擠壓充填防砂完井工藝技術及配套工具研究

劉言理（大港油田公司 石油工程研究院，天津 300280）

擠壓充填防砂完井工藝技術及配套工具研究

劉言理（大港油田公司 石油工程研究院，天津 300280）

文章主要針對直井及小斜度井擠壓充填防砂完工藝技術及其適用的工況井下了分析研究，提出了優化的管柱結構。同時文章對配套的防砂完井工具組成及原理進行了介紹。通過現場應用表明，該工藝能有效解決油井開采過程中出砂問題，防砂有效率100%，防砂時間長，能有效地保證油井開發效果。

小斜度井；擠壓充填；防砂；完井工具

很多疏松砂巖油藏，本身相對容易出砂，如果開發期間采用潛油電泵進行強采，地層出砂就會更加嚴重，井眼附近地層虧空，這就大大增加了防砂的難度和防砂有效期。

某陸地油田在上世紀六七十年代就進行了大規模的開發，該油田屬于疏松砂巖油藏，油層巖石膠結強度差。該開始開發階段，主要采用懸掛篩管防砂完井、循環礫石充填防砂完井、滲透性人工井壁防砂完井和組合式防砂完井等工藝，其中篩管又分為組合縫篩管、繞絲篩管、精密復合篩管等多種分類。每種防砂完井工藝根據不同的工況要求進行應用。

油田區塊的油層經過多年的開發，油層情況極為復雜，同時由于上述防砂完井工藝只是在井筒內進行防砂，不具有改造井筒附近甚至油層的能力，所以其防砂效果也愈發不理想。對于出砂特別嚴重的地層，井筒附近虧空嚴重，即使使用管內礫石充填防砂完井，礫石層也堆積疏松，防砂效果不理想。所以有必要對具有改造油井井眼附近地層功能的新型防砂工藝進行研究，也就是擠壓充填防砂完井工藝，該工藝在擠壓充填結束后轉循環充填，能夠形成多層擋砂屏障，有效防砂，滿足復雜油層的防砂需求。

1 擠壓充填防砂完井工藝原理

擠壓充填防砂完井工藝原理，首先將擠壓充填防砂完井工具下連篩管串、安全接頭和絲堵下至井中預定位置，充分洗井暢通后投球憋壓坐封工具，使卡瓦張開咬住套管，限制防砂完井管柱的上下移動，同時膠筒壓縮，封隔油套環空上下空間。穩壓一段時間后繼續打高壓至壓力突降為零，打開充填通道。此時用兩輛壓裂車將砂漿打入地層，砂子選用滲透性、硬度相對較好的陶粒砂，這樣就在井筒附近甚至更深處建立了高滲透性的擋砂屏障，同時也對地層進行改造，油氣出流通道更加順暢。擠壓充填結束后轉循環充填，在篩管和套管之間用陶粒砂填充，增加一道防砂屏障，充分保證防砂效果。循環充填結束后立刻倒管線進行反洗井，將油管內多余的砂子洗出，洗井結束后正轉油管實現丟手，起出丟手管柱下泵開采。

2 擠壓充填防砂完井工具分析

擠壓充填防砂完井工具是該工藝順利實現的關鍵所在。擠壓充填防砂完井工具主要組成部分為：液壓部分、錨定部分、鎖緊部分、封隔部分、解封部分、打撈部分、丟手部分。

2.1 液壓部分

該部分主要由液壓缸、中心管、密封圈和活塞組成。中心管上鉆有進液孔，打壓時液體進入液缸，當壓力達到一定值時推動活塞向下運動，擠壓膠筒和卡瓦。密封圈對應的密封槽在設計時充分考慮密封圈的過盈量，所以能夠啊保證打高壓時充填口的順利開啟。

2.2 錨定部分

錨定部分主要有卡瓦、彈簧復位片、上錐體和下錐體組成。該部分的關鍵部件是卡瓦，卡瓦在設計過程中采用表面滲碳加淬火處理，充分保證其牙齒的鋒利，以便順利咬入套管實現錨定。上下錐體角度經過精心設計，能夠有效避免在工具在坐封過程中出現自鎖現象。

2.3 鎖緊部分

鎖緊部分是整個防砂完井工具的較為重要的部分，鎖緊部分的有效工作是保證膠筒、卡瓦有效工作的前提。鎖緊部分若失效或者效果不好，則會直接影響膠筒的封隔效果和卡瓦的張開錨定效果。鎖緊部分采用馬牙環結構，能夠實現鎖緊機構單向運動、反向鎖緊的功能。鎖緊機構的強度通過力學公式校核計算，并且留足了安全余量。

2.4 封隔部分

封隔部分由膠筒、上壓環和下壓環組成，該部分看似簡單卻是不能忽略的重要部分。該部分一般采用橡膠材料設計，對于非高溫井一般采用丁腈橡膠即可實現，對于高溫高壓井建議用氟橡膠材料制作。制作過程中要保證模型的尺寸精度，在運送過程中避免膠筒表明劃傷。也可根據不同的井況采用多膠筒組合式設計。

2.5 解封部分

解封部分由解封剪釘、解封套組成。剪釘可以根據不同情況選擇銅剪釘或者鋼剪釘，在解封力設計較大時可能存在工具尺寸排布困難的情況，此時一般采用鋼剪釘，可以節省空間。剪釘在工具設計過程中經過剪切強度校核，剪釘的材料選用優質材料。解封套的設計要保證其抗拉強度，且剪斷剪釘后能順暢移動，帶動鎖環與鎖緊部分順利分離。

2.6 打撈部分

打撈部分上端打撈扣采用平式油管扣，打撈時用對扣式分瓣撈矛下壓實現螺紋的對接，然后上提管柱，此時螺紋會隨著上提力的增加咬合愈發緊密。

2.7 丟手部分

丟手結構種類繁多，這里考慮直井或者小斜度井，因此可以采用最簡單的正轉倒扣丟手，一般正轉三十圈即可實現丟手。

3 擠壓充填防砂完井工藝特點

該工藝可以實現一趟管柱坐封、礫石充填、正洗、反洗和丟手的過程，大大節省了施工時間，提高了施工效率。該工藝將對地層填砂和對篩套環空填砂等工序有效結合在一起，大大提高了施工效果，節省施工資金。該工藝在施工過程中擠壓充填和循環充填是一次性形成的，形成的砂體屏障連續且作用面廣泛，能夠充分保證防砂效果。

4 管柱結構設計分析

擠壓充填防砂完井管柱串結構由下至上為：絲堵+油管短節+篩管串（中間帶安全接頭）+油管短節+油管變扣+擠壓充填工具+提升短節+油管串至井口。擠壓充填工具下端配接有小直徑管柱直至篩管末端，以此引導砂漿流動，充分保證礫石的壓實充填效果。

5 現場應用情況與結論

該工藝現場應用一有十余口井，施工過程順利，防砂效果良好，防砂有效率達到100%，該工藝通過對地層改造性地進行防砂，能夠充分保證其效果及有效期。因此，該工藝也值得在易出砂油田地區進行推廣應用。