玻璃钢筛管井下自生滤砂管防砂技术的研制
2021-05-26刘为民
刘为民
(中国石化胜利油田分公司地面工程维修中心,山东 东营 257231)
随着孤岛油田开发的深入以及开发方式的不断调整,套损井、大斜度井等复杂结构井数量逐年增加。复杂结构井防砂难度较大,主要表现在:一是机械防砂实施难度大,充填过程易形成砂桥[1];二是化学防砂周期短,易引起套损加剧;三是防砂后期处理难度大、费用高。而针对套损井采取大修井筒恢复工艺技术不仅技术复杂、难度大,而且成本高、有效率低[2]。多重因素导致复杂结构井的开发受到严重制约,复杂结构井防砂问题亟待解决。为此,作者对玻璃钢筛管井下自生滤砂管防砂技术进行研发,以有效改善复杂结构井的防砂效果。
1 技术研究
井下自生滤砂管防砂技术就是将玻璃钢防砂筛管下入到位后,采用涂覆砂充填工艺,侯凝固结后涂覆砂包覆在玻璃钢防砂筛管上,在井下自行生成树脂滤砂管的工艺技术。
1.1 玻璃钢防砂筛管研制
1.1.1 材料选择
玻璃钢是一种新型的复合材料,其优点有:(1)低吸附性,对地层泥质和粉细砂吸附性差,油井正常生产过程中可直接携带出地面,治理防砂管堵塞有良好的效果;(2)轻质高强,拉伸强度接近甚至超过碳素钢,耐腐蚀,对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力;(3)易磨钻,方便后期处理。因此,选择玻璃钢作为防砂筛管材料。
1.1.2 规格及参数优化设计
防砂筛管外径尺寸:根据不同的套管尺寸,设计完善了3种防砂筛管外径尺寸,分别为70 mm、78 mm、95 mm。
防砂筛管缝隙尺寸:原则上应能挡住最小充填砾石。孤岛地层砂粒度中值分布在0.10~0.25 mm之间,充填砂粒度在0.3~1.0 mm之间,因此设计3种防砂筛管缝隙,分别为0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm,满足不同粒度分布的挡砂要求。
防砂筛管缝隙结构优化设计。矩形缝特点:结构简单,加工方便,缝隙宽度保持好,但操作可靠性差,缝隙易被细砂堵塞;梯形缝特点:锥度越大,自洁作用越强,缝隙宽度保持好,但易被流砂磨蚀,缝隙变宽,影响滤砂精度。为克服以上缺点,采用组合割缝技术(图1),外矩形缝一定深度,耐流砂磨蚀;内梯形缝呈扩散状,有利于保持缝隙清洁,不产生砂堵。
图1 组合缝防砂筛管剖面图Fig.1 Profile of sand-controlling screen with combined slot
1.1.3 管柱设计
防砂筛管管柱进行组合设计,充填工具以下管柱采用玻璃钢材料,实现管柱后期处理可钻可捞,在常规打捞无效后直接井下削磨,避免取出,减少后期处理工序。配套的无锚牙式充填工具(图2)集密封、充填、丢手于一体,实现了一趟管柱完成环空填砂和座封丢手等多道工序,简化了施工工艺,降低了工人劳动强度和防砂作业成本,缩短了施工占井时间,生产效率大大提高。
图2 无锚牙式充填工具结构示意图Fig.2 Schematic diagram of structure of non-anchor packing tool
1.2 涂覆砂充填工艺改进
套损井采用常规石英砂充填工艺,套管会变形、破裂,在套损位置地层结构发生较大变化,产生大量泥质物与地层粉细砂,导致油井供液能力变差;大斜度井采用常规石英砂充填工艺,容易形成砂桥[3],极易造成充填层垮塌。针对以上问题,对涂覆砂充填工艺进行改进,通过调整配方实现涂覆砂固结时间和固结强度可控,设计了分级涂覆砂挤压充填技术,保证井下施工安全,改善复杂结构井的防砂效果。改进涂覆砂充填工艺具有如下优势:一是可填补套损井套损位置地层亏空、加固井壁,延缓套损加剧;二是多级挡砂体系可延缓泥质堵塞。
2 评价实验
2.1 低吸附、高渗透性能评价实验
采用井筒防砂模拟实验装置进行低吸附、高渗透性能评价实验,主要由高压柱塞泵、模拟井筒(装置主体)、数控箱、储液罐等部分组成,如图3所示。
图3 井筒防砂模拟实验装置Fig.3 Simulated experimental advice of sand-controlling with well bore
将防砂筛管与法兰盘用螺纹连接,置于可视化模拟井筒内,固定牢靠;启动高压柱塞泵,通过模拟炮眼进液模拟地层生产过程;根据渗流实验数据绘制时间-渗透率、流量-压力曲线。采集数据不少于3组,每组不少于5个流量值,每个流量值采集时间间隔不少于5 min。
2.1.1 低吸附性能评价实验
取含泥量15%的采出液,分别采用玻璃钢防砂筛管与绕丝防砂筛管进行驱替实验[4],结果如图4所示。
图4 玻璃钢防砂筛管与绕丝防砂筛管的驱替实验结果对比Fig.4 Comparison on displacement experiment between FRP sand-controlling screen and wire wrapped sand-controlling screen
由图4可以看出,玻璃钢防砂筛管抗堵塞性能明显优于绕丝防砂筛管。因此,玻璃钢防砂筛管对高泥油藏具有明显的抗堵塞优势。
沥青质原油(沥青质含量1.43%)在0.4~0.8 mm厚的石英砂和涂覆砂表面的吸附量(沥青质含量与砂粒质量的比值)对比见表1。
表1 沥青质原油在石英砂、涂覆砂表面的吸附量对比
由表1可知,2种沥青质原油在石英砂和涂覆砂表面均有吸附,在石英砂表面的吸附量远大于在涂覆砂表面的。表明,涂覆砂也具有明显的低吸附性能,可有效降低充填层堵塞。因此,可通过配套玻璃钢防砂筛管,有效改善高泥质含量复杂结构井的生产效果。
2.1.2 高渗透性能评价实验
对玻璃钢防砂筛管、玻璃钢井下自生滤砂管与常规滤砂管的渗透性能进行评价(图5),结果发现,玻璃钢井下自生滤砂管的渗透性能是常规滤砂管的1.2倍。
图5 不同防砂筛管的渗透性能对比Fig.5 Comparison on permeability of different sand-controlling screens
2.2 可取、可钻性能评价实验
2.2.1 可取性能评价实验
室内开展抗拉性能测试实验,在拉力达到180 kN时玻璃钢防砂筛管脱扣;现场开展破坏性试验,下入负荷160 kN的油管,上部连接玻璃钢防砂筛管,鱼腔内插入倒扣捞矛,用大钩上提,全井油管提起,玻璃钢防砂筛管完好,没有涨破[5]。
将不同防砂筛管砂埋一定深度,地面测试摩擦阻力。结果发现,砂埋玻璃钢防砂筛管的摩擦阻力较砂埋绕丝防砂筛管的大幅减弱;砂埋玻璃钢防砂筛管的摩擦阻力不随砂埋深度的增加变化,而是保持平稳。表明,玻璃钢防砂筛管的表面摩擦系数比绕丝防砂筛管更小,现场应用时可以满足后期打捞性能要求。
2.2.2 可钻性能评价实验
室内开展可钻破碎实验,用磨鞋钻头,分别加压 20 kN、40 kN,分别以50 r·min-1、 80 r·min-1的速度实施钻切破坏。结果发现,玻璃钢防砂筛管的可钻性能优良,可通过配套玻璃钢防砂筛管降低后期处理难度,降低作业成本。
3 现场应用
将玻璃钢筛管井下自生滤砂管防砂技术应用于孤岛油田,共26井次,其中套损井应用7井次,大斜度井应用8井次,成功率100%,平均防砂周期超过400 d,防砂有效期可延长121 d,平均单井增液46.8%,当年累计增油8 675.7 t,大修率下降30%,有效改善了复杂结构井的防砂效果。
4 结论
针对套损井、大斜度井等复杂结构井机械防砂实施难度大、防砂有效期短、后期处理成本高等问题,研发了玻璃钢筛管井下自生滤砂管防砂技术。该技术具有低吸附、抗堵塞、易钻取等特点,防砂有效期长,后处理方便。现场应用26井次,平均增液46.8%,防砂有效期延长121 d,大修率下降30%,有效改善了复杂结构井的防砂效果。