渤海油田壓力虧空儲層礫石充填防砂作業(yè)方式探討

張　明，趙少偉，岳文凱

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津　300452；2.中國石油大學(xué)（北京），北京　102200）

?

渤海油田壓力虧空儲層礫石充填防砂作業(yè)方式探討

張明1，趙少偉1，岳文凱2

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452；2.中國石油大學(xué)（北京），北京102200）

摘要：渤海油田大部分屬于常壓儲層，由于油田已投產(chǎn)多年，地層壓力不斷下降，儲層壓力虧空現(xiàn)象較明顯。為對渤海油田壓力虧空儲層進(jìn)行礫石充填作業(yè)推薦合理作業(yè)方式。結(jié)合SZ36-1油田礫石充填防砂作業(yè)中遇到的問題，分析造成礫石充填防砂過程中脫砂困難甚至無法脫砂的原因。通過綜合統(tǒng)計SZ36-1N平臺已完成72層礫石充填防砂作業(yè)，著重研究壓力虧空儲層進(jìn)行高速水充填、微壓裂充填、壓裂充填等3種礫石充填防砂作業(yè)施工特點和脫砂影響因素，實踐表明高速水充填時，在施工期間加入0.8 ppg左右的大砂比砂塞是實現(xiàn)脫砂的最有效措施，對于壓力虧空儲層，再進(jìn)行微壓裂或壓裂作業(yè)時，排量確定應(yīng)偏保守，充填系數(shù)達(dá)到設(shè)計量后，盡早進(jìn)行誘導(dǎo)脫砂。

關(guān)鍵詞：壓力虧空儲層；脫砂壓力；礫石充填；高速水充填；微壓裂充填；壓裂充填

1　地質(zhì)情況和礫石充填防砂難點

根據(jù)地質(zhì)資料，渤海油田大部分屬于常壓儲層，由于油田已投產(chǎn)多年，隨著開發(fā)的進(jìn)行，地層壓力不斷下降，出現(xiàn)儲層壓力虧空現(xiàn)象較明顯。

以綏中36-1為例，綏中36-1油田位于渤海遼東灣海域，東經(jīng)120°43′～121°05′，北緯39°52′～40°12′，西北距綏中約50km，平均水深為30m，常年最高氣溫37.8℃，最低氣溫-18℃。

根據(jù)DST、RFT等測試資料分析，綏中36-1油田地溫梯度約為3.22℃/100m，屬于正常溫度系統(tǒng)；原始地層壓力系數(shù)接近1.0，屬于正常壓力系統(tǒng)，原始地層壓力14.28MPa（對應(yīng)海拔-1 450m）。

圖1　油田儲層壓力變化示意圖Fig.1 Oilfield pressure changes schematic

圖2　油田各小層壓力變化示意圖Fig.2 Changes in oil pressure of the small layer schematic

隨著開采的進(jìn)行，根據(jù)近幾年壓力測試資料，調(diào)整井所在井區(qū)地層壓力均已下降。結(jié)合壓力測試資料預(yù)測目的層段地層壓力為11.5MPa～13.5MPa，儲層壓力下降1MPa～2MPa，折合壓力系數(shù)0.81～0.95（見圖1，圖2）。

綏中36-1油田儲層發(fā)育，物性較好，孔隙度在28%～34%，平均31%；若地層孔隙度高于30%，出砂的可能性就大；平均聲波時差值為145 μs/ft，遠(yuǎn)大于出砂臨界值95 μs/ft；原油黏度較高，對地層砂拖拽能力強(qiáng)。

油藏長期生產(chǎn)導(dǎo)致地層虧空大，孔隙壓力衰竭，漏失率高，地層破裂壓力降低，裂縫起裂能力及延伸性強(qiáng)，在這種衰竭油藏進(jìn)行礫石充填作業(yè)，往往出現(xiàn)地層吃砂多，環(huán)空壓力快速下降、壓裂施工TSO端部脫砂設(shè)計難以實現(xiàn)等現(xiàn)象［1］，造成脫砂困難甚至無法產(chǎn)生脫砂壓力等問題；這類油井在后期生產(chǎn)過程中，儲層膠結(jié)性變差，充填陶粒層自然沉降，充填篩管直接暴露儲層，會造成油井出砂。

2　SZ36-1油田N平臺防砂統(tǒng)計

2.1防砂統(tǒng)計

SZ36-1N平臺共進(jìn)行72層防砂作業(yè)，其中有51層防砂作業(yè)正常脫砂，脫砂時達(dá)到預(yù)期壓力，驗充填成功；有15層防砂作業(yè)在主施工加砂后未起脫砂壓力，經(jīng)過再次或多次打砂最終脫砂，脫砂壓力達(dá)到預(yù)期，驗充填成功；有6層防砂作業(yè)最終未起脫砂壓力，但最后驗充填都成功［2-5］（見圖3）。

SZ36-1N平臺共進(jìn)行53層高速水充填防砂作業(yè)，其中有41層防砂作業(yè)正常脫砂，脫砂時達(dá)到預(yù)期壓力，驗充填成功；有11層防砂作業(yè)在主施工加砂后未起脫砂壓力，經(jīng)過再次或多次打砂最終脫砂，脫砂壓力達(dá)到預(yù)期，驗充填成功；有1層防砂作業(yè)最終未起脫砂壓力，但最后驗充填都成功（見圖4）。

SZ36-1N平臺共進(jìn)行19層微壓裂和壓裂充填防砂作業(yè)，其中有11層防砂作業(yè)正常脫砂，脫砂時達(dá)到預(yù)期壓力，驗充填成功；有3層防砂作業(yè)在主施工加砂后未起脫砂壓力，經(jīng)過再次或多次打砂最終脫砂，脫砂壓力達(dá)到預(yù)期，驗充填成功；有5層防砂作業(yè)最終未起脫砂壓力，但最后驗充填都成功（見圖5）。

圖3　總防砂層數(shù)與脫砂狀況Fig.3 The total number of anti-sand and TSO status

圖4　高速水充填層數(shù)與脫砂狀況Fig.4 High-speed water filling layers and TSO status

圖5　微壓裂和壓裂充填與脫砂狀況Fig.5 Micro-fracturing and frac sand and off status

表1　凈排量與脫砂關(guān)系Tab.1 Net displacement relationship with TSO

圖6　凈排量與脫砂關(guān)系Fig.6 Net displacement relationship with TSO

2.2數(shù)據(jù)分析

2.2.1充填作業(yè)時排量數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計進(jìn)入地層的凈排量=泵注排量-初始返出排量（見表1，圖6）。

由圖6，表1可知：（1）正常脫砂時，進(jìn)入地層凈排量越低，所占比例越高，越容易正常脫砂。

（2）Topoff或未脫砂時，進(jìn)入地層凈排量越高，所占比例越高，很容易造成沒有脫砂。

超出地層破裂排量=泵注排量-初始返出排量-裂縫延伸排量（見表2，圖7）。

表2　超出地層破裂排量與脫砂關(guān)系Tab.2 Exceed the formation fracture displacement relationship with TSO

圖7　超出地層破裂排量與脫砂關(guān)系Fig.7 Exceed the formation fracture displacement relationship with TSO

由圖7，表2可知：（1）一般來說，施工的凈排量超過裂縫延伸排量（擠注測試得到）越大，單位時間內(nèi)就會有更多的液體作用在地層上，更容易產(chǎn)生裂縫，從統(tǒng)計圖來看，對于正常脫砂情況，在不同的超出排量下，正常脫砂所占的比例沒有什么差別。

（2）對于Topoff和未脫砂的情況，超出排量越大，越不容易脫砂。

2.2.2循環(huán)測試數(shù)據(jù)分析通過循環(huán)測試時得到的返出排量和泵注排量的比較，可以得到近井筒的循環(huán)漏失數(shù)據(jù)，根據(jù)對循環(huán)漏失數(shù)據(jù)分析［6-8］，可以得到（見表3，圖8）。

表3　循環(huán)漏失與成功脫砂關(guān)系Tab.3 Lost circulation and successful relationship TSO

圖8　循環(huán)漏失與成功脫砂關(guān)系Fig.8 Lost circulation and successful relationship TSO

由圖8，表3可知：（1）正常脫砂情況下，循環(huán)漏失數(shù)值越大，正常脫砂層數(shù)所占總層數(shù)比例越大，也就是說，越容易起脫砂壓力。

（2）Topoff和未脫砂的數(shù)據(jù)，10%以下漏失所占比重遠(yuǎn)大于其他更大漏失的情況，也就是說，漏失較低的情況下，越容易發(fā)生不脫砂或晚脫砂的情況。

3　實例分析

N26，N27井部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)（見表4）。

表4　N26和N27井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計Tab.4 N26 and N27 wells statistics

由數(shù)據(jù)可得：（1）從N26井和N27井?dāng)?shù)據(jù)資料來看，射孔段長度，循環(huán)測試和擠注測試結(jié)果都非常正常。循環(huán)漏失14.83%～53.32%，大部分屬于較高漏失；擠注測試得到裂縫延伸排量為3 bpm～9.5 bpm，也較高；地層的破裂梯度為0.65 psi/ft～0.68 psi/ft，屬于中等偏高的破裂梯度。因此根據(jù)測試結(jié)果判斷，應(yīng)該屬于不難脫砂類型，但最后結(jié)果是進(jìn)行6層微壓裂防砂作業(yè)，其中2層打了Topoff才脫砂，3層沒有脫砂壓力。

（2）此類井存在地層虧空現(xiàn)象，由于進(jìn)行微壓裂作業(yè)，會形成一定的裂縫，因此地層的虧空導(dǎo)致裂縫形成較大，地層吃砂嚴(yán)重，并且從下面施工曲線看，環(huán)空壓力在施工后期大幅度下降，也是地層虧空嚴(yán)重的一種表現(xiàn)［9-11］。

N27井第4層分析（見圖9）：

（1）根據(jù)循環(huán)測試和擠注測試結(jié)果，循環(huán)漏失52%，擠注測試幾乎沒有壓開地層，裂縫延伸排量理論求得9.5 bpm，實際上可能會更高，因此施工排量選擇14 bpm進(jìn)行微壓裂作業(yè)。

（2）施工過程中壓力反應(yīng)一直不好，油套壓一直上升，陶粒進(jìn)地層后，壓力趨于平穩(wěn)，因此沒有改變排量，但隨著降排量誘導(dǎo)，環(huán)空壓力很快降到0，由于油壓沒有太大波動，因此判斷應(yīng)該不是篩管破裂，之后套壓一直沒有顯示，而油壓一直上升，可以判斷為在填埋篩套環(huán)空，但由于地層打開虧空帶，漏失太大，導(dǎo)致返出排量不能建立，套壓一直沒有，最后考慮到施工安全停泵反循環(huán)，最終驗充填成功。

N27井第1層分析（見圖10）：

（1）根據(jù)循環(huán)測試和擠注測試結(jié)果，循環(huán)漏失為38.1%，求得裂縫延伸排量為7 bpm，施工最大排量選擇13 bpm。

（2）在施工過程中，結(jié)合之前數(shù)據(jù)，考慮漏失較大，優(yōu)化施工參數(shù)，充填系數(shù)達(dá)到設(shè)計值時，及時停砂開環(huán)空并降排量，以降低進(jìn)入地層的凈排量，促使陶粒不再進(jìn)入裂縫而在環(huán)空填埋，但由于儲層壓力虧空，地層吃砂嚴(yán)重，降排量進(jìn)行誘導(dǎo)脫砂，壓力上升一段后趨于穩(wěn)定，脫砂未成功，再次加砂后進(jìn)行誘導(dǎo)脫砂，最終成功脫砂。

N26井第2層施工圖分析（見圖11）：

圖9　N27井第四層防砂充填曲線Fig.9 N27 well fourth layer of sand filling curve

圖10　N27井第一層防砂充填曲線Fig.10 N27 well first layer of sand filling curve

圖11　N26井第二層防砂充填曲線Fig.11 N26 well second layer of sand filling curve

第2層進(jìn)行高速水充填，循環(huán)漏失為37.28%，綜合考慮儲層壓力虧空情況以及該地區(qū)屬高滲疏松砂巖以及漏失量大的情況，在確保油井安全的前提下，盡量用偏小的排量進(jìn)行充填作業(yè)，在壓力上漲初期考慮安全施工的前提、保證一定的凈排量進(jìn)行降排量誘導(dǎo)脫砂，在確保安全凈排量的前提下，控制排量，防止凈排量超過裂縫延伸排量，最終該層正常脫砂［12-14］。

4　總結(jié)

SZ36-1油田是渤海油田儲層壓力虧空的一個代表性油田，通過對SZ36-1N平臺72層防砂作業(yè)分析總結(jié)，得出對于渤海油田壓力虧空儲層進(jìn)行礫石充填作業(yè)的一些推薦方法和經(jīng)驗。

由于充填系數(shù)要求不同（高速水50 lb/ft，MD，微壓裂200 lb/ft，TVD，壓裂500 lb/ft～1 000 lb/ft，TVD），在作業(yè)中高速水充填作業(yè)的排量要比微壓裂、壓裂的排量低，且微壓裂和壓裂所用攜砂液黏度較高、砂比較大，液體效率更高，更容易形成裂縫且裂縫不容易閉合以至將更多陶粒帶進(jìn)地層，因此作業(yè)成功率較高速水充填低。在作業(yè)過程中，造成作業(yè)不易脫砂或沒有脫砂結(jié)果的原因是由兩方面造成的，一是施工參數(shù)的確認(rèn)存在偏差，另一個就是地層本身，即地層性質(zhì)存在不均質(zhì)性和地層虧空，具體如下：

（1）實踐表明高速水充填時，在施工期間加入0.8 ppg左右的大砂比砂塞是實現(xiàn)脫砂的最有效措施；適當(dāng)提高施工排量以補(bǔ)償高漏失率也將有較大幫助，但是也要綜合考慮地層漏失情況，平均進(jìn)入地層的凈排量越高，越容易造成不脫砂或晚脫砂的情況，而超出裂縫延伸排量越高，也越容易造成不脫砂或晚脫砂的情況。

（2）微壓裂和壓裂防砂比高速水防砂更容易過大的打開地層，最終難以起脫砂壓力，因此在進(jìn)行微壓裂或壓裂作業(yè)時，排量的確定可以稍微保守，因為對于壓力虧空儲層來說，稍微增加排量就足以打開足夠?qū)挼牧芽p，將3 ppg～6 ppg砂比泵入地層，充填系數(shù)達(dá)到設(shè)計量后，應(yīng)盡量早的進(jìn)行誘導(dǎo)脫砂，降排量，開返出。

（3）正常脫砂的防砂層，平均漏失較高，而平均漏失較低的防砂層更容易造成晚脫砂或不脫砂的情況，施工前的循環(huán)測試和擠注測試力求精確，盡量拿到最準(zhǔn)確的循環(huán)漏失，摩阻，裂縫延伸排量和壓力等參數(shù)，再根據(jù)設(shè)計的充填系數(shù)，射孔段長度，滲透率，篩套砂量等信息，盡可能保守的設(shè)計施工排量，尤其對于循環(huán)漏失很小的地層，很容易大幅度壓開地層，然后再根據(jù)施工過程中壓力曲線的趨勢進(jìn)行即時的排量、砂比和砂量的調(diào)整。

（4）對于虧空比較嚴(yán)重的地層，如N26和N27井，測試所得數(shù)據(jù)都很正常，只有形成一定裂縫后才會出現(xiàn)問題，因此需要工程師現(xiàn)在進(jìn)行及時的調(diào)整，如果長時間不脫砂，先判斷是否有篩套環(huán)空填埋跡象，然后可以先提工具反循環(huán)，如果驗充填不成功，等待地層閉合后進(jìn)行低排量的循環(huán)充填，達(dá)到防砂的目的。

參考文獻(xiàn)：

［1］賈久波.砂巖地層壓裂－礫石充填防砂技術(shù)研究［D］.西南石油學(xué)院，2003.

［2］鄭永哲，楊士明，于學(xué)良，張寧霞，宋麗.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.

［3］郭美華，廖前華，侯偉.渤中34-1油田水平井裸眼礫石充填防砂技術(shù)應(yīng)用［J］．石油天然氣學(xué)報，2010，32（1）：339-342.

［4］朱駿蒙.水平井裸眼礫石充填防砂完井工藝在勝利海上油田的應(yīng)用［J］．石油鉆采工藝，2010，32（2）：106-108+112.

［5］張秀波.水平井礫石充填防砂技術(shù)研究［J］．硅谷，2010，（15）：48.

［6］吳偉，王書寶，王衛(wèi)星，王威，苗勇，張毅剛.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.

［7］趙海雷，趙亭亭.單層礫石充填防砂工藝在渤海油田修井作業(yè)中的應(yīng)用［J］．長江大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，10 （16）：152-153.

［8］焦國盈.壓裂充填防砂與增產(chǎn)技術(shù)研究［D］.西南石油學(xué)院，2005.

［9］陳金先.壓裂充填防砂技術(shù)在渤海油田的應(yīng)用研究［D］.東北石油大學(xué)，2010.

［10］張勇，劉艷濤，朱桂娟，張玉梅.礫石充填防砂技術(shù)在港西油田的深化研究與應(yīng)用［J］．?dāng)鄩K油氣田，2007，14（6）：74-75+80.

［11］譚章龍，司念亭，李貴川，等.大斜度井壓裂充填防砂工藝研究與實踐－以南堡35-2油田Ax井為例［J］．中國海上油氣，2011，23（1）：46-49.

［12］閆麗麗.大港油田重點產(chǎn)能區(qū)塊的完井油層保護(hù)技術(shù)研究［D］.中國石油大學(xué)，2009.

［13］劉鳳霞，宋友貴，郭偉明.循環(huán)充填防砂技術(shù)［J］．石油鉆采工藝，2002，24（S1）：67-69+101.

［14］王平雙.從綏中36－1A試驗區(qū)看攜砂比與充填系數(shù)［J］．中國海上油氣（工程），1994，6（5）：42-49.

To explore the construction of gravel pack sand control way in reservoir of pressure losses of the Bohai oilfield

ZHANG Ming1，ZHAO Shaowei1，YUE Wenkai2
（1.CNOOC Limited Tianjin Branch，Tianjin 300452，China；2.China University of Petroleum，Beijing 102200，China）

Abstract:Most Bohai oilfield is the atmospheric reservoir. Since the oil already in operation for many years，formation pressure is decling heavily，reservoir pressure deficit phenomenon is more evident. Through the statistical analysis of SZ36-1N platform 72 gravel pack sand controls，research in reservoir of pressure losses gravel pack sand control key points and construction characteristics，analysis of high speed water filling，micro fracturing filling，fracturing filling sand control effect in the reservoir of pressure losses. This paper focuses on comparing the above three kinds of packing way and the relationship between the success reducing，for the reservoir of pressure losses，when gravel pack sand control of some construction methods so as to improve the efficiency of sand control for Bohai sea of reservoir of pressure losses. Practice shows that the high-speed water filled during construction addedabout osuna 0.8 ppg than sand plugs are the most effective measures to achieve screenout. For reservoir pressure deficit，when then micro fracturing or fracturing operations，the displacement should be determined conservative，after filling factor reaches design capacity，as early as possible to induce screenouts.

Key words：reservoir of pressure losses；sand out pressure；gravel pack；high speed water filling；micro fracturing filling；fracturing filling

中圖分類號：TE358.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）06-0016-07

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.06.005

*收稿日期：2016－04-14

基金項目：國家重大專項-海上稠油油田高效開發(fā)示范工程，項目編號：2011ZX05057。

作者簡介：張明，男（1981-），學(xué)士，現(xiàn)任中海石油（中國）有限公司天津分公司完井總監(jiān)（高級）、工程師，主要研究方向為海洋石油鉆完井技術(shù)。