金屬塞充填射孔防砂聯(lián)作技術(shù)研究與應(yīng)用

韓宗正

(中國石油遼河油田公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦 124010)

?油氣開采?

金屬塞充填射孔防砂聯(lián)作技術(shù)研究與應(yīng)用

韓宗正

(中國石油遼河油田公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦 124010)

針對復(fù)合射孔防砂技術(shù)受地層參數(shù)影響、在疏松和致密地層應(yīng)用效果不理想的問題，研究了金屬塞充填射孔防砂聯(lián)作技術(shù)?；谟谜w金屬塞取代松散顆粒狀防砂材料的思路，改變防砂材料的形狀與基本參數(shù)，實現(xiàn)防粒徑0.1 mm以上砂粒的要求。將20目的金屬防砂網(wǎng)壓制成單體的六瓣中空錐形體金屬塞，金屬塞射入預(yù)定的儲層后，充填在套管射孔口和儲層的一定深度部位，形成立體的不銹鋼網(wǎng)隔砂層，把地層砂遮擋在油層孔道內(nèi)；研制了金屬塞充填防砂射孔裝置；研究了射孔、防砂聯(lián)作一次完成的工藝技術(shù)，以取代先射孔再防砂的復(fù)雜工藝。錦7塊應(yīng)用金屬塞充填射孔防砂聯(lián)作技術(shù)后，油井產(chǎn)出液含砂量小于0.03％，生產(chǎn)正常，1年內(nèi)沒有進行檢泵作業(yè)。研究結(jié)果表明，該技術(shù)適用于疏松易出砂地層，防砂效果好，可為油層防砂提供新的技術(shù)支持。

金屬塞 充填 防砂 射孔 錦7塊

復(fù)合射孔防砂技術(shù)可以實現(xiàn)射孔、防砂兩項作業(yè)一次完成，將松散的顆粒形狀的防砂材料充填在炮眼中形成擋砂層。在油井投產(chǎn)的初期采用該技術(shù)進行防砂，不但可以提高防砂效果，而且可以有效地保護油層，保證油井正常生產(chǎn)。

但是，對于易出砂的疏松砂巖油藏老區(qū)塊，隨著油田的開發(fā)，能量下降，地層虧空，油藏出砂現(xiàn)象日益嚴(yán)重。采用常規(guī)復(fù)合射孔防砂技術(shù)形成的孔道空間較大，顆粒形狀的防砂材料在炮眼中充填量不足，不能完全封堵射孔孔道，直接影響防砂效果。錦7塊是一個熱采開發(fā)20多年的稠油油田，地層壓力系數(shù)平均為1.0，出砂問題一直是該區(qū)塊開發(fā)中的主要問題。在該類油井中應(yīng)用復(fù)合射孔防砂技術(shù)受地層參數(shù)影響大，防砂有效率低。

針對疏松砂巖油藏的防砂問題，筆者研究了金屬塞充填射孔防砂聯(lián)作技術(shù)，研制出了金屬塞充填射孔防砂裝置，該裝置使用整體分瓣錐形金屬塞替代以前顆粒形狀的防砂材料，在射孔的同時將整體的防砂材料直接充填在套管的射孔孔道口，解決了疏松砂巖油藏的出砂問題[1-5]。

1 技術(shù)原理

金屬塞充填射孔防砂聯(lián)作技術(shù)采用了一種全新的射孔防砂裝置，射孔彈起爆后，由射孔彈的爆轟產(chǎn)物點燃射孔槍內(nèi)的助推火藥，產(chǎn)生瞬間高壓氣體,推動射孔槍內(nèi)的藥型罩形成金屬射流(見圖1)。將一個預(yù)先制作的整體金屬塞直接充填在射孔孔道口，在孔道出口處建立一個立體的不銹鋼網(wǎng)隔砂層，把地層砂擋在油層孔道內(nèi)，地層流體可以自由通過，實現(xiàn)一次作業(yè)即完成射孔與防砂施工。

2 金屬塞設(shè)計與加工

2.1 形狀設(shè)計

金屬塞形狀設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：1)為便于進入射孔孔道并在孔道中長期固定，金屬塞整體應(yīng)設(shè)計為圓錐形或圓柱形；2)要給金屬射流運動留出足夠的通道，金屬塞須為中空的圓筒形；3)金屬塞在運動充填的過程中能夠擠壓變形，因此金屬塞的設(shè)計應(yīng)有利于其在充填過程中自由變形。

最終設(shè)計的金屬塞的形狀為分瓣錐形。其中，分瓣的形狀有利于金屬塞出倉和孔道充填，錐形有利于孔道口定位。

2.2 材料選擇與基本參數(shù)設(shè)計

從防砂目的出發(fā)，可以選擇多種材料，凡是能阻擋粒徑0.1 mm砂粒并有大于10 D滲透率的多孔材料、絲網(wǎng)材料都可以滿足要求，但考慮到材料利用火藥推進、并在孔道中可長期濾砂的目的，應(yīng)滿足以下要求：耐腐蝕、耐350 ℃高溫、應(yīng)具有一定的整體聯(lián)結(jié)性能、能阻止粒徑大于0.1 mm的砂粒通過、滲透率必須大于10 D。

選擇奧氏體的不銹鋼絲網(wǎng)作為主要研究介質(zhì)，具體要求有：1)考慮加工的方便及防砂粒徑要求，鋼絲不能太粗太硬；2)考慮整體金屬絲網(wǎng)的強度，鋼絲直徑不能太細[5]。

整體金屬網(wǎng)的原材料最終選定為20目的不銹鋼絲網(wǎng)，鋼絲直徑為0.27 mm。這種鋼絲網(wǎng)不僅具有加工的工藝性和射流輸送的可行性，而且在形成立體絲網(wǎng)的過程中表現(xiàn)良好。隨機彎曲的不銹鋼鋼絲在隨進過程中受到壓縮波的作用，自由向中心聚集，頭部可以順利進入孔道。由于金屬塞為分瓣錐形，頭部尖后部大，頭部進入孔道后，后部被卡在套管入孔處，金屬塞的一部分貼附在套管內(nèi)壁上，另一部分進入孔道內(nèi)(見圖2)。

圖2 金屬塞充填防砂結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of sand control with metal plug

2.3 成型工藝

金屬塞的成型工藝主要是成型模具設(shè)計與成型設(shè)備選擇。

設(shè)計的金屬塞為中空的六瓣圓錐體。在試驗中，使用的六瓣金屬塞模具外徑最小為46 mm，最大為78 mm。改變直徑試驗的目的是考察多大尺寸的金屬塞有利于進入孔道并封住孔道口，即金屬塞直徑對孔道定位的影響。

研究中使用的成型設(shè)備為450 kN油壓機。在加工過程中，需要控制金屬塞的成型密度，金屬塞不能壓得太密，也不能太疏松。密度太大不僅會使其滲透率降低，而且強度太高，不易變形，難以進入射孔孔道完成射孔防砂作業(yè)；密度太低難以防住粒徑0.1 mm的砂粒，可能導(dǎo)致其在充填運動過程中被破壞，造成射孔防砂作業(yè)的有效期短[6-9]。

2.4 滲透率測試

為了考驗金屬塞的性能，對金屬塞滲透率進行了測試。將直徑2.5 cm、長度1.5 cm的金屬塞置于特制的試驗裝置內(nèi)，連接氣流管線，根據(jù)達西滲流定律測試金屬塞的滲透率，結(jié)果見表1。

表1 金屬塞滲透率試驗結(jié)果

根據(jù)多次滲透率測試結(jié)果進行調(diào)整，解決了金屬塞滲透率低、易堵塞等技術(shù)難題，使防砂效果和生產(chǎn)效果得到了保證[10-15]。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

錦7塊位于遼河盆地西部凹陷西斜坡南端第一斷階帶上，斷塊被2條北向斷層所夾持，呈長條狀。該區(qū)塊采用蒸汽吞吐方式開采，隨著該區(qū)塊開發(fā)的日益深入，大部分油井均有不同程度的出砂現(xiàn)象。現(xiàn)有的各種防砂方法都有或大或小的缺點。因此，在該區(qū)塊的部分出砂井應(yīng)用了金屬塞充填射孔防砂聯(lián)作技術(shù)，并與相鄰的采用普通射孔的油井進行了效果對比，結(jié)果見表2。

表2 錦7塊施工井效果統(tǒng)計

由表2可知，采用金屬塞充填射孔防砂聯(lián)作技術(shù)的油井均正常生產(chǎn)，且增產(chǎn)效果良好，而鄰井均有不同程度的出砂現(xiàn)象，并都進行了多次檢泵作業(yè)。

錦7-034-280井于2011年3月26日完井，截至2012年3月，累計開井249.6 d，累計產(chǎn)液量4 278.0 m3，累計產(chǎn)油量2 127.3 t，平均日產(chǎn)液量17.14 m3，日產(chǎn)油量8.52 t，井口含砂小于0.03％。該井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)如圖3所示，由圖3可以看出，除在注蒸汽時產(chǎn)量有所遞減外，其余時間均正常生產(chǎn)。

4 結(jié) 論

1)錦7塊應(yīng)用金屬塞充填射孔防砂聯(lián)作技術(shù)后，起到了很好的防砂效果，檢泵次數(shù)少，且油井生產(chǎn)效果良好。

圖3 錦7-034-280井生產(chǎn)數(shù)據(jù)Fig.3 Production data of Well Jin7-034-280

2)金屬塞充填射孔防砂聯(lián)作技術(shù)改進了防砂材料，選用不銹鋼絲網(wǎng)壓制成的分瓣錐形金屬塞，不受地層參數(shù)和油藏構(gòu)造影響，能準(zhǔn)確地充填在射孔孔道口。

3)金屬塞充填射孔防砂聯(lián)作技術(shù)實現(xiàn)了射孔與防砂聯(lián)作，一次施工完成2個工藝過程，縮短了作業(yè)時間，減少了作業(yè)費用，實現(xiàn)了先期防砂，井筒內(nèi)無防砂管柱，保持了井筒的原始狀態(tài)，便于后期措施作業(yè)，而且對地層無污染。

4)受金屬塞充填防砂射孔裝置外徑尺寸的影響，金屬塞充填射孔防砂聯(lián)作技術(shù)目前還不能應(yīng)用在尺寸較小的井眼中，建議繼續(xù)改進，以擴大該技術(shù)的應(yīng)用范圍。

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ResearchandApplicationofCombinedPerforationandSandControlwithMetalPlug

HanZongzheng

(DrillingandOilProductionTechnologyResearchInstitute,LiaoheOilfieldCompany，PetroChina，Panjin，Liaoning，124010,China)

Combined perforation and sand control technique doesn’t work well in loose and tight formation because of the formation structure,so we had developed a new combined perforation and sandcontrol technique with metal plug.Proceeding from the idea to replace loose granular sand control material with integral metal plug,we changed the material’s shape and basic parameters in order to control sands with diameter larger than 0.1 millimeters.The 20 mesh metal screen was pressed into a hollow and pyramidal plug with six slices.Upon pushed into the target oil layer,the metal plug would be filled into the front of perforation tunnels at a certain depth of the oil layer,forming a three dimensional sand control screen to block the sand from the well.In addition,the sandcontrol perforator was developed,and the integrated perforation and sand control in one run was invented to replace the complicated sandcontrol measure after perforation.The application of this technique to Jin 7 Block resulted in sand content in produced fluid less than 0.03％ and normal production without pump inspection for over a year.That indicates that the new technique is suitable for sand control in loose formation,providing a new technical device for sand control.

metal plug;filling sand control;perforation;Jin 7 Block

2012-08-16；改回日期2013-03-03。

韓宗正(1988—)，男，山東聊城人，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)石油工程專業(yè)，助理工程師，主要從事油氣井防砂方面的技術(shù)研究與應(yīng)用工作。

聯(lián)系方式：(0427)7823689，hansonlyo@126.com。

10.3969/j.issn.1001-0890.2013.03.023

TE358+.1

A

1001-0890(2013)03-0119-04

[編輯 滕春鳴]