海上油田水平井大修再完井新工藝研究與應用

張斌斌，黃 杰，袁 征，胡澤根，王海彪，譚家文

(中海油田服務股份有限公司 天津 300450)

由于水平井開發可增加儲層泄油面積，海上油田普遍采取水平井篩管完井進行大液量開采以快速獲取產油量[1-3]。但各個油田在開發過程中發現，獨立篩管完井的水平井在生產后期往往存在大幅提液后出砂堵塞、產液量下降、油井高含水等問題，嚴重影響了油田的開發開采效率[4-6]。

在各油田降本增效的背景下，直接下入小篩管獨立防砂有效期短，且無法解決外層堵塞問題；而進行油井側鉆，所需費用動輒上千萬，直接成為油田水平井開發后期的“卡脖子”難題。為了使油井復活，并且提高防砂效果和油井產能，亟需研究出一套經濟有效的防砂控水二次完井工藝技術，為各油田的水平井延長生產壽命。

綜合水力噴砂射孔、礫石充填及控水篩管分段控水等多個技術方向，經過長期探索與研究，進行了若干次的現場實踐和總結，逐漸形成一套水平井“井筒改造防砂控水二次完井”工藝，以解決老水平井低產低效的開發現狀。

1 技術原理

“井筒改造防砂控水二次完井”工藝，是在水平井躺井后大修作業過程中，先通過采取水力噴砂射孔實現篩管和近井地帶的井筒改造實現解堵、降低表皮；繼而采取環空阻流控水技術在近井筒地層和篩管外充填滿輕質覆膜阻水顆粒實現“環空顆粒封隔軸向阻流+控水篩管徑向限流”，最終完成油井解堵、復產、降水，延長油井的有效開采壽命。

1.1 水平井堵塞機理

水平井堵塞大多數發生在獨立篩管完井的油井，很少發生在礫石充填的油井。這主要是由于礫石作為一種高滲的遮擋屏障，可以減少篩網堵塞和高速水流帶動泥沙的沖擊效應。

針對獨立篩網完井的裸眼水平井，尤其是在油田的儲層泥質和細粉砂含量較高的情況下，油品如果較差，就很容易發生堵塞效應。以恩平油田為例，其儲層泥質和細粉砂含量分別可超過15%和10%，原油黏度介于100～300cp(注：1cp＝1mPa·s)之間，含膠質瀝青質。生產過程中大幅提液使地層流體流速增加，流體對泥沙顆粒的拖拽力相應增大，從而加劇了地層出泥出砂，堵塞近井地層顆粒間的吼道，表皮系數增加[7]，如圖1所示。在泥、砂、原油的多重混合作用下，油泥還會包裹堵塞篩裸環空和防砂篩管，使有效流通面積減少，產生局部過流熱點從而損壞篩管，最終破損點處局部攜砂生產，底水優先突破，含水上升，油井堵塞、產油減少，甚至發生躺井現象。

圖1 油井近井地帶堵塞機理 Fig.1 Blockage mechanism of oil well near well zone

1.2 水力噴砂射孔機理

水力噴砂射孔已廣泛應用于油氣井壓裂、酸化增產措施等領域。通過在攜砂液中加入5%～8%砂比的磨料—石英砂，砂漿在噴槍的噴嘴處可形成一簇簇高速磨料射流，對套管、篩管、地層進行快速射孔。視地層的疏松程度，高速攜砂液流可對近井筒約1m范圍內的地層進行不同程度改造，形成一個類似梭子型的虧空帶，大大降低近井地帶的表皮系數，清除污染帶，改善油氣滲流條件[8-10]。

相比于普通火藥射孔，水力噴砂射孔省去了火工品運輸的限制，施工成本相對較低，老篩管射開后的孔眼光滑平整，有利于新篩管安全下入，老井堵塞的近井地帶井筒改造規模較大，其優勢更為明顯。因此，可被應用于獨立篩管防砂的低產低效老井，為其解除堵塞創造良好的礫石充填通道。

1.3 防砂控水機理

采用環空阻流控水技術可以實現防砂控水一體化，如圖2所示，在水平井修井階段，待水平段老篩管射孔、沖砂通井等措施實施完畢，下入水平井平衡控水篩管(ICD)，并在篩管和裸眼井壁之間充填滿“控水顆粒”。借助顆粒的超低密優勢(視密度僅1.05g/cm3)，噴砂射孔打開的虧空地層也會被飽和充填，從而形成一道不規則、高滲、飽滿的防砂屏障。相鄰篩管之間“盲管+阻水顆粒層”可充填形成一個個允許滲漏的環空封隔器，隨著其數量疊加，封隔效應成倍增加，配合ICD篩管的徑向限流作用，最終實現全井精細化分段控水。

圖2 環空阻流控水防砂二次完井示意圖 Fig.2 Diagram of recompletion with annulus flow and water and sand control

2 試驗研究

水平井“井筒改造防砂控水二次完井”工藝的核心是水力噴砂射孔解除堵塞，建立環空阻流控水防砂充填的通道，同時控水顆粒應具備良好的環空軸向封隔能力[11]。

2.1 老篩管水力噴砂射孔試驗

采用5-1/2"(139.7mm)控水篩管短節為靶件，將其固定到9-5/8"套管焊制的專用支架內，將噴槍固定到篩管內并連接好地面管線。借助離心泵將清水從水罐抽到混砂撬，混砂撬將清水和40/70石英砂混合形成砂漿，砂漿再通過防砂泵形成高壓流體，進入噴砂工具內，形成高速磨料射流，進行水力噴砂射孔。 采用的控水篩管規格為：磅級17ppf、鋼級N80，控水篩管基管不打孔，基管外依次為內護套、泄流網、過濾網、泄流網、過濾網和外護套共6層，如圖3所示。

圖3 噴砂射孔靶件結構 Fig.3 Target structure diagram of abrasive perforating

噴槍共安裝了6枚4.5mm硬質合金噴嘴，試驗過程中施工排量0.57m3/min，泵注壓力為19.2MPa，射速達到196m/s。試驗分別進行了2組：第1組是對控水篩管噴砂3.5min；第2組是對控水篩管噴砂6min。射孔前后孔眼情況及施工壓力曲線分別如圖4所示。

圖4 噴砂射孔前后對比圖 Fig.4 Comparison chart before and after abrasive perforation

第1組噴砂3.5min，篩管已被擊穿形成孔眼長2.0cm、寬1.3cm；第2組噴砂6min，篩管孔眼進一步擴大為長2.8cm、寬1.4cm。由于寬度并無明顯增加，結合噴射后孔眼為彎曲的形狀，分析認為孔眼長度大幅增加可能是噴槍發生晃動所致。綜合試驗情況分析可知，噴射時間適當加長有利于射孔效果的提高，但不宜太長，推薦根據地層密實度情況，噴射時間控制在6～10min之內，即確保篩管打開且地層能夠得到沖洗，這也能夠降低近井地帶的表皮系數，同時擴大孔眼，有助于后續充填顆粒到“老篩管-裸眼”大環空。

2.2 疏水顆粒與普通陶粒阻水對比試驗

為了對比控水顆粒和普通陶粒的阻水封隔能力，采用螺桿泵驅替清水流經“擋砂介質過流性能評價裝置”監測試驗過程中的流量、壓力變化情況。透明管中分別填充滿20/40目覆膜控水顆粒和普通陶粒，測試入口和出口段壓差，具體情況和試驗結果如圖5、表1所示。

表1 控水顆粒和普通陶粒阻水試驗數據 Tab.1 Experimental data of water-controlling and conventional gravel water blocking

圖5 控水顆粒與普通陶粒封隔能力對比 Fig.5 Comparison of sealing ability between watercontrolling and conventional gravel

在軸向過流量大于6m3/d時，控水顆粒的阻水能力明顯較普通陶粒有所加強，二者壓差倍比超過1.5。說明在發生較大量竄流時，相同20/40目的控水顆粒過水壓降是普通陶粒的1.5倍以上，即顆粒軸向封隔的阻流效應提高了1.5倍以上。因此，防砂控水二次完井優先選用控水顆粒，比普通礫石充填具有更優良的封隔效果，更有利于發揮環空阻流控水技術軸向抑制竄流的作用。

3 施工工藝

以8-1/2"(215.9mm)水平井下入5-1/2"(139.7mm)篩管防砂為例進行防砂控水二次完井作業。

3.1 水平段進行沖砂作業

①按照現場指令，起出原井生產管柱，起鉆過程中嚴防井下落物。

②組合沖砂鉆具，配制與地層和流體配伍的修井液，將水平段篩管內泥沙正循環沖洗干凈，漏失較大時可加入一定量堵漏劑。

3.2 水力噴砂射孔作業

①組合水力噴砂射孔鉆具：2-7/8"(73.025mm)圓頭引鞋+單流閥+配長短節+1#噴槍+扶正器+配長短節+2#噴槍+安全接頭+2-7/8"油管若干+鉆桿變扣+旁通閥+5"(127mm)圓鉆桿立柱。

②下鉆到位，利用2-7/8"圓頭引鞋探底原井管柱底部縮頸，重復確認管柱到位后上提，將水平段篩管最下端作為第一段噴砂射孔位置，工具找準位置。

③地面泵注管線試壓35MPa×15min合格。采用生產水或清潔海水配置好一定黏度的攜砂液，并測試其攜砂性能合格。通過混砂撬將攜砂液與40/70目石英砂連續混配，輸送至防砂泵形成高壓液流，繼而通過方井口進入鉆桿，到達噴槍處形成可擊穿老篩管和地層的高速磨料射流，注意觀察振動篩返出情況。

④當攜砂液頂替到噴槍噴嘴處時，進行計時并在第1段位置進行水力噴砂射孔作業持續10min，第1段完成后保持正循環上提至第2段進行作業，該作業完成后頂替干凈套管環空，拆甩1個鉆桿單根。

⑤連接鉆桿和管線，進行后續段水力噴砂射孔。作業完畢起出工具串。

3.3 套管內刮管洗井及水平二次沖砂通井作業

①下入刮管器對套管內封隔器坐封位置上下30m進行刮管并清洗套管。

②連接下入沖砂鉆具組合：開口圓頭引鞋+4-3/4"(120.65mm)西瓜皮磨鞋+2 7/8"鉆桿+變扣+5"鉆桿，進行水平段二次沖砂通井，直至返出干凈。

3.4 環空阻流控水防砂二次完井作業

①連接下入二次完井管柱組合：2-7/8"圓堵+2-7/8"ICD控水篩管+配長盲管+快速接頭+充填頂部封隔器總成。

②下鉆到位，利用2-7/8"圓堵探底原井管柱底部縮頸，反復操作確認管柱到位后上提至封隔器坐封位置，做標記“S”為坐封位置，并依次完成封隔器坐封、驗卡瓦脫手、環空驗封。

③上提下放管柱，找充填位置“G”、反循環位置“R”。在反循環位置進行反循環測試后，下放至充填位置，過壓15t，進行正循環測試。

④鉆臺召開充填作業安全會，地面管線試壓35MPa×15min合格后，關閉BOP進行顆粒充填作業，記錄排量、壓力等參數。充填后期需要逐漸降排量至1BPM左右，壓力升至脫砂壓力，充填作業結束。

⑤開BOP上提至反循環位置，關BOP泥漿泵進行反循環直至返出干凈。

⑥進行充填滑套驗密封作業。驗封合格，起鉆，作業結束。

4 應用案例

海上某水平井開采層位以邊水驅動，泥質含量高(18%)、原油黏度大(110cp)，初期完井為8-1/2"裸眼下入5-1/2"篩管防砂，隨著生產提液，井筒故障無法生產，停產前含水81.4%，亟需進行大修復產，重點防砂，輔以控水。

修井采用了“井筒改造-環空阻流防砂控水二次完井”工藝技術，環空阻流充填效率達到145%，施工效果良好。

作業完成后砂堵井順利實現解堵、二次防砂和控水，避免了側鉆高額成本投入。如圖6所示，修井結束后返排順利，快速復產見油，日增油超70m3；通過環空阻流輔助控水，在復產基礎上降水3.5%，純日增油10m3。修井措施后生產平穩。

圖6 二次完井前后生產曲線 Fig.6 Production curve before and after recompletion

5 結 論

①在油田降本增效的形勢下，低產低效水平井采用“井筒改造-環空阻流防砂控水二次完井”工藝減少了側鉆井眼耗費的工時和產生的高額費用，充分動用現有層位。

②水力噴砂射孔能夠高效率、環保地實現油井解堵和篩管開孔，有效降低近井地帶表皮系數，為充填顆粒進行防砂創造條件。

③防砂控水二次完井采用ICD控水篩管環空阻流技術，優選低密覆膜阻水顆粒，易攜帶和充填，環空軸向封隔能力較強，配合控水篩管能降低一定的含水率。

④“井筒改造-環空阻流防砂控水二次完井”工藝技術融合了解堵、復產、降水等功能，未來在簡易防砂水平井大修方面有廣泛的應用價值與前景。■