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    玻璃鋼篩管井下自生濾砂管防砂技術的研制

    2021-05-26 02:40:38劉為民
    化學與生物工程 2021年5期
    關鍵詞:損井篩管防砂

    劉為民

    (中國石化勝利油田分公司地面工程維修中心,山東 東營 257231)

    隨著孤島油田開發(fā)的深入以及開發(fā)方式的不斷調整,套損井、大斜度井等復雜結構井數(shù)量逐年增加。復雜結構井防砂難度較大,主要表現(xiàn)在:一是機械防砂實施難度大,充填過程易形成砂橋[1];二是化學防砂周期短,易引起套損加??;三是防砂后期處理難度大、費用高。而針對套損井采取大修井筒恢復工藝技術不僅技術復雜、難度大,而且成本高、有效率低[2]。多重因素導致復雜結構井的開發(fā)受到嚴重制約,復雜結構井防砂問題亟待解決。為此,作者對玻璃鋼篩管井下自生濾砂管防砂技術進行研發(fā),以有效改善復雜結構井的防砂效果。

    1 技術研究

    井下自生濾砂管防砂技術就是將玻璃鋼防砂篩管下入到位后,采用涂覆砂充填工藝,侯凝固結后涂覆砂包覆在玻璃鋼防砂篩管上,在井下自行生成樹脂濾砂管的工藝技術。

    1.1 玻璃鋼防砂篩管研制

    1.1.1 材料選擇

    玻璃鋼是一種新型的復合材料,其優(yōu)點有:(1)低吸附性,對地層泥質和粉細砂吸附性差,油井正常生產過程中可直接攜帶出地面,治理防砂管堵塞有良好的效果;(2)輕質高強,拉伸強度接近甚至超過碳素鋼,耐腐蝕,對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力;(3)易磨鉆,方便后期處理。因此,選擇玻璃鋼作為防砂篩管材料。

    1.1.2 規(guī)格及參數(shù)優(yōu)化設計

    防砂篩管外徑尺寸:根據(jù)不同的套管尺寸,設計完善了3種防砂篩管外徑尺寸,分別為70 mm、78 mm、95 mm。

    防砂篩管縫隙尺寸:原則上應能擋住最小充填礫石。孤島地層砂粒度中值分布在0.10~0.25 mm之間,充填砂粒度在0.3~1.0 mm之間,因此設計3種防砂篩管縫隙,分別為0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm,滿足不同粒度分布的擋砂要求。

    防砂篩管縫隙結構優(yōu)化設計。矩形縫特點:結構簡單,加工方便,縫隙寬度保持好,但操作可靠性差,縫隙易被細砂堵塞;梯形縫特點:錐度越大,自潔作用越強,縫隙寬度保持好,但易被流砂磨蝕,縫隙變寬,影響濾砂精度。為克服以上缺點,采用組合割縫技術(圖1),外矩形縫一定深度,耐流砂磨蝕;內梯形縫呈擴散狀,有利于保持縫隙清潔,不產生砂堵。

    圖1 組合縫防砂篩管剖面圖Fig.1 Profile of sand-controlling screen with combined slot

    1.1.3 管柱設計

    防砂篩管管柱進行組合設計,充填工具以下管柱采用玻璃鋼材料,實現(xiàn)管柱后期處理可鉆可撈,在常規(guī)打撈無效后直接井下削磨,避免取出,減少后期處理工序。配套的無錨牙式充填工具(圖2)集密封、充填、丟手于一體,實現(xiàn)了一趟管柱完成環(huán)空填砂和座封丟手等多道工序,簡化了施工工藝,降低了工人勞動強度和防砂作業(yè)成本,縮短了施工占井時間,生產效率大大提高。

    圖2 無錨牙式充填工具結構示意圖Fig.2 Schematic diagram of structure of non-anchor packing tool

    1.2 涂覆砂充填工藝改進

    套損井采用常規(guī)石英砂充填工藝,套管會變形、破裂,在套損位置地層結構發(fā)生較大變化,產生大量泥質物與地層粉細砂,導致油井供液能力變差;大斜度井采用常規(guī)石英砂充填工藝,容易形成砂橋[3],極易造成充填層垮塌。針對以上問題,對涂覆砂充填工藝進行改進,通過調整配方實現(xiàn)涂覆砂固結時間和固結強度可控,設計了分級涂覆砂擠壓充填技術,保證井下施工安全,改善復雜結構井的防砂效果。改進涂覆砂充填工藝具有如下優(yōu)勢:一是可填補套損井套損位置地層虧空、加固井壁,延緩套損加劇;二是多級擋砂體系可延緩泥質堵塞。

    2 評價實驗

    2.1 低吸附、高滲透性能評價實驗

    采用井筒防砂模擬實驗裝置進行低吸附、高滲透性能評價實驗,主要由高壓柱塞泵、模擬井筒(裝置主體)、數(shù)控箱、儲液罐等部分組成,如圖3所示。

    圖3 井筒防砂模擬實驗裝置Fig.3 Simulated experimental advice of sand-controlling with well bore

    將防砂篩管與法蘭盤用螺紋連接,置于可視化模擬井筒內,固定牢靠;啟動高壓柱塞泵,通過模擬炮眼進液模擬地層生產過程;根據(jù)滲流實驗數(shù)據(jù)繪制時間-滲透率、流量-壓力曲線。采集數(shù)據(jù)不少于3組,每組不少于5個流量值,每個流量值采集時間間隔不少于5 min。

    2.1.1 低吸附性能評價實驗

    取含泥量15%的采出液,分別采用玻璃鋼防砂篩管與繞絲防砂篩管進行驅替實驗[4],結果如圖4所示。

    圖4 玻璃鋼防砂篩管與繞絲防砂篩管的驅替實驗結果對比Fig.4 Comparison on displacement experiment between FRP sand-controlling screen and wire wrapped sand-controlling screen

    由圖4可以看出,玻璃鋼防砂篩管抗堵塞性能明顯優(yōu)于繞絲防砂篩管。因此,玻璃鋼防砂篩管對高泥油藏具有明顯的抗堵塞優(yōu)勢。

    瀝青質原油(瀝青質含量1.43%)在0.4~0.8 mm厚的石英砂和涂覆砂表面的吸附量(瀝青質含量與砂粒質量的比值)對比見表1。

    表1 瀝青質原油在石英砂、涂覆砂表面的吸附量對比

    由表1可知,2種瀝青質原油在石英砂和涂覆砂表面均有吸附,在石英砂表面的吸附量遠大于在涂覆砂表面的。表明,涂覆砂也具有明顯的低吸附性能,可有效降低充填層堵塞。因此,可通過配套玻璃鋼防砂篩管,有效改善高泥質含量復雜結構井的生產效果。

    2.1.2 高滲透性能評價實驗

    對玻璃鋼防砂篩管、玻璃鋼井下自生濾砂管與常規(guī)濾砂管的滲透性能進行評價(圖5),結果發(fā)現(xiàn),玻璃鋼井下自生濾砂管的滲透性能是常規(guī)濾砂管的1.2倍。

    圖5 不同防砂篩管的滲透性能對比Fig.5 Comparison on permeability of different sand-controlling screens

    2.2 可取、可鉆性能評價實驗

    2.2.1 可取性能評價實驗

    室內開展抗拉性能測試實驗,在拉力達到180 kN時玻璃鋼防砂篩管脫扣;現(xiàn)場開展破壞性試驗,下入負荷160 kN的油管,上部連接玻璃鋼防砂篩管,魚腔內插入倒扣撈矛,用大鉤上提,全井油管提起,玻璃鋼防砂篩管完好,沒有漲破[5]。

    將不同防砂篩管砂埋一定深度,地面測試摩擦阻力。結果發(fā)現(xiàn),砂埋玻璃鋼防砂篩管的摩擦阻力較砂埋繞絲防砂篩管的大幅減弱;砂埋玻璃鋼防砂篩管的摩擦阻力不隨砂埋深度的增加變化,而是保持平穩(wěn)。表明,玻璃鋼防砂篩管的表面摩擦系數(shù)比繞絲防砂篩管更小,現(xiàn)場應用時可以滿足后期打撈性能要求。

    2.2.2 可鉆性能評價實驗

    室內開展可鉆破碎實驗,用磨鞋鉆頭,分別加壓 20 kN、40 kN,分別以50 r·min-1、 80 r·min-1的速度實施鉆切破壞。結果發(fā)現(xiàn),玻璃鋼防砂篩管的可鉆性能優(yōu)良,可通過配套玻璃鋼防砂篩管降低后期處理難度,降低作業(yè)成本。

    3 現(xiàn)場應用

    將玻璃鋼篩管井下自生濾砂管防砂技術應用于孤島油田,共26井次,其中套損井應用7井次,大斜度井應用8井次,成功率100%,平均防砂周期超過400 d,防砂有效期可延長121 d,平均單井增液46.8%,當年累計增油8 675.7 t,大修率下降30%,有效改善了復雜結構井的防砂效果。

    4 結論

    針對套損井、大斜度井等復雜結構井機械防砂實施難度大、防砂有效期短、后期處理成本高等問題,研發(fā)了玻璃鋼篩管井下自生濾砂管防砂技術。該技術具有低吸附、抗堵塞、易鉆取等特點,防砂有效期長,后處理方便?,F(xiàn)場應用26井次,平均增液46.8%,防砂有效期延長121 d,大修率下降30%,有效改善了復雜結構井的防砂效果。

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