水平井高压充填防砂工艺在曙光油田的应用

汤程鹏

【摘要】针对曙光油田稀油区块水平井出砂套坏的开发矛盾，根据油藏的岩石结构特征和完井方式，确定实施水平井砾石充填防砂工艺，同时对水平井砾石充填的施工工艺及施工参数进行了优化。该工艺为稀油油藏的经济开发提供了技术保障。

【关键词】水平井 砾石充填 施工工艺 施工参数 曙光油田

水平井高压充填防砂技术是将高精密滤砂管和充填装置下至油层部位丢手后，下入填砂服务管柱，采用清洁性携砂液携带砾石，通过压裂车组将砾石携带到油层亏空处和滤砂管与套管的环形空间，在砾石的滤砂和滤砂管的挡砂作用下，形成高强度的防砂屏障，阻止地层砂向井筒内运移，从而保证出砂油井的正常生产。水平井应用管内砾石充填防砂技术后，出砂状况得到了明显的抑制，增油效果显著。

1 不锈钢精密防砂筛管的研制1.1 结构组成

基管采用API标准中抗压性能较好的N80油管，其抗破坏压力达到100MPa以上，延伸率为2%，径向可变形量为60%，扭曲变形量为1°/m，弯曲变形量为1°/m。

防砂过滤层采用不锈钢丝编织双层过滤网和三层导流功能层结构，采用先进焊接技术工艺与基管进行焊接。同现有的其它过滤元件相比，具有坚固的结构，高拉拔强度，更大的抗挤压强度、抗腐蚀能力，在油层工作中不易堵塞，有精确的缝隙尺寸、较大的开口面积、容易反冲洗等特点。其延伸率、径向可变形量、扭曲变形量、弯曲变形量均大于API油管。

不锈钢外保护套设计了侧流孔，在作业过程中，能很好地保护防砂过滤层，避免下井时防砂过滤层损坏导致防砂施工失败。工作过程中，防止流体对防砂网的直接冲蚀破坏。

1.2 关键技术

复合防砂过滤层是防砂筛管的重要组成部分，材质和滤孔决定筛管的防砂性能。

（1）采用多层316L不锈钢精密微孔复合防砂过滤层，防砂可靠性高，抗破坏能力强。

（2）过滤面积大，为割缝筛管和绕丝筛管的10倍，流动阻力小。

（3）滤孔稳定，抗变形能力强，径向变形为40%时，防砂能力不变，满足水平井使用要求。

（4）滤孔均匀，渗透率高，防堵能力强，便于反洗。

（5）外径小，重量轻，便于在长距离水平段上推动到位。1.3 技术参数

（1）焊接后防砂管的整体抗压抗拉强度达到基管强度的90%以上，即不小于90MPa。

（2）过滤精度为60、80、100、120、

150、200、250、300、350μm。

防砂筛管及配套工具尺寸参数见表1。

2 充填砾石的筛选

根据井深和地层砂的粒度中值，确定充填砾石的类型和粒径等参数。曙三区油层埋深为950～1700m，压力梯度为0.019MPa/ m，石英砂满足现场需要。

粒径的确定依据索西埃（Saucier）公式：

D50=（5～6）×d50 （式1）

式中：D50为设计砾石的粒度中值，mm；d50为地层砂样粒度中值，mm。

通过式（1）确定砾石粒度为0.4～

0.8mm。

3 携砂液的研制

石英砂密度为1.5g/cm3，在填砂过程中易脱砂造成砂堵，另外，曙三区岩芯敏感性评价为强水敏，因此，携砂液不但要具有良好的流变性，而且要和地层配伍。针对上述问题，研制了以胍胶为主剂，助排剂、防膨剂等为添加剂的携砂液。

3.1 表面张力实验

通过携砂液表面张力的改变，可以降低其在地层孔隙中的毛细管作用，提高自身的返排能力。在25℃、浓度为1%时测携砂液与其他几种助排剂的表面张力。携砂液与高温驱油助排剂、重烷基苯磺酸钠的表面张力接近，低于烷基酚聚氧乙烯醚磺酸盐、α-烯烃磺酸盐的表面张力，表面活性比较好。

3.2 砾石沉降速度测定

在25℃时，将携砂液倒入透明圆柱容器里，用镊子将0.8mm石英砂放入液面2cm处松开，让其自然沉降，记录石英砂沉降40cm所需时间，计算沉降速度为10.1×10-2m/ min，说明该携砂液具有很强的悬浮能力。

3.3 流变性实验

（1）热稳定性实验。在剪切速率恒定为145S-1条件下，测试携砂液黏度和温度的变化规律。温度从30℃升高到60℃过程中，黏度从382mPa·s降低为203mPa·s，黏度损失率为47%。

（2）剪切稳定性实验。在实验温度恒定为30℃条件下，测定携砂液的黏度与剪切速率的变化规律。剪切速率为5～145S-1时，其黏度的变化值为761～262 mPa·s。

从实验结果分析，黏度随着温度和剪切速率的提高而降低，但是黏度仍保持较高水平，说明有很强的携砂能力。

3.4 黏土矿物稳定性评价

取曙三区岩心，分别用蒸馏水、标准地层水、携砂液为介质，在40℃时，测定岩心膨胀率。曙三区的岩心水敏性很强，在蒸馏水情况下，黏土膨胀率达到22.4%，携砂液对黏土膨胀率只有4.3%，对地层黏土膨胀有一定的抑制作用。

4 现场应用情况

水平井高压充填防砂技术现场试验4口井，防砂后均正常生产，有效解决了射孔完井方式水平井的出砂问题。措施前4口井平均冲砂检泵周期为27.5d，防砂后正常生产229.1d，和措施前相比油井冲砂检泵周期延长201.6d。平均单井日产液增加10.6t/d，日产油增加5.3t/d。阶段措施增油3788.9t，平均单井增油1894.5t。

5 结论

（1）水平井新型防砂管柱和充填工艺能够实现水平段管内充填，有效解决了水平井防砂的瓶颈性技术难题。

（2）水平井高压充填防砂技术利用滤砂管的挡砂作用和筛管与套管环空砾石的滤砂作用，可有效阻止地层砂向井筒内运移，保证了出砂油井正常生产。

（3）采用水平井高压充填防砂技术后，提高了近井地带的导流能力，增加了油井产能。

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