刘彦成 李云鹏 蒋曙鸿 张彩旗 张 雷 江 聪

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院， 天津 300452； 2.中海油研究总院， 北京 100027)

稠油出砂冷采(CHOPS)是被实践证明了的一种高效开采稠油新技术，其技术的关键是出砂增加了地层的渗透率和孔隙度，从而增大了稠油在地层中的流动性。然而大量出砂导致地层堵塞严重、井筒摩擦加大、管壁腐蚀加剧、地面的处理成本增加以及环境污染严峻等一系列生产问题。因此在实际的生产过程中，并非出砂量越高越好，而是必然存在一个合理的出砂量数值。为此本文针对CHOPS技术“合理出砂量”这一核心问题进行理论推导，计算得到CHOPS过程中的合理出砂量，这对于做好稠油油井的生产管理工作和科学开发稠油油藏有着十分重要的现实意义。

1 基本理论

若以射孔眼处不积累砂粒的状态作为平衡点，则稠油出砂冷采过程可以划分为地层内的平衡流动和井筒内的平衡流动两大部分。

1.1 井筒内的平衡流动

基于艾伦(Allen)沉降公式[6]，计算井筒内砂粒平衡的条件：

(1)

式中：ut— 固体在流体中的沉降速度，ms；

Re— 固体颗粒的雷诺数，无因次；

de— 固体颗粒的当量直径，m；

g— 重力加速度，取9.81 ms2；

ρl— 液体密度，kgm3；

ρs— 固体密度，kgm3。

为了使稠油能顺利地携带出井筒内的砂粒，井筒内含砂流体的临界流速必须大于砂粒在稠油流体中的沉降速度，井筒内携砂流体的临界流量应满足式(2)：

(2)

式中：Qt— 井筒携砂的临界流量，m3s；

R— 井筒半径，m。

艾伦公式中的雷诺数Re取固体雷诺数，计算公式[7]：