渤海中部某礫石充填井短期內(nèi)防砂失敗案例探討

仲曄　劉正偉　劉新鋒　宋立輝　蔡綱（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 塘沽 300450）

渤海中部某礫石充填井短期內(nèi)防砂失敗案例探討

仲曄劉正偉劉新鋒宋立輝蔡綱（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 塘沽 300450）

渤海中部區(qū)塊物性較好，極易出砂，通常選擇礫石充填作為防砂增產(chǎn)手段。文中以渤海中部某礫石充填井（F井）為例，探討礫石充填成功，卻在短期內(nèi)防砂失效的主要原因，并從封隔器以上套管破損、充填滑套關(guān)閉不合格、生產(chǎn)制度控制不當(dāng)、篩管破損等方面，逐一進(jìn)行了分析。最終提出了綜合預(yù)防措施的建議與認(rèn)識(shí)，并研討防砂完井作業(yè)改進(jìn)方向。

渤海中部；礫石充填；防砂失敗；原因分析

渤海中部區(qū)塊儲(chǔ)集層埋藏淺，成巖作用較弱，儲(chǔ)層砂巖疏松，物性好，屬于高孔、高滲儲(chǔ)層。2014年7月19日，F(xiàn)井機(jī)組故障停井。該井與周圍注水井連通性較好，綜合地質(zhì)油藏情況并結(jié)合動(dòng)態(tài)分析，認(rèn)為大修后能夠恢復(fù)到原來的產(chǎn)能，于2015年中旬進(jìn)行礫石充填大修作業(yè)。F井是一口定向生產(chǎn)井，井深1935.53m，最大井斜64.3°，設(shè)計(jì)采用7"套管＋4"優(yōu)質(zhì)篩管礫石充填完井方式。本次礫石充填防砂作業(yè)，累計(jì)充填陶粒4646磅，充填系數(shù)58.36磅/英尺，盲管埋高12英尺（理論計(jì)算值），順利完成作業(yè)。但在投產(chǎn)2個(gè)月后，檢泵發(fā)現(xiàn)有出砂現(xiàn)象。經(jīng)過取樣實(shí)驗(yàn)分析，得出樣本D50為273.86μm（如圖1所示），且均為地層砂。

該儲(chǔ)層埋藏淺，上覆巖層壓實(shí)效果不明顯，導(dǎo)致地層膠結(jié)程度疏松，成巖巖性差，是其出砂的根本原因［1］［2］。大修前F井采用優(yōu)質(zhì)篩管簡易防砂，擋砂精度為120μm。大修再完井選定擋砂精度為120μm的4"金屬網(wǎng)布篩管加礫石充填防砂，在擋砂精度不變的情況下，增加了二級(jí)過濾陶粒層，理論擋砂能力優(yōu)于簡易防砂，因此，完井方式選擇符合設(shè)計(jì)要求；大修再完井后采用20～40礫石充填防砂，其礫石粒度中值為640μm，依據(jù)礫石粒徑與地層砂粒徑5～6倍匹配擋砂原則，理論上可以阻擋粒度中值大于128μm的粒度中值，而產(chǎn)出砂的粒度中值為276.86μm，遠(yuǎn)大于篩管擋砂精度120μm，從砂樣粒度中值角度分析，防砂參數(shù)選擇符合防砂需求。經(jīng)過分析，該井短期內(nèi)防砂失敗的原因可能有：

（1）封隔器以上套管有破損；

（2）充填滑套關(guān)閉不合格；

（3）生產(chǎn)制度控制不當(dāng)；

（4）篩管破損。

圖1　巖心粒度分析結(jié)果

1　封隔器以上套管有破損

F井建井已經(jīng)超過10年，屬于老井，巖石在復(fù)雜應(yīng)力、高溫高壓下會(huì)產(chǎn)生蠕變、膨脹、滑坡以及斷層復(fù)活等復(fù)雜情況，均有可能使其在非均勻外力下擠壓產(chǎn)生破壞。期間多次酸化解堵加速套管破損：2011年11月4日，進(jìn)行過酸化作業(yè)。酸化會(huì)對(duì)套管產(chǎn)生一定的腐蝕，以及酸化對(duì)地層產(chǎn)生溶洞和小孔，使圍壓不均勻，破壞套管平衡，損傷套管。

大修前最后一次檢泵（2014年9月11日），檢泵時(shí)發(fā)現(xiàn)地層出砂，洗井后正常生產(chǎn)13天后再次機(jī)組故障。說明地層已經(jīng)出砂，不能夠排除破壞了周圍巖石的壓力平衡，甚至發(fā)生坍塌，導(dǎo)致套管擠毀的可能。

2　充填滑套關(guān)閉不合格

充填滑套是礫石充填必須的通道，開啟關(guān)閉的控制要求比較嚴(yán)格，一般情況下作業(yè)結(jié)束需要對(duì)充填滑套進(jìn)行驗(yàn)證。充填滑套打開或者關(guān)閉不嚴(yán)經(jīng)常在海上的防砂作業(yè)中碰到，根據(jù)中海油內(nèi)部統(tǒng)計(jì)資料，2014年～2015年期間，綏中區(qū)塊不少于五口存在充填滑套打開或關(guān)閉不嚴(yán)導(dǎo)致出砂的問題。

硬卡導(dǎo)致關(guān)閉不嚴(yán)。本井在2015年4月8日12點(diǎn)45分開始充填，大約100分鐘后，突然起脫砂壓力，管柱內(nèi)還有大量的陶粒。作業(yè)結(jié)束后，上提管柱關(guān)閉滑套過程中，很可能有陶粒等雜質(zhì)，卡住滑套，使滑套關(guān)閉不嚴(yán)，或者未關(guān)閉。同時(shí)，在提交的完工報(bào)告中，為發(fā)現(xiàn)有驗(yàn)充填滑套的報(bào)告。

磕碰導(dǎo)致意外開啟。本井的最大井斜達(dá)到63.4°，管柱在井筒內(nèi)傾斜嚴(yán)重，檢泵過程或者起初管柱的同時(shí)，對(duì)滑套進(jìn)行磕碰，有可能使滑套意外開啟。

3　生產(chǎn)制度控制不當(dāng)

油井的生產(chǎn)制度不合理，打破原有的生產(chǎn)平衡，尤其是生產(chǎn)初期，在沒有形成穩(wěn)固砂橋，可能導(dǎo)致油氣井提前出砂并促進(jìn)防砂失效，在防砂失效的情況下，便可能進(jìn)入到油井當(dāng)中［3］。

大修前，F(xiàn)井投產(chǎn)檢泵均下入泵排量100m3/d，揚(yáng)程1000m的電泵，平均產(chǎn)液量在70～80m3/d之間。大修后，油藏預(yù)計(jì)大修作業(yè)后日產(chǎn)液量120～150m3/d，日產(chǎn)油25～35m3/d。選擇電泵的額定排量為150m3/d，揚(yáng)程為1200m。4月22日提頻至50Hz生產(chǎn)，地層產(chǎn)液130m3/d，生產(chǎn)初期沒有形成穩(wěn)固的砂橋，過快的提高泵的頻率，會(huì)使生產(chǎn)過程中抽吸嚴(yán)重，生產(chǎn)壓差過大，井眼周圍巖石骨架應(yīng)力變大，儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)破壞，同時(shí)油層中流體的流動(dòng)阻力增大，容易導(dǎo)致油井出砂。

另外，油井的工作制度的突然發(fā)生變化（如近期的頻繁檢泵、開關(guān)井等）使油層巖石受力情況頻繁的發(fā)生變化，破壞裂縫內(nèi)穩(wěn)定的砂拱結(jié)構(gòu)，容易引起油井的非預(yù)見性出砂。

4　篩管破損

防砂篩管破損是海上油井防砂失敗的主要原因。根據(jù)中國海洋石油總公司統(tǒng)計(jì)，約占到總防砂失效的三分之二（2010年數(shù)據(jù)）。篩管破損主要可以分為篩管沖蝕破損和篩管腐蝕破損兩類。

篩管沖蝕破損。第一，篩管在打砂過程中，高速且?guī)樟５耐昃海涮詈Y套環(huán)空、炮眼以及地層裂縫的同時(shí)也對(duì)篩管產(chǎn)生一定的沖擊，在控制返出速度不合理的情況下，有可能使其發(fā)生沖蝕破損；第二，控制生產(chǎn)壓差不合理，使產(chǎn)液量過大，沖蝕篩管嚴(yán)重，致使破損；第三，F(xiàn)井最大井斜超過60°，下入過程中不可避免的會(huì)對(duì)篩管進(jìn)行磕碰、磨損或者刮傷，極有可能對(duì)篩管的機(jī)械性能產(chǎn)生一定的影響，甚至破損。

篩管腐蝕破損。該段地層水水型為NaHCO3型，礦化度平均約4500mg/L。有實(shí)驗(yàn)證明，存在Cl～的情況下，管線鋼在NaHCO3溶液中會(huì)發(fā)生了點(diǎn)腐蝕，而且隨著溶液中Cl～含量增加，腐蝕坑的數(shù)量增多，腐蝕坑的直徑增大。現(xiàn)場使用的完井液中，很大一部分為海水，不可避免的會(huì)帶有氯根，因此篩管肯定受到腐蝕。

篩管破損也存在其他的誘因。例如充填不合格導(dǎo)致篩盲管空間陶粒充填不均勻，甚至沒有充填，金屬網(wǎng)布篩管缺少陶粒的保護(hù)，間接性的導(dǎo)致篩管破損等復(fù)雜情況，地層砂可能透過篩管進(jìn)入井筒。同時(shí)，為了封隔水層，在1778.26m增加一個(gè)隔離封隔器，封隔器的位置正處于射孔段（1757.8～1787.8m），膠皮正坐在射孔孔眼上。由于前期地層出砂、固井質(zhì)量等原因，可能使炮眼之間連通，充填過程中，可能會(huì)有一部分充填到下部封隔的地層甚至盲管段中，又因?yàn)槌涮钌皹虻仍蚱鹈撋皦毫νＶ辜由啊Ｍ旯?bào)告中，篩管埋高、充填系數(shù)均用充填量進(jìn)行估算，可能存在一定的誤差。因此，存在充填不合格的可能。

5　認(rèn)識(shí)與建議

油藏從建井到現(xiàn)在已經(jīng)有十余年，目前已進(jìn)入高含水階段，油藏預(yù)計(jì)產(chǎn)出含水達(dá)到70%～85%，存在大段水淹情況，地下油藏地質(zhì)情況復(fù)雜難以預(yù)測，不確定因素眾多，很難得到一個(gè)準(zhǔn)確的結(jié)論。而且現(xiàn)場出砂量比較大，可能陶粒沉降到口袋中被地層砂掩埋，而且取樣具有隨機(jī)性，因此取樣為地層砂并不能說明出砂中不含陶粒。因此，根據(jù)分析有如下認(rèn)識(shí)與建議：

（1）礫石充填井防砂封隔器位置應(yīng)選擇固井質(zhì)量較好、套管無變形、避開接箍的位置，保障封隔器的封隔能力，增加油井壽命；

（2）礫石充填結(jié)束后，進(jìn)行驗(yàn)滑套，保證滑套關(guān)閉，并能承接壓力，如果條件允許，生產(chǎn)管柱上增加隔離密封與定位密封配合封隔充填滑套，增加生產(chǎn)周期；

（3）選擇合適施工程序，避免封隔器與射孔段，套管接箍接觸，并驗(yàn)充填，減少充填不合格，生產(chǎn)過程中的篩管破損；

（4）選擇合理的生產(chǎn)制度，既能保證產(chǎn)量又能減少篩管的破壞；

合理的篩盲管選擇，滿足不同井況下的需求。

［1］何生厚，張琪.油氣井防砂理論及其應(yīng)用［M］.北京：中國石化出版社，2003.30～34.

［2］張琪.采油工程原理與設(shè)計(jì)［M］.東營：石油大學(xué)出版社，2000.333～336.

［3］萬仁溥.采油技術(shù)手冊(cè)防砂分冊(cè)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1991.132～138.