渤海油田水平出砂井定點(diǎn)探測與封堵技術(shù)研究

于法浩，高永華，李 越，陳 征，尚寶兵

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海油田為了使油井產(chǎn)能獲得最大化，在裸眼內(nèi)進(jìn)行優(yōu)質(zhì)篩管充填防砂是目前渤海油田水平井完井的常規(guī)做法，已取得了較好的效果[1，2]，但部分井由于生產(chǎn)時(shí)間長造成篩管破損，地層出砂在水平段內(nèi)堆積成硬質(zhì)砂橋，油流通道受阻，導(dǎo)致油井產(chǎn)量急劇下降或電泵機(jī)組砂卡事故停泵，需要將防砂管柱打撈重新防砂，但因井斜、井深和井眼軌跡的影響造成鉆具摩阻大、扭矩傳遞困難等使完全撈出全部防砂管柱的成功率極低，基本采用撈出部分篩管后重新側(cè)鉆，這種方式有作業(yè)時(shí)間長，費(fèi)用高等缺陷；針對精確找出篩管出砂位置和封堵出砂點(diǎn)的理念，研究出采用穿芯電纜連續(xù)油管檢測破損篩管位置，再使用膨脹封隔器對漏點(diǎn)進(jìn)行卡漏的技術(shù)，重新疏通水平井防砂篩管內(nèi)的生產(chǎn)通道。

1 渤海油田水平出砂井治理現(xiàn)狀

渤海油田生產(chǎn)井井型以定向井和水平井為主，水平井占比41 %。為了滿足疏松砂巖開采要求，水平井采用裸眼+優(yōu)質(zhì)篩管、裸眼+礫石充填、射孔+優(yōu)質(zhì)篩管和射孔+礫石充填4 種防砂方式，但受到篩管質(zhì)量不合格、下井時(shí)磨損、沖蝕等諸多不利因素的影響，篩管損壞在所難免，破損后的篩管失去了對地層砂的屏障作用，導(dǎo)致井筒大量出砂，嚴(yán)重磨蝕了井筒設(shè)備，影響了油井產(chǎn)量[3，4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，渤海油田平均每年有10 余口井因篩管破損而進(jìn)行大修作業(yè)，使用的工藝為套銑打撈+再完井或套銑打撈+側(cè)鉆，具體工藝流程（見圖1）。

根據(jù)現(xiàn)場的應(yīng)用情況，目前這套工藝主要存在以下問題：（1）工序復(fù)雜，水平井打撈作業(yè)成功率低：期間會(huì)使用多種管柱組合，經(jīng)歷多次起、下管柱作業(yè)，洗、壓井作業(yè)，施工繁瑣；（2）工期時(shí)間長、作業(yè)費(fèi)高：復(fù)雜的工序增加了施工時(shí)間，作業(yè)一口井至少需要30 d，若作業(yè)時(shí)出現(xiàn)卡鉆或重復(fù)打撈，工期會(huì)進(jìn)一步延長；較長的施工工期導(dǎo)致作業(yè)一口井的費(fèi)用至少需要700 萬元；（3）水平段修井液漏失嚴(yán)重：在疏松砂巖儲(chǔ)層，較長的施工工期、較長的水平段等因素都會(huì)導(dǎo)致修井液嚴(yán)重漏失，結(jié)果造成沖砂困難。

圖1 渤海油田出砂井套銑、打撈+再完井工藝流程

2 多臂井徑成像出砂點(diǎn)探測技術(shù)

目前，現(xiàn)場常用的套管柱探傷方法主要有多臂井徑成像探傷、電磁探傷、超聲波探傷及井下鷹眼探傷[5，6]，考慮到篩管結(jié)構(gòu)的特殊性，易對電磁信號和超聲波信號產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，導(dǎo)致電磁和超聲波探傷結(jié)果不準(zhǔn)確。同時(shí)，鑒于井下鷹眼探傷對流體環(huán)境要求苛刻，適用范圍有限，定性地優(yōu)選出多臂井徑成像篩管探傷技術(shù)。為了定量評價(jià)該技術(shù)在篩管中的探傷效果，開展了地面探測模擬試驗(yàn)。

2.1 多臂井徑成像儀結(jié)構(gòu)

多臂井徑成像儀主要由測量臂、電動(dòng)扶正器、位移傳感器等組成。為了確保儀器滿足水平段測試時(shí)的居中要求，在儀器的尾端加裝滾輪扶正器（見圖2）。其測量原理是管柱內(nèi)徑的變化會(huì)引起測量臂的收攏或打開，這種收攏或打開的徑向移動(dòng)經(jīng)過轉(zhuǎn)換裝置后，測量臂頂端產(chǎn)生縱向移動(dòng)，造成位移傳感器的磁芯位置相對于電感線圈發(fā)生變化，這種變化的信號經(jīng)過電纜傳遞到地面解釋軟件中，經(jīng)過軟件處理，形成管柱內(nèi)徑的三維成像圖，準(zhǔn)確清晰地反映出井下管柱內(nèi)徑的變化情況。

2.2 防砂篩管探傷地面模擬試驗(yàn)

目前，多臂井徑成像儀主要用于測量井下套管的內(nèi)徑變化，評價(jià)套管損壞情況。為了驗(yàn)證多臂井徑成像技術(shù)在篩管探傷上適用性，開展了地面模擬試驗(yàn)。

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)備選擇 試驗(yàn)設(shè)備主要包括破損篩管和多臂井徑成像儀。試驗(yàn)用的防砂篩管為渤海油田水平井常用的139.7 mm 星孔優(yōu)質(zhì)篩管，將“紐扣”打掉來模擬井下篩管的破壞情況。多臂井徑成像儀選擇40臂（外徑69.85 mm），因60 臂井徑成像儀外徑（外徑101.6 mm）較大，在篩管內(nèi)張開程度較小，在井斜較大井段測量時(shí)容易偏心。

2.2.2 試驗(yàn)過程 設(shè)備選好后，開始進(jìn)行測試，整個(gè)測試過程包括：（1）選擇平整的場地，將星孔篩管平放在地面上，且進(jìn)行加固以防止其移動(dòng)；（2）為克服井斜限制，使用帶電纜連續(xù)油管輸送儀器的方式，同時(shí)為減小連續(xù)油管剛度大對儀器居中度的影響，研制了配套的連接工具串，包括井徑儀接頭、柔性短節(jié)、旋轉(zhuǎn)短節(jié)、釋放短節(jié)、電纜頭、單流閥及連續(xù)油管結(jié)構(gòu)，各工具（見圖3）；（3）用水推的方式將電纜送入連續(xù)油管，一端連接好測試設(shè)備，另一端連接好工具串和井徑儀，組配好測試管柱；（4）確認(rèn)測試信號正常傳輸后，將井徑儀輸送至篩管內(nèi)，向內(nèi)緩慢移動(dòng)，記錄數(shù)據(jù)。

2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果 試驗(yàn)后，地面測試軟件自動(dòng)處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行成像（見圖4）。從圖4 可以看出：在“紐扣”被打掉的位置，測試曲線發(fā)生了偏移，反映在橫截面井徑圖上表現(xiàn)為有突起。這是由于在此位置，測量臂會(huì)產(chǎn)生較大程度的（與有紐扣位置相比）打開，導(dǎo)致井徑測量值增大。

圖2 40 臂井徑成像儀結(jié)構(gòu)

圖3 連續(xù)油管配接工具串

圖4 40 臂井徑成像儀測試結(jié)果

試驗(yàn)證明，多臂井徑成像技術(shù)可以對星孔篩管的破壞情況進(jìn)行有效的識(shí)別，較好地適應(yīng)井下防砂篩管的探傷。

3 SASP 型封隔器出砂點(diǎn)封堵技術(shù)

利用多井臂成像技術(shù)確定出砂位置后，實(shí)現(xiàn)出砂點(diǎn)有效封堵是防止油井繼續(xù)出砂的關(guān)鍵。立足于渤海油田出砂井實(shí)際井況條件，對封隔器選型、封堵管柱組配結(jié)構(gòu)及封堵施工流程進(jìn)行了深入的研究。

3.1 SASP 型封隔器封堵原理

為了實(shí)現(xiàn)出砂點(diǎn)長久而有效的封堵，選擇了雙封隔器機(jī)械式封堵方法。該方法的封堵原理為：在篩管破損點(diǎn)的兩側(cè)分別安放封隔器，兩封隔器坐封后在破損點(diǎn)形成密閉空間，阻止了地層砂從破損點(diǎn)流入生產(chǎn)管柱，封堵原理（見圖5）。封堵關(guān)鍵工具選擇了SASP 遇水膨脹封隔器[7，8]，因?yàn)椋海?）傳統(tǒng)的擴(kuò)張式或壓縮式封隔器依賴外力坐封，下井時(shí)易出現(xiàn)提前坐封的現(xiàn)象，可靠性差；（2）篩管破損或縮徑后會(huì)限制卡漏封隔器的外徑，遇水膨脹封隔器的膠皮外徑調(diào)節(jié)范圍大可以配合篩管內(nèi)徑。

圖5 出砂點(diǎn)封隔器封堵原理

3.2 封堵管柱組配設(shè)計(jì)

SASP 遇水膨脹封隔器依靠封堵管柱下入到預(yù)定位置，封堵管柱設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下要求：（1）保證封隔器準(zhǔn)確定位；（2）進(jìn)行封隔器到位后的判斷；（3）封堵后順利脫手；（4）提供封堵后的液流通道。各設(shè)計(jì)要求形成原因及實(shí)現(xiàn)方法（見表1）。

遇水膨脹封隔器、帶孔油管或滑套、插入定位密封、液壓丟手、鉆桿等構(gòu)成了封堵管柱的主體部分，這些工具的有序組配和整體管柱的準(zhǔn)確配管是保證封堵作業(yè)順利實(shí)施的關(guān)鍵。封堵管柱結(jié)構(gòu)（見圖6）。

圖6 封堵管柱結(jié)構(gòu)示意圖

4 現(xiàn)場應(yīng)用

以渤海油田某油田A 井為例，該井生產(chǎn)層位為東二上段Iu 油組，井深2 432 m，最大井斜93.51°，采用114.3 mm 星孔優(yōu)質(zhì)篩（內(nèi)徑92.456 mm）管簡易防砂，與篩管連接的盲管尺寸為114.3 mm（內(nèi)徑101.6 mm），因地層嚴(yán)重出砂，目前處于關(guān)停狀態(tài)?，F(xiàn)采用多臂井徑儀成像探測技術(shù)找漏，確定漏點(diǎn)位置后使用SASP 型封隔器進(jìn)行封堵，恢復(fù)油井生產(chǎn)。

根據(jù)A 井井況，選擇40 臂井徑成像儀探測出砂點(diǎn)，101.6 mmSASP 型封隔器封堵出砂點(diǎn)。作業(yè)過程中，探測與封堵施工管柱組配結(jié)構(gòu)分別為：（1）多臂井徑成像儀出砂點(diǎn)探測管柱：電纜頭+roll-on 連接器+馬龍頭+旋轉(zhuǎn)短節(jié)+柔性短節(jié)+上扶正器+40 臂井徑儀+下扶正器+連續(xù)油管；（2）0SASP 型封隔器封堵管柱：帶孔圓堵+帶孔油管+SNU 油管+HXK 卡漏封隔器+SNU 油管+HXK 卡漏封隔器+SNU 油管+帶孔油管+SNU 油管+錨定插入密封+液壓丟手工具+變扣+3 短鉆桿。

探測數(shù)據(jù)成像解釋后發(fā)現(xiàn)，出砂點(diǎn)位于2 301.45 m～2 304 m 井段。結(jié)合該井井斜數(shù)據(jù)及防砂篩管管柱結(jié)構(gòu)，確定2 287.83 m～2 310.69 m 為封隔器封堵段，封堵后下入電泵合采管柱生產(chǎn)。

該井整個(gè)施工作業(yè)天數(shù)為16 d，作業(yè)費(fèi)420 萬元，作業(yè)后平均產(chǎn)液量為165 m3/d，產(chǎn)油165 m3/d，無出砂現(xiàn)象。與套銑打撈+再完井工藝相比，提效50 %，單井節(jié)約工期20 d 以上，節(jié)省作業(yè)費(fèi)用近300 萬元人民幣；相比套銑打撈+側(cè)鉆工藝，成本節(jié)省75 %，單井節(jié)省1 500 萬元。

5 結(jié)論

（1）受套損井多臂井徑成像儀探測技術(shù)啟發(fā)，自主設(shè)計(jì)了防砂篩管探傷地面模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明多臂井徑成像技術(shù)能夠有效地識(shí)別篩管的破損情況及確定破損點(diǎn)的位置，方便了出砂井修復(fù)作業(yè)的實(shí)施；

（2）結(jié)合渤海油田水平出砂井井況，形成了一套“連續(xù)油管輸送、柔性工具串改善儀器居中度”的多臂井徑成像出砂點(diǎn)探測技術(shù)以及一套準(zhǔn)確、高效的SASP型封隔器出砂點(diǎn)封堵技術(shù)；

（3）水平出砂點(diǎn)探測與封堵新技術(shù)在現(xiàn)場取得了較好的效果。與套銑打撈+再完井老技術(shù)相比，簡化了作業(yè)工序，縮短作業(yè)工期20 d 以上，以及節(jié)省作業(yè)費(fèi)用近300 萬元，提質(zhì)增效效果明顯；

表1 封堵管柱組配設(shè)計(jì)要求形成原因及設(shè)計(jì)方法

（4）面對破損的網(wǎng)眼較小，測量臂探頭不能接觸到篩管外壁的情況，需進(jìn)一步優(yōu)化探測儀器結(jié)構(gòu)、提高測試精度，擴(kuò)大儀器的適用范圍。