大井斜下鉆桿內(nèi)礫石沉積量預(yù)測及應(yīng)用實例

安文目，魏輝龍，王翊民(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

隨著開發(fā)進程的不斷深入，渤海油田的開發(fā)模式呈現(xiàn)出新的特征：重視碎片化儲層，利用現(xiàn)有平臺剩余槽口或者老井側(cè)鉆實現(xiàn)對周邊偏遠(yuǎn)小儲量儲層的開采；開發(fā)受限區(qū)儲層，渤海海域功能區(qū)劃錯綜復(fù)雜，軍事敏感區(qū)、海事通航區(qū)、生態(tài)保護區(qū)等受限區(qū)內(nèi)探明儲量占渤海油氣總儲量的86%，對渤海油田增儲上產(chǎn)意義重大；低成本開采模式，新建平臺更多的考慮依托現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施和海管資源，這就導(dǎo)致新平臺無法在最佳的布井位置。

為解決上述問題，綜合考慮渤海油田儲層埋藏淺、巖石強度低、出砂嚴(yán)重等特點，大位移水平裸眼井成為鉆完井重點推廣的作業(yè)井型之一。這種井型的優(yōu)勢有：能夠滿足井眼水平方向延伸的要求；能夠保證較高的儲層砂巖鉆遇率，提高單井產(chǎn)能；能夠直接使用成熟的礫石充填防砂技術(shù)，有效控制出砂，延長油井壽命。

在大位移水平裸眼井礫石充填作業(yè)實施過程中出現(xiàn)了實際充填的礫石量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于模擬充填、充填時間大幅延長、充填壓力曲線與模擬曲線不一致、反循環(huán)時返出礫石量偏多等問題，導(dǎo)致充填過程無法有效把握、充填效率低、反循環(huán)出的礫石污染循環(huán)系統(tǒng)等嚴(yán)重后果。

本文在現(xiàn)有礫石充填技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點考慮大位移水平裸眼井的特征因素，分析出了導(dǎo)致此類問題的原因在于礫石在鉆桿內(nèi)的沉積，給出了影響礫石沉積的因素，準(zhǔn)確估算了鉆桿內(nèi)礫石沉積量，對現(xiàn)場施工提出了指導(dǎo)性措施，對后續(xù)礫石充填技術(shù)發(fā)展提出了合理化建議[1-2]。

1 鉆桿內(nèi)礫石沉積機理

在礫石充填過程中，鉆桿內(nèi)的礫石運移方向是重力方向和攜砂液流動方向的疊加方向，重力方向受礫石的重力、浮力和摩擦力等因素影響，攜砂液流動方向受攜砂液流體性質(zhì)、充填排量等因素影響。當(dāng)井斜較小時，礫石運移方向以重力方向為主，隨著井斜的逐步增大，攜砂液流動方向?qū)Φ[石運移方向的影響占據(jù)主導(dǎo)地位。

一般認(rèn)為當(dāng)井斜大于60°時，礫石無法在自重作用下向井底運移，而是沉積在鉆桿內(nèi)形成砂丘，隨著砂丘不斷增高，流動區(qū)域逐步減小，流速逐步加快，直至增加到礫石能夠被攜砂液帶走的臨界速度，這是鉆桿內(nèi)砂丘形成的過程。

渤海油田大位移水平裸眼井的常用井身結(jié)構(gòu)為：244 mm技術(shù)套管+178 mm生產(chǎn)尾管+152 mm水平裸眼，特點是淺井段(一般在井深700 m左右)井斜已達到70°～80°并持續(xù)穩(wěn)斜至井底；水平裸眼段礫石充填時，為避免充填壓力過高壓漏地層，充填排量普遍較低；常用攜砂液體系為氯化鉀加重鹽水體系，粘度低，攜帶性差；常用礫石為普通陶粒，自重大。

綜上所述，這就導(dǎo)致在充填過程中礫石在出充填孔前大量沉積在送入鉆桿內(nèi)，這部分礫石的沉積量在原有充填模擬設(shè)計中沒有考慮，進而導(dǎo)致前述的模擬充填與實際充填存在的差異，當(dāng)反循環(huán)時，這部分礫石被攜帶出井，返出礫石量大幅增加造成防砂用沉砂池里砂漿外溢污染循環(huán)系統(tǒng)[3]。

2 大井斜下鉆桿內(nèi)礫石沉積量預(yù)測

在礫石充填技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，按照鉆桿內(nèi)礫石沉積機理分析，建立了在理想狀態(tài)下鉆桿內(nèi)礫石沉積量預(yù)測模型(如圖1所示)。

圖1 大井斜下鉆桿內(nèi)礫石沉積意圖

式中：mG為沉積礫石的質(zhì)量(g)；SD為礫石沉積區(qū)域截面積(m2)；θ為礫石沉積區(qū)域?qū)?yīng)扇形的角度，度制；H為礫石沉積高度(m)；R為鉆桿內(nèi)半徑(m)；ρb為礫石堆積密度(kg/m3)；L為對應(yīng)井斜下的鉆桿長度(m)。

式中：Q為對應(yīng)礫石積高度H的充填排量(m3h)；SO為流動區(qū)域截面積(m2)；vc為砂漿臨界流動速度(m/s)，在流動區(qū)域內(nèi)砂漿流動速度恰好使礫石不會繼續(xù)沉積的臨界值，由井斜、礫石沉積高度、攜砂液密度、黏度、礫石密度、尺寸等因素決定，由充填模擬實驗所得。

3 應(yīng)用實例

渤海油田某井水垂比達到2.615 2 mm水平裸眼井段開采疏松砂巖儲層，常溫常壓，是一口常見的淺層大位移水平裸眼井，該井80°穩(wěn)斜段長度為612 m，使用127 mm鉆桿(內(nèi)徑54.3 mm)送入礫石充填管柱，按照本文預(yù)測模型，對該井礫石充填防砂完井過程中鉆桿內(nèi)礫石沉積量進行計算，結(jié)果如表1所示。

表1 某井鉆桿內(nèi)礫石沉積計算結(jié)果

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，繪制出該井充填排量與鉆桿內(nèi)礫石沉積量關(guān)系曲線，如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)充填排量不低于40.59 m3/h 時，此穩(wěn)斜井段不會沉積礫石，當(dāng)充填排量低于此值時，充填排量越低，沉積量越大。

該井礫石充填作業(yè)的充填排量為32.44 m3/h，對應(yīng)圖2可以得出，在此充填排量下鉆桿內(nèi)礫石沉積量為1 700 kg左右，對該井礫石充填作業(yè)給出的作業(yè)建議：

(1)需在礫石預(yù)測使用量的基礎(chǔ)上額外準(zhǔn)備1 700 kg的礫石；

(2)充填作業(yè)時間變長，注意各波段的壓力曲線變化，精準(zhǔn)控制作業(yè)過程；

(3)提前判斷防砂用反循環(huán)沉砂池容量是否能夠回收這部分礫石，目前渤海常用反循環(huán)沉砂池可容納1 300 kg礫石，建議該井增加備用沉砂池，或使用高目數(shù)鉆井振動篩，反循環(huán)時經(jīng)過振動篩去除攜砂液中的礫石，防止污染循環(huán)系統(tǒng)；

(4)在反循環(huán)期間及服務(wù)工具起至造斜率較大井段時，替入高粘段塞攜帶鉆桿內(nèi)殘留的礫石；

(5)如果上述措施均不能消除礫石沉積帶來的問題，或沉積量過大存在堵塞鉆桿風(fēng)險的時候，建議全井更換內(nèi)徑較小的鉆桿進行礫石充填防砂作業(yè)。

該井現(xiàn)場施工曲線如圖3所示，施工時間、壓力變化和礫石用量均符合預(yù)測結(jié)果，在停止加礫石后，繼續(xù)頂替一個鉆桿容積后出現(xiàn)脫砂壓力，反循環(huán)出井的礫石量為1 800 kg，該部分即為鉆桿內(nèi)沉積的礫石，接近作業(yè)前的預(yù)測結(jié)果。

圖3 該井礫石充填作業(yè)施工曲線

4 結(jié)語

(1)通過計算鉆桿內(nèi)礫石的沉積量，可以在設(shè)計階段和施工階段提出多項有針對性的處置措施，保證現(xiàn)場礫石充填作業(yè)順利實施，保證充填效率。

(2)通過分析鉆桿內(nèi)礫石的沉積規(guī)律，可以看出，除了井斜、井身結(jié)構(gòu)等井的基本因素以外，礫石的沉積還受充填排量、充填壓力，攜砂液和礫石的性質(zhì)影響，在大位移井礫石充填作業(yè)中可以研究推廣使用低阻力、高懸浮性的攜砂液和輕質(zhì)礫石以降低充填壓力，提高充填排量，保證充填效率。