勝利油田水平井裸眼分段充填防砂技術(shù)與應(yīng)用

孫浩玉，劉春艷，胡高群，馬明新

（1.中國(guó)石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營(yíng) 257000；2.中國(guó)石油燃料油有限責(zé)任公司 青島倉(cāng)儲(chǔ)分公司，山東青島 266599）

勝利油田開發(fā)中后期生產(chǎn)含水逐漸升高[1]，生產(chǎn)壓差和采液強(qiáng)度不斷增大，導(dǎo)致油井出砂加劇，生產(chǎn)中濾砂管被堵塞問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重[2]。單一的篩管防砂工藝已經(jīng)不能滿足水平井防砂的要求，水平井礫石充填技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越得到重視[3]。長(zhǎng)水平段水平井工藝在勝利油田應(yīng)用廣泛[4]，受水平井單段充填工藝充填段數(shù)限制，隨著充填長(zhǎng)度的增加，充填過(guò)程中容易產(chǎn)生砂橋堵塞，管內(nèi)礫石充填率低、充填效果不理想[5]；而水平井礫石分段充填技術(shù)，裸眼部分通過(guò)管外封隔器分段、逆向礫石充填的方案，將長(zhǎng)水平段分成若干個(gè)小井段進(jìn)行分段分次充填施工，可 以大幅度提高水平井裸眼長(zhǎng)井段礫石充填密實(shí)效果，減緩或避免在生產(chǎn)過(guò)程中防砂篩管被堵塞，提高長(zhǎng)水平段水平井的防砂效果和壽命[6]。

本文闡述了水平井分段礫石充填技術(shù)工具管柱結(jié)構(gòu)和工藝原理，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，水平井裸眼分段充填防砂工藝成熟可靠，可實(shí)現(xiàn)一趟管柱多段連續(xù)充填，有效避免了長(zhǎng)井段充填時(shí)砂沉積堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，提高了長(zhǎng)水平段水平井的充填密實(shí)程度和充填效果，是長(zhǎng)水平段水平井提高防砂質(zhì)量的有效技術(shù)。

1 分段礫石充填防砂工藝

1.1 裸眼單段充填工藝

（1）工具管柱。外管柱結(jié)構(gòu)（自下而上）：引鞋+底部充填工具+防砂篩管+定壓閥+免鉆分級(jí)箍工具（或固井盲板+管外封隔器+分級(jí)箍）+套管串至井口（圖1）。內(nèi)充填管柱：密封插頭+油管串至井口。

圖1 裸眼單段充填工藝管柱

（2）充填工藝。水平井篩管完井后，首先進(jìn)行篩管頂部注水泥施工，通過(guò)免鉆分級(jí)箍工具對(duì)篩管上部套管串進(jìn)行環(huán)空固井作業(yè)，固井施工完成后，再下入內(nèi)充填管柱內(nèi)密封插管，打開底部充填工具進(jìn)行充填防砂施工，實(shí)現(xiàn)底部逆向充填，從而達(dá)到防砂增產(chǎn)的目的。

1.2 裸眼分段充填工藝

（1）工具管柱。外防砂管柱結(jié)構(gòu)：免鉆分級(jí)箍工具、防砂篩管、裸眼分段封隔器、底部充填工具、上部充填工具。內(nèi)充填/坐封管柱結(jié)構(gòu)：對(duì)接裝置、密封桿、充填管、絲堵等（圖2）。

圖2 外管柱總成及充填管總成

（2）充填工藝。以兩段充填為例，將外防砂管柱下至設(shè)計(jì)井深后，上部地層進(jìn)行篩管頂部注水泥固井施工作業(yè)。固井施工完成后，下內(nèi)充填管柱，通過(guò)對(duì)接裝置和密封桿密封，內(nèi)管打壓座封管外封隔器，之后內(nèi)管柱泄壓，下放內(nèi)充填管柱對(duì)接底部充填滑套。通過(guò)上提下放打開充填孔，對(duì)底段進(jìn)行礫石擠壓充填作業(yè)，充填結(jié)束后上提下放關(guān)閉該段充填口、反洗井，待井內(nèi)沖洗干凈后，上提內(nèi)充填管柱至上部充填滑套，再按照以上作業(yè)程序?qū)ι隙芜M(jìn)行擠壓充填作業(yè)。

2 主要充填工具

2.1 免鉆分級(jí)箍工具

免鉆分級(jí)箍工具[7]由固井器總成、封隔器總成、回接筒和內(nèi)套系統(tǒng)四部分組成，是篩管頂部注水泥完井技術(shù)的關(guān)鍵部件。施工中隨完井管串下入，起到隔離產(chǎn)層、建立注水泥通道、防止水泥污染油層等作用。

免鉆分級(jí)箍工具不改變固井工藝流程，固井碰壓后打撈出內(nèi)部結(jié)構(gòu)，省去了鉆塞作業(yè)，保護(hù)了套管，單井可減少完井作業(yè)時(shí)間24 h，大幅節(jié)約建井成本。同時(shí)，在完成注水泥固井作業(yè)后，完井管柱內(nèi)通徑大且內(nèi)表面光滑通暢，有利于水平井篩管外礫石充填防砂作業(yè)[8-9]。

2.2 新型礫石充填復(fù)合防砂篩管

復(fù)合防砂篩管過(guò)濾層由繞絲管和不銹鋼網(wǎng)共同組成，繞絲管采用不銹鋼絲軋制后纏繞而成，不僅可以緩解泥質(zhì)、稠油、粉細(xì)砂對(duì)濾砂管造成的堵塞，而且提高了篩管的強(qiáng)度和耐沖蝕性能。外層包裹的過(guò)濾網(wǎng)為不銹鋼金屬材料，具有強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、孔隙率高、孔徑均勻、不易堵塞的優(yōu)點(diǎn)，過(guò)濾性能優(yōu)異。最外部為拉伸沖孔外保護(hù)結(jié)構(gòu)，提高了防砂篩管的耐沖蝕能力，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 復(fù)合防砂篩管性能參數(shù) mm

2.3 裸眼分段封隔器

裸眼分段封隔器是實(shí)現(xiàn)水平井分段連續(xù)充填的關(guān)鍵工具，安放于水平井篩管段，下入到位后通過(guò)內(nèi)充填管柱進(jìn)行打壓坐封，從而將外防砂管柱與井筒環(huán)空分隔成幾段，實(shí)現(xiàn)水平井裸眼環(huán)空的封隔，結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)如圖3、表2 所示。

圖3 裸眼分段封隔器結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 底部充填滑套

底部充填滑套工具能同時(shí)實(shí)現(xiàn)底部酸洗、底部外管充填。

主要包括密封筒和滑套機(jī)構(gòu)，在下入之前滑套處于關(guān)閉狀態(tài)，到位后通過(guò)內(nèi)充填管柱對(duì)接，上提下放打開充填口，進(jìn)行擠壓充填作業(yè)，充填施工結(jié)束后，通過(guò)內(nèi)管柱上提下放關(guān)閉充填口，完成 該段充填施工，具體參數(shù)見(jiàn)表3。

2.5 上部充填滑套

基本結(jié)構(gòu)與底部充填滑套相似，主要適用于篩管中部礫石充填，能有效分層，避免因滲透率差異導(dǎo)致砂沉降造成砂橋或充填不實(shí)的現(xiàn)象，具體參數(shù)見(jiàn)表4。

表2 裸眼分段封隔器性能參數(shù)

表3 底部充填滑套主要技術(shù)參數(shù)

表4 充填滑套主要技術(shù)參數(shù)

2.6 內(nèi)充填管柱總成

內(nèi)充填管柱總成主要包括對(duì)接裝置、密封桿、充填管、絲堵等工具組成，可實(shí)現(xiàn)一趟管柱多段礫石連續(xù)充填，工藝簡(jiǎn)單、效率高。主要作用是建立外管柱與裸眼環(huán)空之間的充填及洗井、循環(huán)通道[10]。充填時(shí)通過(guò)充填管柱總成對(duì)接、密封、打開循環(huán)通道，攜砂液通過(guò)內(nèi)管充填總成進(jìn)入裸眼環(huán)空，充填完畢上提內(nèi)管工具后關(guān)閉充填循環(huán)通道（圖4）。

圖4 內(nèi)管充填總成結(jié)構(gòu)

內(nèi)充填管柱總成設(shè)計(jì)了充填洗井定位機(jī)構(gòu)，確保內(nèi)充填管柱總成與充填滑套的循環(huán)口相互一致，防止攜砂液在充填過(guò)程中對(duì)充填工具的沖蝕破壞，且工具設(shè)計(jì)了雙級(jí)密封功能，在充填施工完成后，確保充填滑套循環(huán)口可靠關(guān)閉，杜絕了因循環(huán)口關(guān)閉不嚴(yán)導(dǎo)致的防砂失效，具體參數(shù)見(jiàn)表5。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

勝利油田稠油、疏松砂巖油藏儲(chǔ)量豐富，是國(guó)內(nèi)水平井篩管先期防砂技術(shù)發(fā)展最快、應(yīng)用規(guī)模最大的油田，近十年防砂完井的水平井約1 600 余口，占勝利油藏水平井的30%左右。

在前期裸眼防砂完井的基礎(chǔ)上，該技術(shù)用于勝利S56、LZ14、S105、G43 等區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用19 口井，現(xiàn)場(chǎng)施工順利，充填均勻可靠，成功率100%。在Y451-P26 現(xiàn)場(chǎng)首次突破了一趟管柱三段連續(xù)充填防砂施工，有效避免了長(zhǎng)井段充填時(shí)砂沉積堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，可有效保護(hù)篩管，提高油井的防砂壽命。

表5 內(nèi)管充填總成主要技術(shù)參數(shù)

到目前為止，所有現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用井未出現(xiàn)篩管損壞、井底出砂情況，生產(chǎn)投產(chǎn)情況如表6 所示。

4 結(jié)論

（1）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，基于管外封隔器分段、逆向礫石充填的水平井裸眼分段充填防砂工藝成熟可靠，可實(shí)現(xiàn)一趟管柱多段連續(xù)充填，有效保護(hù)了篩管，提高了油井的防砂壽命。

表6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用井目前生產(chǎn)情況

（2）水平井裸眼分段連續(xù)充填防砂技術(shù)可有效避免長(zhǎng)井段充填時(shí)砂沉積堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，提高長(zhǎng)水平段水平井的充填密實(shí)程度和充填效果。