海上多层防砂生产井新型冲砂管柱设计与应用
2015-08-04曹砚峰刘传刚王丙刚中海油研究总院北京0008中海油能源发展股份有限公司天津30045
张 磊,曹砚峰,刘传刚,王丙刚(.中海油 研究总院,北京0008;.中海油 能源发展股份有限公司,天津30045)
海上多层防砂生产井新型冲砂管柱设计与应用
张磊1,曹砚峰1,刘传刚2,王丙刚2
(1.中海油研究总院,北京100028;2.中海油能源发展股份有限公司,天津300452)
在油井生产过程中,由于地层砂以及细颗粒从地层产出,容易堵塞筛管和筛套环空,导致渗透性降低,造成油井产能逐渐降低以及筛管冲蚀破坏等问题。常规的冲砂管柱需要下入多趟管柱,作业过程相对繁琐,同时冲砂作业周期较长。在对当前冲砂解堵技术进行调研的基础上,结合现场生产资料和数据进行了管柱和工具设计,研制出满足现场冲砂解堵需求的工具,为防砂井冲砂解堵提供技术保障。
油井;冲砂;筛套环空;管柱设计
在油气井开发生产阶段,防止油层出砂是维持油田正常生产的关键措施之一,有效阻止储层出砂是保证油田稳定生产的重要技术措施[1]。导致生产井失效及生产井防砂失败的主要原因:一是防砂措施失效,地层砂进入井筒掩埋油层而使油井产量降低或停产;二是各种防砂管柱或挡砂砾石层并未损坏,而是地层中的粘土、粉细砂或其他物质堵塞了管外的充填砾石防砂管缝隙。对于防砂失效的油井,通常的处理方法是清洗返排井下的砂柱;对于堵塞严重的井下防砂管,有时必须起出更换,不但成本很高(相当于大修),而且作业周期较长,影响油田正常生产。冲砂解堵处理技术是一种物理解堵技术,现场应用取得了良好的增产增注效果,不仅有效疏通油层,延长油井防砂有效期,同时还达到疏通储层、恢复产能,降低采油成本的目的。
1 多层防砂生产井简介
我国海上油田一般采用机械防砂,考虑到海上油田钻完井作业费率高,选用防砂工艺技术的基本要求是作业周期短、风险小。目前,海上油田常用的防砂工艺技术主要有5种,分别是套管井独立筛管防砂工艺技术、套管井单层砾石充填防砂工艺技术、套管井一趟多层砾石充填防砂工艺技术、裸眼井独立筛管防砂工艺技术、裸眼井砾石充填防砂工艺技术。砾石充填防砂工艺技术是油气井在套管射孔后,产层下入筛管并利用封隔器进行封隔,地面利用防砂泵将一定质量浓度的砂浆从钻杆(油管)泵入井内,通过选择性转换工具使砂浆充填在射孔炮眼内及筛管/套管、盲管/套管环形空间,直至覆盖整个防砂段,这样地层砂就被较大的砾石挡住,而砾石本身又被筛管挡住,实现防砂目的。砾石充填防砂工艺技术适应于部分地层砂分布不均匀,粒度较细,泥质含量高,油品性质差的地层。
2 砾石充填防砂管柱
海上油田244.475mm(9英寸)砾石充填防砂管柱如图1所示。常用防砂工具基本尺寸:顶部封隔器内径为152.4mm(6英寸),隔离封隔器内径为127mm(5英寸),隔离封隔器上下密封筒内径为120.65mm(4.75英寸),139.7mm(5英寸)盲管和优质筛管内径为124.26mm(4.892英寸)。
图1 224.475mm砾石充填防砂管柱示意
3 冲砂解堵技术发展现状
冲砂解堵技术主要包括井下电脉冲解堵技术、负压法地层解堵技术、水力振动解堵技术、高压旋转水射流解堵技术、化学解堵技术等。其中井下电脉冲解堵技术主要是利用一定频率的高电压脉冲电流,使之发生空化现象,从而解除储层堵塞与污染;负压法地层解堵技术是通过负压发生器以及开关泵组的方法,对储层产生负压,利用压降,解除对近井地带的污染;水力振动解堵技术是利用水力振动器产生的振动冲击波,使堵地层及筛管中的堵塞物松动并脱落,进一步达到清除岩石孔隙及筛缝中堵塞物的目的;高压旋转水射流解堵技术是利用可控旋转自振空化射流工具在井筒中上下移动,同时旋转喷头产生水力脉冲冲击以及高频振荡等作用,冲击防砂管,达到解除堵塞的目的。以上技术也可配合酸液等化学解堵方法一起使用,可进一步增强解堵效果[2-5]。
4 新型冲砂管柱
通过对解堵技术的调研,本文确定2种解堵技术:
1)高压旋转射流技术。是一种新型的解堵技术,它是利用高压旋转射流工具将携砂液打入地层,使得筛管、盲管和套管环空之间的地层砂处于悬浮状态,并通过携砂液将砂砾带出。
2)筛套环空冲砂技术(大通径防、冲砂一体管柱技术)。是国内最先进的机械筛管丢手防砂工艺管柱技术,该技术可彻底解决油田普通使用的丢手割机械筛管防砂所存在的问题,可实现在多次不起出原防砂管柱的基础上彻底冲砂,可清除人工井底以上至套管头以下所有可能积砂处的沉砂。当完成冲砂作业,起出冲刷管柱后,该机械防砂管柱结构仍留在井内,可继续起到防砂作用。
由于整个管柱内径变化较小,采用高压旋转冲洗工具冲洗筛管内部细砂,采用皮碗封隔器上下封堵冲洗筛套环空细砂。结合渤海油田完井防砂管柱特点及冲砂工具技术特点,新型冲砂管柱结构如图2所示。
图2 冲砂管柱示意
4.1筛管内部冲砂解堵作业
将冲砂管柱下入筛管内至冲洗位置后,开启设定排量对筛管内壁进行冲洗,可以配合连续循环短节或者连续油管等其他不间断冲洗作业设施实现不停泵冲洗作业,当冲洗至管柱最下端后,加大排量或者采用大排量循环阀导通,之后进行大排量洗井作业,直至所有细粉砂等返出干净。
图3 冲砂管柱作业示意
4.2筛套环空冲砂解堵作业
将冲砂管柱下入筛管内至厚壁密封筒,用负荷显示器的吨位显示来判断管柱下入位置,经过上层充填滑套时,滑套开关工具通过双向台阶装置将上层充填滑套打开,上提管柱至滑套关闭工具经过上层滑套从而关闭滑套;同理通过中层滑套,经过底层滑套时打开滑套,建立循环通道,继续下入到设计冲砂位置后,投入钢球小排量泵送至单流阀处将其阀口封住,使管柱内部憋压,如图3。同时开泵加入高压携砂液,使内部压力升高促使上部液压皮碗封隔器和下部液压皮碗封隔器坐封在筛管内壁上,实现冲砂段的上下两端的封堵,从高压冲砂管喷嘴处喷出高压冲砂液对筛管和套管环空的细粉砂及聚合物进行冲洗,同时高压冲洗液将冲洗掉的杂质经滑套返出至井口,完成洗井作业。当该段作业结束后,停泵或降低泵冲,上提管柱至一定高度实现底层防砂段的分段冲洗,当底层防砂段冲洗结束后,上提管柱滑套关闭工具通过单向台阶装置将滑套关闭位置,滑套开关工具过滑套再次对滑套进行关闭,确保滑套正常关闭,中层和顶层防砂段冲砂与底层同理。
4.3关键工具技术特点
4.3.1高压冲洗工具
高压旋转冲洗工具结构如图4所示。工具上下两端采用API标准螺纹,内部有液体流道,下部有不同方向的喷嘴,在高压冲洗液的作用下,旋转喷嘴提供切向力,促使工具旋转,冲洗侧面的管柱内壁。工具内部安装一对单列圆锥滚子轴承,在承受高压作用下轴的推力同时减小工具在旋转过程中的阻力。高压旋转冲洗工具工作原理如图5所示,可以对生产管柱内部进行旋转清洗,不仅将管柱内部细砂冲出,还能通过循环将砂粒排出,具有疏通储层恢复产能等功能。
图4 高压旋转冲洗工具结构
图5 高压旋转冲洗工具工作原理
4.3.2高压冲砂管
高压冲砂管是靠水力作用的冲砂机构,采用水力喷射原理进行喷嘴优化和布孔设计,在设计的冲砂排量下,由于喷嘴出口面积小于管柱内部通径面积,管柱内部憋起高压,一方面促使皮碗封隔器坐封于筛管内壁,实现冲砂段上下端的封堵;另一方面流体从喷嘴高速喷出经井筒内液柱冲击筛管,对筛管上附着的油污和细粉砂进行有效冲击,最后经筛管和套管之间形成的环空向上返出,如图6所示。
图6 高压冲砂管工具示意
4.3.3液压皮碗封隔器
冲砂用液压皮碗封隔器如图7所示。是一种靠水力喷射产生的管柱内部压力进行坐封,从而封隔筛管目标冲砂段上下端的液压坐封封隔器。包括皮碗胶筒和活塞机构,在冲砂管柱中2套液压皮碗封隔器安装方向相反,从而实现坐封时封隔目标冲砂段。在下入过程中,皮碗胶筒外径小于筛管内径,当下入至目标段后,开泵冲砂作业,管柱内部憋压,在液压的作用下工具内部憋压使活塞移动,使皮碗胶筒受压产生变形坐封于筛管内壁,泄压后胶筒恢复形变自动解封。
图7 液压皮碗封隔器示意
4.4现场应用
新型冲砂管柱技术已在渤海绥中、南堡等油田进行了5口井现场应用,取得了良好冲砂效果。
5 结论
1)通过研究冲砂解堵工具及配套工艺技术,设计了一套针对海上低产、低效井的冲砂解堵作业工艺技术和工具。可有效疏通油层、延长油井防砂有效期、降低采油成本。提出了一种解决海上筛管堵塞的方法。
2)利用物理解堵法实现冲砂解堵作业,可以满足基本冲砂要求,配合携砂液冲砂,在清理砂堵的同时有良好的携砂效果。
[1]万仁溥,罗英俊.采油技术手册[M].北京:石油工业出版社,2004.
[2]郑金龙.油井解堵技术研究及应用[J].中国石油和化工标准与质量,2013(1):104-105.
[3]黄中伟,李根生,罗洪斌,等.水平井防砂管内旋转射流冲砂解堵机理与试验[J].石油钻采工艺,2008(3):93-96.
[4]黄中伟,马家骥,李根生,等.高压旋转射流解除井下防砂管柱的堵塞[J].石油钻采工艺,2004(6):65-67.
[5]汪伟英.注水井解堵增注技术综述[J].钻采工艺,1995 (4):35-38.
Research and Application of New Type Sand Washing String based on Multi Sand Production Well
ZHANG Lei1,CAO Yanfeng1,LIU Chuangang2,WANG Binggang2
(1.Research Institute,CNOOC,Beijing 100028,China;2.EnerTech-Drilling&Production Co.,CNOOC,Tianjin 300452,China)
In oil production,due to the formation of sand and fine particles from the output of the formation,they are easy to block the screen and casing annulus,resulting in permeability decrea-ses,causing well productivity decreased gradually and screen erosion damage,conventional sand washing string in many times ripping,operation process is relatively cumbersome and sand opera-tion cycle is longer.In view of the above questions,this paper in the sand washing solution tech-nology is studied based on the combination of the actual data and the data were sand washing string design,detailed design tool,developed to meet the field sand washing plugging tool require-ments,and provide technical support for washing sand plugging of sand control wells.
oil well;sand washing;screen and casing annulus;string design
TE952
B
10.3969/j.issn.1001-3482.2015.12.011
1001-3482(2015)12-0045-04
2015-06-12
“十二五”国家科技重大专项“多枝导流适度出砂技术”(2011ZX05024-003)
张磊(1984-),男,工程师,硕士,主要从事海底管道的设计与技术研究。