水平井裸眼砾石充填防砂完井技术研究

水平井裸眼砾石充填防砂完井技术研究

张国平

张国平

COSL油田生产事业部完井中心广东湛江524057

摘要：高孔高渗储层在全球占有较大比例，对高孔高渗油藏实施防砂完井能够大大延长油井的开采有效期，提高油井采收率。目前水平井的开发是实现油井高产稳产的有效手段，水平井的开采一般采用潜油电泵强采，液量大，油井开采后近井地带亏空，地层骨架松散，会造成油井大量出砂；水平井、大针度井的砾石充填完井可以将防砂有效期延长至十年。笔者对砾石充填完井技术进行了相应管柱结构及配套工具性能的研究，对各项施工参数进行了设计，为相关技术人员的现场应用和技术研究提供了有意义的参考。

关键词：水平井；裸眼砾石充填防砂完井

1、前言

为实现疏松砂岩水平井的有效开发，笔者对水平井裸眼充填完井技术进行了研究，研究了配套的防砂完井管柱、筛管和配套工具的结构与性能，对完井过程中的施工过程中的泵压、排量、砂比等重要参数进行了优化。在现场进行砾石充填的过程中，由于影响砾石充填效果的因素比较多，所以在实际的防砂完井设计中需要加强对井径数据、完井液、管柱结构、防砂工具等的优化分析。在现场的应用过程中，采用的砾石充填砂比保持在5%-10%，排量保持在500-1000L/min。通过采用循环充填方式进行筛管与裸眼之间的砾石充填，挡住了有层中的砂子讲入井筒。

2、水平井裸眼砾石充填完井技术特点分析

对于水平井而言，为了在最短的时间内获得最大的经济回报，较好的开采方式是电泵强采，但这也会造成油井过早出砂，检泵作业频繁，生产成本大大增加。较为理想的完井方式是采用筛管外充填挡砂砾石的方式，裸眼完井方式保证了油层与井筒的接触面积，同时在筛管外部采用挡砂砾石，不仅能够起到筛管和砾石多级挡砂屏障的效果，还可以机械支撑井壁，避免井壁在开采一段时间后因骨架松散发生坍塌。在油井生产出去，细粉砂能够随液体流人井筒，有了砾石充填层的保护能够降低液体对筛管的直接冲刷，提高了筛管的挡砂有效期。因此采用裸眼+筛管+砾石充填层的完井方式大大提高了油井防砂时间，能够满足日产液100方以上的生产需求。

3、水平井裸眼砾石充填完井管柱设计

在水平井完井过程中，大部分目的层为单一油层，在设计砾石充填完井管柱的过程中主要采用以下两种管柱，其中一种是采用上部注水泥下部筛管完井管柱，管柱从下到上依次为引鞋+洗井阀+砾石充填装置+套管短节+筛管串+套管短节+筛管短节+盲板+套管短节+裸眼封隔器+分级注水泥装置+套管串至井口。该工艺施工结束后需要对盲板进行钻塞，钻塞结束后进行充填管柱的下人，充填管柱的结构组成从下到上依次是充填服务装置+变扣+冲管串+油管串至井口。另外一种较为常用的管柱是采用裸眼段悬挂筛管，悬挂器坐挂在上级套管末端的管柱方案。使用该管柱从下到上依次是导向装置+套管短节+砾石充填装置+套管短节+筛管串+套管短节+悬挂器+变扣+钻杆串至井口。悬挂器的选用一般为液压丢手和倒扣正转丢手双保险，充分保证管柱完全丢手。使用该工艺施工无需钻塞，对应的后期充填管柱从下到上依次是充填服务装置+变扣+冲管串+油管串至井口。

4、防砂筛管研究及防砂完井工具研制

现场防砂完井的筛管采用复合防砂筛管，该筛管的基管采用常规套管打孔，设计为16孔/米，该技术在打孔筛管外部缠绕焊丝，并且在焊丝上附加一层过滤网，确保防砂的有效性，在过滤网的外侧焊接有保护罩，其中保护罩上采用冲缝孔的方式，能够起到一定的挡砂作用。冲缝能够改变流体流人筛管内的方向，避免了砂液对筛管的直接冲刷，延长使用寿命。在室内实验检测中，筛管的最大抗压达到了四十兆帕，在五十吨拉力作用下伸长量为百分之三，扭矩的数值也在要求的范围内，预测使用寿命能够达到标准筛管的三到五倍，能够满足水平井长井段的防砂需求。在砾石充填完井的砾石充填层要求单边砾石充填层厚度要大于五十毫米，才能起到有效挡砂的作用，在此过程中一般要求对裸眼进行扩眼，增加井眼直径，目前的复合筛管能够减低单边砾石充填层厚度的要求，减少扩眼的需求和施工成本。

在完井工具中，常用的是顶部充填和底部充填工具。在现场应用过程中，两种工具均有使用。其中，顶部充填采用一趟管柱的充填方式，将充填管柱、筛管一次性下人到油井中，施工过程中将工具、筛管和充填工具等一次下放到预定位置，然后从管柱内投球，正打压至一定压力封隔器坐封，胶皮与套管内壁接触实现密封，卡瓦与套管外壁咬合实现悬挂，液体通过油管进人到筛管外部，砾石留在筛管与裸眼底层之间，液体经筛网返回到地面，从而实现充填。在底部充填工具中，采用的是充填服务器和充填工具对接的方式，其中充填工具中最为关键的部件是充填滑套，充填滑套的下端是复位弹簧，复位弹簧在充填施工期保持张开状态，这样可以确保在施工前和施工结束后充填滑套复位将充填孔关闭，避免砾石进人到井筒中。另外的一个较为重要的工具是大通径桥塞，该工具的下方悬挂筛管，工具的最大内径运行冲管顺利通过。大通径桥塞的在后期可以通过下人专用的可退式捞矛进行打捞，为二次完井或老井防砂奠定基础。

5、砾石充填的水动力学特性分析

水平井砾石充填的过程全程人为控制，整个充填过程是分阶段进行的，其中每个阶段的充填作用和功效各不相同，开始主要靠携砂液将砾石带人到筛管与裸眼地层之间，在此过程中由于砂液要进人到地层里，有一部分液体发生渗流使一部分砾石提前沉降到筛管与裸眼井筒的下半部分，并逐渐填满，当液体到达筛管末端时实现筛管的下端开始脱砂，转而开始上半部分的充填施工。其中在第一阶段的充填过程中，沙丘不断形成又不断被破坏，推动着整个砾石充填层向前不断移动，最终达到稳定状态。相对而言，裸眼井的内径对于充填效果和充填效率影响较大，裸眼井的直径较大时流体流动速度下降，砾石过早堆积，导致充填段距离短，但砾石充填层厚度较厚；当裸眼井的直径较小时流体流动速度增加，砾石运行距离长，能够保证充填段距离长，但砾石充填层厚度较薄，极有可能达不到要求的充填厚度。在随后的完井过程中，通过该过程将筛管与裸眼之间的空隙充填完全。

在现场施工过程中，一般采用两台泵车将液体与砾石共同泵人到井中，泵车的总施工排量一般维持在五百到一千升每分钟，其中对于排量的设计涉及到的参数比较多，比如冲管和筛管的尺寸、充填砾石的浓度、携砂液的粘度等。

6、结束语

该技术在易出砂油藏中有着较好的应用效果，能够大大延长油井的低砂或无砂开采有效期，提高油井效益。在携带砂子的液体的配置过程中，如果地层漏失量不大，可以采用氯化钾作为液体，在泵送过程中要充分考虑地层的破裂压力和合理的泵注排量。目前的防砂完井配套工具的现场使用较为成熟，其中底部逆向充填技术不仅可以应用在裸眼井中，在套管井内的防砂效果也较好，一般优选底部充填。顶部砾石充填工艺施工方便简单，但在施工过程中存在着对接不准的问题，因此可以研究顶部精准对接技术，提高充填完井的工具对接成功率。

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