礫石充填防砂在伊拉克M油田的研究與首次應用

王支柱 (中國海洋石油國際有限公司，北京 100029)

0 引言

伊拉克M油田處于油田開發的中期，隨著油田的開發，部分油井在生產期間井口監測到出砂跡象。某井修井作業期間地面震動篩處也見到地層砂，說明該井已出砂。同期，其他修井作業，也發現砂埋油管、鋼絲作業遇阻、人工井底變淺的現象，多重跡象表明油田出砂風險已經危急到該油田正常生產，獨立篩管簡易防砂已經不能滿足當前防砂需求，需要采取進一步的防砂措施，如礫石充填防砂。

礫石充填防砂是至將篩管下入井內防砂段，用礫石等介質充填于篩管和油氣層或套管之間，形成一定厚度的礫石層，阻擋地層砂進入井內，達到防砂的目的。礫石充填防砂具有擋砂屏障防砂效果好、有效期長、適用范圍廣等特點，有助于改善近井帶的地層滲透率、滲透方式，延長油井壽命。

1 油田出砂預測及防砂研究

1.1 巖芯單軸抗壓強度

在油田內選取兩口出砂較為嚴重井在3 052.55～3 120 m井深范圍內的巖心進行實驗，測試巖石單軸抗壓強度處于7.27～160.247 MPa，范圍波動較大，巖石膠結強度處于弱膠結-高強膠結巖石。肉眼也可見巖石局部天然裂縫、溶洞發育，造成局部巖心單軸抗壓強度較低。

1.2 B1儲層出砂風險定量預測

將某井B1層3040～3050 m測井曲線導入出砂預測數值計算模型，求取該層巖石力學參數剖面，經過計算，B1層井出砂臨界井底流壓為28.825 MPa，也就是說實際生產過程中，井底流壓低于28.825 MPa，地層砂將會剝落，流入井筒。折算為生產壓差，產層段各深度點出砂壓差為1.929～3.990 MPa。當生產壓差＞3.990 MPa時，儲層段全部深度點出砂，即油井出砂；當生產壓差＜1.929 MPa時，儲層段不出砂，即油井不出砂；當生產壓差處于1.929～3.990 MPa之間時，儲層段局部深度點出砂，油井表現為出砂，出砂臨界米產液強度為 0.759 m3/(m·MPa·d)。

根據油田內油井生產表現推測，雖然B1儲層出砂臨界生產壓差較小，但老井生產30多年后，常見的問題是出砂不能隨產液排出，導致出砂沉積在井筒口袋內，沒有出現大量出砂砂埋整個油層井段的情況，說明B1層雖然出砂，但出砂量小。

1.3 B2儲層出砂風險定量預測

將某井B2層3 080～3 087 m測井曲線導入出砂預測數值計算模型，求取該層巖石力學參數剖面，經過計算，B2層出砂臨界井底流壓為27.340 MPa，也就是說實際生產過程中，井底流壓低于27.340 MPa，地層砂將會剝落，流入井筒。折算為生產壓差，產層段各深度點出砂壓差為1.771～3.804 MPa。當生產壓差＞3.804 MPa時，儲層段全部深度點出砂，即油井出砂；當生產壓差＜1.771 MPa時，儲層段不出砂，即油井不出砂；當生產壓差處于1.771～3.804 MPa之間時，儲層段局部深度點出砂，油井表現為出砂，出砂臨界米產液強度為 0.759 m3/(m·MPa·d)。

1.4 出砂預測結論

通過對Unit B儲層各小層B1和B2層出砂風險進行定量分析預測，臨界出砂生產壓差波動范圍較小，1.771～1.929 MPa，臨界產液指數為0.759 m3/(m·MPa·d)。根據典型出砂井在Unit B層出砂條件計算結果，油田Unit B層自噴井井底生產壓差在3 MPa以上，超出了出砂臨界壓差值，說明油井存在出砂風險，應采取防砂措施。

1.5 儲層粒度分析及防砂精度優選

1.5.1 Unit B 層粒度分析及防砂精度優選

調取油田內幾口生產Unit B層位的井，對幾口井的井下碎屑巖粒度分析和井下巖芯進行分析，得到Unit B層巖心粒度分布數據，如圖1和表1所示。

圖1 Unit B各小層地層砂粒度分析曲線

根據地層砂粒度分布“S”曲線(圖1)可見，曲線線型較陡，說明細粒組分含量較少；1井和4井油田巖心粒度中值d50(d50指地層砂累計重量50%所對應的粒徑值)分布在0.2～0.4 mm，粒徑較為集中。按照巖石粒級分級標準，Unit B層粒徑在0.5～0.25 mm區間含量高于50%，屬于粗-中砂巖。根據表1所示，除B4小層發育有細砂巖夾層，Unit B大部分層位粒徑不均質系數＜5，＜44 μm泥質顆粒質量含量＜5%，分選好，且純凈。

根據Saucier提出的最優礫石尺寸設計方法，設計篩管防砂精度。該方法以粒度中值d50作為選擇礫石所需礫石尺寸D50=(5-6)×d50，然后根據礫石尺寸選擇篩管的擋砂精度。通過計算，Unit B各小層所需篩管精度較為接近，由于不同類型篩管在加工精度控制上存在差異，金屬網型篩管可選精度范圍在275～350 μm。

考慮到油井施工作業器材采購、作業準備以及工具的互用性和擋砂能力，宜盡量統一篩管采購精度。考慮到Unit B層巖性為中-粗砂巖，局部發育細砂巖，縮小一級篩管精度不會出現篩管堵塞問題，因此建議Unit B層可采購250 μm金屬網型篩管，或同等擋砂能力的其他類金屬篩管均可。

1.5.2 防砂精度優選結論

Unit B層可采用250 μm金屬網型篩管，或同等擋砂能力的其他類金屬篩管，對應陶粒規格10～20目。

1.6 防砂方式優選

根據Johnson防砂方式選擇圖版和Tiff in防砂方式選擇圖版，油井Unit B儲層選用優質金屬網型篩管射孔防砂可有效控砂，但根據同類儲層，純凈的中-粗砂巖，流體黏度低，且單井產量較高的油井，采用金屬網型篩管防砂，生產2～3年后出現篩管沖蝕破壞出砂的問題，考慮到M油田部分井篩管沖蝕破壞風險較高，因此建議沖蝕風險高的井采用礫石充填防砂完井，以提高防砂層的抗沖蝕能力。

綜上考慮，Unit B儲層開發采用獨立篩管防砂即可滿足生產控砂要求，但部分高產井，篩管沖蝕破壞風險較高，應采用礫石充填防砂。

2 現場應用

2.1 伊拉克M油田X井基本數據

X井為定向井，補心海拔9 m，人工井底3 259 m，造斜點：300 m，最大井斜：24.83°/882 m。套管程序：762 mm+508 mm+340 mm+244 mm+178 mm。

油藏壓力26.9～31 MPa，地層壓力系數1.12，地層壓力梯度2.37℃/100 m。地層原油性質為中-重質油，原油黏度 3.4 mPa·s，原始氣油比 485 scf/bbl，地層泡點壓力17.9 MPa，地層水礦化度約為200 000～250 000 mg/L，地層溫度 95 ℃。

2.2 X井礫石充填防砂設計

X井計劃3170.5～3173 m和3174～3177 m(總厚度5.5 m)下部層位使用高速水充填。高速水礫石充填所用的充填液是清鹽水，黏度為1～2 mPa·s。該清鹽水中加入了適度的油層保護添加劑。用高速水礫石充填時，將井底壓力提高到接近地層破裂壓力或略高于地層破裂壓力，目的是破壞射孔形成的壓實損害帶，同時消除部分鉆井、固井損害。本次計劃設計充填系數 25 lbs/ft，砂濃度 59.913 kg/m3。

礫石選用12-18標準篩目，礫石直徑2.39～1.68 mm，礫石中值2.03 mm，礫石孔隙度36%，礫石滲透率1 745 μm，孔喉直徑 494.06 μm，礫石體積密度 1.55 g/cm3。經過計算選用礫石和攜砂液數量如表2所示，下部累計5.5 m礫石充填層位需要準備礫石734 kg，攜砂液27.36 m3。

表2 X井礫石充填礫石和攜砂液設計用量

2.3 礫石充填工藝

2.3.1 下入永久封隔器

工具串由下至上組合：D-Signature永久封隔器+擠壓推筒+坐封工具+點火頭+安全接頭+CCL/GR+電纜頭+電纜。

電纜下放永久封隔器至設計坐封深度以上，測上提/下放懸重，上提工具串根據GR/CCL校深。繼續下放封隔器至設計坐封深度以下，緩慢上提永久封隔器至坐封位置(保持鋼絲工具串處于上提拉伸狀態)，地面點火坐封D-Signature永久封隔器。脫手并起出鋼絲坐封工具。

2.3.2 下入礫石充填防砂管柱

防砂管柱由下至上組合：S-22 Snap Latch密封總成+變扣+89 mm篩管×2根+變扣+89 mm盲管×1根，座于井口，安裝沖管井下服務工具。

服務管柱由下至上組合：60 mm引鞋+60 mm沖管。

連接SC-1礫石充填防砂頂部封隔器總成+坐封工具，并下放下部完井管柱。防砂管柱到位前側上提/下放懸重76 Mt/53 Mt，緩慢下放防砂管柱下壓6 Mt，將Snap Latch試插入D-Signature封隔器密封筒，做好標記后上提至85 MT提活。

重新將Snap Latch插入封隔器密封筒，投36.5 mm鋼球，連接防砂管線并試壓，隨后用防砂泵打壓座封SC-1礫石充填防砂頂部封隔器。SC-1頂部封隔器座封后過提20 Mt/下壓6 Mt驗證卡瓦，環空打壓10.34 MPa驗密封，最后脫手座封工具。

2.3.3 礫石充填防砂

并上提/下放管柱測試并標記循環位置/反循環位置。上提管柱至反循環位置，進行反循環測試，隨后下放管柱至循環位置，進行循環測試和SRT測試。

確認管柱在循環位置，進行礫石充填作業，砂濃度60 kg/1.11 m3，排量 0.5～1 m3/min，泵壓 0～0.17 MPa，返出排量0.16～0.32 m3/min，環空背壓10.34 MPa，起脫砂壓力25 MPa后停泵。保持環空6.9 MPa背壓前提下上提管柱至反循環位置，將鉆桿內多余砂漿反循環至地面。

下放管柱至循環位置并驗充填，計算盲管埋高為5.22 m，起出礫石充填服務管柱。

3 礫石充填施工效果及結論

該井防砂效果見表3，防砂井段實際礫石充填量612.35 kg，略低于設計充填礫石量，但實現了礫石充填一次成功，達到工程目的。

表3 X井礫石充填防砂施工數據表

對比該井防砂作業前后連續油管產量測試數據和投產2周后該井實際產量(表4)。對比防砂作業前測試自噴日產量351 m3，防砂作業后測試自噴日產量268 m3有所下降，但符合預期。正式投產2周后，篩管外地層砂橋逐漸穩定，日產量趨于平穩244 m3，且產出液不含砂，達到油藏目的。

表4 X井礫石充填作業前后生產測試產量數據表

該井礫石充填防砂作業的成功實施，充分驗證了伊拉克M油田Unit B儲層前期防砂預測的合理性。針對該油田Unit B儲層可使用礫石充填防砂技術，可以減少作業風險，提高防砂成功率，并為后續進一步探索伊拉克M油田防砂技術提供成功經驗。