高壓礫石充填防砂工藝在孤東油田的應用

摘要 孤東油田是國內典型的疏松砂巖油藏，油層埋藏淺，壓實程度差，膠結疏松，地層易出砂，高壓礫石充填防砂工藝已經成為孤東油田主要的防砂配套工藝。

關鍵詞 孤東油田；出砂；高壓礫石充填

一，地質與生產概況

孤東油田是80年代中期投入開發的國內著名的出砂油田，含油面積57km2，地質儲量超過2.5億噸，其主力油層館陶組含油層系形成于第三紀的河流沉積，其埋藏淺，泥質含量高，膠結疏松及油稠等因素造成了油層出砂嚴重，防砂治砂一直是井下作業的主要工作量，高壓礫石充填防砂工藝在2000年引入孤東油田后，隨著高壓充填的逐步成熟，應用比重逐漸增大，通過近幾年工藝的改進，形成了一套適合于孤東油田的工藝技術，因為它的推廣應用，有效的解決了孤東油田防砂與解除地層堵塞同時進行的難題。

二，油層出砂原因及其危害

地層出砂沒明顯的深度界限位，它是由井底附近地帶的巖層的巖層結構破壞所引起的，分為地質條件和開采因素，其中地質條件是內因，開采條件是外因。一般說來，地層應力超過地層強度就有可能出砂。地層強度決定于地層膠結物的膠結力，地層顆粒物之間的摩擦力以及地層顆粒本身的重力，而容易出砂的油層巖石主要以接觸膠結方式為主，其膠結物少，而且其中含有較多的粘土膠結物。孤東油田稠油油層埋藏淺，一般在1500m左右，泥質膠結疏松，泥質含量8.86％，膠結物中粘土礦物含量高，易膨脹的蒙脫石占49.3％-65.2％，導致地層易出砂。

油井出砂不僅嚴重影響油水井的正常生產，而且每年還要耗費大量的人力物力進行防治和研究。出砂的危害主要表現在以下三個方面：

(1)減產或停產作業：油水井出砂，最容易造成砂埋油層、油管砂堵、地面管匯積砂。

(2)地面和井下設備腐蝕：由于油井產出流體中含有地層砂，而地層砂的主要成分是二氧化硅，硬度高，是一種破壞性很強的腐蝕劑，能使抽油泵閥座磨損而密封不嚴，柱塞和泵缸拉傷，使得油氣井不得不停產進行作業。

(3)套管損壞，油水井報廢。最嚴重的情況是隨著地層出砂量的不斷增加，套管外的地層虧空越來越大，到一定程度，往往會導致突發性的地層坍塌，套管因受力失去平衡而產生變形。

孤東油田2008年共防砂施工760井次，高壓充填670井，占到88％，涂料砂防砂、干灰防砂、化學防砂復合防砂等總共只有12％，結果表明，高壓擠壓礫石充填防砂因具有防砂增產、改變近井地帶的流通能力、降低流動阻力，防砂強度高等工藝特點而已作為孤東油田開發的主導防砂工藝技術。

三，高壓礫石充填工藝

1，高壓礫石充填工藝技術原理

高壓礫石充填技術是將石英砂以大排量的攜砂液帶到油井層管外的空洞處和繞絲管與套管之間的環套空間，經沉淀、高壓壓實作用形成高效能的防砂屏障。在需要防砂作業的油井內，將絲堵，沉砂管、扶正器、繞絲、扶正器、油管、信篩、油管、封隔高壓充填一體化工具下至預定位置，繞絲上下對準油層，然后座封封隔器，打開循環通道，地面泵組提供高壓攜砂流體，經油管、封隔高壓充填一體化工具的充填通道進入油管，環套空間，最后進入油層，隨著加砂量的增加，地層被充填壓實，隨后環套空間也被充填結實，這時隨著石英砂逐漸掩埋信號篩管，地面泵壓升高，達到預定的壓力值后，停止充填，完成高壓礫石充填施工。

2，高壓礫石充填工藝機理

(1)封隔高壓礫石充填的防砂原理與普通的循環充填工藝一樣，都是通過繞絲篩管擋住充填砂，利用充填砂對地層砂的橋塞作用，把地層砂擋在充填帶周圍，形成了較好了二級防砂屏障，達到防止油層出砂的目的。如圖一所示

(2)充填砂在井筒一定半徑內形成了高滲透帶，在井筒附近流體的流動壓力梯度遠遠低于原始地層壓力梯度，高速流體主要集中在充填砂體內，充填砂體以外流速大大降低，減少了流體對地層砂的沖刷及攜帶作用，從而緩解和避免了出砂趨勢和程度。

(3)高壓礫石充填后，在井筒周圍形成一定厚度的砂體，充填砂體一般用0.4-0.8mm石英砂，其121um2其滲透率，遠遠高于孤東油田館陶組地層的滲透率。

(4)高壓礫石充填工藝并不是地層填砂和環空礫石充填的簡單結合，無論在地層滲透率方面，還是在防砂能力方面，前者都比后者具有明顯的優勢。高壓礫石充填工藝把地層充填與環套充填一次性完成。地層內的砂體與套管內的砂體互相擠壓，緊密結合，為一個完整的砂體，并保持了一定的內應力，充填砂與地層砂界清楚，體系牢固，而地層預充填和循環充填工藝，在地填之后，循環充填之前，還要進行沖砂、洗井、起下管柱等多項施工，在一定程度上，都會破壞地層砂體，使充填砂體應力釋放，地層砂與充填砂摻混，使之滲透率降低，降低了油井供液能力，出砂的幾率增大。

3，高壓礫石充填施工工藝

(1)按設計要求連接好繞絲充填管柱，下至設計深度，考慮到油管的伸縮性，要求繞絲上下覆蓋實射油層各1.5m。

(2)投球打壓使封隔高壓充填一體化工具座封并打開循環通道。

(3)壓裂車組對地面管線試壓25Mpa，Imin不刺不漏，合格，然后倒開三通閘門，打開套管閘門，進行正洗井，循環一周。關閉套管閘門，對地層試擠，求地層吸水能力，排量在1000L／min，如果試擠壓力高于25Mpa，說明地層條件發育不好造成地層堵塞，停止施工。如果壓力低干25Mpa，則進行下一步加砂施工，控制攜砂比在5％～20％，開始控制攜砂比在10％左右，如壓力穩定或壓力下降，此時將攜砂比提高到20％，以上可以提高石英砂在地層形成的有效支撐，如壓力不升，則剩余im3時增加攜砂比至35％，如壓力仍然不升，則在頂替時降低排量到300L／min，使砂子在套管環空降積，壓力升至25Mpa，一體化充填砂體形成，高壓礫石充填完成。

(4)倒扣丟手，實現充填管道的自動關閉，起出丟手管柱。

(5)下探沖管柱。進行繞絲探砂施工。

4，施工中應注意的問題

(1)加砂過程中，石英砂的量要均勻，防止造成地層壓力的突升，導致砂量達不到設計要求，施工失敗。

(2)下繞絲前應保持井筒的干凈，防止下繞過程中砂堵或者灰漿堵繞絲管，造成充填后油井供液能力變差，影響了高壓充填施工效果。為了避免這種效果的發生，在充填施工前要進行正洗井工作，攜砂液從油管打入，經過充填工具，進入油套環空，再從繞絲進入中心管，從套管返出，如果繞絲堵，則洗井不通，壓力高，出口排量小于進口排量，這時要停止充填施工。

5，高壓礫石充填工藝的優點

(1)施工簡單：封隔器與高壓充填結合在一起，減少了起下管柱次數，減少了作業占井時間，節約了地面施工費用。

(2)防砂周期長：由于大排量高壓將地層充填與井筒充填結合在一起，確保了充填礫石與空洞周圍緊密相連，有效防砂半徑大，形成了高效能的檔砂屏障，故有效期長。

(3)采液強度高：地層與環套空間被石英砂充填結實，大大提高了近井地帶滲透率，適用于大排量提液。

6，現場應用效果

2008年以來，應用高壓礫石充填工藝治理了防砂井670口，成功623口，防砂一次成功率93％，有效防砂期達到了248天，累計增油3.6萬噸。采用高壓礫石充填工藝很好的解決了防砂與防堵塞不能統一的問題，恢復或者提高了油井的油量。

四，存在問題及下一步打算

1，存在問題

(1)對生產層段跨度大，施工壓力低的高滲透漏失井，導致地層、炮眼充填不密實，因排量的限制，攜砂液在進入地層時，被炮眼分流，流速降低，造成部分石英砂下沉，在套管沉積，從而逐漸掩埋地層，使石英砂還沒有在套管外充分填實時，壓力就會迅速升高，造成填砂量達不到設計要求。

(20對生產層位多，層間滲透率差異大的油井，部分地層得不到改善。目前孤東油田高壓礫石充填采用污水作為攜砂液，因粘度低，攜砂液在進入地層的同時，部分石英砂在套管沉積，這樣相對于高滲透層沒有填滿石英砂，其他地層已經掩埋。

2，下步打算

針對以上問題，目前正在實驗用未交聯的壓裂液作為高壓礫石充填的攜砂液，這在很大程度上解決了部分井加砂量達不到設計砂量的問題。對一些生產層位多，層間滲透率差異大，可以發展逆向高壓礫石充填工藝，可降低層間差異帶來的相互干擾，最大限度的改造地層，達到設計砂量。