中短半徑水平井礫石充填防砂技術應用分析

摘 要：渤海地區大多數油田完井工藝及完井方式要解決的核心問題是防砂，采取什么樣的防砂技術，使用什么樣的防砂參數，以及什么樣的配套工藝及措施。水平井裸眼礫石充填完井一方面可以有效保持井眼穩定性，同時還能取得明顯的防砂效果。文中通過總結渤海油田某井防砂設計及充填設計方案，分析現場充填防砂過程，總結作業經驗，對渤海油田中短半徑水平井礫石充填防砂作業有指導意義。

關鍵詞：出砂;防砂;中短半徑;水平井;裸眼礫石充填

1 作業綜述

渤海油田某井在9-5/8″套管1710m開窗側鉆8-1/4″井眼至2150m，下入7″尾管（N80，23lb/ft）至2147m;二開6″井眼完鉆井深2389m，水平段長度239m。本井為中短半徑水平裸眼井，大曲率小井眼，最大狗腿度12.61°/30m，1793.77m-1938.81m井段內平均狗腿度10.61°/30m。

2 出砂預測

①根據此區塊相同儲層巖心分析，孔隙度平均為32.2%，滲透率平均為2400mD，儲層具有高孔高滲的儲集物性特征。若地層孔隙度高于30%，出砂的可能性就大;②聲波資料中的縱波速度反映儲層的膠結程度，縱波速度越小，儲層出砂的可能性越大。聲波值AC<95?s/ft為穩定砂巖;聲波值AC>105?s/ft為不穩定砂巖;聲波值AC介于95?s/ft-105?s/ft為難以判斷的砂巖。該井在東二下段儲層段聲波時差值>出砂臨界值105?s/ft，根據經驗法預測，出砂風險大;③該油田前期開儲層的生產井均采用礫石充填防砂工藝，前期油田開發經驗表明為了保證油井生產安全必須采用防砂措施。

3 防砂方式確定

①防砂方式的確定主要考慮以下幾個因素：粘土礦物含量組分、泥質含量與不均質系數（d40/d90），其中泥質含量對于防砂方案設計至關重要，從以往機械篩管防砂的經驗來看，地層泥質含量對產能影響很大，一般認為當泥質含量小于10%時，使用任何防砂篩管都不容易被堵塞，高于10%時，致密篩網結構的篩管不適合使用;②通過統計本區塊同層位鄰井泥質含量可以看出，五口井的鄰井泥質含量較高，加權平均泥質含量均大于10%;③綜合考慮井的壽命及成本，借鑒本區塊礫石充填防砂的成功經驗，綜合以上分析，推薦采用優質篩管礫石充填防砂方式。

4 防砂精度確定

參考該區塊Ⅰu+Ⅰd油組1-4小層粒度分布情況，鄰井的粒度中值為d50=110-120?m;根據索西埃（Saucier）方法礫石充填所使用礫石的中值D50=（5-6）d50=550-720?m，并參考前期調整井防砂精度選擇情況，確定該井礫石尺寸20-40目，對應防砂精度為120?m。

5 篩管規格

根據本區塊前期開發井的實際應用情況，借鑒渤海各油田篩管防砂經驗，設計采用4″優質篩管，基管鋼級：N80，磅級10.6lb/ft，扣型：NU;優質篩管抗拉、抗外擠、抗內壓等性能需滿足油井實際作業情況，以保證作業安全且優質篩管抗堵塞性能要好，能滿足生產井長期生產需要。

6 盲管規格

盲管的選擇考慮內徑不小于篩管和封隔器總成的內徑，保證防砂服務工具密封的順利下入，同時要有足夠的抗外擠的強度。根據本區塊前期開發井及調整井的實際應用情況，借鑒渤海各油田水平井優質篩管防砂經驗，設計采用4-1/2″、鋼級N80、磅級11.6lb/ft、扣型LTC的盲管。

通過軟件對管柱下入數值模擬通過性，計算套管的軸力、摩阻力和軸向壓力，結果表明：頂部封隔器下端連接一段盲管對計算結果有影響，當封隔器下入1800m時（狗腿度為10°/30m），盲管長度能夠減小摩阻力，管柱軸向壓力稍微有些增大。當盲管長度0m時，對應的總摩阻力為48.58kN;當盲管長度10m時，對應的總摩阻力為37.53kN。當封隔器下入2389m時，也有類似的結論。

建議盲管長度取10m，對頂部封隔器具有一定的保護作用，可減小頂部封隔器附近的彎曲剛度，降低摩阻力。管柱串下入時，要密切管柱井口軸力的變化。

7 現場礫石充填防砂分析

7.1 防噴器關閉正循環測試

測試結果說明：由表中數據可知：充填作業過程中，充填液濾失10%。鉆桿壓力及環空壓力遠遠小于地層破裂壓力，滿足充填作業要求。

7.2 防噴器打開正循環測試

7.3 充填結果說明

充填施工排量3.3BPM，砂比0.5PPA，Alpha波壓力208-330psi，Beta波壓力330-460psi;總泵入砂量10171lbs，返出砂量3800lbs，篩套環空砂量89.67lbs，盲套環空砂量80.69lbs，裸眼段砂量6200.64lbs;脫砂排量3.3bpm，脫砂壓力1336psi，盲管埋高7.5ft，充填效率99%。

8 結論及建議

8.1 防砂設計原則

參考鄰井防砂方式也是目標井防砂方式選擇的重要依據。渤海油田多為疏松砂巖，出砂可能性較大，經驗表明：優先選擇礫石充填防砂有助于提高油井的生產壽命。泥質含量結果分析是選擇篩管類型的主要依據，當泥質含量小于10%時，使用任何防砂篩管都不容易被堵塞，高于10%時，致密篩網結構的篩管不適合使用。一般6寸小井眼裸眼防砂選取4寸篩管，4.5寸盲管。礫石目數的選擇也至關重要，參考臨井設計及目標井地層砂粒度分析結果，是陶粒選擇的重要依據。

8.2 充填排量的選擇

分析軟件模擬計算結果發現，當充填排量較高時，砂丘高度比小，會造成充填砂量不足，充填效率低。而當充填排量較小時，會造成鉆桿沉砂，長時間鉆桿沉砂會形成砂橋，提前脫砂，影響充填結果。所以，選擇合適的充填排量對于充填防砂至關重要，推薦6寸小井眼充填防砂砂丘高度比選擇0.7-0.8之間，經驗表明選取0.7的沙丘高度比更優，通過模擬曲線選擇對應的充填排量，并且充填排量要大于防止在鉆桿中形成砂丘的最小排量。

8.3 脫砂壓力設定

一般脫砂壓力設定為充填過程中Alpha波壓力+1000psi左右。

參考文獻：

[1]鄧建明.渤海油田防砂技術[M].北京：石油工業出版社，2013.

[2]楊立平等.油氣井防砂工具[M].北京：石油工業出版社，2014.

[3]劉良躍等.防砂工藝技術[M].北京：石油工業出版社，2014.

[4]王平雙等.海洋完井手冊[M].北京：石油工業出版社，2019.

作者簡介：

劉曉龍（1988- ），男，河北保定人，漢族，本科，中級工程師職稱，研究方向：海洋石油完井類相關方向。