墾利A油藏探井測試防砂工藝的探索及應用

杜連龍，張興華，陳光峰，王雪飛

(1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452; 2.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

墾利A油藏為渤海典型淺層疏松砂巖稠油油藏，預測儲量規模較大，鉆井及測井資料顯示，儲層膠結疏松，泥質含量超過20%，原油密度為0.979 g/cm3，50 ℃時地面原油黏度為1 573.38 mPa·s，平均地層溫度為49 ℃。研究區第一口探井KL-A1井進行了兩次鉆桿地層測試(DST)，均以失敗告終。由于缺乏DST測試資料，儲量規模一直無法評價和上報。

1 存在問題

KL-A1井第一次DST測試采用常規射孔泵抽聯作工藝，螺桿泵排液期間，井口油砂同出，含砂量達60%，螺桿泵憋停，無法正常舉升，起鉆后發現測試管柱底部油管及測試工具被油砂堵塞；第二次DST測試采用簡易防砂泵抽聯作測試工藝，即測試管柱攜帶防砂管進行聯作測試，防砂管防砂精度為200 μm，螺桿泵排液期間，產出量短期內迅速下降，分析認為泵抽時，油砂在篩套環空堆積，較大粒徑的地層砂不斷地在篩管表面堆積，由于地層泥質含量高、原油密度大、黏度高，最終糊死在篩管表面，嚴重阻礙原油的流動，影響產能測試。

KL-A1井的兩次DST測試均未獲取穩定產能和有效的開關井壓力，分析認為測試失敗的原因是常規射孔泵抽聯作測試與簡易防砂泵抽聯作測試都無法支撐或穩固地層，測試開井初期地層出現坍塌式出砂，且缺乏合適的濾砂介質。因此，尋求合適的防砂方式是DST測試成功的關鍵。

2 防砂工藝選擇

探井DST測試作業以獲取地層流體性質、產能、溫度、壓力及地層動態參數等資料為目的，作業周期較短，作業結束后進行永久棄井，不保留井口。因此，選擇的防砂方式要求既能控制出砂，又能夠使地層保持原始狀態、油氣井產能損失最小，工藝要簡單、可靠。

海上完井生產作業中常用的防砂方式主要有機械防砂和化學防砂。機械防砂主要為簡易篩管防砂和礫石充填防砂，簡易篩管防砂對地層沒有支撐作用，一般適用于中粗砂、泥質和細質含量低、輕微出砂的地層[1]，實踐證明，簡易篩管防砂不適用于研究區。機械防砂中的礫石充填防砂和化學防砂能夠起到支撐并穩固地層的作用，但化學防砂對地層原始滲透率傷害較大，不符合DST測試的要求。針對易出砂、疏松砂巖稠油油藏，國外一般采用大孔徑、高孔密射孔后的礫石充填，配以繞絲篩管防砂可以達到有效防砂的目的[2]。通過調研及分析，在探井DST測試作業中引入礫石充填防砂工藝，能夠解決稠油出砂及取資料困難等問題。

2.1 充填方式優選

礫石充填防砂工藝按充填方式分為水循環充填、高速水循環充填和壓裂充填，是完井生產作業中廣泛應用的防砂工藝[3]。由于探井DST測試目的與完井生產目的不同，礫石充填防砂在海上探井DST測試中使用較少。探井DST測試目的是釋放產能，快速獲取地層溫度、壓力、流體性質及地層動態參數等資料，測試時間較短，測試結束后永久棄井，不能作為生產井。因此，充填砂量不需要太多，不能向地層漏失太多攜砂液，以免在短時間內無法獲取純地層流體的高壓物性樣品，導致測試時間延長。通過分析水循環充填、高速水循環充填和壓裂充填方式的特點，優選適合探井DST測試的高速水循環充填防砂方式，施工過程中略微控制攜砂液的返出量，保證充填效果的基礎上，盡可能減少進入地層的攜砂液，從而使后期的返排時間減少，提高測試作業時效(表1)。

表1 三種充填防砂方式的特點分析

2.2 礫石尺寸優選

礫石尺寸的選擇對防砂至關重要，確定礫石尺寸有多種方法，目前常用的是Saucier公式法[4]，利用Saucier公式確定礫石直徑為：

D50=(5～6)×d50

式中：D50為設計礫石的粒度中值，μm；d50為地層砂樣粒度中值，μm。

Saucier公式法是建立在完全防砂的機理上，該方法僅考慮地層砂的粒度中值，粒度中值代表地層砂的大概特征，無法反映粒度范圍、分布及均勻性[5]，在一定程度上影響防砂后的測試效果，礫石尺寸的選擇需兼顧防砂效果與防砂后的產能。

研究區KL-A2井粒度分析如圖1所示，d50取120 μm，根據Saucier公式計算得出礫石目數為20/40。探井測試采用螺桿泵排液，螺桿泵能夠接受一定含砂量，結合地層砂粒度分布d10～d90，同時吸取簡易防砂失敗的教訓，對Saucier公式進行放大，由原來的5～6倍放大至6～8倍。適度放大防砂粒徑，允許部分地層砂隨原油產出，避免細小砂粒堵塞篩管造成近井地帶油流通道堵塞[6-7]，達到“適度防砂”的效果，并保證產能測試，最終選擇16/20目的礫石配合精度為200 μm的繞絲防砂管。

圖1 KL-A2井儲層井壁巖心粒度分布曲線

2.3 攜砂液優選

攜砂液在充填防砂作業中能夠攜帶礫石運動，填充篩管和地層[8]。在充填防砂方式確定后，結合儲層特性對攜砂液進行優選，高速水循環充填防砂通常使用鹽水做攜砂液[9]。充分考慮攜砂液與地層配伍，KL-A2井攜砂液采用隱形酸完井液，既能降低擠注能力、保護油氣層，又能降低成本。隱形酸完井液主要由過濾海水、螯合劑、有機陽離子黏土穩定劑和緩蝕劑等成分組成，可以抑制儲層中黏土礦物的水化膨脹及分散運移，防膨率不小于90%，黏度低，整體呈弱酸性，對管柱、篩管無腐蝕性，有助于消除鉆井液濾液、水泥漿濾液和地層流體間的不配伍形成的有機垢、無機垢[10-12]。采用隱形酸完井液作為攜砂液，不僅可以解除鉆井液、水泥漿等工作液與地層不配伍造成的損害，而且配置簡單，成本較低。

2.4 施工步驟

采用礫石充填防砂工藝的測試工藝與常規測試工藝有所不同，簡要施工步驟如下：

①首先采用大孔徑、高孔密射孔彈對測試層段進行單趟射孔作業，射孔孔徑21.84 mm；穿深617.83 mm，孔密40孔/米，大孔徑、高孔密射孔彈有利于提高礫石充填質量。

②對射孔段進行刮管作業，為下入沉砂封隔器做準備，防止射孔毛刺損傷沉砂封隔器。

③采用電纜下入沉砂封隔器，在射孔段以下約2 m處坐封，建立合適的托砂人工井底，同時保持篩管在套管內保持居中。

④組裝外層防砂管柱(防砂管防砂精度為200 μm)和內層充填服務工具，下防砂管柱至預定位置。

⑤投球，鉆桿加正壓，坐封頂部封隔器。

⑥正、反循環測試，確認充填通道并做好位置標記。

⑦礫石充填防砂作業：采用密度為1.03 g/cm3隱形酸完井液、16/20目礫石進行礫石充填，反循環沖砂，驗充填無誤，有效充填砂量為1 816 kg，充填系數為40.2 kg/m。

⑧起出防砂管柱。

⑨下測試管柱，進行泵抽測試作業，取得產能、溫度、流體樣品、開關井壓力等資料。

⑩起出測試管柱，測試作業結束，進行封層棄井作業。

3 應用效果分析

在墾利A油藏探井測試中引入高速水礫石充填防砂工藝，成功應用于多口井，均求取了穩定產能，為油藏評價錄取了重要數據。通過對KL-A1井和KL-A2井進行對比，分析高速水循環充填防砂后的DST測試效果。

3.1 測試結果分析

KL-A1井第一次測試時采用常規射孔泵抽聯作工藝，因含砂量過高，螺桿泵無法正常工作，未獲取任何產量數據；第二次測試時采用簡易防砂泵抽聯作工藝，測試產量短期內迅速下降，結合井下壓力得到生產壓降83%，比采油指數為0.06 m3/(MPa·d·m)，達不到工業產能(圖2a)。鄰井KL-A2井DST測試前采用高速水循環充填防砂工藝完井，求產8 h，產量為30.7～33.2 m3/d，平均日產油為32.4 m3，含砂微量，生產壓降14.5%，比采油指數為3.25 m3/(MPa·d·m)，防砂與產能都達到良好的效果，為油藏評價提供了有效數據(圖2b)。

圖2 KL-A1井和KL-A2井產量測試數據

3.2 試井解釋對比分析

由圖3a可以看出，曲線開口幅度較大，說明儲層污染較嚴重，分析認為KL-A1井測試時采取簡易防砂泵抽聯作工藝造成油砂在篩套環空堆積，堵塞篩管滲流通道，由于未獲得合格的產能資料且關井時間較短，無法計算地層滲透率、地層系數等參數。由圖3b可以看出，曲線形態為典型的均質無限大地層特征，通過擬合求得地層有效滲透率為0.31 μm2、表皮系數為0.933。表皮系數為正，但數值較小，說明井筒附近地層存在輕度污染，表明所選擇的防砂方式適用該類地層。

圖3 KL-A1井和KL-A2井雙對數-導數曲線

4 結論

(1)對于疏松、易出砂的稠油油藏DST測試時需選擇合適的防砂方式，既要對地層起到支撐作用，避免造成地層坍塌式出砂流動，又要盡量保持地層原始狀態，達到測試的目的。

(2)結合DST測試周期及資料錄取的特殊性，優選高速水礫石充填防砂工藝對墾利A油藏探井進行防砂，成功地為墾利A油藏獲取勘探評價資料，對該類油藏評價具有一定的借鑒意義。