水平井裸眼砾石充填管柱改进与应用

刘永顺

水平井裸眼砾石充填管柱改进与应用

刘永顺

（中石化胜利油田采油工艺研究院，山东东营257000）

砾石充填对于提高粉细砂岩和高泥质含量油藏的防砂成功率和延长防砂有效期具有明显的效果。现有裸眼砾石充填管柱存在管柱到位无显示、充填总成关闭不严、阻流器分段效果差、环空充填率低等问题。针对这些问题进行了改进，设计了具有工具到位信号显示、充填口自扶正和双级密封功能的底部充填装置和压差式阻流器，提高了工具可靠性。现场应用表明，改进后的工艺管柱施工成功率100%，平均环空充填率98%。

水平井；滤砂管完井；砾石充填；工具

水平井裸眼砾石充填是将滤砂管和裸眼环空充填上一层致密砾石，与单纯的滤砂管防砂完井相比具有很大的优越性［1］。

1） 砾石充填层可以防止井壁坍塌，保持井壁稳定。

2） 形成高渗透挡砂屏障，有效避免粉细砂和泥质含量高导致的供液能力差、近井地带堵塞，延长防砂有效期。

3） 提高油井完善程度，明显改善稠油、超稠油油藏近井地带流通能力，降低注汽压力。

4） 满足水平井高强度采液要求［2-3］。

胜利油田主要应用逆向充填工艺［4-7］，即先期完井下入底部充填装置和滤砂管，后期作业下入充填服务器，打开充填总成，建立滤砂管内外的循环通道，携砂液通过充填服务器、底部充填装置，自井底向滤砂管顶部循环，砾石从顶部往下沉积，将滤砂管环空充填一道砾石屏障；充填完毕，上提出充填服务器，底部充填装置循环口关闭，完成充填施工。为了防止充填过程中形成砂桥，保证长裸眼井段充填密实效果，使用阻流器进行分段充填［8-9］。目前存在的问题主要有：

1） 无法判断管柱是否完全到位，特别是充填管柱上带有服务器、阻流器等多个大直径工具，会误将下入过程中遇阻认为管柱已到位。

2） 服务器循环口与充填总成循环口未对正，造成循环不通。

3） 杂质和充填砂会残留在充填总成的密封位置，使其关闭不严，投产后容易吐砂。

4） 现有阻流器采用下压坐封，在下钻过程中会有销钉剪断提前坐封的风险。

本文介绍了底部充填装置和阻流器的改进方法。

1　底部充填装置技术分析

1．1 工具结构

底部充填装置主要包括充填总成和充填服务器2部分。充填总成主要包括插管座、密封件、外筒、上接头、定位键、内筒、滑套、弹簧座、弹簧、支撑杆、下接头、信号销钉、信号块、固定销钉、扭簧、碟板阀等；充填服务器主要包括插管头、插管。其结构如图1～2。

图1　充填总成结构示意

图2　充填服务器结构示意

1．2 工作原理

完井阶段将充填总成随滤砂管下入，后期将充填服务器随充填管柱下入。当插管到达密封套时，井口悬重下降，继续加压30 k N可将信号销钉剪断，井口悬重恢复，说明管柱已下至设计位置；继续下放插管，压缩弹簧，推动密封套下行露出内筒循环口，同时两组密封件将插管密封，服务器的定位槽与定位键自扶正，使插管循环口与内筒循环口对正，即可进行酸洗泥饼、砾石充填作业。充填完毕后，上提出充填服务器，弹簧推动密封套上行复位，关闭内筒循环口，同时碟板阀在扭簧作用下关闭，形成双级密封。

1．3 性能参数

充填总成长度2 750 mm

充填总成最大外径195 mm

连接螺纹7 BCSG或7 LCSG（适用于热采井）

信号销钉剪断力30 k N

密封压力25 MPa

充填服务器长度1 200 mm

充填服务器外径70 mm

1．4 技术特点

1） 操作方便，可以一趟管柱完成对裸眼直井、斜井、水平井的替浆、泥饼酸洗和砾石充填施工。

2） 增加了工具到位的信号显示设计，可以根据悬重变化判断工具是否到位。

3） 服务器的定位槽与充填总成里的定位键自扶正，使得内外充填口自动对正。

4） 密封套和碟板阀双级密封，施工完毕充填口关闭良好。

2　压差式阻流器技术分析

2．1 工具结构

压差式阻流器主要包括上接头、缸套、阀系、上连接套、胶筒、中心管、下连接套、下接头。其结构如图3，阀系包括坐封阀系和解封阀系，安装在上连接套上，其结构如图4。

图3　压差式阻流器结构示意

图4　阀系结构示意

2．2 工作原理

将数级压差式阻流器随充填管柱下至滤砂管段，油管开泵，阻流器胶筒开始坐封，当压力达到4 MPa时，坐封阀体将坐封剪钉剪断，封死进液通道，使胶筒无法回弹，将滤砂管内环空分隔成数段。在充填施工时，携砂液从油管注入，经充填总成进入裸眼环空，首先从第1级阻流器密封的滤砂管上端回流至油套环空，充填砂自滤砂管上端裸眼井段开始充填；当第1级阻流器上部的裸眼环空填满时，充填砂沉积层逐渐延伸到第1级阻流器以下，这时携砂液进入油套环空的流动阻力增大，在阻流器上下形成一个水力压差，当压差达到12 MPa时，解封阀体将解封剪钉剪断，打开阻流器进液通道，使胶筒解封，也就打开了下一井段砾石充填的携砂液循环通道，继续充填第2段砂子。依次逐段充填，完成全裸眼井段砾石充填施工。

2．3 性能参数

阻流器最大外径145 mm

阻流器内通径73 mm

连接螺纹3 TBG

坐封压力4 MPa

解封压力12 MPa

2．4 技术特点

1） 利用封隔器将滤砂管分段，有效避免充填过程中形成砂桥，保证充填效果密实。

2） 靠压差实现封隔器坐封和解封，安全可靠，操作方便。

3） 内通径大，不干扰携砂液流动。

3　现场应用

改进后的裸眼砾石充填管柱在坨926-平42等62口井进行了应用，施工成功率100%，平均环空充填率98%。现以草2-平02井为例进行说明。

3．1 管柱组成

完井管柱组合（自下而上）：充填总成＋短套管1根＋精密滤砂管串＋套管1根＋免钻塞装置＋套管串至井口。

充填管柱组合（自下而上）：充填服务器＋球座＋油管＋阻流器1＋油管＋阻流器2＋油管＋阻流器3＋油管＋阻流器4＋油管串至井口。

管柱组合如图5。

图5　下井完井管柱和充填管柱示意

3．2 施工过程

1） 完井阶段下入完井管柱组合，固井。

2） 下入充填管柱组合，当管柱下至预定位置时，井口悬重下降，继续下放管柱，加压30 k N以上，观察井口悬重变化，若悬重恢复，说明充填服务器到达充填总成位置，继续下放至悬重为0，坐好井口。

3） 油管内加压4 MPa，使阻流器座封，继续加压至10 MPa将球座打掉，反循环进行替泥浆、酸洗施工，排量1．2 m3／min，共泵入酸液230 m3。

4） 正循环进行砾石充填施工，施工排量1．2 m3／min，压力1．5 MPa。当泵压从1．5 MPa上升至20 MPa，充填施工结束。上提油管关闭充填总成循环口，进行反洗井至井口无砂。

5） 回探无砂后，起出充填管柱，下入生产管柱投产。

3．3 施工效果

本次施工共加砂8．6 m3，环空充填率98．3%，满足设计要求。该井注汽投产，初期日产液66．4吨，日产油37．3 t，含水43．8%，周期累产油1 228 t，平均日产液31．8 t，日产油14．1 t，含水55．6%，油汽比0．61，较同区块未充填的水平井产液、产油能力有了大幅度的提高，取得了较好的开发效果。

4　结论

1） 改进后的裸眼砾石充填管柱结构简单、操作方便、安全可靠。现场应用表明，该工艺管柱大幅提高了施工成功率和环空充填率。

2） 底部充填装置设计有管柱到位显示、充填口自动对正、双级密封功能，解决了以前工具不能判断是否到位、充填口循环不通、密封性能差的问题。

3） 设计的阻流器依靠压差实现坐封和解封，安全可靠，提高了充填效果。

［1］ 万仁溥．现代完井工程［M］．北京：石油工业出版社，2000．

［2］ 王增林，张全胜．胜利油田水平井完井及采油配套技术［J］．油气地质与采收率，2008，15（6）：1-5．

［3］ 赵金洲，赵金海，杨海波，等．胜利油田水平井完井技术现状及研究展望［J］．石油钻采工艺，2009，31（6）：4-8．

［4］ 朱骏蒙．水平井裸眼砾石充填防砂完井工艺在胜利海上油田的应用［J］．石油钻采工艺，2010，32（2）：106-108．

［5］ 傅文伟，张吉江，王明冲．新型裸眼砾石充填工具在海上边际油田的应用［J］．石油矿场机械，2010，39（5）：46-49．

［6］ 周思宏．水平井裸眼充填防砂配套技术研究与应用［J］．石油天然气学报，2008，30（6）：318-320．

［7］ 危礼华，栾红，王津．埕岛油田水平井裸眼防砂完井配套技术［J］．石油天然气学报，2007，29（3）：302-304．

［8］ 李爱芬，杨柳．水平井砾石充填数值模拟研究［J］．石油学报，2002，23（1）：102-106．

［9］ 胥锐一，魏斌，韩德民．水平井砾石充填防砂模拟研究［J］．油气采收率技术，1998，6（2）：64-69．

Improvement and Application of Openhole Gravel Packing Column for Horizontal Wells

LIU Yongshun
（Research Institute of Oil Production Technology，Shengli Oilfield Company，Dongying 257000，China）

Gravel packing sand control is obviously effective in enhancing the sand control success ratio and extending the sand control longevity for pulps sandstone．The existing openhole gravel packing column has some deficiencies such as no signal displaying while the column reaches the designated position，incompletely sealed effect of bottom gravpack-integration，poorly sectional effect of detention-component，and lower compaction percentage of screen casing annulus．A specific improvement was done．A bottom gravpack-integration with reaching event marker，self-action circulation port were registered，two-stage isolation and a detention-component based on hydraulic pressure difference were developed．Field application indicated that operating success ratio of improved column is 100%，and average compaction percentage of screen casing annulus is 98%．

horizontal well；screen completion；gravel packing sand control；tool

TE925．303

B

10．3969／j．issn．1001-3482．2015．02．013

1001-3482（2015）02-0060-04

2014-07-25

刘永顺（1987-），男，山东寿光人，2010年毕业于中国石油大学（华东）石油工程专业，现从事完井工艺技术的研究与推广工作，E-mail：liuyongshun．slyt＠sinopec．com。

2014-07-25

刘国祥（1980-），男，山东陵县人，工程师，2004年毕业于中国石油大学（华东），主要从事固完井工具及工艺方面研究，E-mail：lgx＠shelfoil．com。