遼河油田稠油油藏全膨脹篩管防砂技術(shù)研究及其應(yīng)用

趙吉成

中國石油遼河油田分公司 （遼寧 盤錦 124010）

由于稠油油藏原油黏度大,加之中國石油遼河油田分公司部分油藏膠結(jié)程度差,油井出砂問題十分普遍。油井出砂不僅影響油井開井時率和單井產(chǎn)量，造成油井作業(yè)頻繁，甚至?xí)l(fā)油井套管變形，嚴(yán)重制約著油田的正常生產(chǎn)。在防砂方法中，機(jī)械防砂因其防砂成本相對較低、施工作業(yè)簡單、有效期長而被廣泛采用，是目前解決油氣井出砂的主要方法之一。但目前現(xiàn)場廣泛采用的割縫篩管和繞絲篩管等傳統(tǒng)防砂篩管完井后不能緊貼井壁或套管內(nèi)壁，沉砂或井壁垮塌容易破壞井筒穩(wěn)定性，縮短了油井防砂周期，且管柱內(nèi)徑尺寸小，限制了篩管的過流面積，影響油井產(chǎn)能，也增加了后期施工作業(yè)的難度。膨脹篩管防砂技術(shù)是一項(xiàng)新型的機(jī)械防砂技術(shù)，膨脹篩管防砂完井后，篩管緊貼套管內(nèi)壁或井壁，內(nèi)徑較大，有利于增加泄油面積，同時可以增加套管抗外壓強(qiáng)度，防止砂粒的運(yùn)移和沉積，從而達(dá)到提高油氣井產(chǎn)能和延長防砂有效期的目的[1]。

1 膨脹篩管技術(shù)

膨脹篩管技術(shù)是將篩管下入到油氣井防砂層段并懸掛后，采用機(jī)械和液壓膨脹工具將篩管脹貼在套管壁（井壁）上，實(shí)現(xiàn)防砂功能的一種新型防砂技術(shù)[2-5]。

1.1 膨脹篩管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）結(jié)構(gòu)組成。膨脹篩管由上接頭、中間防砂段和下接頭組成，上接頭與過度套管或懸掛器下端相連，下接頭與下部盲管連接，中間段與上下接頭之間采用螺紋連接。每個組成部分從內(nèi)向外依次是割縫基管、防砂濾網(wǎng)和保護(hù)套，如圖1所示。篩管膨脹時，基管和保護(hù)套徑向膨脹，防砂過濾網(wǎng)沿基管周向滑移，膨脹完成后，過濾網(wǎng)完全覆蓋基管表面，達(dá)到防砂的目的。

圖1 膨脹篩管結(jié)構(gòu)組成

2）基管割縫結(jié)構(gòu)優(yōu)化。割縫基管是篩管的支撐骨架，其膨脹性能取決于基管材料和割縫結(jié)構(gòu)。對比平行縫、交錯縫和螺旋縫結(jié)構(gòu)，從功能和加工角度考慮，選擇了軸向平行交錯布縫方式。采用有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮不同割縫結(jié)構(gòu)基管的膨脹力、應(yīng)力和制造的可行性，優(yōu)選出縫長為110mm、縫寬為1mm、縫間夾角為30°作為基管的割縫結(jié)構(gòu)?；懿牧蠟?16L時的仿真結(jié)果顯示：篩管基管定徑膨脹時最大軸向力49.57 kN；完全膨脹后最大應(yīng)力出現(xiàn)在割縫的端部，最大應(yīng)力達(dá)到509.37MPa，但沒有達(dá)到材料極限強(qiáng)度565MPa，其他部位相對較小。

1.2 大通徑懸掛器的研制

常規(guī)懸掛器坐封后，只能承受單向的拉力，且內(nèi)通徑較小，不能滿足篩管膨脹工藝的要求，為此研制了大通徑懸掛器。該懸掛器由送入工具、密封總成和雙向卡瓦坐封機(jī)構(gòu)等組成，如圖2所示。

圖2 大通徑懸掛器結(jié)構(gòu)組成

將懸掛器下放到預(yù)定位置，向中心管內(nèi)加液壓實(shí)現(xiàn)懸掛器的坐封，然后旋轉(zhuǎn)送入管柱，使送入工具從中心管釋放，即可將送入管柱提出井口。懸掛器坐封后，內(nèi)通徑為Φ124mm，雙向懸掛力588 kN。并可以實(shí)現(xiàn)懸掛器和套管環(huán)空的密封，密封壓力30MPa。

1.3 液壓變徑脹錐設(shè)計(jì)

膨脹篩管膨脹作業(yè)過程中，由于井壁（套管內(nèi)壁）凹凸不平，利用定徑的脹錐不能使篩管完全脹貼在井壁上，因而設(shè)計(jì)了可變徑的液壓脹錐，該液壓脹錐由基體和滾子等組成，如圖3所示。在液壓力和外力的作用下，滾子在基體表面可以伸縮，滾子伸出前外徑Φ114mm，伸出后外徑Φ141mm，膨脹額定工作壓力24MPa。篩管膨脹時，在基體中心孔施加液壓，使?jié)L子伸出，如遇井眼擴(kuò)大或縮頸，滾子可自動伸縮，保證膨脹后的篩管貼緊在井壁上。

圖3 液壓變徑脹錐結(jié)構(gòu)組成

2 室內(nèi)試驗(yàn)

在Φ177.8mm套管試驗(yàn)井中進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)件包括：101.6mm（4"）膨脹篩管3m，膨脹接頭2個，懸掛器1套，變徑脹錐1套及其他配套輔助工具。按照先定徑脹管后變徑的工藝開展試驗(yàn)。

1）篩管管串下入及懸掛作業(yè)。將盲堵、篩管、連接套管、懸掛器和送入工具依次連接并下入到19m的試驗(yàn)井，投球后采用高壓泵打壓到28.5MPa，憋壓3min，使懸掛器坐封，經(jīng)30MPa驗(yàn)封和588 kN提拉驗(yàn)封成功后，旋轉(zhuǎn)送入管柱實(shí)現(xiàn)丟手。

2）篩管管串下入及脹管作用。依次連接定徑脹錐、扶正器、變徑脹錐和送入工具，下入到預(yù)定位置后，施加軸向壓力約53.2 kN，實(shí)施定徑脹管，將篩管內(nèi)徑從Φ88mm膨脹到Φ118mm，然后上提膨脹管管串到預(yù)脹位置，采用高壓泵打壓約10MPa，使變徑脹錐滾子伸出，同時施加軸向壓力實(shí)施二次脹管，完成了篩管膨脹并將脹管管串順利提出。篩管膨脹過程中，定徑脹管軸向推力和變徑脹管液壓隨篩管軸向長度變化(圖4）。

圖4 定徑脹管軸向推力和變徑脹管壓力隨篩管軸向長度的變化

3）膨脹后的篩管內(nèi)徑Φ138mm，表面與Φ177.8 mm套管內(nèi)壁緊密貼合。

4）將篩管提出試驗(yàn)井，進(jìn)行了軸向拉力試驗(yàn)和軸向壓力試驗(yàn)。篩管膨脹后軸向抗拉421.4 kN，軸向抗壓215.6 kN，拉斷和壓斷位置均為螺紋連接處。

室內(nèi)試驗(yàn)表明：膨脹篩管工藝可行，膨脹篩管、懸掛器和變徑脹錐性能參數(shù)滿足設(shè)計(jì)的要求。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

應(yīng)用膨脹篩管技術(shù)的井需要直井或井斜小于12°/30m的套管內(nèi)，選擇J8-31-35井進(jìn)行全膨脹篩管技術(shù)試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)井基本情況

錦8斷塊屬興隆臺油層，平均滲透率為1.65μm2，平均孔隙度33.1%，儲集層膠結(jié)類型以空隙膠結(jié)為主。主力油層分布在5個砂巖組，區(qū)塊出砂嚴(yán)重，防砂難度大。J8-31-35井防砂層段為1 028.7~1 050.1 m，套管外徑為177.8mm，內(nèi)徑為159.42mm，套管狀況良好，該井出砂嚴(yán)重，撈出大量地層砂，防砂前日產(chǎn)油0.1 t。

3.2 施工管柱及生產(chǎn)情況

試驗(yàn)井采用Y445懸掛器，下入膨脹管4根共計(jì)44m。施工過程中，懸掛器丟手壓力為15MPa，在設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)。膨脹篩管懸掛后下入膨脹管柱，管柱懸重減少6~8 t時管柱下行，開始第一次膨脹，后上提管柱至設(shè)計(jì)位置；開始打壓至6~7MPa，管柱懸重減少7~8 t時管柱下行，開始第二次膨脹作業(yè)。膨脹過程中安全順利，共計(jì)5組螺紋。膨脹后篩管內(nèi)徑為137mm。達(dá)到了預(yù)期完井效果。

該井完井后下泵正常生產(chǎn)，日產(chǎn)油0.2 t，井口含砂量小于0.03%，生產(chǎn)效果良好。

4 結(jié)束語

1）全膨脹篩管防砂技術(shù)與傳統(tǒng)的篩管防砂技術(shù)相比，完井后篩管緊貼井壁，兩者之間沒有砂環(huán)，地層原有滲透率及過流能力不變，對油氣井產(chǎn)量沒有影響。而且篩管過流面積大，地層產(chǎn)出液流程阻力小，可以降低地層砂對篩管的沖蝕，延長篩管的使用壽命。

2）雙向卡瓦懸掛器內(nèi)通徑大，而且能夠?qū)崿F(xiàn)雙向懸掛，解封打撈方便，不需鉆銑，避免大修作業(yè)，節(jié)約修井費(fèi)用。

3）可變徑液壓膨脹錐在膨脹作業(yè)完成后，滾輪在彈簧作用力下可實(shí)現(xiàn)回收，避免了卡井等事故發(fā)生的可能性。

4）膨脹篩管現(xiàn)場試驗(yàn)效果較好，但是需要一定的管柱自重才可實(shí)現(xiàn)篩管的膨脹，當(dāng)井段較淺時，不能滿足施工條件，下一步可以改進(jìn)篩管的膨脹方式或降低篩管所需要的膨脹力，擴(kuò)大該技術(shù)的應(yīng)用范圍。