新型一趟多层防砂工艺在海上油田的首次应用

2018-06-15巩永刚修海媚陈增海谭才渊

石油化工应用 2018年5期

巩永刚，修海媚，陈增海，谭才渊，田芳

（中海石油（中国）有限公司蓬勃作业公司，天津 300459）

渤海某油田位于渤海海域的中南部海域，属于典型疏松砂岩油藏。从2002年底投产至今，防砂方式由最初的简易防砂到目前的压裂充填防砂，经历多年的摸索，最终确定在疏松砂岩地层中实施压裂充填防砂方式对单井初期产量以及油井的稳产增产均有很大帮助[1-5]；截止到目前，该油田已采用压裂充填防砂方式超过150余井次。

近年来，该油田在综合调整开发过程中，油井的生产套管以177.8 mm套管为主，为了满足压裂充填工艺措施的需要，长期使用国外公司的逐层充填防砂工具进行油井的压裂防砂完井工艺，但该工具存在内通径较小、无法下入分层开采的完井管柱的局限性，无法满足地质油藏对油层精细化管理的需要。

为了弥补国外工具的不足，又解决分层开采的需求，自主研发了一项新型工具系统，不仅能满足多层压裂充填防砂对工具强度的需求，还可以实现油井分层系开采的需求。

1 一趟多层防砂工具系统以及工艺流程[6，7]

177.8 mm一趟多层防砂工具系统由外层防砂管柱和防砂服务管柱组成（见图1）；其中外层防砂管柱包括DGB防砂顶部封隔器总成、DIP隔离封隔器总成及DSP沉砂封隔器总成；内层服务管柱包括88.9 mm冲管、DGB封隔器坐封工具、上部密封总成、防砂服务工具、下部密封总成、中部密封总成、60.325 mm中心管。整套防砂管柱内通径为98.552 mm，比国外公司工具相对扩大了29.3%。

其防砂作业过程是在套管内依次下入筛管和防砂封隔器等外管，然后下入防砂服务管柱，钻杆送整个防砂系统至产层，坐封顶部封隔器和隔离封隔器，正循环压裂充填防砂后，将管柱上提至反循环位置将服务管柱内残留的陶粒循环出井，继续进行其他层位防砂作业，直至多层防砂段全部完成压裂充填防砂后起出整套服务管柱。

1.1 DGB防砂顶部封隔器总成

1.1.1 DGB防砂顶部封隔器总成构造由DGB防砂封隔器、底部接头、上部延伸筒、充填滑套、充填密封筒、变扣、下部延伸筒以及重力定位接箍组成（见图2）。

DGB封隔器是一个液压坐封、使用回收工具可回收的、高性能生产封隔器。既能起到很好的密封保护套管的作业还能够悬挂下部的其他防砂管柱，适用于177.9 mm的套管。

图1 一趟多层管柱示意图Fig.1 Single trip multiple zone string drawing

图2 DGB防砂顶部封隔器示意图Fig.2 DGB top packer schematic

1.1.2 DGB封隔器主要参数最大外径：152.4 mm；最小通径：98.552 mm；最大耐压差：51.7 MPa；适合温度：130 ℃；总长：1 797 mm；坐封压力：19.31 MPa～21 MPa；初始坐封压力：9.45 MPa；下部扣型：114.3 mm LTCP；服务工具的脱手方式：液压脱手以及正转机械脱手两种。

DGB防砂顶部封隔器总成：抗内压压力：62 MPa；抗外挤压力：68 MPa；最大抗拉：113 t。

1.1.3 工作原理投入坐封球，通过油管内注入高压水，由中心管上小孔进入中心管和胶筒间，使封隔器的胶筒膨胀，同时封隔器上的卡瓦在套管壁上撑开，从而起到悬挂且密封的效果。

1.2 DIP隔离封隔器总成

1.2.1 DIP隔离封隔器总成构造由DGB防砂封隔器、上部延伸筒、充填滑套、充填密封筒、下部延伸筒以及负荷显示接箍组成。

DIP隔离封隔器是液压坐封、可回收、高性能的生产封隔器（见图3），其处于防砂管柱的中部，起到较好的隔离上下两个生产层段，该封隔器适用于177.9 mm的套管。

1.2.2 总成主要技术参数隔离封隔器最小通径：98.552 mm；最大外径：152.4 mm；最大耐压差：44.8 MPa；适合温度：130℃；总长：1 692 mm；坐封压力：19.31 MPa～21 MPa；初始坐封压力：9.45 MPa；两端连接螺纹：114.3 mm LTCP。

隔离封隔器总成：抗内压压力：120 MPa；抗外挤压力：68 MPa。

1.2.3 DIP隔离封隔器工作原理通过油管内注入高压水，由中心管上小孔进入中心管和胶筒间，使封隔器的胶筒膨胀，从而起到密封的效果。

1.3 DSP沉砂封隔器

1.3.1 DSP沉砂封隔器构造由一个双卡瓦的永久性封隔器（见图4），其通过电缆或者油管输送的方式坐封于产层的最下部，能够起到承托上部防砂管柱质量的功能，还能起到密封的作用。该封隔器适用于177.8 mm的套管。

1.3.2 主要参数最大外径：149.352 mm，最小内径：101.6 mm，压力等级：50 MPa；温度等级：150 ℃；总长：1 015 mm；坐封压力：19.31 MPa～21 MPa；初始坐封压力：9.45 MPa；抗外挤压力：76.48 MPa；抗内压压力：101 MPa。

1.3.3 工作原理电缆坐封时，点火引爆产生高压气体传递到液压腔室转换为液压动力驱动活塞和坐封外套向下移动使封隔器坐封，同时拉断易断螺丝，即可回收电缆及坐封工具。

如电缆坐封失败，则通过液压坐封于套管上，投入坐封球通过高压液体驱动活塞和坐封外套向下移动使封隔器坐封，坐封后通过高压回收服务工具，再通过高压液体剪切球座。

1.4 防砂服务工具

1.4.1 主要组成部分主要由88.9 mm冲管、DGB封隔器坐封工具、充填工具总成、上部密封总成、下部密封总成、中部密封总成以及60.325 mm中心管组成。1.4.2 主要参数上下部螺纹HYD511；冲筛比：0.877（压裂充填防砂筛管使用基管为114.3 mm，内径101.35 mm）；服务工具耐温度等级：135℃；服务管柱最低抗拉强度：90 t；服务工具最低压力等级：57 MPa；冲管中心管钢级：P110。

图3 隔离封隔器示意图Fig.3 Isolation packer schematic

图4 沉砂封隔器示意图Fig.4 Sump packer schematic

1.4.3 主要功能将外层管柱悬挂密封于套管壁上并完成一次多层的压裂充填/高速水充填防砂作业。

1.5 防砂工具对比

针对该油田以及渤海油田常用的防砂工具[8-10]与本次使用的防砂工具的对比（见表1）。

根据以上各项指标对比，本次使用的一趟多层工具有以下优点：

（1）下一趟管柱新型工具能完成多个油层防砂需求；

（2）新型防砂工具内通径较大，可下入分层开采管柱，来满足油井生产过程中测试和钢丝作业的需求，实现油井精细化管理；

（3）供货周期较短，能缩短作业准备期，节约作业成本；从而达到降本增效的目的。

1.6 工艺流程

（1）下入洗井管柱清洗套管内壁并替入完井液，减少套管壁上残留的水泥残渣对后续作业的影响以及做好储层保护工作；

（2）下入射孔管柱在尾管进行射孔，建立油藏与井筒的联通通道；

（3）下入再次洗井管柱对防砂封隔器坐封位置以及射孔后尾管内壁射孔孔眼进行处理，减少对后续防砂作业的影响；

（4）电缆下入沉砂封隔器，并下入一趟多层筛管、防砂封隔器，下入防砂服务工具并下入到防砂位置；

（5）油管内47.625 mm球坐封顶部封隔器并将坐封球反循环出井，从下至上依次坐封隔离封隔器并完成多层的压裂充填防砂作业；

（6）下入电动潜油离心泵完井管柱投入生产。

2 矿场试验应用

2.1 矿场试验

D36ST02井是深侧钻后177.8 mm套管井，该井的生产层位位于明化镇组下段和馆陶组上段，整口井井眼轨迹按照先增斜后降斜的方式，最大井斜51.33°在井深891 m处，完钻井深1 755 m，根据地质油藏需要划分五个防砂段，需下入分采电潜泵管柱投产。通过现场试验做到了，管柱下井口能够完成压裂充填防砂以及高速水充填防砂作业，工具强度、性能较好，整体施工效果较好。现场应用效果与分析（见表2）。

2.2 实施效果

D36ST02井于2018年2月19日投产，日产油50m3，日产气6×104m3，产油量及产气量均超过配产。工期较常规方式缩短3 d，作业成本节省超过400万元，取得了良好的现场试验效果。

3 结论与认识

（1）新型一趟多层防砂工具的自主研发，实现了防砂工具国产化，并弥补了国内外小尺寸套管油井一趟多层压裂防砂工具内下入分采管柱的空白。

（2）新型一趟多层防砂工具，不仅完成高速水充填防砂，而且能够完成压裂充填作业，还提高了单井作业时效和降低了作业成本，为后续此类型油井的防砂方式提供了新的作业思路。

（3）新型一趟多层防砂工具内通径为98.552 mm，解决了渤海该油田油井分层开采精细化管理的要求，提高油井的产能的同时还满足测试资料的录取。

（4）本次新型一趟多层防砂工具使用时，压裂充填施工泵速达到2.86 m3/min，砂比960 kg/m3，施工泵压在10.34 MPa～13.79 MPa；高速水充填泵速1.27 m3/min，砂比 120 kg/m3，施工泵压 6.89 MPa～10.34 MPa。在该油田矿场试验中取得了成功应用，为该油田后续177.8 mm套管油井继续使用该工具，进行压裂充填防砂和高速水充填防砂都提供了施工参数方面的实践经验；也为其他类似油田压裂充填和高速水充填防砂作业提供了理论和实践经验，具有较强的推广价值。