1、稠油出砂冷采過程中出砂量的確定稠油出砂冷采（CHOPS）是被實(shí)踐證明了的一種高效開采稠油新技術(shù)， 其技術(shù)的關(guān)鍵是出砂增加地層的孔隙度和滲透率，形成蚯蚓洞高滲網(wǎng)絡(luò)， 從而增大稠油在地層中的流動(dòng)性。然而大量出砂導(dǎo)致地層堵塞嚴(yán)重、井筒 摩擦加大、管壁腐蝕加劇、地面的處理成本增加以及環(huán)境污染嚴(yán)峻等一系 列生產(chǎn)問題。為此本文調(diào)研前人研究成果15，基于質(zhì)量守恒定律，通過理論推 導(dǎo)出CHOPS過程中的合理出砂量。1.理論推導(dǎo)1.1基本理論以射孔眼處不積累砂子為平衡假設(shè)點(diǎn)，則稠油出砂冷采過程可以分為 地層內(nèi)的平衡流動(dòng)和井筒內(nèi)的平衡流動(dòng)兩大部分。1.1.1井筒內(nèi)的平衡流動(dòng)基于艾倫（Allen）沉降公式6，計(jì)算井

2、筒內(nèi)砂粒平衡的條件：（1-1）式中：固體在流體中的沉降速度，m/；：固體顆粒的雷諾數(shù)，無因 次；：固體顆粒的當(dāng)量直徑，m；：重力加速度，取9.81m/2；：液體密 度，kg/m3；:固體密度，kg/m3。為了使稠油能順利的攜帶出井筒內(nèi)的砂子，井筒內(nèi)含砂流體的臨界流 速必須大于砂子在稠油流體中的沉降速度，即井筒內(nèi)攜砂流體的臨界流量 滿足如下公式：式中：井筒攜砂的臨界流量，m3/；:井筒半徑，m；艾倫公式中的 雷諾數(shù)取固體雷諾數(shù)計(jì)算公式7：(1-3)式中：流體粘度，mPa. o(注：其他參數(shù)同上)1.1.2地層內(nèi)的平衡流動(dòng)生產(chǎn)壓差的確定地層壓力是油田開發(fā)過程中的核心問題，而合理的生產(chǎn)壓差是科學(xué)開

3、發(fā)油田的關(guān)鍵。JI.G.Menk等人在防砂實(shí)踐中推導(dǎo)出油井出砂的最低流動(dòng) 壓力，為指導(dǎo)稠油出砂冷采技術(shù)中啟動(dòng)砂粒運(yùn)移的合理生產(chǎn)壓差提供了依 據(jù)，其計(jì)算公式如下式8：(1-4)式中：地層出砂的最大油井井底流壓，MPa；:巖石密度，kg/m3；： 巖石導(dǎo)壓系數(shù)，1/MPa；:重力加速度(=9.8m/2)；:產(chǎn)層厚度，m；： 地層傾角，(。)；：巖石泊松比，無量綱；：巖石顆粒摩察系數(shù)，無量 綱；：巖石顆粒的內(nèi)聚力，MPa。在實(shí)際的生產(chǎn)中保持井底流壓小于，從而保證持續(xù)的出砂來增加地層 原油的流動(dòng)性。蚯蚓洞滲流簡(jiǎn)化單個(gè)蚯蚓洞流量公式：(1-5)N個(gè)蚯蚓洞流量公式:(1-6)混砂液的粘度計(jì)算公式6：(1-

4、7)式中：含砂稠油在蚯蚓洞內(nèi)的流量，m3/；:生產(chǎn)壓差，MPa；:蚯 蚓洞半徑，m；：蚯蚓洞長(zhǎng)度，m；：蚯蚓洞個(gè)數(shù)，無量綱；：混砂液粘度， Pa.；：含砂原油與原油的相對(duì)粘度，無因次；：原油的粘度，Pa.；：含 砂濃度，百分?jǐn)?shù)。1.2基本原理基于質(zhì)量守恒原理，炮眼處不發(fā)生砂堵，滿足地層產(chǎn)出砂與井筒攜砂 量的平衡，使地層出砂得以順利進(jìn)行，從而提高原油采收率。假設(shè)地層砂 的流動(dòng)過程經(jīng)歷如下環(huán)節(jié)，其流動(dòng)示意圖如下：地層出砂炮眼處砂堵現(xiàn)象井筒攜砂圖1出砂流動(dòng)過程示意圖1.3理論推導(dǎo)適合稠油出砂冷采技術(shù)的疏松砂巖油藏出砂機(jī)理十分復(fù)雜，影響因素 眾多，所以在此作如下假設(shè)：忽略地層復(fù)雜的出砂機(jī)理，只考慮出砂

5、量；地層出砂主要是通過蚯蚓洞中的流動(dòng)帶出地層砂，其流動(dòng)規(guī)律 假設(shè)為管流；（3）以炮眼為求解節(jié)點(diǎn)，且炮眼不發(fā)生砂堵時(shí)，則有流進(jìn)節(jié)點(diǎn)和流 出節(jié)點(diǎn)的砂量平衡，其中每個(gè)炮眼的臨界流速為，射開層段內(nèi)的攜砂量為;（4）以井筒為求節(jié)點(diǎn)時(shí)，且井筒不會(huì)發(fā)生砂粒沉降而堵塞，則設(shè)井 筒可以提供攜砂液的排量最大為8。（1-8）（1-9）式中：炮眼中液體的臨界流速，m/；：炮眼中液體的臨界流量， m3/；：流入炮眼的臨界流量，m3/；:射孔炮眼直徑，m；：射孔總厚度， m；：射孔密度，L/m。基于上述出砂平衡原理和基本理論假設(shè)，要使得地層、炮眼、井筒三 處不發(fā)生堵塞現(xiàn)象，則必須滿足如下條件：（1-10）其臨界條件是：（1-11）由上式（1-11）可以得出兩種解的合理出砂量：（1-12）代人（1-6）式于（1-12）得：（1-13）通過聯(lián)立（1-7）和（1-13）兩式可以得到合理含砂濃度，則合理出 砂量為：。同理，（1-14 ）式所得的合理出砂量為：。2.結(jié)論本文通過對(duì)稠油出砂冷采（CHOPS）過程中合理出