水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井工藝

杜　丙　國(guó)（1.中國(guó)石油大學(xué)，北京　1049；.中國(guó)石化股份勝利油田分公司，山東東營(yíng)　57001）

水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井工藝

杜丙國(guó)1，2
（1.中國(guó)石油大學(xué)，北京102249；2.中國(guó)石化股份勝利油田分公司，山東東營(yíng)257001）

為解決出砂油藏水平井管外均衡改造的難題，研制了裸眼管外分段擠壓充填防砂完井工藝。其原理是通過(guò)管外隔離封隔器和可重復(fù)開(kāi)關(guān)充填滑套將水平段進(jìn)行分段封隔，利用防砂服務(wù)管柱實(shí)現(xiàn)分段擠壓充填防砂。與水平井底部礫石擠壓充填防砂相比，新工藝可根據(jù)水平段物性差異分段優(yōu)化防砂施工參數(shù)，水平段改造更均衡。生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用裸眼分段擠壓充填防砂完井的井，防砂后產(chǎn)量高，防砂效果好，為水平井防砂完井工藝提供了新的技術(shù)思路。

水平井；分段擠壓充填；防砂完井；隔離封隔器

2013年勝利油田實(shí)施水平井濾砂管裸眼完井217口，其中裸眼底部礫石籠統(tǒng)擠壓充填防砂完井89口，占裸眼防砂完井?dāng)?shù)的41%。采用該工藝完井的水平井主要采用二開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，篩管頂部注水泥懸掛復(fù)合精密濾砂管完井［1］，對(duì)需要改造的井，采用底部逆向充填防砂方式從水平井趾端防砂服務(wù)器進(jìn)行擠壓充填防砂［2-3］。該方式只能完成水平井底部趾端的改造［4］，水平段中部及跟端不能得到有效改造，造成水平段產(chǎn)液不均衡［5-6］，對(duì)于存在邊底水的油藏還會(huì)出現(xiàn)過(guò)早水淹［7-8］。因此，疏松砂巖裸眼精密濾砂管完井水平井進(jìn)行分段改造具有十分重要的意義。2013年勝利油田開(kāi)展了水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井配套技術(shù)的研究，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)用，取得較好的效果。

1　工藝原理及特點(diǎn)

1.1工藝管柱結(jié)構(gòu)

水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井管柱主要由引鞋、精密篩管、充填滑套、密封筒、延伸筒、管外隔離封隔器、免鉆塞固井總成組成，通過(guò)充填滑套、管外隔離封隔器的數(shù)量控制分段級(jí)數(shù)，如圖1所示。管外隔離封隔器可采用遇油/遇水膨脹封隔器或液壓坐封封隔器，若采用液壓坐封封隔器要單獨(dú)采用坐封管柱對(duì)封隔器進(jìn)行坐封和測(cè)試。

圖1　水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井管柱示意圖

防砂充填服務(wù)管柱主要由引鞋、隔離密封、滑套開(kāi)關(guān)工具、滑套關(guān)閉工具、充填總成、液流轉(zhuǎn)向工具、外管、內(nèi)沖管組成，如圖2所示。

圖2　防砂充填服務(wù)管柱結(jié)構(gòu)原理示意圖

1.2工藝原理

管外隔離封隔器坐封后，下入防砂充填服務(wù)管柱，對(duì)滑套開(kāi)關(guān)情況、封隔器坐封情況進(jìn)行測(cè)試合格后，自下而上進(jìn)行礫石循環(huán)充填或擠壓充填防砂，使預(yù)防砂層位充填滑套處于打開(kāi)位置，將定位工具下壓至定位接箍，施加負(fù)荷使其處于定位狀態(tài)，確保充填過(guò)程工具不移位。在進(jìn)行充填時(shí)，頂部鎖定密封與頂部密封筒配合形成的密封、隔離密封與完井管柱密封筒形成的密封與充填服務(wù)管柱的無(wú)接箍外管將上部裸露層位隔離，避免充填防砂及反洗井時(shí)層間干擾。循環(huán)充填防砂時(shí)套管閥門(mén)敞開(kāi)，從油管泵入攜砂液及礫石，攜砂液及礫石通過(guò)服務(wù)管柱充填總成充填孔、完井管柱充填滑套充填孔進(jìn)入油層，攜砂液中的礫石被精密濾砂管阻擋留在裸眼與精密濾砂管形成的環(huán)形空間中，攜砂液通過(guò)精密濾砂管自引鞋底部孔進(jìn)入服務(wù)工具后向上流動(dòng)，進(jìn)入無(wú)接箍外管與內(nèi)沖管形成的環(huán)形空間，從液流轉(zhuǎn)換裝置返液孔進(jìn)入到套管與油管環(huán)空返至地面。擠壓充填防砂時(shí)關(guān)閉地面套管閥門(mén)，攜砂液攜帶礫石通過(guò)防砂服務(wù)管柱充填總成充填孔、完井管柱充填滑套充填孔進(jìn)入油層。充填結(jié)束后進(jìn)行反洗井，上提管柱使充填總成反循環(huán)孔位于反洗位置，從套管打壓，洗井液經(jīng)防砂充填服務(wù)管柱液流轉(zhuǎn)換工具的返液孔進(jìn)入到充填服務(wù)工具的無(wú)接箍外管與內(nèi)沖管之間的環(huán)空內(nèi)，經(jīng)充填總成反循環(huán)孔進(jìn)入外管柱，再經(jīng)充填總成充填孔進(jìn)入內(nèi)沖管、油管返至地面。反洗井結(jié)束后，上提管柱用滑套關(guān)閉工具將完井管柱充填滑套關(guān)閉，下放管柱至充填位置正打壓驗(yàn)證滑套關(guān)閉狀況，驗(yàn)證滑套關(guān)閉良好后上提管柱至上部各層充填位置，逐層進(jìn)行充填防砂施工。

1.3工藝特點(diǎn)

（1）能夠利用管外隔離封隔器實(shí)現(xiàn)水平段的真正封隔，在水平段可根據(jù)物性差異進(jìn)行分段擠壓充填防砂作業(yè)。

（2）管柱配套的充填滑套及配套使用的滑套開(kāi)關(guān)工具、滑套關(guān)閉工具能夠?qū)崿F(xiàn)滑套多次有效開(kāi)啟和關(guān)閉，滑套開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)的自鎖能力高，可防止管柱下入時(shí)的誤開(kāi)。

（3）對(duì)于采用水平井開(kāi)發(fā)的疏松砂巖稠油熱采井，采用分段擠壓充填防砂完井后，注汽熱采過(guò)程可配套分段注汽工具實(shí)現(xiàn)井筒內(nèi)的分段注汽。

（4）與套管固井完井逐段射孔、逐段改造相比可節(jié)約完井費(fèi)用，縮短施工周期。

1.4工具參數(shù)

水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井配套工具主要參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1　完井工具及防砂服務(wù)工具主要參數(shù)

2　施工步驟

2.1施工準(zhǔn)備

二開(kāi)完鉆后，用雙扶模擬管柱通井，對(duì)以往起下鉆途中遇卡、遇阻井段反復(fù)短起下劃眼，同時(shí)循環(huán)洗井。以不低于0.8 m3/min的排量充分循環(huán)鉆井液2周以上，調(diào)整好鉆井液性能，保證井眼無(wú)沉砂，井壁穩(wěn)定。如通井遇阻起出，用原鉆具劃眼，再用模擬管通井，直至通井順暢。

檢查各完井工具，并對(duì)套管、精密濾砂管等工具進(jìn)行編號(hào)測(cè)量。除充填滑套、裸眼封隔器、免鉆塞固井總成外，各工具入井前用通管規(guī)進(jìn)行通管。

2.2下完井管柱

根據(jù)測(cè)井和井眼數(shù)據(jù)，確定裸眼封隔器、充填滑套和免鉆塞固井總成位置配接管柱。下入管柱要保證各工具連接扣抹好絲扣油，并按標(biāo)準(zhǔn)扭矩進(jìn)行上扣。當(dāng)下完最后一根完井套管后，連接聯(lián)入頂節(jié)，用吊卡坐于井口。

2.3固井施工

按正循環(huán)方式連接套管水泥頭（內(nèi)裝免鉆塞固井總成的關(guān)閉膠塞）、地面管線及固井設(shè)備，管線試壓25 MPa，保證不滲不漏。用固井車(chē)小排量打壓脹封免鉆塞固井總成裸眼封隔器，打開(kāi)水平井液壓分級(jí)箍。大排量循環(huán)鉆井液，鉆井液性能滿(mǎn)足固井要求后注水泥固井，當(dāng)水泥漿完全泵入后，釋放免鉆塞固井總成的關(guān)閉膠塞，膠塞下行至液壓分級(jí)箍位置時(shí)壓力升高，液壓分級(jí)箍關(guān)閉，停泵穩(wěn)壓1～2 min。井口放壓，觀察套管是否有倒返現(xiàn)象，若無(wú)倒返關(guān)井候凝；若倒返井口加壓憋壓候凝。候凝24 h下入專(zhuān)用回收工具打撈免鉆塞總成內(nèi)部回收部件。

2.4防砂前井筒準(zhǔn)備

（1）通井。裝好井口及防噴器，下相應(yīng)通井規(guī)通井至人工井底，落實(shí)井筒情況。

（2）替漿。利用通井管柱反循環(huán)反替漿，直至井筒鉆井液全部替出為止，洗井至進(jìn)出口水質(zhì)一樣。

（3）刮管。下刮管器至免鉆塞固井總成位置，洗井至進(jìn)出口水質(zhì)一樣。

（4）套管試壓。下入封隔器至免鉆塞固井總成上部2 m位置坐封試壓，驗(yàn)證套管是否漏失。

（5）坐封裸眼封隔器。下入由單流閥、密封桿、信號(hào)工具組成的裸眼封隔器坐封管串，當(dāng)信號(hào)工具進(jìn)入密封筒時(shí)，會(huì)有過(guò)提負(fù)荷30～50 kN，說(shuō)明坐封管串已進(jìn)入坐封位置；開(kāi)泵正循環(huán)，排量0.2 m3/ min，壓力升高說(shuō)明裸眼封隔器坐封管串已進(jìn)入坐封位置，在井口標(biāo)記位置；下放管柱3.1 m，采用0.1 m3/min、0.2 m3/min排量進(jìn)行正循環(huán)測(cè)試并記錄測(cè)試壓力；提管柱至坐封位置從油管內(nèi)分級(jí)打壓8 MPa、12 MPa、16 MPa，各穩(wěn)壓5 min，每級(jí)打壓前泄壓至0。若采用遇油/遇水膨脹封隔器可省略此工序。

（6）驗(yàn)封。下放管柱3.1 m，正打壓，排量為0.2 m3/min，與循環(huán)測(cè)試壓力做對(duì)比，如壓力升高說(shuō)明水平井裸眼封隔器坐封完成。

2.5擠壓充填防砂施工

（1）測(cè)試擠壓充填服務(wù)管柱。將引鞋及隔離密封+沖管+滑套開(kāi)關(guān)工具+定位工具+充填工具+送入操作管自下而上連接，下至上層充填位置后下壓100 kN定位，做充填位置標(biāo)記，上提至原懸重測(cè)量管柱伸長(zhǎng)量，在充填位置進(jìn)行正循環(huán)測(cè)試。充填位置反打壓3 MPa，上提管柱0.6 m壓力降為0繼續(xù)上提0.3 m做反洗位置標(biāo)記。驗(yàn)證擋砂滑套，在反洗井位置正打壓7 MPa，1 min壓降低于3 MPa為合格。由充填位置上提管柱7 m,用滑套單向關(guān)閉工具關(guān)閉滑套后下放至充填位置正打壓7 MPa，10 min壓降低于0.5 MPa為合格。重復(fù)上述步驟依次完成下部各層充填與滑套開(kāi)關(guān)測(cè)試。

（2）擠壓充填礫石施工。下放管柱至充填位置加壓全部懸重，裝滑動(dòng)井口，井口用鋼絲繩反拉固定。地面管線試壓35 MPa，不刺不漏、10 min壓降小于1 MPa為合格。根據(jù)設(shè)計(jì)泵注程序進(jìn)行循環(huán)測(cè)試和擠壓充填測(cè)試，記錄泵速、泵壓和返出量，根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行擠壓充填防砂施工，砂比一般不高于40%，根據(jù)脫砂情況判斷是否進(jìn)行循環(huán)充填。若達(dá)到脫砂壓力，給環(huán)空加壓4 MPa，迅速倒井口閥門(mén)至反循環(huán)洗井，立即將工具上提到反洗井位置，開(kāi)泵大排量反循環(huán)洗井，施工排量大于0.6 m3/min，直至將油管內(nèi)的礫石全部清洗干凈為止。

（3）關(guān)閉充填滑套。由充填位置上提管柱7 m過(guò)提30～50 kN，用滑套關(guān)閉工具關(guān)閉滑套，然后重新下放至充填位置驗(yàn)滑套，打壓7 MPa，穩(wěn)壓5 min，壓降小于1 MPa為合格。

（4）重復(fù)步驟（2）、（3）依次完成上部各層礫石充填防砂作業(yè)。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

水平井裸眼管外分段擠壓充填防砂完井在林樊家油田應(yīng)用8口井，施工后平均單井日產(chǎn)液19.9 t，平均單井日產(chǎn)油12.5 t，與采取底部籠統(tǒng)管外擠壓充填防砂的水平井相比液量提高44.2%，突破了水平井防砂后液量低的難題（見(jiàn)表2）。

4　結(jié)論

（1）常規(guī)水平井底部籠統(tǒng)擠壓充填防砂不能實(shí)現(xiàn)水平段均衡改造，邊底水容易造成水平段單點(diǎn)突破，含水快速上升。水平井裸眼分段擠壓充填防砂可根據(jù)水平段儲(chǔ)層物性差異進(jìn)行優(yōu)化擠壓充填防砂設(shè)計(jì)，使水平段達(dá)到均衡改造。

表2　應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)

（2）采用水平井裸眼分段擠壓充填防砂工藝能進(jìn)行逐段擠壓充填穿透地層污染帶，實(shí)現(xiàn)全井段改造地層，精確防砂，避免壓開(kāi)水層或水淹層。

（3）留井工具內(nèi)通徑大，各層獨(dú)立作業(yè)，層間無(wú)干擾，為后期實(shí)現(xiàn)分段注采、分段控水、分段注汽提供了井筒條件，便于后期處理。

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（修改稿收到日期2015-01-23）

〔編輯朱偉〕

Sand control completion technology by staged squeeze packing in openhole horizontal wells

DU Bingguo1,2
（1.China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. Shengli Oilfield Company, Dongying 257001, China）

In order to address the difficulty in equilibrium modification outside the pipe string of horizontal wells in sand producing reservoirs, the sand control completion technology by staged squeeze packing behind the string in openhole has been developed. Its principle is that, by isolating the horizontal section in stages with isolating packer behind the pipe and packing the sliding sleeve with repeatable switch, the sand-control service pipestring is used to realize sand control by staged squeeze packing. Compared with gravel packing at the bottom of horizontal wells, the sand-control parameters can be optimized in stages according to the differences of physical properties in horizontal section, so the horizontal section can be serviced in more equilibrium. Production practice shows that, in wells completed by staged squeeze packing in openhole section, the production after sand control is even high and sand control effect is favorable, providing a new concept for sand-control completion technology for horizontal wells.

horizontal well; staged squeeze packing; sand control completion; isolating packer

TE257

A

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0047 – 04

10.13639/j.odpt.2015.02.013

中石化科技攻關(guān)項(xiàng)目“水平井智能完井分段控流關(guān)鍵技術(shù)研究”(編號(hào)JP12009) 部分研究成果。

杜丙國(guó)，1972 年生。1994 年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院測(cè)井專(zhuān)業(yè)，博士研究生，從事采油工程技術(shù)研究與管理工作，教授級(jí)高級(jí)工程師。電話(huà)：0546-8505609。E-mail：dubingguo.slyt@sinopec.com。

引用格式：杜丙國(guó).水平井裸眼分段擠壓充填防砂完井工藝研究及應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（2）：47-50.