小。

圖5 腐蝕前篩管試樣不同溫度下出砂量及過(guò)濾比

3.2 腐蝕對(duì)過(guò)濾精度影響及分析

如圖6所示，腐蝕酸洗后試驗(yàn)砂粒徑百分比曲線均接近正態(tài)分布，表明濾出砂粒度分布較為均勻。隨溫度升高，篩管試樣濾出砂粒徑在高于篩管名義擋砂精度范圍的比例明顯低于原始砂樣，可看出篩管試樣過(guò)濾作用明顯，較大尺寸砂粒被篩管阻擋。

圖6 腐蝕酸洗后篩管試樣濾出砂粒度分布曲線

如圖7所示，酸洗后濾出砂粒度中值稍低于原始砂樣，酸洗后高于篩管名義擋砂精度砂粒含量也稍低于腐蝕前。這是由于腐蝕后，篩管在過(guò)濾體網(wǎng)孔及各層過(guò)濾

圖7 腐蝕酸洗后篩管試樣砂樣特征與溫度關(guān)系曲線

體間的縫隙中附著有腐蝕產(chǎn)物，酸洗很難將其清洗掉，使得酸洗后濾出的試驗(yàn)砂粒度較腐蝕前偏小，從酸洗后的累計(jì)粒度分布曲線中也可看出，其粒徑曲線比腐蝕前有向左移的趨勢(shì)，過(guò)濾出砂粒尺寸減小。由圖8可知，腐蝕酸洗后收集到的試驗(yàn)砂質(zhì)量和過(guò)濾比大于腐蝕前。表明腐蝕后篩管仍然有良好的擋砂性能。

圖8 腐蝕酸洗后篩管試樣不同溫度下出砂量及過(guò)濾比

3 結(jié)論

1)篩管濾出砂質(zhì)量、粒度特性數(shù)據(jù)等試驗(yàn)結(jié)果表明，高溫和腐蝕作用后其擋砂性能沒(méi)有明顯降低。

2)通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，評(píng)價(jià)防砂篩管的擋砂性能的指標(biāo)，除了濾出砂粒度中值和高于過(guò)濾精度值的砂粒含量外，還可以包括濾出砂的質(zhì)量和過(guò)濾比這兩個(gè)重要指標(biāo)。

3)試驗(yàn)研究結(jié)果對(duì)稠油熱采防砂設(shè)計(jì)和保障熱采穩(wěn)定長(zhǎng)效開(kāi)發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。