一趟多層充填防砂作業異常情況預測和對策探討

曲鵬飛（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津300452）

0 引言

渤海油田多數油田油層為疏松膠結砂巖，地層出砂嚴重，對油氣的開發生產造成嚴重的危害。因此大多數完井作業階段需要采取防砂措施，一趟多層防砂技術是礫石充填防砂作業的一種，也是世界上較為先進防砂的技術，在渤海油田廣泛應用，效果非常好，工藝流程逐漸成熟穩定[1]。但在實際操作應用過程中，由于工具、設備、地層、人員、技術等各方面的原因，不可避免的出現各種異常情況，例如封隔器提前座封、無法正常脫手、砂卡、泵砂過程中的異常變化等等，進而導致服務工具卡鉆影響后續作業。本文總結以往現場的防砂作業，針對不同異常情況，通過技術分析，對防砂可能出現的工程事故進行預測和采取相應的對策探討，為今后的充填防砂作業提供借鑒。

1 一趟多層充填防砂作業完井技術工作機理及工藝流程

一趟多層防砂服務管柱由多個封隔器封隔產層進行生產，通過一趟管柱從下往上逐層進行座封、壓裂充填防砂作業，可實現同時完成2～6 個地層區間壓裂防砂作業，作業時任意一層作業時均與其它層隔離，安全可靠。與傳統單層充填防砂相比作業時效高，經濟效益高。防砂機理：地面防砂泵將膠液攜帶的砂漿（支撐劑）從鉆桿泵入井內，通過一趟多層壓裂充填服務工具轉換通道將支撐劑擠入地層裂縫、射孔孔道，在篩管與套管之間、射孔炮眼內、人造裂縫內充填支撐劑直至覆蓋整個防砂段，從而實現增產及逐級預防地層出砂的功能。

一趟多層充填防砂主要施工過程[2]：電纜（或鉆桿）下入沉砂封隔器，鉆桿下入防砂管柱總成，將錨定插入密封插入到沉砂封隔器中，座封驗封頂部封隔器及脫手服務工具，座封驗封下層的隔離封隔器，壓裂充填下層射孔段，將管柱上提至反循環位置反洗服務工具內殘留的陶粒出井，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。

2 一趟多層充填防砂作業常見異常問題預測

2.1 防砂管柱發生事故

鉆桿下入防砂管柱總成時，可能由于套管變形、井眼軌跡差、洗井質量不合格等原因造防砂管柱遇阻、遇卡，無法正常下入，防砂封隔器未到達預定位置，提前座封。防砂篩管由于磕碰變形或者擋砂精度不合格，充填過程陶粒進入篩管及服務工具內造成砂卡。

2.2 地面設備發生事故

在充填防砂作業的全過程中，防砂地面設備是影響充填防砂結果的重要因素之一，防砂地面設備的性能參數、匹配程度以及是否存在故障與問題直接關系充填防砂作業的成敗。一旦在施工中防砂地面設備出現故障例如供液系統故障無法正常供液，地面高壓管線爆裂，都將導致作業停止，可能造成服務工具砂卡，形成資源、人員的浪費，同時也增加了為充填防砂工程帶來的風險和隱患。

2.3 技術操作造成的事故

一趟多層充填防砂技術是一項較為復雜的工藝，需要施工人員要有較高的技術水平，同時要求各崗位人員精準配合。例如打砂過程中各崗位間溝通不通暢，人員誤操作，造成砂卡；誘導脫砂壓力過程中，方井口人員快速打開環空內外壓力差將篩盲管擠變形、破損，造成砂卡。

2.4 地層特性造成的事故

在防砂作業時，對鉆桿壓力、環空壓力、環空返速、循環摩阻、砂漿濃度之間的相互關系理解不透徹，不能更好地與地層油藏特性相結合，泵砂參數選擇不當導致事故發生。例如在充填作業時由于地層滲透不同造成砂橋；充填壓力大于地層破裂壓力在近井區域產生裂縫，防砂時形成“無底洞”，無法出現脫砂壓力。

3 一趟多層充填防砂作業事故預防及對策

3.1 針對防砂管柱事故預防對策

防砂管柱在下入前要用要按照海上油氣田完井刮管洗井推薦做法進行大排量洗井，直至返出液NTU值連續半小時小于30。在封隔器坐封位置上下刮管三次，防止管內有尖銳物體造成防砂封隔器膠皮破損驗封不合格；提前檢查防砂篩管的種類、外觀、防砂精度、尺寸與磅級等是否符合；落實防砂陶粒防砂精度是否符合要求；根據具體井況，合理配管，封隔器避開套管接箍，防砂配長盡量使防砂段配等長減少隔離密封的使用，同時必須保證在防砂層段作業時，和其余的任何一層防砂層段都隔絕；嚴格檢查入井的各種工具的數量和質量，入井工具要按正確順序下入，下鉆速度要平穩緩慢，及時觀察液面防止，防止防砂封隔器提前座封，防砂管柱到位后要仔細核實下入深度是否是預定深度，并且通過插入沉沙封隔器或者探人工井底再次確認防砂封隔器座封深度。

3.2 針對地面設備發生事故預防對策

在防砂作業前要對所有地面設備進行充分檢修和功能測試，確保在整個防砂過程中地面設備運行良好。合適的布置地面管線的走向，盡量避開人群活動頻繁區域，管線要固定牢固，防止跳動。作業前方井口仔細檢查,實現正反循環的可行性和便捷性。充分考慮平臺泥漿泵的泵送能力，確保泥漿泵的泵壓能力以及排量滿足作業要求。吸入軟管破裂，連接設備時，需有一套備用軟管從鹽水罐到混砂器或者防砂泵，吸入管線破裂情況下迅速切換至備用管線直至維修好主吸入管線。混砂器失效，迅速將混砂器旁通，繼續以原泵速注入鹽水直到維修好混砂器。防砂泵失效，如有備用泵，立即啟用備用泵。如沒有備用泵，立即將工具提至反循環位置并倒方井口流程，使用平臺泥漿泵反循環管柱內的砂漿，直至重新修好防砂泵。

3.3 針對技術操作事故預防對策

打砂前責任到人，相關作業工具人員應持證上崗，作業時各崗位交流溝通要到位。工程師應準確的找到正反循環位置，做擠注實驗及循環測試，防砂時，注意每一層的上提、下放懸重，以便正確判斷是否砂卡；如果在循環位置發生砂卡，則需要進行上提、下放（注意懸重的變化）三、四次試圖解卡，但不得超過服務工具的最大抗拉強度；如果在反循環位置砂卡，則在此位置多次上下活動，以期解卡，或者再次反循環；如果反循環結束，不能下放管柱至循環位置進行充填，則提出服務工具，離開此層，不再對該層充填。防砂工程師要密切關注數采房的數據動態，包括油壓、套壓、開始加砂時間、停止加砂時間及脫砂等重要信息。倒反循環沖砂前,鉆桿放壓緩慢,防止地層壓力過高,擠壞篩管,造成砂卡。反循環沖砂時，井筒、鉆具必須要徹底進行清洗干凈，再進行下一層防砂作業。

3.4 針對地層特性事故預防對策

根據測井資料，充分了解地層的相關資料，包括地層縱向滲透率、地層壓力、水層和氣層的厚度及位置等[3]；同時充分了解具體的井資料，包括井眼軌跡、最大井斜角、固井質量等資料；對長井段大斜度井分層進行礫石充填要考慮是否適合運用該工藝，如果層與層之間的間隔距離太長，可以考慮分幾次多層防砂工藝來降低作業風險；綜合考慮地層情況，選擇合適的攜砂比和排量，根據擠注測試結果，選擇相應的充填方式。

4 結語

一趟多層防砂技術在渤海地區乃至世界油田上的實踐應用效果是顯而易見的，但作業中容易遇到砂卡，需要施工人員較高的作業水平和豐富的作業經驗。嚴格把關入井的井下工具的數量和質量，以及防砂設備的穩定性。充分了解地層特性，根據具體井的情況和擠注測試選擇合適的充填方式，選擇對該井采取一次多層或分步一次多層的方式來進行防砂作業。