勝利油田水平井裸眼分段充填防砂技術與應用

孫浩玉，劉春艷，胡高群，馬明新

（1.中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257000；2.中國石油燃料油有限責任公司 青島倉儲分公司，山東青島 266599）

勝利油田開發中后期生產含水逐漸升高[1]，生產壓差和采液強度不斷增大，導致油井出砂加劇，生產中濾砂管被堵塞問題越來越嚴重[2]。單一的篩管防砂工藝已經不能滿足水平井防砂的要求，水平井礫石充填技術應用越來越得到重視[3]。長水平段水平井工藝在勝利油田應用廣泛[4]，受水平井單段充填工藝充填段數限制，隨著充填長度的增加，充填過程中容易產生砂橋堵塞，管內礫石充填率低、充填效果不理想[5]；而水平井礫石分段充填技術，裸眼部分通過管外封隔器分段、逆向礫石充填的方案，將長水平段分成若干個小井段進行分段分次充填施工，可 以大幅度提高水平井裸眼長井段礫石充填密實效果，減緩或避免在生產過程中防砂篩管被堵塞，提高長水平段水平井的防砂效果和壽命[6]。

本文闡述了水平井分段礫石充填技術工具管柱結構和工藝原理，現場應用表明，水平井裸眼分段充填防砂工藝成熟可靠，可實現一趟管柱多段連續充填，有效避免了長井段充填時砂沉積堵塞的風險，提高了長水平段水平井的充填密實程度和充填效果，是長水平段水平井提高防砂質量的有效技術。

1 分段礫石充填防砂工藝

1.1 裸眼單段充填工藝

（1）工具管柱。外管柱結構（自下而上）：引鞋+底部充填工具+防砂篩管+定壓閥+免鉆分級箍工具（或固井盲板+管外封隔器+分級箍）+套管串至井口（圖1）。內充填管柱：密封插頭+油管串至井口。

圖1 裸眼單段充填工藝管柱

（2）充填工藝。水平井篩管完井后，首先進行篩管頂部注水泥施工，通過免鉆分級箍工具對篩管上部套管串進行環空固井作業，固井施工完成后，再下入內充填管柱內密封插管，打開底部充填工具進行充填防砂施工，實現底部逆向充填，從而達到防砂增產的目的。

1.2 裸眼分段充填工藝

（1）工具管柱。外防砂管柱結構：免鉆分級箍工具、防砂篩管、裸眼分段封隔器、底部充填工具、上部充填工具。內充填/坐封管柱結構：對接裝置、密封桿、充填管、絲堵等（圖2）。

圖2 外管柱總成及充填管總成

（2）充填工藝。以兩段充填為例，將外防砂管柱下至設計井深后，上部地層進行篩管頂部注水泥固井施工作業。固井施工完成后，下內充填管柱，通過對接裝置和密封桿密封，內管打壓座封管外封隔器，之后內管柱泄壓，下放內充填管柱對接底部充填滑套。通過上提下放打開充填孔，對底段進行礫石擠壓充填作業，充填結束后上提下放關閉該段充填口、反洗井，待井內沖洗干凈后，上提內充填管柱至上部充填滑套，再按照以上作業程序對上段進行擠壓充填作業。

2 主要充填工具

2.1 免鉆分級箍工具

免鉆分級箍工具[7]由固井器總成、封隔器總成、回接筒和內套系統四部分組成，是篩管頂部注水泥完井技術的關鍵部件。施工中隨完井管串下入，起到隔離產層、建立注水泥通道、防止水泥污染油層等作用。

免鉆分級箍工具不改變固井工藝流程，固井碰壓后打撈出內部結構，省去了鉆塞作業，保護了套管，單井可減少完井作業時間24 h，大幅節約建井成本。同時，在完成注水泥固井作業后，完井管柱內通徑大且內表面光滑通暢，有利于水平井篩管外礫石充填防砂作業[8-9]。

2.2 新型礫石充填復合防砂篩管

復合防砂篩管過濾層由繞絲管和不銹鋼網共同組成，繞絲管采用不銹鋼絲軋制后纏繞而成，不僅可以緩解泥質、稠油、粉細砂對濾砂管造成的堵塞，而且提高了篩管的強度和耐沖蝕性能。外層包裹的過濾網為不銹鋼金屬材料，具有強度高、結構穩定、孔隙率高、孔徑均勻、不易堵塞的優點，過濾性能優異。最外部為拉伸沖孔外保護結構，提高了防砂篩管的耐沖蝕能力，具體參數見表1。

表1 復合防砂篩管性能參數 mm

2.3 裸眼分段封隔器

裸眼分段封隔器是實現水平井分段連續充填的關鍵工具，安放于水平井篩管段，下入到位后通過內充填管柱進行打壓坐封，從而將外防砂管柱與井筒環空分隔成幾段，實現水平井裸眼環空的封隔，結構及性能參數如圖3、表2 所示。

圖3 裸眼分段封隔器結構示意圖

2.4 底部充填滑套

底部充填滑套工具能同時實現底部酸洗、底部外管充填。

主要包括密封筒和滑套機構，在下入之前滑套處于關閉狀態，到位后通過內充填管柱對接，上提下放打開充填口，進行擠壓充填作業，充填施工結束后，通過內管柱上提下放關閉充填口，完成 該段充填施工，具體參數見表3。

2.5 上部充填滑套

基本結構與底部充填滑套相似，主要適用于篩管中部礫石充填，能有效分層，避免因滲透率差異導致砂沉降造成砂橋或充填不實的現象，具體參數見表4。

表2 裸眼分段封隔器性能參數

表3 底部充填滑套主要技術參數

表4 充填滑套主要技術參數

2.6 內充填管柱總成

內充填管柱總成主要包括對接裝置、密封桿、充填管、絲堵等工具組成，可實現一趟管柱多段礫石連續充填，工藝簡單、效率高。主要作用是建立外管柱與裸眼環空之間的充填及洗井、循環通道[10]。充填時通過充填管柱總成對接、密封、打開循環通道，攜砂液通過內管充填總成進入裸眼環空，充填完畢上提內管工具后關閉充填循環通道（圖4）。

圖4 內管充填總成結構

內充填管柱總成設計了充填洗井定位機構，確保內充填管柱總成與充填滑套的循環口相互一致，防止攜砂液在充填過程中對充填工具的沖蝕破壞，且工具設計了雙級密封功能，在充填施工完成后，確保充填滑套循環口可靠關閉，杜絕了因循環口關閉不嚴導致的防砂失效，具體參數見表5。

3 現場應用

勝利油田稠油、疏松砂巖油藏儲量豐富，是國內水平井篩管先期防砂技術發展最快、應用規模最大的油田，近十年防砂完井的水平井約1 600 余口，占勝利油藏水平井的30%左右。

在前期裸眼防砂完井的基礎上，該技術用于勝利S56、LZ14、S105、G43 等區塊現場應用19 口井，現場施工順利，充填均勻可靠，成功率100%。在Y451-P26 現場首次突破了一趟管柱三段連續充填防砂施工，有效避免了長井段充填時砂沉積堵塞的風險，可有效保護篩管，提高油井的防砂壽命。

表5 內管充填總成主要技術參數

到目前為止，所有現場應用井未出現篩管損壞、井底出砂情況，生產投產情況如表6 所示。

4 結論

（1）現場應用表明，基于管外封隔器分段、逆向礫石充填的水平井裸眼分段充填防砂工藝成熟可靠，可實現一趟管柱多段連續充填，有效保護了篩管，提高了油井的防砂壽命。

表6 現場應用井目前生產情況

（2）水平井裸眼分段連續充填防砂技術可有效避免長井段充填時砂沉積堵塞的風險，提高長水平段水平井的充填密實程度和充填效果。