水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井工藝

杜　丙　國（1.中國石油大學，北京　1049；.中國石化股份勝利油田分公司，山東東營　57001）

水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井工藝

杜丙國1，2
（1.中國石油大學，北京102249；2.中國石化股份勝利油田分公司，山東東營257001）

為解決出砂油藏水平井管外均衡改造的難題，研制了裸眼管外分段擠壓充填防砂完井工藝。其原理是通過管外隔離封隔器和可重復開關充填滑套將水平段進行分段封隔，利用防砂服務管柱實現分段擠壓充填防砂。與水平井底部礫石擠壓充填防砂相比，新工藝可根據水平段物性差異分段優化防砂施工參數，水平段改造更均衡。生產實踐表明，采用裸眼分段擠壓充填防砂完井的井，防砂后產量高，防砂效果好，為水平井防砂完井工藝提供了新的技術思路。

水平井；分段擠壓充填；防砂完井；隔離封隔器

2013年勝利油田實施水平井濾砂管裸眼完井217口，其中裸眼底部礫石籠統擠壓充填防砂完井89口，占裸眼防砂完井數的41%。采用該工藝完井的水平井主要采用二開井身結構，篩管頂部注水泥懸掛復合精密濾砂管完井［1］，對需要改造的井，采用底部逆向充填防砂方式從水平井趾端防砂服務器進行擠壓充填防砂［2-3］。該方式只能完成水平井底部趾端的改造［4］，水平段中部及跟端不能得到有效改造，造成水平段產液不均衡［5-6］，對于存在邊底水的油藏還會出現過早水淹［7-8］。因此，疏松砂巖裸眼精密濾砂管完井水平井進行分段改造具有十分重要的意義。2013年勝利油田開展了水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井配套技術的研究，并在現場進行應用，取得較好的效果。

1　工藝原理及特點

1.1工藝管柱結構

水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井管柱主要由引鞋、精密篩管、充填滑套、密封筒、延伸筒、管外隔離封隔器、免鉆塞固井總成組成，通過充填滑套、管外隔離封隔器的數量控制分段級數，如圖1所示。管外隔離封隔器可采用遇油/遇水膨脹封隔器或液壓坐封封隔器，若采用液壓坐封封隔器要單獨采用坐封管柱對封隔器進行坐封和測試。

圖1　水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井管柱示意圖

防砂充填服務管柱主要由引鞋、隔離密封、滑套開關工具、滑套關閉工具、充填總成、液流轉向工具、外管、內沖管組成，如圖2所示。

圖2　防砂充填服務管柱結構原理示意圖

1.2工藝原理

管外隔離封隔器坐封后，下入防砂充填服務管柱，對滑套開關情況、封隔器坐封情況進行測試合格后，自下而上進行礫石循環充填或擠壓充填防砂，使預防砂層位充填滑套處于打開位置，將定位工具下壓至定位接箍，施加負荷使其處于定位狀態，確保充填過程工具不移位。在進行充填時，頂部鎖定密封與頂部密封筒配合形成的密封、隔離密封與完井管柱密封筒形成的密封與充填服務管柱的無接箍外管將上部裸露層位隔離，避免充填防砂及反洗井時層間干擾。循環充填防砂時套管閥門敞開，從油管泵入攜砂液及礫石，攜砂液及礫石通過服務管柱充填總成充填孔、完井管柱充填滑套充填孔進入油層，攜砂液中的礫石被精密濾砂管阻擋留在裸眼與精密濾砂管形成的環形空間中，攜砂液通過精密濾砂管自引鞋底部孔進入服務工具后向上流動，進入無接箍外管與內沖管形成的環形空間，從液流轉換裝置返液孔進入到套管與油管環空返至地面。擠壓充填防砂時關閉地面套管閥門，攜砂液攜帶礫石通過防砂服務管柱充填總成充填孔、完井管柱充填滑套充填孔進入油層。充填結束后進行反洗井，上提管柱使充填總成反循環孔位于反洗位置，從套管打壓，洗井液經防砂充填服務管柱液流轉換工具的返液孔進入到充填服務工具的無接箍外管與內沖管之間的環空內，經充填總成反循環孔進入外管柱，再經充填總成充填孔進入內沖管、油管返至地面。反洗井結束后，上提管柱用滑套關閉工具將完井管柱充填滑套關閉，下放管柱至充填位置正打壓驗證滑套關閉狀況，驗證滑套關閉良好后上提管柱至上部各層充填位置，逐層進行充填防砂施工。

1.3工藝特點

（1）能夠利用管外隔離封隔器實現水平段的真正封隔，在水平段可根據物性差異進行分段擠壓充填防砂作業。

（2）管柱配套的充填滑套及配套使用的滑套開關工具、滑套關閉工具能夠實現滑套多次有效開啟和關閉，滑套開啟和關閉狀態的自鎖能力高，可防止管柱下入時的誤開。

（3）對于采用水平井開發的疏松砂巖稠油熱采井，采用分段擠壓充填防砂完井后，注汽熱采過程可配套分段注汽工具實現井筒內的分段注汽。

（4）與套管固井完井逐段射孔、逐段改造相比可節約完井費用，縮短施工周期。

1.4工具參數

水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井配套工具主要參數詳見表1。

表1　完井工具及防砂服務工具主要參數

2　施工步驟

2.1施工準備

二開完鉆后，用雙扶模擬管柱通井，對以往起下鉆途中遇卡、遇阻井段反復短起下劃眼，同時循環洗井。以不低于0.8 m3/min的排量充分循環鉆井液2周以上，調整好鉆井液性能，保證井眼無沉砂，井壁穩定。如通井遇阻起出，用原鉆具劃眼，再用模擬管通井，直至通井順暢。

檢查各完井工具，并對套管、精密濾砂管等工具進行編號測量。除充填滑套、裸眼封隔器、免鉆塞固井總成外，各工具入井前用通管規進行通管。

2.2下完井管柱

根據測井和井眼數據，確定裸眼封隔器、充填滑套和免鉆塞固井總成位置配接管柱。下入管柱要保證各工具連接扣抹好絲扣油，并按標準扭矩進行上扣。當下完最后一根完井套管后，連接聯入頂節，用吊卡坐于井口。

2.3固井施工

按正循環方式連接套管水泥頭（內裝免鉆塞固井總成的關閉膠塞）、地面管線及固井設備，管線試壓25 MPa，保證不滲不漏。用固井車小排量打壓脹封免鉆塞固井總成裸眼封隔器，打開水平井液壓分級箍。大排量循環鉆井液，鉆井液性能滿足固井要求后注水泥固井，當水泥漿完全泵入后，釋放免鉆塞固井總成的關閉膠塞，膠塞下行至液壓分級箍位置時壓力升高，液壓分級箍關閉，停泵穩壓1～2 min。井口放壓，觀察套管是否有倒返現象，若無倒返關井候凝；若倒返井口加壓憋壓候凝。候凝24 h下入專用回收工具打撈免鉆塞總成內部回收部件。

2.4防砂前井筒準備

（1）通井。裝好井口及防噴器，下相應通井規通井至人工井底，落實井筒情況。

（2）替漿。利用通井管柱反循環反替漿，直至井筒鉆井液全部替出為止，洗井至進出口水質一樣。

（3）刮管。下刮管器至免鉆塞固井總成位置，洗井至進出口水質一樣。

（4）套管試壓。下入封隔器至免鉆塞固井總成上部2 m位置坐封試壓，驗證套管是否漏失。

（5）坐封裸眼封隔器。下入由單流閥、密封桿、信號工具組成的裸眼封隔器坐封管串，當信號工具進入密封筒時，會有過提負荷30～50 kN，說明坐封管串已進入坐封位置；開泵正循環，排量0.2 m3/ min，壓力升高說明裸眼封隔器坐封管串已進入坐封位置，在井口標記位置；下放管柱3.1 m，采用0.1 m3/min、0.2 m3/min排量進行正循環測試并記錄測試壓力；提管柱至坐封位置從油管內分級打壓8 MPa、12 MPa、16 MPa，各穩壓5 min，每級打壓前泄壓至0。若采用遇油/遇水膨脹封隔器可省略此工序。

（6）驗封。下放管柱3.1 m，正打壓，排量為0.2 m3/min，與循環測試壓力做對比，如壓力升高說明水平井裸眼封隔器坐封完成。

2.5擠壓充填防砂施工

（1）測試擠壓充填服務管柱。將引鞋及隔離密封+沖管+滑套開關工具+定位工具+充填工具+送入操作管自下而上連接，下至上層充填位置后下壓100 kN定位，做充填位置標記，上提至原懸重測量管柱伸長量，在充填位置進行正循環測試。充填位置反打壓3 MPa，上提管柱0.6 m壓力降為0繼續上提0.3 m做反洗位置標記。驗證擋砂滑套，在反洗井位置正打壓7 MPa，1 min壓降低于3 MPa為合格。由充填位置上提管柱7 m,用滑套單向關閉工具關閉滑套后下放至充填位置正打壓7 MPa，10 min壓降低于0.5 MPa為合格。重復上述步驟依次完成下部各層充填與滑套開關測試。

（2）擠壓充填礫石施工。下放管柱至充填位置加壓全部懸重，裝滑動井口，井口用鋼絲繩反拉固定。地面管線試壓35 MPa，不刺不漏、10 min壓降小于1 MPa為合格。根據設計泵注程序進行循環測試和擠壓充填測試，記錄泵速、泵壓和返出量，根據測試結果進行擠壓充填防砂施工，砂比一般不高于40%，根據脫砂情況判斷是否進行循環充填。若達到脫砂壓力，給環空加壓4 MPa，迅速倒井口閥門至反循環洗井，立即將工具上提到反洗井位置，開泵大排量反循環洗井，施工排量大于0.6 m3/min，直至將油管內的礫石全部清洗干凈為止。

（3）關閉充填滑套。由充填位置上提管柱7 m過提30～50 kN，用滑套關閉工具關閉滑套，然后重新下放至充填位置驗滑套，打壓7 MPa，穩壓5 min，壓降小于1 MPa為合格。

（4）重復步驟（2）、（3）依次完成上部各層礫石充填防砂作業。

3　現場應用

水平井裸眼管外分段擠壓充填防砂完井在林樊家油田應用8口井，施工后平均單井日產液19.9 t，平均單井日產油12.5 t，與采取底部籠統管外擠壓充填防砂的水平井相比液量提高44.2%，突破了水平井防砂后液量低的難題（見表2）。

4　結論

（1）常規水平井底部籠統擠壓充填防砂不能實現水平段均衡改造，邊底水容易造成水平段單點突破，含水快速上升。水平井裸眼分段擠壓充填防砂可根據水平段儲層物性差異進行優化擠壓充填防砂設計，使水平段達到均衡改造。

表2　應用效果統計

（2）采用水平井裸眼分段擠壓充填防砂工藝能進行逐段擠壓充填穿透地層污染帶，實現全井段改造地層，精確防砂，避免壓開水層或水淹層。

（3）留井工具內通徑大，各層獨立作業，層間無干擾，為后期實現分段注采、分段控水、分段注汽提供了井筒條件，便于后期處理。

［1］ 楊海波，余金陵，魏新芳，等.水平井免鉆塞篩管頂部注水泥完井技術［J］.石油鉆采工藝，2011，33（3）：28-30.

［2］ 朱駿蒙.水平井裸眼礫石充填防砂完井工藝在勝利海上油田的應用［J］.石油鉆采工藝，2010，32（2）：106-108.

［3］楊喜柱，劉樹新，薛秀敏，等.水平井裸眼礫石充填防砂工藝研究與應用［J］.石油鉆采工藝，2009，31（3）：76-78.

［4］楊立平.海洋石油完井技術現狀及發展趨勢［J］.石油鉆采工藝，2008，30（1）：1-6.

［5］危禮華，欒紅，王津.埕島油田水平井裸眼防砂完井配套技術［J］.石油天然氣學報，2007，29（3）：302-304.

［6］王金鑄.裸眼水平井阻流酸洗充填一體化管柱的研制［J］.石油機械，2013，41（4）：72-75.

［7］梅明霞，周承詩，王威，等.勝利油田稠油油藏水平井防砂工藝技術及應用［J］.鉆采工藝，2008，31（4）：47-48.

［8］張國文，錢杰，劉鳳，等.水平井控水完井管柱的研究與應用［J］.石油機械，2013，41（3）：89-91.

（修改稿收到日期2015-01-23）

〔編輯朱偉〕

Sand control completion technology by staged squeeze packing in openhole horizontal wells

DU Bingguo1,2
（1.China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. Shengli Oilfield Company, Dongying 257001, China）

In order to address the difficulty in equilibrium modification outside the pipe string of horizontal wells in sand producing reservoirs, the sand control completion technology by staged squeeze packing behind the string in openhole has been developed. Its principle is that, by isolating the horizontal section in stages with isolating packer behind the pipe and packing the sliding sleeve with repeatable switch, the sand-control service pipestring is used to realize sand control by staged squeeze packing. Compared with gravel packing at the bottom of horizontal wells, the sand-control parameters can be optimized in stages according to the differences of physical properties in horizontal section, so the horizontal section can be serviced in more equilibrium. Production practice shows that, in wells completed by staged squeeze packing in openhole section, the production after sand control is even high and sand control effect is favorable, providing a new concept for sand-control completion technology for horizontal wells.

horizontal well; staged squeeze packing; sand control completion; isolating packer

TE257

A

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0047 – 04

10.13639/j.odpt.2015.02.013

中石化科技攻關項目“水平井智能完井分段控流關鍵技術研究”(編號JP12009) 部分研究成果。

杜丙國，1972 年生。1994 年畢業于江漢石油學院測井專業，博士研究生，從事采油工程技術研究與管理工作，教授級高級工程師。電話：0546-8505609。E-mail：dubingguo.slyt@sinopec.com。

引用格式：杜丙國.水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井工藝研究及應用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（2）：47-50.