一趟多层充填防砂作业异常情况预测和对策探讨

曲鹏飞（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452）

0 引言

渤海油田多数油田油层为疏松胶结砂岩，地层出砂严重，对油气的开发生产造成严重的危害。因此大多数完井作业阶段需要采取防砂措施，一趟多层防砂技术是砾石充填防砂作业的一种，也是世界上较为先进防砂的技术，在渤海油田广泛应用，效果非常好，工艺流程逐渐成熟稳定[1]。但在实际操作应用过程中，由于工具、设备、地层、人员、技术等各方面的原因，不可避免的出现各种异常情况，例如封隔器提前座封、无法正常脱手、砂卡、泵砂过程中的异常变化等等，进而导致服务工具卡钻影响后续作业。本文总结以往现场的防砂作业，针对不同异常情况，通过技术分析，对防砂可能出现的工程事故进行预测和采取相应的对策探讨，为今后的充填防砂作业提供借鉴。

1 一趟多层充填防砂作业完井技术工作机理及工艺流程

一趟多层防砂服务管柱由多个封隔器封隔产层进行生产，通过一趟管柱从下往上逐层进行座封、压裂充填防砂作业，可实现同时完成2～6 个地层区间压裂防砂作业，作业时任意一层作业时均与其它层隔离，安全可靠。与传统单层充填防砂相比作业时效高，经济效益高。防砂机理：地面防砂泵将胶液携带的砂浆（支撑剂）从钻杆泵入井内，通过一趟多层压裂充填服务工具转换通道将支撑剂挤入地层裂缝、射孔孔道，在筛管与套管之间、射孔炮眼内、人造裂缝内充填支撑剂直至覆盖整个防砂段，从而实现增产及逐级预防地层出砂的功能。

一趟多层充填防砂主要施工过程[2]：电缆（或钻杆）下入沉砂封隔器，钻杆下入防砂管柱总成，将锚定插入密封插入到沉砂封隔器中，座封验封顶部封隔器及脱手服务工具，座封验封下层的隔离封隔器，压裂充填下层射孔段，将管柱上提至反循环位置反洗服务工具内残留的陶粒出井，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。

2 一趟多层充填防砂作业常见异常问题预测

2.1 防砂管柱发生事故

钻杆下入防砂管柱总成时，可能由于套管变形、井眼轨迹差、洗井质量不合格等原因造防砂管柱遇阻、遇卡，无法正常下入，防砂封隔器未到达预定位置，提前座封。防砂筛管由于磕碰变形或者挡砂精度不合格，充填过程陶粒进入筛管及服务工具内造成砂卡。

2.2 地面设备发生事故

在充填防砂作业的全过程中，防砂地面设备是影响充填防砂结果的重要因素之一，防砂地面设备的性能参数、匹配程度以及是否存在故障与问题直接关系充填防砂作业的成败。一旦在施工中防砂地面设备出现故障例如供液系统故障无法正常供液，地面高压管线爆裂，都将导致作业停止，可能造成服务工具砂卡，形成资源、人员的浪费，同时也增加了为充填防砂工程带来的风险和隐患。

2.3 技术操作造成的事故

一趟多层充填防砂技术是一项较为复杂的工艺，需要施工人员要有较高的技术水平，同时要求各岗位人员精准配合。例如打砂过程中各岗位间沟通不通畅，人员误操作，造成砂卡；诱导脱砂压力过程中，方井口人员快速打开环空内外压力差将筛盲管挤变形、破损，造成砂卡。

2.4 地层特性造成的事故

在防砂作业时，对钻杆压力、环空压力、环空返速、循环摩阻、砂浆浓度之间的相互关系理解不透彻，不能更好地与地层油藏特性相结合，泵砂参数选择不当导致事故发生。例如在充填作业时由于地层渗透不同造成砂桥；充填压力大于地层破裂压力在近井区域产生裂缝，防砂时形成“无底洞”，无法出现脱砂压力。

3 一趟多层充填防砂作业事故预防及对策

3.1 针对防砂管柱事故预防对策

防砂管柱在下入前要用要按照海上油气田完井刮管洗井推荐做法进行大排量洗井，直至返出液NTU值连续半小时小于30。在封隔器坐封位置上下刮管三次，防止管内有尖锐物体造成防砂封隔器胶皮破损验封不合格；提前检查防砂筛管的种类、外观、防砂精度、尺寸与磅级等是否符合；落实防砂陶粒防砂精度是否符合要求；根据具体井况，合理配管，封隔器避开套管接箍，防砂配长尽量使防砂段配等长减少隔离密封的使用，同时必须保证在防砂层段作业时，和其余的任何一层防砂层段都隔绝；严格检查入井的各种工具的数量和质量，入井工具要按正确顺序下入，下钻速度要平稳缓慢，及时观察液面防止，防止防砂封隔器提前座封，防砂管柱到位后要仔细核实下入深度是否是预定深度，并且通过插入沉沙封隔器或者探人工井底再次确认防砂封隔器座封深度。

3.2 针对地面设备发生事故预防对策

在防砂作业前要对所有地面设备进行充分检修和功能测试，确保在整个防砂过程中地面设备运行良好。合适的布置地面管线的走向，尽量避开人群活动频繁区域，管线要固定牢固，防止跳动。作业前方井口仔细检查,实现正反循环的可行性和便捷性。充分考虑平台泥浆泵的泵送能力，确保泥浆泵的泵压能力以及排量满足作业要求。吸入软管破裂，连接设备时，需有一套备用软管从盐水罐到混砂器或者防砂泵，吸入管线破裂情况下迅速切换至备用管线直至维修好主吸入管线。混砂器失效，迅速将混砂器旁通，继续以原泵速注入盐水直到维修好混砂器。防砂泵失效，如有备用泵，立即启用备用泵。如没有备用泵，立即将工具提至反循环位置并倒方井口流程，使用平台泥浆泵反循环管柱内的砂浆，直至重新修好防砂泵。

3.3 针对技术操作事故预防对策

打砂前责任到人，相关作业工具人员应持证上岗，作业时各岗位交流沟通要到位。工程师应准确的找到正反循环位置，做挤注实验及循环测试，防砂时，注意每一层的上提、下放悬重，以便正确判断是否砂卡；如果在循环位置发生砂卡，则需要进行上提、下放（注意悬重的变化）三、四次试图解卡，但不得超过服务工具的最大抗拉强度；如果在反循环位置砂卡，则在此位置多次上下活动，以期解卡，或者再次反循环；如果反循环结束，不能下放管柱至循环位置进行充填，则提出服务工具，离开此层，不再对该层充填。防砂工程师要密切关注数采房的数据动态，包括油压、套压、开始加砂时间、停止加砂时间及脱砂等重要信息。倒反循环冲砂前,钻杆放压缓慢,防止地层压力过高,挤坏筛管,造成砂卡。反循环冲砂时，井筒、钻具必须要彻底进行清洗干净，再进行下一层防砂作业。

3.4 针对地层特性事故预防对策

根据测井资料，充分了解地层的相关资料，包括地层纵向渗透率、地层压力、水层和气层的厚度及位置等[3]；同时充分了解具体的井资料，包括井眼轨迹、最大井斜角、固井质量等资料；对长井段大斜度井分层进行砾石充填要考虑是否适合运用该工艺，如果层与层之间的间隔距离太长，可以考虑分几次多层防砂工艺来降低作业风险；综合考虑地层情况，选择合适的携砂比和排量，根据挤注测试结果，选择相应的充填方式。

4 结语

一趟多层防砂技术在渤海地区乃至世界油田上的实践应用效果是显而易见的，但作业中容易遇到砂卡，需要施工人员较高的作业水平和丰富的作业经验。严格把关入井的井下工具的数量和质量，以及防砂设备的稳定性。充分了解地层特性，根据具体井的情况和挤注测试选择合适的充填方式，选择对该井采取一次多层或分步一次多层的方式来进行防砂作业。