新型一趟多層防砂工藝在海上油田的首次應用

鞏永剛，修海媚，陳增海，譚才淵，田 芳

（中海石油（中國）有限公司蓬勃作業公司，天津 300459）

渤海某油田位于渤海海域的中南部海域，屬于典型疏松砂巖油藏。從2002年底投產至今，防砂方式由最初的簡易防砂到目前的壓裂充填防砂，經歷多年的摸索，最終確定在疏松砂巖地層中實施壓裂充填防砂方式對單井初期產量以及油井的穩產增產均有很大幫助[1-5]；截止到目前，該油田已采用壓裂充填防砂方式超過150余井次。

近年來，該油田在綜合調整開發過程中，油井的生產套管以177.8 mm套管為主，為了滿足壓裂充填工藝措施的需要，長期使用國外公司的逐層充填防砂工具進行油井的壓裂防砂完井工藝，但該工具存在內通徑較小、無法下入分層開采的完井管柱的局限性，無法滿足地質油藏對油層精細化管理的需要。

為了彌補國外工具的不足，又解決分層開采的需求，自主研發了一項新型工具系統，不僅能滿足多層壓裂充填防砂對工具強度的需求，還可以實現油井分層系開采的需求。

1 一趟多層防砂工具系統以及工藝流程[6，7]

177.8 mm一趟多層防砂工具系統由外層防砂管柱和防砂服務管柱組成（見圖1）；其中外層防砂管柱包括DGB防砂頂部封隔器總成、DIP隔離封隔器總成及DSP沉砂封隔器總成；內層服務管柱包括88.9 mm沖管、DGB封隔器坐封工具、上部密封總成、防砂服務工具、下部密封總成、中部密封總成、60.325 mm中心管。整套防砂管柱內通徑為98.552 mm，比國外公司工具相對擴大了29.3%。

其防砂作業過程是在套管內依次下入篩管和防砂封隔器等外管，然后下入防砂服務管柱，鉆桿送整個防砂系統至產層，坐封頂部封隔器和隔離封隔器，正循環壓裂充填防砂后，將管柱上提至反循環位置將服務管柱內殘留的陶粒循環出井，繼續進行其他層位防砂作業，直至多層防砂段全部完成壓裂充填防砂后起出整套服務管柱。

1.1 DGB防砂頂部封隔器總成

1.1.1 DGB防砂頂部封隔器總成構造 由DGB防砂封隔器、底部接頭、上部延伸筒、充填滑套、充填密封筒、變扣、下部延伸筒以及重力定位接箍組成（見圖2）。

DGB封隔器是一個液壓坐封、使用回收工具可回收的、高性能生產封隔器。既能起到很好的密封保護套管的作業還能夠懸掛下部的其他防砂管柱，適用于177.9 mm的套管。

圖1 一趟多層管柱示意圖Fig.1 Single trip multiple zone string drawing

圖2 DGB防砂頂部封隔器示意圖Fig.2 DGB top packer schematic

1.1.2 DGB封隔器主要參數 最大外徑：152.4 mm；最小通徑：98.552 mm；最大耐壓差：51.7 MPa；適合溫度：130 ℃；總長：1 797 mm；坐封壓力：19.31 MPa～21 MPa；初始坐封壓力：9.45 MPa；下部扣型：114.3 mm LTCP；服務工具的脫手方式：液壓脫手以及正轉機械脫手兩種。

DGB防砂頂部封隔器總成：抗內壓壓力：62 MPa；抗外擠壓力：68 MPa；最大抗拉：113 t。

1.1.3 工作原理 投入坐封球，通過油管內注入高壓水，由中心管上小孔進入中心管和膠筒間，使封隔器的膠筒膨脹，同時封隔器上的卡瓦在套管壁上撐開，從而起到懸掛且密封的效果。

1.2 DIP隔離封隔器總成

1.2.1 DIP隔離封隔器總成構造 由DGB防砂封隔器、上部延伸筒、充填滑套、充填密封筒、下部延伸筒以及負荷顯示接箍組成。

DIP隔離封隔器是液壓坐封、可回收、高性能的生產封隔器（見圖3），其處于防砂管柱的中部，起到較好的隔離上下兩個生產層段，該封隔器適用于177.9 mm的套管。

1.2.2 總成主要技術參數 隔離封隔器最小通徑：98.552 mm；最大外徑：152.4 mm；最大耐壓差：44.8 MPa；適合溫度：130℃；總長：1 692 mm；坐封壓力：19.31 MPa～21 MPa；初始坐封壓力：9.45 MPa；兩端連接螺紋：114.3 mm LTCP。

隔離封隔器總成：抗內壓壓力：120 MPa；抗外擠壓力：68 MPa。

1.2.3 DIP隔離封隔器工作原理 通過油管內注入高壓水，由中心管上小孔進入中心管和膠筒間，使封隔器的膠筒膨脹，從而起到密封的效果。

1.3 DSP沉砂封隔器

1.3.1 DSP沉砂封隔器構造 由一個雙卡瓦的永久性封隔器（見圖4），其通過電纜或者油管輸送的方式坐封于產層的最下部，能夠起到承托上部防砂管柱質量的功能，還能起到密封的作用。該封隔器適用于177.8 mm的套管。

1.3.2 主要參數 最大外徑：149.352 mm，最小內徑：101.6 mm，壓力等級：50 MPa；溫度等級：150 ℃；總長：1 015 mm；坐封壓力：19.31 MPa～21 MPa；初始坐封壓力：9.45 MPa；抗外擠壓力：76.48 MPa；抗內壓壓力：101 MPa。

1.3.3 工作原理 電纜坐封時，點火引爆產生高壓氣體傳遞到液壓腔室轉換為液壓動力驅動活塞和坐封外套向下移動使封隔器坐封，同時拉斷易斷螺絲，即可回收電纜及坐封工具。

如電纜坐封失敗，則通過液壓坐封于套管上，投入坐封球通過高壓液體驅動活塞和坐封外套向下移動使封隔器坐封，坐封后通過高壓回收服務工具，再通過高壓液體剪切球座。

1.4 防砂服務工具

1.4.1 主要組成部分 主要由88.9 mm沖管、DGB封隔器坐封工具、充填工具總成、上部密封總成、下部密封總成、中部密封總成以及60.325 mm中心管組成。1.4.2 主要參數 上下部螺紋HYD511；沖篩比：0.877（壓裂充填防砂篩管使用基管為114.3 mm，內徑101.35 mm）；服務工具耐溫度等級：135℃；服務管柱最低抗拉強度：90 t；服務工具最低壓力等級：57 MPa；沖管中心管鋼級：P110。

圖3 隔離封隔器示意圖Fig.3 Isolation packer schematic

圖4 沉砂封隔器示意圖Fig.4 Sump packer schematic

1.4.3 主要功能 將外層管柱懸掛密封于套管壁上并完成一次多層的壓裂充填/高速水充填防砂作業。

1.5 防砂工具對比

針對該油田以及渤海油田常用的防砂工具[8-10]與本次使用的防砂工具的對比（見表1）。

根據以上各項指標對比，本次使用的一趟多層工具有以下優點：

（1）下一趟管柱新型工具能完成多個油層防砂需求；

（2）新型防砂工具內通徑較大，可下入分層開采管柱，來滿足油井生產過程中測試和鋼絲作業的需求，實現油井精細化管理；

（3）供貨周期較短，能縮短作業準備期，節約作業成本；從而達到降本增效的目的。

1.6 工藝流程

（1）下入洗井管柱清洗套管內壁并替入完井液，減少套管壁上殘留的水泥殘渣對后續作業的影響以及做好儲層保護工作；

（2）下入射孔管柱在尾管進行射孔，建立油藏與井筒的聯通通道；

（3）下入再次洗井管柱對防砂封隔器坐封位置以及射孔后尾管內壁射孔孔眼進行處理，減少對后續防砂作業的影響；

（4）電纜下入沉砂封隔器，并下入一趟多層篩管、防砂封隔器，下入防砂服務工具并下入到防砂位置；

（5）油管內47.625 mm球坐封頂部封隔器并將坐封球反循環出井，從下至上依次坐封隔離封隔器并完成多層的壓裂充填防砂作業；

（6）下入電動潛油離心泵完井管柱投入生產。

2 礦場試驗應用

2.1 礦場試驗

D36ST02井是深側鉆后177.8 mm套管井，該井的生產層位位于明化鎮組下段和館陶組上段，整口井井眼軌跡按照先增斜后降斜的方式，最大井斜51.33°在井深891 m處，完鉆井深1 755 m，根據地質油藏需要劃分五個防砂段，需下入分采電潛泵管柱投產。通過現場試驗做到了，管柱下井口能夠完成壓裂充填防砂以及高速水充填防砂作業，工具強度、性能較好，整體施工效果較好。現場應用效果與分析（見表2）。

2.2 實施效果

D36ST02井于2018年2月19日投產，日產油50m3，日產氣6×104m3，產油量及產氣量均超過配產。工期較常規方式縮短3 d，作業成本節省超過400萬元，取得了良好的現場試驗效果。

3 結論與認識

（1）新型一趟多層防砂工具的自主研發，實現了防砂工具國產化，并彌補了國內外小尺寸套管油井一趟多層壓裂防砂工具內下入分采管柱的空白。

（2）新型一趟多層防砂工具，不僅完成高速水充填防砂，而且能夠完成壓裂充填作業，還提高了單井作業時效和降低了作業成本，為后續此類型油井的防砂方式提供了新的作業思路。

（3）新型一趟多層防砂工具內通徑為98.552 mm，解決了渤海該油田油井分層開采精細化管理的要求，提高油井的產能的同時還滿足測試資料的錄取。

（4）本次新型一趟多層防砂工具使用時，壓裂充填施工泵速達到2.86 m3/min，砂比960 kg/m3，施工泵壓在10.34 MPa～13.79 MPa；高速水充填泵速1.27 m3/min，砂比 120 kg/m3，施工泵壓 6.89 MPa～10.34 MPa。在該油田礦場試驗中取得了成功應用，為該油田后續177.8 mm套管油井繼續使用該工具，進行壓裂充填防砂和高速水充填防砂都提供了施工參數方面的實踐經驗；也為其他類似油田壓裂充填和高速水充填防砂作業提供了理論和實踐經驗，具有較強的推廣價值。

表1 177.8 mm套管內防砂工具參數對比表Tab.1 Parameters comparison charts of sand control tools used in 177.8 mm casing

表2 一次多層壓裂防砂系統現場施工情況表Tab.2 On site application of single trip multiple zone system

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