渤海油田水平出砂井定點探測與封堵技術研究

于法浩，高永華，李 越，陳 征，尚寶兵

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海油田為了使油井產能獲得最大化，在裸眼內進行優質篩管充填防砂是目前渤海油田水平井完井的常規做法，已取得了較好的效果[1，2]，但部分井由于生產時間長造成篩管破損，地層出砂在水平段內堆積成硬質砂橋，油流通道受阻，導致油井產量急劇下降或電泵機組砂卡事故停泵，需要將防砂管柱打撈重新防砂，但因井斜、井深和井眼軌跡的影響造成鉆具摩阻大、扭矩傳遞困難等使完全撈出全部防砂管柱的成功率極低，基本采用撈出部分篩管后重新側鉆，這種方式有作業時間長，費用高等缺陷；針對精確找出篩管出砂位置和封堵出砂點的理念，研究出采用穿芯電纜連續油管檢測破損篩管位置，再使用膨脹封隔器對漏點進行卡漏的技術，重新疏通水平井防砂篩管內的生產通道。

1 渤海油田水平出砂井治理現狀

渤海油田生產井井型以定向井和水平井為主，水平井占比41 %。為了滿足疏松砂巖開采要求，水平井采用裸眼+優質篩管、裸眼+礫石充填、射孔+優質篩管和射孔+礫石充填4 種防砂方式，但受到篩管質量不合格、下井時磨損、沖蝕等諸多不利因素的影響，篩管損壞在所難免，破損后的篩管失去了對地層砂的屏障作用，導致井筒大量出砂，嚴重磨蝕了井筒設備，影響了油井產量[3，4]。據統計，渤海油田平均每年有10 余口井因篩管破損而進行大修作業，使用的工藝為套銑打撈+再完井或套銑打撈+側鉆，具體工藝流程（見圖1）。

根據現場的應用情況，目前這套工藝主要存在以下問題：（1）工序復雜，水平井打撈作業成功率低：期間會使用多種管柱組合，經歷多次起、下管柱作業，洗、壓井作業，施工繁瑣；（2）工期時間長、作業費高：復雜的工序增加了施工時間，作業一口井至少需要30 d，若作業時出現卡鉆或重復打撈，工期會進一步延長；較長的施工工期導致作業一口井的費用至少需要700 萬元；（3）水平段修井液漏失嚴重：在疏松砂巖儲層，較長的施工工期、較長的水平段等因素都會導致修井液嚴重漏失，結果造成沖砂困難。

圖1 渤海油田出砂井套銑、打撈+再完井工藝流程

2 多臂井徑成像出砂點探測技術

目前，現場常用的套管柱探傷方法主要有多臂井徑成像探傷、電磁探傷、超聲波探傷及井下鷹眼探傷[5，6]，考慮到篩管結構的特殊性，易對電磁信號和超聲波信號產生嚴重的干擾，導致電磁和超聲波探傷結果不準確。同時，鑒于井下鷹眼探傷對流體環境要求苛刻，適用范圍有限，定性地優選出多臂井徑成像篩管探傷技術。為了定量評價該技術在篩管中的探傷效果，開展了地面探測模擬試驗。

2.1 多臂井徑成像儀結構

多臂井徑成像儀主要由測量臂、電動扶正器、位移傳感器等組成。為了確保儀器滿足水平段測試時的居中要求，在儀器的尾端加裝滾輪扶正器（見圖2）。其測量原理是管柱內徑的變化會引起測量臂的收攏或打開，這種收攏或打開的徑向移動經過轉換裝置后，測量臂頂端產生縱向移動，造成位移傳感器的磁芯位置相對于電感線圈發生變化，這種變化的信號經過電纜傳遞到地面解釋軟件中，經過軟件處理，形成管柱內徑的三維成像圖，準確清晰地反映出井下管柱內徑的變化情況。

2.2 防砂篩管探傷地面模擬試驗

目前，多臂井徑成像儀主要用于測量井下套管的內徑變化，評價套管損壞情況。為了驗證多臂井徑成像技術在篩管探傷上適用性，開展了地面模擬試驗。

2.2.1 試驗設備選擇 試驗設備主要包括破損篩管和多臂井徑成像儀。試驗用的防砂篩管為渤海油田水平井常用的139.7 mm 星孔優質篩管，將“紐扣”打掉來模擬井下篩管的破壞情況。多臂井徑成像儀選擇40臂（外徑69.85 mm），因60 臂井徑成像儀外徑（外徑101.6 mm）較大，在篩管內張開程度較小，在井斜較大井段測量時容易偏心。

2.2.2 試驗過程 設備選好后，開始進行測試，整個測試過程包括：（1）選擇平整的場地，將星孔篩管平放在地面上，且進行加固以防止其移動；（2）為克服井斜限制，使用帶電纜連續油管輸送儀器的方式，同時為減小連續油管剛度大對儀器居中度的影響，研制了配套的連接工具串，包括井徑儀接頭、柔性短節、旋轉短節、釋放短節、電纜頭、單流閥及連續油管結構，各工具（見圖3）；（3）用水推的方式將電纜送入連續油管，一端連接好測試設備，另一端連接好工具串和井徑儀，組配好測試管柱；（4）確認測試信號正常傳輸后，將井徑儀輸送至篩管內，向內緩慢移動，記錄數據。

2.2.3 試驗結果 試驗后，地面測試軟件自動處理數據，進行成像（見圖4）。從圖4 可以看出：在“紐扣”被打掉的位置，測試曲線發生了偏移，反映在橫截面井徑圖上表現為有突起。這是由于在此位置，測量臂會產生較大程度的（與有紐扣位置相比）打開，導致井徑測量值增大。

圖2 40 臂井徑成像儀結構

圖3 連續油管配接工具串

圖4 40 臂井徑成像儀測試結果

試驗證明，多臂井徑成像技術可以對星孔篩管的破壞情況進行有效的識別，較好地適應井下防砂篩管的探傷。

3 SASP 型封隔器出砂點封堵技術

利用多井臂成像技術確定出砂位置后，實現出砂點有效封堵是防止油井繼續出砂的關鍵。立足于渤海油田出砂井實際井況條件，對封隔器選型、封堵管柱組配結構及封堵施工流程進行了深入的研究。

3.1 SASP 型封隔器封堵原理

為了實現出砂點長久而有效的封堵，選擇了雙封隔器機械式封堵方法。該方法的封堵原理為：在篩管破損點的兩側分別安放封隔器，兩封隔器坐封后在破損點形成密閉空間，阻止了地層砂從破損點流入生產管柱，封堵原理（見圖5）。封堵關鍵工具選擇了SASP 遇水膨脹封隔器[7，8]，因為：（1）傳統的擴張式或壓縮式封隔器依賴外力坐封，下井時易出現提前坐封的現象，可靠性差；（2）篩管破損或縮徑后會限制卡漏封隔器的外徑，遇水膨脹封隔器的膠皮外徑調節范圍大可以配合篩管內徑。

圖5 出砂點封隔器封堵原理

3.2 封堵管柱組配設計

SASP 遇水膨脹封隔器依靠封堵管柱下入到預定位置，封堵管柱設計時應滿足以下要求：（1）保證封隔器準確定位；（2）進行封隔器到位后的判斷；（3）封堵后順利脫手；（4）提供封堵后的液流通道。各設計要求形成原因及實現方法（見表1）。

遇水膨脹封隔器、帶孔油管或滑套、插入定位密封、液壓丟手、鉆桿等構成了封堵管柱的主體部分，這些工具的有序組配和整體管柱的準確配管是保證封堵作業順利實施的關鍵。封堵管柱結構（見圖6）。

圖6 封堵管柱結構示意圖

4 現場應用

以渤海油田某油田A 井為例，該井生產層位為東二上段Iu 油組，井深2 432 m，最大井斜93.51°，采用114.3 mm 星孔優質篩（內徑92.456 mm）管簡易防砂，與篩管連接的盲管尺寸為114.3 mm（內徑101.6 mm），因地層嚴重出砂，目前處于關停狀態?，F采用多臂井徑儀成像探測技術找漏，確定漏點位置后使用SASP 型封隔器進行封堵，恢復油井生產。

根據A 井井況，選擇40 臂井徑成像儀探測出砂點，101.6 mmSASP 型封隔器封堵出砂點。作業過程中，探測與封堵施工管柱組配結構分別為：（1）多臂井徑成像儀出砂點探測管柱：電纜頭+roll-on 連接器+馬龍頭+旋轉短節+柔性短節+上扶正器+40 臂井徑儀+下扶正器+連續油管；（2）0SASP 型封隔器封堵管柱：帶孔圓堵+帶孔油管+SNU 油管+HXK 卡漏封隔器+SNU 油管+HXK 卡漏封隔器+SNU 油管+帶孔油管+SNU 油管+錨定插入密封+液壓丟手工具+變扣+3 短鉆桿。

探測數據成像解釋后發現，出砂點位于2 301.45 m～2 304 m 井段。結合該井井斜數據及防砂篩管管柱結構，確定2 287.83 m～2 310.69 m 為封隔器封堵段，封堵后下入電泵合采管柱生產。

該井整個施工作業天數為16 d，作業費420 萬元，作業后平均產液量為165 m3/d，產油165 m3/d，無出砂現象。與套銑打撈+再完井工藝相比，提效50 %，單井節約工期20 d 以上，節省作業費用近300 萬元人民幣；相比套銑打撈+側鉆工藝，成本節省75 %，單井節省1 500 萬元。

5 結論

（1）受套損井多臂井徑成像儀探測技術啟發，自主設計了防砂篩管探傷地面模擬試驗，試驗結果表明多臂井徑成像技術能夠有效地識別篩管的破損情況及確定破損點的位置，方便了出砂井修復作業的實施；

（2）結合渤海油田水平出砂井井況，形成了一套“連續油管輸送、柔性工具串改善儀器居中度”的多臂井徑成像出砂點探測技術以及一套準確、高效的SASP型封隔器出砂點封堵技術；

（3）水平出砂點探測與封堵新技術在現場取得了較好的效果。與套銑打撈+再完井老技術相比，簡化了作業工序，縮短作業工期20 d 以上，以及節省作業費用近300 萬元，提質增效效果明顯；

表1 封堵管柱組配設計要求形成原因及設計方法

（4）面對破損的網眼較小，測量臂探頭不能接觸到篩管外壁的情況，需進一步優化探測儀器結構、提高測試精度，擴大儀器的適用范圍。