0 引言

疏松砂岩油气藏在我国分布广泛^[1-2]，目前在该类型油气藏的开采中，为了防止油气井出砂，降低对油气井寿命或是对生产设施产生影响，采用防砂筛管的机械防砂方法是一种既经济又可行的方法，因此被国内外各大油公司广泛应用于疏松砂岩油气藏的开采中^[3-5]。然而受地质储层构造及各种生产因素的影响，在使用防砂筛管的油气井中，仍然有部分油气井会出现防砂失败的情况。引起防砂筛管失效的影响因素很多，包括筛管的挡砂精度、筛管强度、地层砂特性、地层流体特性、油气水产量、生产压差和生产制度等，防砂筛管的失效大多数时候不是由单一影响因素引起的，而是多种影响因素综合影响的结果^[6]。按照石油行业标准，使用含砂质量分数这一指标作为评价油井防砂效果的评价指标，当防砂后的含砂质量分数(占产出液的百分比)小于0.03%时，认为防砂完全有效^[7]。同时地面生产流程对油气井的含砂质量分数也有严格要求，当含砂质量分数超过地面生产流程的承受极限后，会损害地面生产流程，影响油气田的正常生产^[8]。因此研制一套实尺寸防砂筛管防砂效果检测系统，实现防砂筛管防砂效果的室内评价，并形成一套较先进可靠的理论认识以指导现场施工意义重大^[9]。中海油能源发展工程技术公司以疏松砂岩出砂筛管易失效为背景，于2016年成功研制了实尺寸防砂筛管防砂效果检测系统，并开展了不同完井防砂方式的试验研究。

1 检测系统的研制 1.1 结构

实尺寸防砂筛管防砂效果检测系统是一套完全自主设计的，能够模拟油井实际防砂情况，检测防砂效果的大型试验装置^[7]，其总体结构如图 1所示。

砂浆罐及搅拌系统是试验流体介质的混合场所，由砂浆罐和搅拌装置组成，电机提供搅拌动力。高压钻井泵系统是整套试验系统的动力驱替装置，与高压釜体通过管线流程相连，沿程布有进液口流量计、进液口阀门和进液口压力传感器等，可通过流量及压力检测装置进行实时监控。高压釜体为实尺寸防砂管防砂效果检测系统的核心部分，是筛管防砂评价试验的唯一场所，具体结构如图 2所示。

高压釜体结构为一个圆柱体容器，井筒外径800 mm，内径600 mm，耐压30 MPa，且带加热保温装置，可模拟120 ℃地层温度。井筒的旋转角度0°~90°，可模拟实际定向井试验。釜体内布有均匀螺旋分布的进液盘管，其与进液管线相连，盘管上均匀打满出液小孔，可模拟实际地层径向渗流；上、下筛管压帽位于套管试件的内部，用于固定筛管试件，筛管试件安装在釜腔的最内层，筛管安装完毕后，预充填试验地层砂，然后装上活动大盖，启动高压钻井泵按照设计排量及压力进行筛管防砂评价试验。试验产生的回液通过出液口与回收罐相连，从而实现循环驱替试验。因高压釜体系统装置复杂，质量较大，在装置拆卸安装及旋转时采用了自动装卸盖及旋转机构。高压釜体支架及釜盖拆卸装置如图 3所示。

卸盖齿轮齿条可以实现釜盖和釜体的拧紧或是松开；釜盖拆卸装置移动轨道由一对安装在地面的平行钢制轨道组成，通过推拉可以实现釜盖提升装置在轨道上的滑动；通过摇杆与涡轮配合驱动釜体倾斜，从而调节高压釜体的倾斜角度。

1.2 主要功能

利用该检测系统可以完成以下试验：①水平井、定向井采取不同防砂完井方式的防砂效果评价及参数优选试验；②机械防砂筛管防砂时充填质量和充填效果的检测和评价；③防砂筛管砾石充填模拟试验；④防砂筛管性能评价试验，包括挡砂精度、抗堵塞和抗冲蚀等；⑤模拟生产井二次防砂小筛管产能影响评价试验；⑥筛管酸化解堵效果评价和注水评价检测试验。

2 试验方法及流程

以国内海上某油田为例，利用实尺寸防砂筛管防砂效果检测系统试验评价该油田常用筛管的挡砂效果。试验流程具体如下：

(1) 将试验防砂筛管加工成筛管短节，总长80 cm，有效过滤长度50 cm，安装于高压釜腔体内，通过上、下筛管压帽连接固定。

(2) 根据油田开发储层砂样筛析曲线数据，配置模拟试验用砂。将一定粒径的石英砂按照一定的质量百分比充分混合后，加入高压釜腔内由分流网套和防砂管组成的环空区域并压实地层砂。

(3) 利用釜盖拆卸装置，安装旋紧高压釜盖，准备试验驱替。

(4) 连接好管线，通过高压泵组按照一定的流速泵注驱替液到试验管线中，试验过程中通过压力传感器检测并记录防砂筛管及高压釜内各环空的压力值，反算筛管的渗透率变化值，并收集产出砂液于回收罐中，通过安装在回收罐下部的出砂计量筒，计量出砂量。

(5) 按照相同步骤，更换不同类型筛管，依次完成筛管挡砂效果评价试验，实现现场完井防砂方式的优化。

(6) 后期若评价筛管的解堵效果，可将一定配方的酸液由高压釜泵入，流经出液口、筛管中心管和筛套环空，进行24 h循环清洗，试验结束，再次进行驱替试验，泵注驱替液，记录试验过程中防砂筛管及高压釜内各环空的压力值，反算筛管的渗透率值，以此可反映酸化解堵的效果。同样，也可从筛管内向外注入一定量的清水，模拟注水井的注入过程，注水压差按照最大承压能力30 MPa设计，注入参数稳定后，瞬间停注，压力传感器实时记录高压釜体内各环空的压力参数。

(7) 最后，根据不同的试验目的进行数据处理和结果分析。

3 试验结果分析

利用该试验装置，更换不同类型筛管，得出防砂筛管压力、流量、渗透率和米采指数等参数随时间变化的曲线，优选出适合油田的防砂筛管类型。试验曲线如图 4和图 5所示。

试验结果表明：①3种类型筛管随着驱替时间增长，渗透率和米采油指数呈现下降趋势，后期表现趋于稳定，主要原因为筛管表面发生了泥质堵塞，影响了筛管的过流性能。一般来说，筛管的堵塞机制主要包括表层架桥堵塞和内部截留^[10]。本次筛管主要是发生了表层架桥堵塞而导致渗透能力下降。②A型筛管过流能力约为B型筛管的4倍，C型筛管过流能力最低。在进行防砂工艺优化及参数优化设计时，应优先选用过流能力较好的防砂筛管。因此优选A型筛管用于该油田的完井防砂作业。③对于同一储层，相同产液强度下，筛管过流能力越强，油井生产压差越小，对平台的负载越小，生产成本越低。

4 结论

(1) 开展完井防砂工艺技术的基础研究必须具备先进的试验设备及手段。实尺寸防砂筛管防砂效果检测系统是完全自主开发的一套自动化多功能化防砂工艺评价装置，可最大程度地模拟生产工况。

(2) 现场技术推广实施必须以室内全方位的模拟试验为理论指导，从而探索适合现场开发的完井方式，降低作业风险及成本，提高现场成功率。

(3) 该装置的研制成功，必将推动完井防砂工艺的完善和发展，具有非常重要的现实意义。