金属塞充填射孔防砂联作技术研究与应用

韩宗正

(中国石油辽河油田公司钻采工艺研究院，辽宁盘锦 124010)

◀油气开采▶

金属塞充填射孔防砂联作技术研究与应用

韩宗正

(中国石油辽河油田公司钻采工艺研究院，辽宁盘锦 124010)

针对复合射孔防砂技术受地层参数影响、在疏松和致密地层应用效果不理想的问题，研究了金属塞充填射孔防砂联作技术。基于用整体金属塞取代松散颗粒状防砂材料的思路，改变防砂材料的形状与基本参数，实现防粒径0.1 mm以上砂粒的要求。将20目的金属防砂网压制成单体的六瓣中空锥形体金属塞，金属塞射入预定的储层后，充填在套管射孔口和储层的一定深度部位，形成立体的不锈钢网隔砂层，把地层砂遮挡在油层孔道内；研制了金属塞充填防砂射孔装置；研究了射孔、防砂联作一次完成的工艺技术，以取代先射孔再防砂的复杂工艺。锦7块应用金属塞充填射孔防砂联作技术后，油井产出液含砂量小于0.03％，生产正常，1年内没有进行检泵作业。研究结果表明，该技术适用于疏松易出砂地层，防砂效果好，可为油层防砂提供新的技术支持。

金属塞 充填 防砂 射孔 锦7块

复合射孔防砂技术可以实现射孔、防砂两项作业一次完成，将松散的颗粒形状的防砂材料充填在炮眼中形成挡砂层。在油井投产的初期采用该技术进行防砂，不但可以提高防砂效果，而且可以有效地保护油层，保证油井正常生产。

但是，对于易出砂的疏松砂岩油藏老区块，随着油田的开发，能量下降，地层亏空，油藏出砂现象日益严重。采用常规复合射孔防砂技术形成的孔道空间较大，颗粒形状的防砂材料在炮眼中充填量不足，不能完全封堵射孔孔道，直接影响防砂效果。锦7块是一个热采开发20多年的稠油油田，地层压力系数平均为1.0，出砂问题一直是该区块开发中的主要问题。在该类油井中应用复合射孔防砂技术受地层参数影响大，防砂有效率低。

针对疏松砂岩油藏的防砂问题，笔者研究了金属塞充填射孔防砂联作技术，研制出了金属塞充填射孔防砂装置，该装置使用整体分瓣锥形金属塞替代以前颗粒形状的防砂材料，在射孔的同时将整体的防砂材料直接充填在套管的射孔孔道口，解决了疏松砂岩油藏的出砂问题[1-5]。

1 技术原理

金属塞充填射孔防砂联作技术采用了一种全新的射孔防砂装置，射孔弹起爆后，由射孔弹的爆轰产物点燃射孔枪内的助推火药，产生瞬间高压气体,推动射孔枪内的药型罩形成金属射流(见图1)。将一个预先制作的整体金属塞直接充填在射孔孔道口，在孔道出口处建立一个立体的不锈钢网隔砂层，把地层砂挡在油层孔道内，地层流体可以自由通过，实现一次作业即完成射孔与防砂施工。

2 金属塞设计与加工

2.1 形状设计

金属塞形状设计应遵循以下原则：1)为便于进入射孔孔道并在孔道中长期固定，金属塞整体应设计为圆锥形或圆柱形；2)要给金属射流运动留出足够的通道，金属塞须为中空的圆筒形；3)金属塞在运动充填的过程中能够挤压变形，因此金属塞的设计应有利于其在充填过程中自由变形。

最终设计的金属塞的形状为分瓣锥形。其中，分瓣的形状有利于金属塞出仓和孔道充填，锥形有利于孔道口定位。

2.2 材料选择与基本参数设计

从防砂目的出发，可以选择多种材料，凡是能阻挡粒径0.1 mm砂粒并有大于10 D渗透率的多孔材料、丝网材料都可以满足要求，但考虑到材料利用火药推进、并在孔道中可长期滤砂的目的，应满足以下要求：耐腐蚀、耐350 ℃高温、应具有一定的整体联结性能、能阻止粒径大于0.1 mm的砂粒通过、渗透率必须大于10 D。

选择奥氏体的不锈钢丝网作为主要研究介质，具体要求有：1)考虑加工的方便及防砂粒径要求，钢丝不能太粗太硬；2)考虑整体金属丝网的强度，钢丝直径不能太细[5]。

整体金属网的原材料最终选定为20目的不锈钢丝网，钢丝直径为0.27 mm。这种钢丝网不仅具有加工的工艺性和射流输送的可行性，而且在形成立体丝网的过程中表现良好。随机弯曲的不锈钢钢丝在随进过程中受到压缩波的作用，自由向中心聚集，头部可以顺利进入孔道。由于金属塞为分瓣锥形，头部尖后部大，头部进入孔道后，后部被卡在套管入孔处，金属塞的一部分贴附在套管内壁上，另一部分进入孔道内(见图2)。

图2 金属塞充填防砂结构Fig.2 Structure of sand control with metal plug

2.3 成型工艺

金属塞的成型工艺主要是成型模具设计与成型设备选择。

设计的金属塞为中空的六瓣圆锥体。在试验中，使用的六瓣金属塞模具外径最小为46 mm，最大为78 mm。改变直径试验的目的是考察多大尺寸的金属塞有利于进入孔道并封住孔道口，即金属塞直径对孔道定位的影响。

研究中使用的成型设备为450 kN油压机。在加工过程中，需要控制金属塞的成型密度，金属塞不能压得太密，也不能太疏松。密度太大不仅会使其渗透率降低，而且强度太高，不易变形，难以进入射孔孔道完成射孔防砂作业；密度太低难以防住粒径0.1 mm的砂粒，可能导致其在充填运动过程中被破坏，造成射孔防砂作业的有效期短[6-9]。

2.4 渗透率测试

为了考验金属塞的性能，对金属塞渗透率进行了测试。将直径2.5 cm、长度1.5 cm的金属塞置于特制的试验装置内，连接气流管线，根据达西渗流定律测试金属塞的渗透率，结果见表1。

表1 金属塞渗透率试验结果

根据多次渗透率测试结果进行调整，解决了金属塞渗透率低、易堵塞等技术难题，使防砂效果和生产效果得到了保证[10-15]。

3 现场应用

锦7块位于辽河盆地西部凹陷西斜坡南端第一断阶带上，断块被2条北向断层所夹持，呈长条状。该区块采用蒸汽吞吐方式开采，随着该区块开发的日益深入，大部分油井均有不同程度的出砂现象。现有的各种防砂方法都有或大或小的缺点。因此，在该区块的部分出砂井应用了金属塞充填射孔防砂联作技术，并与相邻的采用普通射孔的油井进行了效果对比，结果见表2。

表2 锦7块施工井效果统计

由表2可知，采用金属塞充填射孔防砂联作技术的油井均正常生产，且增产效果良好，而邻井均有不同程度的出砂现象，并都进行了多次检泵作业。

锦7-034-280井于2011年3月26日完井，截至2012年3月，累计开井249.6 d，累计产液量4 278.0 m3，累计产油量2 127.3 t，平均日产液量17.14 m3，日产油量8.52 t，井口含砂小于0.03％。该井的生产数据如图3所示，由图3可以看出，除在注蒸汽时产量有所递减外，其余时间均正常生产。

4 结 论

1)锦7块应用金属塞充填射孔防砂联作技术后，起到了很好的防砂效果，检泵次数少，且油井生产效果良好。

图3 锦7-034-280井生产数据Fig.3 Production data of Well Jin7-034-280

2)金属塞充填射孔防砂联作技术改进了防砂材料，选用不锈钢丝网压制成的分瓣锥形金属塞，不受地层参数和油藏构造影响，能准确地充填在射孔孔道口。

3)金属塞充填射孔防砂联作技术实现了射孔与防砂联作，一次施工完成2个工艺过程，缩短了作业时间，减少了作业费用，实现了先期防砂，井筒内无防砂管柱，保持了井筒的原始状态，便于后期措施作业，而且对地层无污染。

4)受金属塞充填防砂射孔装置外径尺寸的影响，金属塞充填射孔防砂联作技术目前还不能应用在尺寸较小的井眼中，建议继续改进，以扩大该技术的应用范围。

[1]吴志勇.辽河油区油井射孔防砂技术及发展方向探讨[J].石油矿场机械,2011,40(1):32-37.

Wu Zhiyong.Discussion on oil well perforation and sand control and tendency in Liaohe Oil Zone[J].Oil Field Equipment,2011,40(1):32-37.

[2]刘呈君,李宾元,李怀文.射孔防砂技术研究[J].钻采工艺,2006,29(2):37-38.

Liu Chengjun,Li Binyuan,Li Huaiwen.Research on perforation sand control technology[J].Drilling & Production Technology,2006,29(2):37-38.

[3]杨胜来,蒋利平,刘长喜,等.射孔-防砂联作防砂效果室内模拟与测试[J].油气井测试,2005,14(2):64-66.

Yang Shenglai,Jiang Liping,Liu Changxi,et al.Surface simulation and sand proof effect test on composite perforation sand control technique[J].Well Testing,2005,14(2):64-66.

[4]王志伟,史军,杨再新,等.复合射孔技术在低渗透油藏的应用[J].西部探矿工程,2005,17(5):62-64.

Wang Zhiwei,Shi Jun,Yang Zaixin,et al.Application of combined perforating technique in low permeability reservoir[J].West-China Exploration Engineering,2005,17(5):62-64.

[5]王艳萍,黄寅生,潘永新,等.复合射孔技术的现状与趋势[J].爆破器材,2002,31(3):30-34.

Wang Yanping,Huang Yinsheng,Pan Yongxin,et al.Situation and trendency of combined perforating-fracturing techniques[J].Explosive Materials,2002,31(3):30-34.

[6]史慧生,孙厚利.油井用射孔和孔道防砂技术[J].爆破器材,2004,33(2):33-36.

Shi Huisheng,Sun Hongli.A technique of combined perforating with hole sand-control for oil well[J].Explosive Materials,2004,33(2):33-36.

[7]朱君,冯子明,王春许.新型防砂射孔设计方案[J].油气井测试,2004,13(1):62-63.

Zhu Jun,Feng Ziming,Wang Chunxu .Plan of a new sand-preventive perforating charge[J].Well Testing,2004,13(1):62-63.

[8]范学君.油管输送射孔抽油泵联作技术研究与应用[J].测井技术,2003,27(1):66-69.

Fan Xuejun.On joint operation of TCP and oil-pump-running and its applications[J].Well Logging Technology,2003,27(1):66-69.

[9]逯启高.测试-射孔联作管柱优化[J].油气井测试,2007,16(1):50-51.

Lu Qigao.Optimization of combined operation string of perforation and testing[J].Well Testing,2007,16(1):50-51.

[10]陶亮,虞青俊,李玉龙,等.复合射孔数值模拟精度的实验验证[J].石油机械,2007,35(2):5-8.

Tao Liang,Yu Qingjun,Li Yulong,et al.Experimental verification of numerical analysis accuracy of composite perforation[J].Petroleum Machinery,2007,35(2):5-8.

[11]陶亮,艾晓莉.复合射孔数值模拟的准确性验证及其应用展望[J].测井技术,2007,31(1):45-49.

Tao Liang,Ai Xiaoli.The accuracy verification on numerical simulation of perforation and its applying prospect[J].Well Logging Technology,2007,31(1):45-49.

[12]赵开良,吴永清,魏永刚.复合射孔器效能监测、对比分析及优化[J].测井技术,2007,31(1):66-71.

Zhao Kailiang,Wu Yongqing,Wei Yonggang.Effect monitoring,correlating and optimizing of composite perforator[J].Well Logging Technology,2007,31(1):66-71.

[13]刁刚田,刘志华,周家驹,等.复合射孔技术的应用[J].钻采工艺,2003,26(6):29-33.

Diao Gangtian,Liu Zhihua,Zhou Jiaju,et al.The application of compound perforation technology[J].Drilling & Production Technology,2003,26(6):29-33.

[14]郑志雄,毛志刚,李峰华,等.复合射孔技术的推广应用[J].油气井测试,2006,12(3):34-35.

Zheng Zhixiong,Mao Zhigang,Li Fenghua,et al.The extend and its application of compound perforate technology[J].Well Testing,2006,12(3):34-35.

[15]袁吉诚.中国射孔技术的现状与发展[J].测井技术,2002,26(5):421-425.

Yuan Jicheng.On the development of perforating technology in China[J].Well Logging Technology,2002,26(5):421-425.

ResearchandApplicationofCombinedPerforationandSandControlwithMetalPlug

HanZongzheng

(DrillingandOilProductionTechnologyResearchInstitute,LiaoheOilfieldCompany，PetroChina，Panjin，Liaoning，124010,China)

Combined perforation and sand control technique doesn’t work well in loose and tight formation because of the formation structure,so we had developed a new combined perforation and sandcontrol technique with metal plug.Proceeding from the idea to replace loose granular sand control material with integral metal plug,we changed the material’s shape and basic parameters in order to control sands with diameter larger than 0.1 millimeters.The 20 mesh metal screen was pressed into a hollow and pyramidal plug with six slices.Upon pushed into the target oil layer,the metal plug would be filled into the front of perforation tunnels at a certain depth of the oil layer,forming a three dimensional sand control screen to block the sand from the well.In addition,the sandcontrol perforator was developed,and the integrated perforation and sand control in one run was invented to replace the complicated sandcontrol measure after perforation.The application of this technique to Jin 7 Block resulted in sand content in produced fluid less than 0.03％ and normal production without pump inspection for over a year.That indicates that the new technique is suitable for sand control in loose formation,providing a new technical device for sand control.

metal plug;filling sand control;perforation;Jin 7 Block

2012-08-16；改回日期2013-03-03。

韩宗正(1988—)，男，山东聊城人，2009年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业，助理工程师，主要从事油气井防砂方面的技术研究与应用工作。

联系方式：(0427)7823689，hansonlyo@126.com。

10.3969/j.issn.1001-0890.2013.03.023

TE358+.1

A

1001-0890(2013)03-0119-04

[编辑 滕春鸣]