水平井砾石充填防砂技术研究与试验

杨昕

摘 要：水平井具有产能高、投资少、回收快的优势，是一项经济有效的采油技术手段和挖潜途径，是目前实现辽河油田二次开发的重要手段之一，水平井防砂完井技术是水平井开发的一项关键配套技术。水平井砾石充填防砂技术是一种能够主动控制出砂规模，长期保持油井高产和维持井壁稳定的防砂技术。本文通过原理分析、管柱设计、试验模拟等手段研究该项技术的防砂效果，结果表明该技术具有作业施工安全、成功率高、适用范围广、防砂精度高等特点，可以满足各类油藏水平井完井防砂技术要求。

关键词：水平井;砾石充填防砂;井壁稳定;试验模拟

分类号：TE34;F426.22

一、前言

目前，辽河油田水平井防砂完井技术主要以水平段裸眼直接下入筛管方式为主。随着水平井所应用的油藏类型日益增多、应用的规模日益扩大，防砂完井难度越来越大，早期部署的水平井防砂完井中所存在的问题也逐渐显现出来。受目前水平井防砂完井技术水平的限制，一些适合水平井开发的区块由于地层砂粒度较细不能部署，一些水平井在完井后较短时间内就出砂或筛管损坏，如：冷42块，有10%的水平井出现筛管损坏出砂，出砂极为严重的水平井只能关停或者通过大修后进行筛管内二次防砂，再恢复产能，严重影响了水平井的开发效果。辽河海上油田开发，减少作业费用是实现经济高效开发的关键，而砂岩油田出砂问题又是开发中面临的首要问题，如何延长防砂有效期是关键。

水平井砾石充填防砂技术是一种能够主动控制出砂规模，长期保持油井高产和维持井壁稳定的防砂技术，尤其适合于疏松出细粉砂的油藏，可以解决防砂筛管堵塞及损坏问题、细粉砂防治难问题。其适应性强、防砂效果好、防砂有效期长得到了世界防砂领域的公认。其核心技术关键包括砾石充填管柱研制，地面模拟试验、施工工艺及施工参数优化等。通过水平井砾石充填防砂技术的攻关研究，能有效解决辽河油田水平井生产过程中出砂的难题，将出砂对水平井开发效果的影响降到最低，从而延长水平井的生产时率，同时也为辽河油田海上油田开发做好防砂技术储备。

二、水平井裸眼砾石充填工艺研究

1.水平井裸眼砾石充填防砂工艺类型

目前水平井裸眼砾石充填应用的充填工艺类型较多，有循环充填和挤压充填。

辽河油田油藏以疏松砂岩为主、埋深浅、压实程度低，出砂普遍且严重，针对这一问题，应研发一项可同时实现挤压充填和循环充填功能的裸眼砾石充填防砂技术，可根据不同油藏特点采用“循环充填”或“挤压充填+循环充填”。

2.水平井反向砾石充填管柱设计

工艺原理：

水平井反向砾石充填工艺包括完井、对接、填砂等多个阶段：

（1）完井：

钻开油层后，对充填井段进行扩孔，下入完井管柱，并完井。

（2）对接

完成替泥浆、刮管、反洗充填前作业准备后，下入充填管柱，调整管柱长度，安装滑动井口，连接泵车，下放充填管柱至遇阻，泵车出现瞬间憋泵现象，同时井口返液有瞬间断流现象，管柱成功对接。

（3）试挤

地面连充填管汇、排液管汇和反洗管柱。打开排液管线闸门，从充填管汇正打预处理液和前置液，分别循环一周;关闭排液管线闸门，从充填管汇正挤前置液，测试地层吸收能力。

（4）挤压充填

关闭排液管线闸门，从充填管汇挤入混砂液，混砂液沿充填管柱流动到井底，经充填工具进入筛管与井眼环空，携砂液携带着砾石向地层扩散，将地层压实。

（5）循环充填：

打開排液管线闸门，从充填管汇注入混砂液，混砂液沿充填管柱流至井底，经充填工具进入筛管与井眼环空，砾石在环空中依次按α波沉积和β波沉积，携砂液经筛管滤失进入筛管与充填管柱的环空，沿着环空返回地面。这个过程这就是α波充填和β波充填。

（6）顶替：

打开排液管线闸门，从充填管汇注入顶替液，顶替液将充填管柱内的砾石顶替入筛管与井眼环空。

（7）反洗：

顶替结束后，上提管柱，底部充填工具自动关闭。关闭排液管线闸门，从反洗管线注入反洗液，反洗液经充填管柱与套管/筛管环空流至井底，经充填服务器进入充填管柱内，将充填管柱内多余的砾石反洗出地面。

（8）起出充填管柱，水平井反向砾石充填施工结束。

三、水平井反向砾石充填地面模拟试验

水平井裸眼砾石充填工艺复杂、作业程序多、施工难度大，地面模拟试验是进入现场实施的前提。通过地面模拟试验优化施工排量、砂比、压力等参数，验证工艺的可靠性，为现场实施提供依据。

1.试验流程

试验流程，利用压裂车组进行模拟填砂。

2.模拟井筒

（1）组成结构

模拟井筒结构由3层管柱结构组成，充填容积0.8m3、耐压6MPa。

3.模拟试验过程

利用压裂车组，开展地面模拟试验，共进行四次加砂和停泵观察。

（1）试验车组

压裂车1台、混砂车1台、仪表厂1台、液罐车3台、管汇车1台、泵车1台、废液回收罐车2台。

（2）试验用料

砾石：0.8～1.2mm陶粒砂、携砂液：清水。

4.试验结果与分析

（1）充填排量、砂比选择

刚开始充填时，加砂排量1m3/min，压裂车泵出口处出现异常，造成了脱砂。后来将排量提高到1.32m3/min以上，再次充填，无脱砂现象。这一情况说明：在采用清水作为携砂液，砂比为10%时，1.2m3/min～1.3m3/min是最小充填排量，为了提高施工成功率，实际充填时应将加砂排量控制在1.7m3/min以上。

（2）充填压力规律

整个充填过程，充填压力呈逐步上升状态。在α充填过程中，压力上升较为缓慢;在β充填过程中，压力上升梯度较大。

四、结论

水平井裸眼砾石充填防砂技术采用挤压充填及循环充填工艺，水平段充填率达到90%以上，与同类技术相比，整体工艺技术达到国际先进水平。该技术具有作业施工安全、成功率高、适用范围广、防砂精度高等特点，可以满足各类油藏水平井完井防砂技术要求，成为水平井防砂技术的核心技术，可以实现油井长期稳产，综合效益显著。

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