CS—AP裸眼礫石充填系統在渤海疏松砂巖的應用

摘 要：渤海SZ油田儲層屬于典型的高孔高滲疏松砂巖油藏，原油粘度較大，生產過程中地層易出砂。水平井裸眼礫石充填既能改善井底徑向流動，保持較大滲透性，維持油井高產能；又能穩定支撐井壁，長期有效防砂。文章分析了水平井裸眼礫石充填的技術要求，介紹了CS-AP型先進水平井裸眼礫石充填工具的組成及作用，并以其在該油田某井中的實際應用為例，詳細展示了其良好的使用效果。

關鍵詞：水平井；裸眼礫石充填；優質篩管；防砂

SZ油田處于渤海遼東灣海域，東營組下段為其主要儲集層，儲層砂巖疏松且原有粘度較大，油田開發過程中出砂問題突出[1]。針對這種情況，相關學者提出適度出砂，排出孔喉橋堵主要微粒源（直徑小于39μm）可顯著改善地層滲透率，有利于提高油井產量[2]，但前提是井底防砂措施得當，既允許微小地層砂排出，又能有效阻擋尺寸較大砂礫。近年來水平井裸眼礫石充填技術不斷完善，應用范圍不斷拓寬，是針對弱膠結易出砂地層水平井的主要防砂技術。渤海SZ油田采用貝克休斯公司CS-AP型裸眼礫石充填系統，在多口井中成功實施水平井裸眼優質篩管礫石充填作業，投產后生產情況良好。

1 優質篩管礫石充填技術要求和過程

優質篩管礫石充填防砂技術是在繞絲篩管礫石充填防砂基礎上發展起來的一種更新技術，它綜合了優質篩管和礫石充填的優點，篩管周圍的礫石壓實帶能夠起到穩定井壁，阻擋部分地層砂的作用，該技術適用于泥質含量比較高的疏松砂巖油藏。

1.1 礫石充填過程

水平井裸眼礫石充填采用循環充填方式，即井內壓力保持在地層破裂壓力以下，環空保持全開進行充填。如果在防砂施工過程中，泵壓超過地層破裂壓力，會導致地層破裂，引起嚴重漏失，過早出現橋堵，或出現“無底洞”，導致充填失敗。為提高礫石充填作業的成功率，裸眼井段必須使用專門的鉆井液，必須采用鹽水完井液和特選化學劑高速循環，徹底清洗井眼，井壁上只留下完整的泥餅，且充填過程中始終維持正壓差，進一步保證井壁穩定和維護泥餅。完整的泥餅對于降低充填過程中的濾失，維持井壁和流體循環穩定至關重要。水平井礫石充填過程一般分為α波和β波兩個充填階段。α波充填即水平井筒底部的“平衡堤”正向充填。礫石砂漿進入水平井筒后，由于流速降低，部分礫石顆粒在篩管-井壁環空底部沉積，沉積床前沿不斷向前推進，直至達到水平段趾端，或沉積床頂部并接觸到井筒上壁。β波充填即在水平井末端，由沉積床頂部向水平井根部的反向充填。α波覆蓋50%～70%篩管與裸眼之間的環空部分，β波從井底返回到充填孔，完成剩余部分的充填，由于β波時摩阻增加，會造成泵壓逐漸增加，形成β波。

1.2 施工參數影響

優化設計參數目的是優化組合施工參數，避免提前堵塞，使充填過程穩定安全并達到100%的充填，同時保持α波充填過程的穩定和安全。因此只用充填率并不能全面評價不同參數組合的優劣。α波充填過程是否安全穩定可采用最終砂床平衡高度指標來評價。最終充填前沿床高度越高，則提前堵塞的危害性越大；相反，如果最終砂床高度過低，則說明α波充填過程難以形成穩定的平衡砂床，會導致β波充填過程達不到密實充填效果。因此，最終砂床高度太高或太低都意味著較差的充填效果。影響水平井裸眼礫石充填作業成功率的施工參數主要包括砂漿排量、攜砂比、攜砂液粘度、沖管篩管徑比和濾失強度等[3]。砂漿排量對充填作業有著關鍵性影響，設計的排量既要能保證攜砂液把礫石帶至井底，并盡量避免過早橋堵，尤其是在長水平段條件小；還要將裸眼地層的承壓能力，以及地面設備工作能力等眾多因素納入考慮。充填指標隨砂漿排量的增加而增大，到達某一臨界值后趨于平緩。最佳充填排量應高于該臨界值。當攜砂比高于某臨界值時，充填指標急劇降低。因此，低攜砂比可得到較好的充填效果。但為了縮短施工時間，減小液體對油層的污染，在保證充填效果的前提下，應盡量使用相對較高的攜砂比。室內實驗研究和現場實踐表明：與高粘度的膠液相比，采用低粘度的鹽水作為攜砂液的充填效果和壓實程度較好，不易留下空洞，且儲層保護作用較好，能最大限度保持充填井段的原始滲透率[4]。

2 CS-AP裸眼礫石充填系統

CS-AP裸眼礫石充填工具可分為防砂外管柱和內管柱服務工具兩部分，前者主要由頂部封隔器、充填總成、負荷指示接箍等，后者包括相應座封工具、充填轉換工具、防抽吸工具、移位工具以及負荷顯示定位工具等部分。

優質篩管是一種金屬綿蠕動濾砂管，以金屬纖維做過濾材料，大量的金屬纖維堆積，從微觀上看，有范德瓦爾斯相互作用力、接觸靜電吸引力、剩余電荷吸引力、液體橋四種力作用在細小的砂粒上，在不同條件下其中的一種力起主要作用。優質篩管的縫隙大小與纖維的堆集緊密程度有關，纖維堆集越緊密，纖維間逢隙就越小，其吸附力也就越大。優質篩管防砂其主要原理就是利用這一縫隙擋砂，通過控制金屬纖維間縫隙大小達到防砂之目的。

3 應用實例

渤海SZ油田XX水平井，水平井眼尺寸215.9mm（81/2\"），井深2289m，垂深1489.13m，水平段長度269m，目的層位東二下2油組12小層。采用下入外徑139.7mm（51/2\"）、內徑118.6mm（4.67\"），77、88、99孔梯級優質篩管，篩管防砂效果相當于充填20/40目礫石的防砂效果，延長油田開發周期，延緩底水錐進，提高采收率。礫石充填采用20/40目人工陶粒，沖管篩管內徑比0.72，優化頂替效果和充填能力。利用密度1.08kg/dm3的KCl鹽水作為攜砂液進行礫石充填完井。現場設計地面泵注排量6.0bpm，混砂比0.5ppa，環空返速5.20bpm。礫石充填的前后兩個階段非常明顯，并且地面充填壓力始終控制在破裂壓力之下。充填質量評價顯示，該水平井計算充填砂量23316lbs，實際充填砂量23409lbs，充填效率100%。累計泵入20/40目陶粒25058lbs后停止加砂，頂替25bbl后流量5.2bpm時，出現脫砂壓力1950psi。反循環處管柱內多余的陶粒后，上提管柱并實現旁通轉換正替1.03g/cm3工作液+破膠劑，浸泡破膠，再正循環1.03g/cm3工作液將破膠劑替出井筒并回收，大排量沖洗篩管內壁直至返出干凈工作液。相比較常規的先取出服務工具再下破膠管柱程序，節省作業時間12h。

4 認識建議

（1）在整個施工過程中只要保持井筒液面，就始終能對裸眼段施加一定的正壓保持井壁穩定（泥巖段水化垮塌除外）。CS-AP礫石充填防砂工具一個顯著的優點就是在整個施工過程中始終能對裸眼段施加一定的正壓力，服務工具上的旁通孔與封隔器和充填滑套密封筒相對位置的變化始終保持在環空或鉆桿內上下溝通，從而保證液柱壓力作用在井底。

（2）水平裸眼井礫石充填的整個過程必須在不壓裂地層的前提條件下進行。如果在防砂施工時，泵壓超過地層破裂壓力，會導致地層嚴重漏失，過早出現橋堵，或出現“無底洞“，導致充填失敗。

（3）水平井裸眼礫石充填應防止砂橋的形成且控制砂丘比（0.65～0.85），同時還應控制地層漏失量，宜小于或者等于充填排量的20%。

參考文獻

[1]曾祥林，何冠軍，孫福街，等.SZ36-1油藏出砂對滲透率影響及出砂規律實驗模擬[J].石油勘探與開發，2006，32（6）：105-108.

[2]周守為，孫福街，曾祥林，等.稠油油藏分支水平井適度出砂開發技術[J].石油勘探與開發，2008，35（5）：630-635.

[3]MichaelJE.油氣井建井工程：鉆井，油井完井[M].北京：石油工業出版社，2000.

[4]郭美華，廖前華，吳偉.渤中34-1油田水平井裸眼礫石充填防砂技術應用[J].石油天然氣學報，2010（1）：339-342.

[5]傅文偉，張吉江，王明沖.新型裸眼礫石充填工具在海上邊際油田的應用[J].石油礦場機械，2010，39（5）：46-49.

作者簡介：譚紹栩，男，助理工程師，畢業于中國石油大學（華東）石油工程專業，主要從事海洋石油鉆完井技術監督工作。