40臂井徑儀測試技術(shù)在防砂工藝選擇中的應(yīng)用——以DXX68C29井為例

張燕玲， 吳 偉， 刁振雷， 殷泉東， 吳國斌

（中國石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東東營257094）

DXX68C29井位于辛68塊東三段構(gòu)造高部位的一口關(guān)鍵井。該井2011年7月12日封竄、二次固井后補孔東三23、東三22后開井生產(chǎn)，僅生產(chǎn)16 d就因出砂停產(chǎn)，影響產(chǎn)能高達15.4m3。該井井斜角變化大、井身軌跡復(fù)雜、封竄井段長、封竄后套管內(nèi)通徑有所變化且不規(guī)律，而井斜角和套管內(nèi)通徑是選擇合適的防砂工藝的重要參數(shù)。井斜角可以通過已有的鉆井資料查到，而封竄后套管內(nèi)通徑的變化只有在修井過程中了解，目前在套管內(nèi)通徑測試分析方面比較先進的儀器就是40臂井徑儀。針對該井封竄井段長、封竄后套管內(nèi)通徑有所變化且不規(guī)律的矛盾，應(yīng)用40臂井徑儀測試結(jié)果對該井套管內(nèi)通徑的變化進行分析后，選擇合適的防砂工藝防砂，較好地解決了該井因出砂不能正常生產(chǎn)的問題，并見到了明顯效果。

1 40臂井徑儀測試技術(shù)

1.1 40臂井徑儀測試原理

40臂井徑儀在測井時要求儀器在套管內(nèi)居中扶正，同時四周伸開40個探測臂，每一個探測臂緊貼套管內(nèi)壁。以常見的139.7mm套管為例，在正常測井時，相鄰兩臂在套管內(nèi)壁的距離只有1cm左右，同時每臂的徑向變化1mm，地面儀器就可以測出明顯信號［1－2］。所以用40臂井徑儀正常測井時，主要得到套管最大內(nèi)徑、最小內(nèi)徑、平均內(nèi)徑和套管剩余壁厚4條曲線。

40臂井徑儀測試系統(tǒng)如圖l所示，儀器上部和下部各安裝一個滾柱扶正器A，在測井時使儀器居中；承壓套B內(nèi)為電子線路和齒輪馬達；保護套C內(nèi)為井徑臂的壓縮彈簧；D為井徑臂，其最易磨損的部位為碳質(zhì)臺金。由于該儀器傳感器是直接機械觸模式的，所以測量結(jié)果高度可靠。儀器線路采用兩個旋轉(zhuǎn)電位器：一個旋轉(zhuǎn)電位器反映套管最小內(nèi)徑變化，另一個旋轉(zhuǎn)電位器反映套管剩余壁厚變化。

Fig.1 40 arm caliper structure and test system圖1 40臂井徑儀測試系統(tǒng)示意圖

該儀器測井時，要先進行現(xiàn)場刻度，并記錄相應(yīng)數(shù)值。在測量時，儀器井徑探測臂隨套管內(nèi)臂變化（套管有無腐蝕、射孔位置、孔洞等），旋轉(zhuǎn)電位器亦產(chǎn)生相應(yīng)變化，電子線路有不同的輸出，地面儀器將記錄不同深度的套管最大內(nèi)徑、最小內(nèi)徑、平均內(nèi)徑和套管剩余壁厚曲線?？筛鶕?jù)4種曲線相應(yīng)變化情況、測井目的及該井實際情況，進行綜合解釋，達到比較滿意的測試結(jié)果。

1.2 常用40臂井徑儀的技術(shù)指標

以勝利油田常用的2040型40臂井徑儀為例，2040型40臂井徑儀的主要技術(shù)指標如下：

儀器外徑92mm；儀器長度1 496mm；儀器耐溫1 7 5℃；儀器耐壓6 8MPa；測量范圍1 0 1.6～ 177.8mm套管；測量精度1.3mm；分辨率0.76 mm；輸出信號方式正負脈沖；脈沖幅度±10V。

2 DXX68C29井防砂工藝技術(shù)

2.1 井身軌跡分析

井斜角對充填效率和防砂后能否成功丟手不使井下情況復(fù)雜化有很大影響。從各種試驗中證實，當井斜傾角小于60°時，充填效率易達到100%，即達到完全的充填，但如果井斜角大于60°時，其充填效率就不能完全保證，因為在井斜傾角較大時，各種影響因素較多，特別是重力的影響更為明顯，礫石顆粒更易沉淀［3－4］。另外，井斜角太大，不但影響充填效率而且對于機械丟手的正循環(huán)充填工具的丟手會造成一定的困難，甚至丟不開，導(dǎo)致大修，增加修井成本和影響產(chǎn)量。DXX68C29井井身軌跡見圖2。表1和表2分別為DXX68C29井封堵鉆塞中段井斜角和方位角數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

Fig.2 DXX68C29 well well trajectory圖2 DXX68C29井井身軌跡

從圖2、表1和表2中可以看出該井井身軌跡比較復(fù)雜，從34＃測點到84＃測點屬于增斜段；從85＃到103＃測點屬于降斜段；從104＃到106＃測點屬于過度段；從107＃到122＃測點（完鉆）屬于又一個降斜段。測點距離一般為9.58m。

表1 DXX68C29井封堵鉆塞井段井斜角數(shù)據(jù)統(tǒng)計Teble 1 DXX68C29 well plugging drilling well deviation angle data statistics

表2 DXX68C29井封堵鉆塞井段方位角數(shù)據(jù)統(tǒng)計Table 2 DXX68C29 well the plugging and the drill plug section azimuth angle information statistics

2.2 內(nèi)通徑變化情況分析

目前能夠準確描述油井內(nèi)通徑變化情況及特征的工程測井技術(shù)為井徑儀測井技術(shù)。主要有16臂、36臂、40臂井徑儀測井技術(shù)，40臂井徑儀測井技術(shù)為最新的井徑儀測井技術(shù)。為了對該井的內(nèi)通徑變化情況進行分析，2011年8月1日對該井進行了40臂井徑測井，隨之應(yīng)用西安格威石油儀器有限公司開發(fā)的GOWELL多臂井徑解釋軟件系統(tǒng)，對現(xiàn)場錄取的資料進行了解釋，結(jié)果見圖3和圖4。圖5為DXX68C29井完井管柱圖。

Fig.3 DXX68C29 well the change of the well diameter curve after the plugging and the drill plug as well as sand control section圖3 DXX68C29井封堵鉆塞后防砂段井徑變化曲線

Fig.4 DXX68C29 well the change of the well diameter oblateness curve after the plugging and the drill plug as well as sand control section圖4 DXX68C29井封堵鉆塞后防砂段井徑扁率變化曲線

由圖3和圖4可知，該井在防砂井段最小內(nèi)通井僅為106mm，遠小于常規(guī)正循環(huán)礫石充填防砂工藝充填工具的外徑115mm，故常規(guī)正循環(huán)礫石充填防砂工藝不適用該井防砂。

Fig.5 DXX68C29 well completion pipe string圖5 DXX68C29井完井管柱圖

3 正循環(huán)與反循環(huán)礫石充填防砂工藝的比較

東辛油區(qū)管內(nèi)防砂的主要工藝為機械防砂工藝，主要有管內(nèi)懸掛濾砂管防砂和管內(nèi)礫石充填防砂，礫石充填防砂工藝又分為：正循環(huán)礫石充填防砂工藝與反循環(huán)礫石充填防砂工藝，兩者主要有以下區(qū)別［5－6］。

3.1 充填流程、充填方式的區(qū)別

正循環(huán)礫石充填防砂工藝的充填流程為：水泥車－地面管匯－井口－油管－充填工具－篩套環(huán)空－地層－地面；反循環(huán)礫石充填防砂工藝的充填流程為：水泥車－地面管匯－井口－油套環(huán)空－充填工具－篩套環(huán)空－地層－地面。

3.2 工具外徑的區(qū)別

通過比較表1和表2可知，正循環(huán)礫石充填防砂工藝工具最小外徑為114mm，按有關(guān)作業(yè)操作規(guī)程規(guī)定入井的井下工具外徑必須小于套管內(nèi)徑6～8mm，也就是說正循環(huán)礫石充填防砂工藝所采用的工具只能適應(yīng)120mm以上套管，且從井口到所下工具位置套管內(nèi)徑無明顯變化；反循環(huán)礫石充填防砂工藝的充填工具的外徑為83mm，適應(yīng)的井眼尺寸小得多，且因其結(jié)構(gòu)簡單，根據(jù)井眼情況還可以單獨設(shè)計。

表2 礫石充填防砂工藝工具技術(shù)參數(shù)Table 2 Gravel packing sand control technology tool technical parameters

3.3 丟手方式的區(qū)別

正循環(huán)礫石充填防砂工藝工具主要采用正轉(zhuǎn)管柱25～35圈實現(xiàn)丟手；反循環(huán)礫石充填防砂工藝工具主要采用從油管正打壓16～19MPa實現(xiàn)丟手。

4 反循環(huán)礫石充填防砂工藝

4.1 防砂的原理

反循環(huán)礫石充填防砂工藝是砂漿首先由套管進入油井，然后砂漿沿著油套環(huán)形空間到達目的層并在此實現(xiàn)攜砂液和礫石的分離，礫石沉積下來形成充填體，攜砂液進入魚腔，沿著沖管和油管返回地面，完成礫石充填的全過程（圖6）。該工藝的防砂原理同換向法礫石充填防砂工藝一樣，選定一定縫隙尺寸的全焊接不銹鋼繞絲篩管下入油井，正對出砂油層，然后在篩管周同及近井地帶填入一定重度和球圓度的礫石，形成一個具有較高滲透性的兩極攔截過濾體系。地層骨架砂粒在充填面上被阻留，而礫石本身（比篩縫大）又被阻隔在篩管周圍，這種體系可使地層砂（指地層骨架顆粒）不運動，而地層流體可以通過滲透性較好的礫石充填層和流通面積極大的篩隙進入油井，使油井既能保證正常生產(chǎn)又能控制出砂［7－9］。

Fig.6 Reverse circulation gravel pack process diagram（Conventional vertical wells）圖6 反循環(huán)礫石充填過程示意圖（常規(guī)直井）

4.2 技術(shù)特點

反循環(huán)礫石充填防砂工藝具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，洗井丟手同步進行且靈活可靠，采用封閉循環(huán)充填方式可克服攜砂液用量大的不足，采用改性薄膜擴展劑作為攜砂液不但具有摩阻小，攜砂能力強的特點，而且可減小濾失量和對油層的傷害。

5 舉升工藝的選擇

東辛油區(qū)主要的舉升工藝有兩種：有桿泵和無桿泵。有桿泵又分為兩種：一是螺桿泵；二是管式泵。無桿泵主要為電動潛油離心泵。根據(jù)該井出砂的實際，選擇有一定攜砂能力的螺桿泵較為合適［10］。

6 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

該技術(shù)2011年8月2日應(yīng)用于DXX68C29井，取得了較好效果。

6.1 DXX68C29井構(gòu)造位置

該井位于DX1J單元東三段構(gòu)造高部位，剩余油富集，DXX68C29井構(gòu)造位置見圖7。

6.2 DXX68C29井油井基本數(shù)據(jù)

該井2004年12月30日開鉆，2005年1月16日完鉆，2005年1月19日完井，油井基本數(shù)據(jù)見表3。

6.3 DXX68C29井生產(chǎn)簡史

表4為2011年9月27日DXX68C29井措施后效果統(tǒng)計。

表3 DXX68C29井油井基本數(shù)據(jù)Table 3 DXX68C29 well elemantary data

Fig.7 DXX68C29 well tectonic position圖7 DXX68C29井構(gòu)造位置

表4 DXX68C29井措施后效果統(tǒng)計（2011－9－27）Table 4 DXX68C29 well after the results of statistics measure（2011－9－27）

續(xù)表4

該井2005－01－16完鉆，2005－01－19完井，2005－02－05投產(chǎn)。由表4可知，該井采用逐層上返的方式開發(fā)，2005－02－05射開沙－4（3－2）、沙－3（1）合采，因高含水僅生產(chǎn)40d關(guān)井。2005－03－19打塞封沙－4（3），補孔沙一4（1）、沙一3（3－2）生產(chǎn)，生產(chǎn)29d后，因高含水關(guān)井；2005－04－19打塞封沙－34和沙－3（1），補孔東三4生產(chǎn)，生產(chǎn)至2006－08－31堵炮眼后原層位二次補孔后生產(chǎn)一直生產(chǎn)至2011－06－11，因高含水關(guān)井；2011－07－08二次固井、打塞、補孔ED3東三2（2）后生產(chǎn)，僅生產(chǎn)16d就因出砂停產(chǎn)。

6.4 DXX68C29井存在問題

該井井斜角變化大、歷史上曾經(jīng)封過竄且套竄井段長、封竄后套管內(nèi)通徑有所變化，經(jīng)驗推斷該井套管內(nèi)通徑的變化趨勢是變小，這就給防砂工藝的選擇帶來一定困難；另外，該井套管內(nèi)通徑是如何變化的？這就需要一定的套管內(nèi)徑測井手段來分析驗證。

6.5 DXX68C29井應(yīng)用效果

針對該井井斜角變化大、套竄井段長、封竄后套管內(nèi)通徑有所變化的矛盾，應(yīng)用40臂井徑儀測試結(jié)果對該井套管內(nèi)通徑的變化進行分析，選擇反循環(huán)礫石充填作為該井合適的防砂工藝防砂，較好地解決了該井因出砂不能正常生產(chǎn)的矛盾，并見到了明顯效果（具體分析前文已有所論述）：該井2011年8月4日開井，目前采用螺桿泵生產(chǎn)，轉(zhuǎn)速40r／min，日產(chǎn)液15.7m3，日產(chǎn)油13.5m3，含水率14%，已連續(xù)生產(chǎn)170d，累計增油1 179.9m3。液面穩(wěn)定，生產(chǎn)正常，且繼續(xù)有效。

7 結(jié)束語

40臂井徑儀測試技術(shù)是一種工程測井技術(shù)，該技術(shù)主要用于封隔器卡封位置的選擇，應(yīng)用該技術(shù)的測試結(jié)果選擇合適的防砂工藝和方法在東辛油區(qū)是一種新的賞試，工程測井技術(shù)與采油工藝兩者的結(jié)合，成功地解決了DXX68C29井因出砂而影響油井正常生產(chǎn)的問題，也為解決東辛油區(qū)同類井的防砂提供了一種新的思路。

［1］ 霍樹義，李麗，刁曉紅.40臂井徑測井儀的應(yīng)用［J］.石油儀器，1995，12（9）：203－207.

［2］ 馮新生.40臂井徑測井技術(shù)［J］.今日科苑，2007，22：61－62.

［3］ 劉立志.40臂井徑成像儀器工作原理及其現(xiàn)場應(yīng)用［J］.石油儀器，2011，25（2）：27－29.

［4］ 謝文獻.40臂井筒測試技術(shù)在勝坨油田的應(yīng)用［J］.石油機械，2009，37（10）：59－60.

［5］ 鄭永哲.大港灘海趙東區(qū)塊水平井裸眼礫石充填防砂完井技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，2009，37（4）：88－92.

［6］ 孫茂盛.反循環(huán)礫石充填防砂工藝的改進及應(yīng)用［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2004，23（6）：58－59.

［7］ 高蘭.水力噴射泵強制排砂采油技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2004，26（增刊）：36－38.

［8］ 吳偉.反循環(huán)礫石充填防砂工藝在東辛油田的應(yīng)用［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2004，11（2）：70－72.

［9］ 張友義.測試防砂管的研制與應(yīng)用［J］.油氣井測試，2003，12（1）：60－61.

［10］ 萬仁溥，羅英俊.采油技術(shù)手冊［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1991.