柳泉油田泉2断块强水敏粉细砂岩储层防砂技术

王秀影胡书宝赵宇琦黄海鸿郝紫嫣吴学成1.中国石油大学（华东）；.中国石油华北油田公司采油工程研究院；.美国南加利福尼亚大学；.中国石油渤海钻探井下作业分公司试油工程作业部

柳泉油田泉2断块强水敏粉细砂岩储层防砂技术

王秀影1，2胡书宝2赵宇琦2黄海鸿2郝紫嫣3吴学成4
1.中国石油大学（华东）；2.中国石油华北油田公司采油工程研究院；3.美国南加利福尼亚大学；4.中国石油渤海钻探井下作业分公司试油工程作业部

柳泉油田泉2断块储层岩性为粉细砂岩，油层薄、产量低、出砂严重，油井无法正常投产。针对断块低温、强水敏、水平井防砂井段长等难点，开展了长水平段高压砾石充填先期防砂工艺研究，设计了连续充填工艺管柱，并配套完善了完井液体系、射孔方案及携砂液体系，将防砂、治砂、改造储层相结合，开展了4口井的现场试验，取得了较好的应用效果。该项技术在泉2断块的成功应用，扭转了该薄层强水敏粉细砂岩油藏长期未能有效动用的被动局面，同时也为其他同类型油藏的开发提供了技术思路。

强水敏；粉细砂岩；低温；防砂；水平井

柳泉油田泉2断块处于柳泉构造带南部，主要产层为Es34-1，储层岩性为粉细砂岩，粒度中值为0.08 mm，平均孔隙度为34.0%，平均渗透率为985.4 mD，为高孔高渗储层。储层岩石为孔隙接触式胶结，胶结物成分以泥质为主，胶结物含量6%～11%。油藏埋深1 000～1 500 m，地层欠压实，岩石强度低，储层纵波时差为350～400 μs/m，为极易出砂油藏。截至2013年该断块共钻井14口，都因试采产量低（单井平均小于2 t/d）、油层单一并且薄（最小厚度1.6 m，平均厚度5.5 m）、试采就出现砂埋油层及砂堵油管（含砂0.2%～4.5%）等问题而未投产。解决地层出砂问题成为该区块正常开发的关键。

国内外先期防砂完井方式主要有3种：化学防砂、滤砂管防砂和高压砾石充填防砂。化学防砂施工成本低，适用于渗透率相对均匀的薄层段防砂，但会对储层渗透率造成一定伤害，且注入剂存在老化现象，有效期短。滤砂管防砂适用于粗砂地层，在粉细砂岩地层，滤砂管易堵塞、易受冲蚀。化学防砂和滤砂管防砂均不适用于裸眼井防砂。高压砾石充填防砂适应性强，能够对环空、炮眼和近井地带进行密实的砾石充填，对近井地带有一定的解堵作用、防砂有效期长。泉2断块自然产能低，参照国际石油公司通用的SPE 39437防砂方法选择标准［1］，Es34-1组的岩心粒度分析d40/d90为13.54～26 （>5），d10/d95为46.56～57.74 （>20），低于325目的砂粒占33.2%，因此该区块适宜采用高压砾石充填防砂工艺。

1 先期防砂技术难点Technical challenges in premature sand control

泉2断块储层埋藏浅，地层温度低，断块地层温度梯度为2.71～3.33 ℃/100 m，油层中部温度为40～55 ℃，易造成携砂液破胶不彻底。黏土矿物含量高达10%～20%，根据泉2-2x岩样水敏性实验分析，岩样水敏损害率为78.21%，属于强水敏储层，完井过程中易造成黏土矿物膨胀，伤害储层。水平井防砂井段长。其中泉2平1油层跨度517 m，泉2平2油层跨度280 m；泉2平3油层跨度507.6 m。砾石充填过程中运移方向与其所受的重力方向垂直，极易造成砾石沉降，出现中途砂堵［2］。

2 先期防砂工艺优化Optimization of premature sand control technique

2.1完井工艺优化

Optimization of completion technique

针对泉2断块储层钻遇情况，分别设计采用管外砾石充填、管内砾石充填和管外管内组合充填3种防砂完井工艺。油层单一、无水层隔层、油层跨度小、无分段开采需求的井：采取油层以上水泥固井，下部悬挂滤砂管，管外砾石充填防砂完井。油层层数多、油水层间互、油层跨度大、有分层开采需求的井：采取套管固井射孔，自下而上分段实施管内砾石充填防砂完井。油层单一、无水层隔层、油层跨度大、有分段开采需求的井：采取分段完井，上部油层水泥固井，下部油层悬挂滤砂管，先对下部油层实施管外砾石充填防砂完井，后期自下而上逐段实施管内砾石充填防砂完井。

2.2施工工艺管柱优化设计

Optimized design of operation string

针对水平井长井段连续充填防砂易出现中途砂堵、砾石充填率低的问题，分别设计采用增阻器连续充填工艺管柱［3］和分段脱砂连续充填工艺管柱。增阻器连续充填工艺管柱：通过在冲管上按一定的距离安放增阻器，增加冲/筛环空内液流阻力，控制液流方向，使大部分携砂液沿筛管外的环空流动，实现砾石自下而上充填并提高砾石充填密度。

分段脱砂连续充填工艺管柱：通过在冲管上按一定的距离安放分段脱砂工具，根据水力压差原理，把较长的水平充填井段分隔成若干较短的砾石充填井段，由下到上逐小段进行砾石充填，从而改善砾石充填效果。分段脱砂工具采取弹簧打开方式，确保每级分段脱砂工具都可以顺利打开，开启力10～20 kN。带分段脱砂工具管外充填防砂管柱结构如图1所示。

图1　带分段脱砂工具管外充填防砂管柱Fig.1 Outside gravel pack and sand control string with staged desanding tool

完井管柱组合（自下而上）：充填总成+短套管+精密滤砂管串+盲板+管外封隔器+分级箍+套管串至井口。充填管柱组合（自下而上）：防砂服务器+带倒角油管+分段脱砂工具+油管至井口（造斜点以下用带倒角油管）。

3 防砂完井配套技术Supporting technologies for sand-control completion

3.1全过程储层保护技术

Whole-process reservoir protection technology

储层损害程度与黏土含量有关，当储层中黏土总量超过10%为较差储层。黏土含量越高，对地层造成的伤害程度越严重［4］。泉2断块Es34-1段储层黏土矿物含量高达10%～20%，完井及砾石充填过程中保护措施不当时，可造成极为严重的损害，因此需要开展全过程储层保护。

3.1.1完井过程中的储层保护技术 优选正电位高、对黏土矿物抑制能力强、井壁稳定、保护油气层效果好、对黏土矿物抑制能力强的正电胶聚磺混油完井液，配方为：4% ～6%膨润土+ 0.1%～0.2%Na2CO3+0.1%～0.3%NaOH+0.3%～0.5%KPAM+0.5%～1%NPAN +0.2%～0.5%黑色正电胶+ 1.5%～2%阳离子乳化沥青+0.6%～0.8%原油+1.5%～3%SMP-1+ 1%～2%HMF+1%～2%SN树脂+2%～4%石墨+1%～ 2% FT342+1%～2%QS-2+1%～1.5%DCL-1+0.5%乳化剂。

3.1.2砾石充填过程中的储层保护技术

（1）优选低伤害携砂液。为减小充填过程中对储层的伤害，优选不交联、易分解、残留物少、对地层污染小的清洁型携砂液，该携砂液黏度为70～90 mPa·s，颗粒直径为0.4 mm时砾石在携砂液中的沉降速度为（1.57～2.02）×10-3m/s，直径为0.8 mm时砾石在携砂液中的沉降速度为（6.27～ 8.06）×10-3m/s，具有较好的悬砂性能且满足高砂比施工需要。

（2）低温快速破胶技术。常用的破胶剂过硫酸铵（APS），在温度高于50 ℃时分解为高反应活性的自由基，能迅速有效地使聚合物主链断裂破胶，但在温度低于50 ℃时，存在破胶时间长、破胶不彻底、返排时间长、返排不彻底等问题，对地层伤害较大。在低温下，少量过硫酸铵，再加入破胶助剂，通过引发过氧化物使其在低温下释放游离氧，即构成低温破胶剂，以破坏冻胶压裂液结构，使大分子降解［5-6］。

（3）黏土复合防膨技术。泉2断块黏土含量高，膨胀特性十分强烈，为避免压裂过程中黏土膨胀、分散、运移，选用KCl+低分子黏土稳定剂体系达到复合防膨目的，对其基液流变性影响也较小［7］。

3.2优化射孔方案

Optimized perforation program

水平井射孔参数对于出砂影响显著，针对泉2断块油藏特点，优选高孔密、深穿透、定向射孔工艺。高孔密射孔可以降低孔道压降（见表1），减弱流体的携砂能力，以达到防砂目的；增大射孔深度，可以增大孔壁的稳定性，射孔深度越大，孔眼越稳定（如图2所示），能更好地避免孔道出砂［8］；选择在水平方向两侧定向射孔方式，提高井下出砂临界压差，为利用加大生产压差提高油气井产能提供有效的途径。同时孔深、孔密对产能影响较大，高孔密、深穿透可以有效增大井筒泄流面积。泉2断块水平井优选89射孔枪、89Ⅲ型深穿透射孔弹，16 孔/m，油管传输60～120°、240～300°夹角区间定向射孔。直井优选102射孔枪、SDP3532型深穿透射孔弹，32 孔/ m，90°相位角螺旋布孔。

表1　不同射孔参数下射孔孔道压降Table 1 Pressure drops in perforation tunnels for different perforation parameters

图2　射孔深度对地层稳定影响曲线Fig.2 Formation stability vs. perforation depth

3.3优化施工参数

Optimized operation parameters

（1）充填砾石尺寸和筛管尺寸。地层砂侵入砾石层的试验表明，侵入程度与GSR（砾石与地层砂中值之比）有关，根据Saucier方法选GSR=5～6为无地层砂侵入的临界值［9］；泉2断块储层粒度中值为0.08 mm，砾石直径选择为0.40～0.48 mm。筛管缝隙尺寸原则上应能满足挡住充填最小砾石的要求，通常选择最小充填砾石尺寸的1/2～2/3，则筛管缝隙应为0.2～0.32 mm。

（2）砾石充填量设计。管外砾石充填量为筛管与裸眼井壁间环空砾石用量、解除泥饼侵入带的地层充填用量和挤入地层的砾石用量之和。管内砾石充填量为套管环空用量与挤入地层的砾石用量之和。

（3）冲筛比。实验发现采用较大直径的冲管，使冲管外径与筛管内径之比（简称冲筛比）大于0.6后，充填效率开始急剧上升，但冲筛比太大不利于充填密实程度的提高［10］，因此泉2断块优选冲筛比为0.72。

（4）施工排量。根据水平井砾石充填机理与固液两相流理论［11］，结合砾石充填数学模型，优化施工排量最佳为2.5 m3/min（如图3所示），设计平均砂比为24%～28%（如图4），最高砂比不应超过50%。

图3　充填排量与充填效率关系Fig.3 Packing displacement vs. packing efficiency

图4　砂 比与充填效率关系Fig.4 Sand ratio vs. packing efficiency

4 现场应用情况Field applications

2013年至2014年泉2断块实施先期砾石充填防砂完井4口，成功率100%，防砂后均未出现砂卡现象，截至目前泉2平1、泉2平2、泉2平3累计产油7 703 t，泉2-3累计注水9 050 m3。平均有效期671 d，其中泉2平1正常生产已达816 d。

泉2平2井钻遇油层1层，油层跨度280 m，地层砂粒度中值0.08 mm，泥质含量17%。工艺技术：采用正电胶聚磺混油完井液打开储层；采用笼统管外砾石充填防砂完井工艺；采用增阻器连续挤压充填工艺，设计增阻器使用数量5个；10%清洗剂20 m3+10%防膨剂20 m3对油层预处理；用清洁携砂液（加入5%防膨剂）700 m3，20～40目石英砂120 m3，以5%～50%砂比、2.5 m3/min的排量，采取先挤压再循环充填方式施工，采用KCl+低分子黏土稳定剂体系防止地层黏土膨胀。防砂效果：该井2013 年9月施工结束，防砂投产后日产液6.87 m3，日产油3.27 t，含水52.4%，正常生产2年以上仍有效，累计产油2 071 t，防砂效果明显。

泉2平3井钻遇油层5层，无水夹层，油层跨度507.6 m，地层砂粒度中值0.08 mm，泥质含量15%。工艺技术：采用正电胶聚磺混油完井液打开储层；采用管外管内组合充填防砂完井工艺，先对下部2层共219.39 m实施管外砾石充填防砂完井，后期自下而上逐段实施管内砾石充填防砂；采用分段连续挤压充填工艺，分段脱砂工具按50 m间距布置，共设计4个；10%清洗剂20 m3+10%防膨剂20 m3对油层预处理，用清洁携砂液（加入5%防膨剂）400 m3，20～40目石英砂75 m3，以5%～35%砂比，2.5 m3/min的排量，采取先挤压再循环充填的方式施工，采用KCl+低分子黏土稳定剂体系防止地层黏土膨胀，采用过硫酸铵加入破胶助剂构成的低温破胶剂。防砂效果：该井2014年4月施工结束，防砂投产后日产液11 m3，日产油5.5 t，含水50%，正常生产1年以上仍有效，累计产油1 053 t，防砂效果明显。

5 结论与建议Conclusions and suggestions

（1）高压砾石充填先期防砂完井工艺有效解决了泉2断块粉细砂防治的难题，该技术的成功实施为在同类油田的推广应用奠定了良好基础。科学合理的防砂工艺设计和施工参数优化，是现场施工顺利进行，以及实现油井高产、稳产，达到长期有效开采的关键。

（2）基于储层强水敏性研究的油层全方位保护技术，正电胶聚磺混油完井液、低伤害携砂液、低温快速破胶技术、黏土复合防膨技术等技术在钻井、防砂过程中的应用，是成功开发泉2断块油藏的关键。由于该区自然产能低，后期注水开发时为避免水敏、盐敏伤害对储层的影响，建议注入水矿化度与地层水相匹配，加入防膨剂。

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（修改稿收到日期 2016-02-16）

〔编辑 李春燕〕

The sand precontrol technology of strong water-sensitive reservoir in Quan 2 fault block in Liuquan Oilfield

WANG Xiuying1， 2， HU Shubao2， ZHAO Yuqi2， HUANG Haihong2， HAO Ziyan3， WU Xuecheng4
1. China University of Petroleum， Qingdao， Shandong 266580， China；2. Oil Production Engineering Research Institute， PetroChina Huabei Oilfield Company， Renqiu， Hebei 062552， China；3. University of Southern California， Los Angeles CA 90015， USA； 4. Oil Testing Engineering Operation Division of Downhole Operation Company，CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited， Renqiu， Hebei 062552， China

The reservoirs in the Quan 2 faulted block， Liuquan Oilfield， are dominated by slitstone， where oil wells cannot be normally put into production due to thin oil layers， low productivity and severe sand production. Considering the challenges in the faulted block， such as low temperature， strong water-sensitivity， and long sand control section in horizontal well， a study was made on premature sand control concerning HP gravel pack in long horizontal section. The continuous packing string was designed， and theCorresponding completion fluid system， perforation program and sand-carrier fluid system were improved. In this way， sand prevention， sand control，and reservoir stimulation were combined in this technique. It has been successfully applied in 4 wells in the Quan 2 faulted block. This technique makes the thin and strong water-sensitive slitstone oil reservoir no longer non-producible， and also provides a technical reference for the development of other similar reservoirs.

strong water-sensitivity； slitstone； low temperature； sand control； horizontal well

WANG Xiuying， HU Shubao， ZHAO Yuqi， HUANG Haihong， HAO Ziyan， WU Xuecheng. Sand control technique for strong water-sensitive slitstone reservoirs in Quan 2 faulted block， Liuquan Oilfield［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2016，38（2）： 251-255.

TE257

B

1000 -7393（ 2016 ） 02 -0251-05

10.13639/j.odpt.2016.02.023

华北油田公司中长期科技项目“华北油田钻完井技术研究与应用”（编号：2013-HB-Z0707）。

王秀影（1971-），中国石油大学（华东）在读硕士研究生，现主要从事钻完井技术研究，工程师。通讯地址：（062552）河北任丘华北油田公司采油工程研究院。电话：13643288259。E-mail：cyy_wxy@petrochina.com.cn

引用格式：王秀影，胡书宝，赵宇琦，黄海鸿，郝紫嫣，吴学成.柳泉油田泉2断块强水敏粉细砂岩储层防砂技术［J］.石油钻采工艺，2016，38（2）：251-255.