渤海中部某砾石充填井短期内防砂失败案例探讨

仲晔　刘正伟　刘新锋　宋立辉　蔡纲（中海油田服务股份有限公司，天津 塘沽 300450）

渤海中部某砾石充填井短期内防砂失败案例探讨

仲晔刘正伟刘新锋宋立辉蔡纲（中海油田服务股份有限公司，天津 塘沽 300450）

渤海中部区块物性较好，极易出砂，通常选择砾石充填作为防砂增产手段。文中以渤海中部某砾石充填井（F井）为例，探讨砾石充填成功，却在短期内防砂失效的主要原因，并从封隔器以上套管破损、充填滑套关闭不合格、生产制度控制不当、筛管破损等方面，逐一进行了分析。最终提出了综合预防措施的建议与认识，并研讨防砂完井作业改进方向。

渤海中部；砾石充填；防砂失败；原因分析

渤海中部区块储集层埋藏浅，成岩作用较弱，储层砂岩疏松，物性好，属于高孔、高渗储层。2014年7月19日，F井机组故障停井。该井与周围注水井连通性较好，综合地质油藏情况并结合动态分析，认为大修后能够恢复到原来的产能，于2015年中旬进行砾石充填大修作业。F井是一口定向生产井，井深1935.53m，最大井斜64.3°，设计采用7"套管＋4"优质筛管砾石充填完井方式。本次砾石充填防砂作业，累计充填陶粒4646磅，充填系数58.36磅/英尺，盲管埋高12英尺（理论计算值），顺利完成作业。但在投产2个月后，检泵发现有出砂现象。经过取样实验分析，得出样本D50为273.86μm（如图1所示），且均为地层砂。

该储层埋藏浅，上覆岩层压实效果不明显，导致地层胶结程度疏松，成岩岩性差，是其出砂的根本原因［1］［2］。大修前F井采用优质筛管简易防砂，挡砂精度为120μm。大修再完井选定挡砂精度为120μm的4"金属网布筛管加砾石充填防砂，在挡砂精度不变的情况下，增加了二级过滤陶粒层，理论挡砂能力优于简易防砂，因此，完井方式选择符合设计要求；大修再完井后采用20～40砾石充填防砂，其砾石粒度中值为640μm，依据砾石粒径与地层砂粒径5～6倍匹配挡砂原则，理论上可以阻挡粒度中值大于128μm的粒度中值，而产出砂的粒度中值为276.86μm，远大于筛管挡砂精度120μm，从砂样粒度中值角度分析，防砂参数选择符合防砂需求。经过分析，该井短期内防砂失败的原因可能有：

（1）封隔器以上套管有破损；

（2）充填滑套关闭不合格；

（3）生产制度控制不当；

（4）筛管破损。

图1　岩心粒度分析结果

1　封隔器以上套管有破损

F井建井已经超过10年，属于老井，岩石在复杂应力、高温高压下会产生蠕变、膨胀、滑坡以及断层复活等复杂情况，均有可能使其在非均匀外力下挤压产生破坏。期间多次酸化解堵加速套管破损：2011年11月4日，进行过酸化作业。酸化会对套管产生一定的腐蚀，以及酸化对地层产生溶洞和小孔，使围压不均匀，破坏套管平衡，损伤套管。

大修前最后一次检泵（2014年9月11日），检泵时发现地层出砂，洗井后正常生产13天后再次机组故障。说明地层已经出砂，不能够排除破坏了周围岩石的压力平衡，甚至发生坍塌，导致套管挤毁的可能。

2　充填滑套关闭不合格

充填滑套是砾石充填必须的通道，开启关闭的控制要求比较严格，一般情况下作业结束需要对充填滑套进行验证。充填滑套打开或者关闭不严经常在海上的防砂作业中碰到，根据中海油内部统计资料，2014年～2015年期间，绥中区块不少于五口存在充填滑套打开或关闭不严导致出砂的问题。

硬卡导致关闭不严。本井在2015年4月8日12点45分开始充填，大约100分钟后，突然起脱砂压力，管柱内还有大量的陶粒。作业结束后，上提管柱关闭滑套过程中，很可能有陶粒等杂质，卡住滑套，使滑套关闭不严，或者未关闭。同时，在提交的完工报告中，为发现有验充填滑套的报告。

磕碰导致意外开启。本井的最大井斜达到63.4°，管柱在井筒内倾斜严重，检泵过程或者起初管柱的同时，对滑套进行磕碰，有可能使滑套意外开启。

3　生产制度控制不当

油井的生产制度不合理，打破原有的生产平衡，尤其是生产初期，在没有形成稳固砂桥，可能导致油气井提前出砂并促进防砂失效，在防砂失效的情况下，便可能进入到油井当中［3］。

大修前，F井投产检泵均下入泵排量100m3/d，扬程1000m的电泵，平均产液量在70～80m3/d之间。大修后，油藏预计大修作业后日产液量120～150m3/d，日产油25～35m3/d。选择电泵的额定排量为150m3/d，扬程为1200m。4月22日提频至50Hz生产，地层产液130m3/d，生产初期没有形成稳固的砂桥，过快的提高泵的频率，会使生产过程中抽吸严重，生产压差过大，井眼周围岩石骨架应力变大，储层结构破坏，同时油层中流体的流动阻力增大，容易导致油井出砂。

另外，油井的工作制度的突然发生变化（如近期的频繁检泵、开关井等）使油层岩石受力情况频繁的发生变化，破坏裂缝内稳定的砂拱结构，容易引起油井的非预见性出砂。

4　筛管破损

防砂筛管破损是海上油井防砂失败的主要原因。根据中国海洋石油总公司统计，约占到总防砂失效的三分之二（2010年数据）。筛管破损主要可以分为筛管冲蚀破损和筛管腐蚀破损两类。

筛管冲蚀破损。第一，筛管在打砂过程中，高速且带陶粒的完井液，充填筛套环空、炮眼以及地层裂缝的同时也对筛管产生一定的冲击，在控制返出速度不合理的情况下，有可能使其发生冲蚀破损；第二，控制生产压差不合理，使产液量过大，冲蚀筛管严重，致使破损；第三，F井最大井斜超过60°，下入过程中不可避免的会对筛管进行磕碰、磨损或者刮伤，极有可能对筛管的机械性能产生一定的影响，甚至破损。

筛管腐蚀破损。该段地层水水型为NaHCO3型，矿化度平均约4500mg/L。有实验证明，存在Cl～的情况下，管线钢在NaHCO3溶液中会发生了点腐蚀，而且随着溶液中Cl～含量增加，腐蚀坑的数量增多，腐蚀坑的直径增大。现场使用的完井液中，很大一部分为海水，不可避免的会带有氯根，因此筛管肯定受到腐蚀。

筛管破损也存在其他的诱因。例如充填不合格导致筛盲管空间陶粒充填不均匀，甚至没有充填，金属网布筛管缺少陶粒的保护，间接性的导致筛管破损等复杂情况，地层砂可能透过筛管进入井筒。同时，为了封隔水层，在1778.26m增加一个隔离封隔器，封隔器的位置正处于射孔段（1757.8～1787.8m），胶皮正坐在射孔孔眼上。由于前期地层出砂、固井质量等原因，可能使炮眼之间连通，充填过程中，可能会有一部分充填到下部封隔的地层甚至盲管段中，又因为充填砂桥等原因起脱砂压力停止加砂。完工报告中，筛管埋高、充填系数均用充填量进行估算，可能存在一定的误差。因此，存在充填不合格的可能。

5　认识与建议

油藏从建井到现在已经有十余年，目前已进入高含水阶段，油藏预计产出含水达到70%～85%，存在大段水淹情况，地下油藏地质情况复杂难以预测，不确定因素众多，很难得到一个准确的结论。而且现场出砂量比较大，可能陶粒沉降到口袋中被地层砂掩埋，而且取样具有随机性，因此取样为地层砂并不能说明出砂中不含陶粒。因此，根据分析有如下认识与建议：

（1）砾石充填井防砂封隔器位置应选择固井质量较好、套管无变形、避开接箍的位置，保障封隔器的封隔能力，增加油井寿命；

（2）砾石充填结束后，进行验滑套，保证滑套关闭，并能承接压力，如果条件允许，生产管柱上增加隔离密封与定位密封配合封隔充填滑套，增加生产周期；

（3）选择合适施工程序，避免封隔器与射孔段，套管接箍接触，并验充填，减少充填不合格，生产过程中的筛管破损；

（4）选择合理的生产制度，既能保证产量又能减少筛管的破坏；

合理的筛盲管选择，满足不同井况下的需求。

［1］何生厚，张琪.油气井防砂理论及其应用［M］.北京：中国石化出版社，2003.30～34.

［2］张琪.采油工程原理与设计［M］.东营：石油大学出版社，2000.333～336.

［3］万仁溥.采油技术手册防砂分册［M］.北京：石油工业出版社，1991.132～138.