中短半径水平井砾石充填防砂技术应用分析

摘 要：渤海地区大多数油田完井工艺及完井方式要解决的核心问题是防砂，采取什么样的防砂技术，使用什么样的防砂参数，以及什么样的配套工艺及措施。水平井裸眼砾石充填完井一方面可以有效保持井眼稳定性，同时还能取得明显的防砂效果。文中通过总结渤海油田某井防砂设计及充填设计方案，分析现场充填防砂过程，总结作业经验，对渤海油田中短半径水平井砾石充填防砂作业有指导意义。

关键词：出砂;防砂;中短半径;水平井;裸眼砾石充填

1 作业综述

渤海油田某井在9-5/8″套管1710m开窗侧钻8-1/4″井眼至2150m，下入7″尾管（N80，23lb/ft）至2147m;二开6″井眼完钻井深2389m，水平段长度239m。本井为中短半径水平裸眼井，大曲率小井眼，最大狗腿度12.61°/30m，1793.77m-1938.81m井段内平均狗腿度10.61°/30m。

2 出砂预测

①根据此区块相同储层岩心分析，孔隙度平均为32.2%，渗透率平均为2400mD，储层具有高孔高渗的储集物性特征。若地层孔隙度高于30%，出砂的可能性就大;②声波资料中的纵波速度反映储层的胶结程度，纵波速度越小，储层出砂的可能性越大。声波值AC<95?s/ft为稳定砂岩;声波值AC>105?s/ft为不稳定砂岩;声波值AC介于95?s/ft-105?s/ft为难以判断的砂岩。该井在东二下段储层段声波时差值>出砂临界值105?s/ft，根据经验法预测，出砂风险大;③该油田前期开储层的生产井均采用砾石充填防砂工艺，前期油田开发经验表明为了保证油井生产安全必须采用防砂措施。

3 防砂方式确定

①防砂方式的确定主要考虑以下几个因素：粘土矿物含量组分、泥质含量与不均质系数（d40/d90），其中泥质含量对于防砂方案设计至关重要，从以往机械筛管防砂的经验来看，地层泥质含量对产能影响很大，一般认为当泥质含量小于10%时，使用任何防砂筛管都不容易被堵塞，高于10%时，致密筛网结构的筛管不适合使用;②通过统计本区块同层位邻井泥质含量可以看出，五口井的邻井泥质含量较高，加权平均泥质含量均大于10%;③综合考虑井的寿命及成本，借鉴本区块砾石充填防砂的成功经验，综合以上分析，推荐采用优质筛管砾石充填防砂方式。

4 防砂精度确定

参考该区块Ⅰu+Ⅰd油组1-4小层粒度分布情况，邻井的粒度中值为d50=110-120?m;根据索西埃（Saucier）方法砾石充填所使用砾石的中值D50=（5-6）d50=550-720?m，并参考前期调整井防砂精度选择情况，确定该井砾石尺寸20-40目，对应防砂精度为120?m。

5 筛管规格

根据本区块前期开发井的实际应用情况，借鉴渤海各油田筛管防砂经验，设计采用4″优质筛管，基管钢级：N80，磅级10.6lb/ft，扣型：NU;优质筛管抗拉、抗外挤、抗内压等性能需满足油井实际作业情况，以保证作业安全且优质筛管抗堵塞性能要好，能满足生产井长期生产需要。

6 盲管规格

盲管的选择考虑内径不小于筛管和封隔器总成的内径，保证防砂服务工具密封的顺利下入，同时要有足够的抗外挤的强度。根据本区块前期开发井及调整井的实际应用情况，借鉴渤海各油田水平井优质筛管防砂经验，设计采用4-1/2″、钢级N80、磅级11.6lb/ft、扣型LTC的盲管。

通过软件对管柱下入数值模拟通过性，计算套管的轴力、摩阻力和轴向压力，结果表明：顶部封隔器下端连接一段盲管对计算结果有影响，当封隔器下入1800m时（狗腿度为10°/30m），盲管长度能够减小摩阻力，管柱轴向压力稍微有些增大。当盲管长度0m时，对应的总摩阻力为48.58kN;当盲管长度10m时，对应的总摩阻力为37.53kN。当封隔器下入2389m时，也有类似的结论。

建议盲管长度取10m，对顶部封隔器具有一定的保护作用，可减小顶部封隔器附近的弯曲刚度，降低摩阻力。管柱串下入時，要密切管柱井口轴力的变化。

7 现场砾石充填防砂分析

7.1 防喷器关闭正循环测试

测试结果说明：由表中数据可知：充填作业过程中，充填液滤失10%。钻杆压力及环空压力远远小于地层破裂压力，满足充填作业要求。

7.2 防喷器打开正循环测试

7.3 充填结果说明

充填施工排量3.3BPM，砂比0.5PPA，Alpha波压力208-330psi，Beta波压力330-460psi;总泵入砂量10171lbs，返出砂量3800lbs，筛套环空砂量89.67lbs，盲套环空砂量80.69lbs，裸眼段砂量6200.64lbs;脱砂排量3.3bpm，脱砂压力1336psi，盲管埋高7.5ft，充填效率99%。

8 结论及建议

8.1 防砂设计原则

参考邻井防砂方式也是目标井防砂方式选择的重要依据。渤海油田多为疏松砂岩，出砂可能性较大，经验表明：优先选择砾石充填防砂有助于提高油井的生产寿命。泥质含量结果分析是选择筛管类型的主要依据，当泥质含量小于10%时，使用任何防砂筛管都不容易被堵塞，高于10%时，致密筛网结构的筛管不适合使用。一般6寸小井眼裸眼防砂选取4寸筛管，4.5寸盲管。砾石目数的选择也至关重要，参考临井设计及目标井地层砂粒度分析结果，是陶粒选择的重要依据。

8.2 充填排量的选择

分析软件模拟计算结果发现，当充填排量较高时，砂丘高度比小，会造成充填砂量不足，充填效率低。而当充填排量较小时，会造成钻杆沉砂，长时间钻杆沉砂会形成砂桥，提前脱砂，影响充填结果。所以，选择合适的充填排量对于充填防砂至关重要，推荐6寸小井眼充填防砂砂丘高度比选择0.7-0.8之间，经验表明选取0.7的沙丘高度比更优，通过模拟曲线选择对应的充填排量，并且充填排量要大于防止在钻杆中形成砂丘的最小排量。

8.3 脱砂压力设定

一般脱砂压力设定为充填过程中Alpha波压力+1000psi左右。

参考文献：

[1]邓建明.渤海油田防砂技术[M].北京：石油工业出版社，2013.

[2]杨立平等.油气井防砂工具[M].北京：石油工业出版社，2014.

[3]刘良跃等.防砂工艺技术[M].北京：石油工业出版社，2014.

[4]王平双等.海洋完井手册[M].北京：石油工业出版社，2019.

作者简介：

刘晓龙（1988- ），男，河北保定人，汉族，本科，中级工程师职称，研究方向：海洋石油完井类相关方向。