大井斜下鉆桿內(nèi)礫石沉積量預(yù)測(cè)及應(yīng)用實(shí)例

安文目，魏輝龍，王翊民(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

隨著開(kāi)發(fā)進(jìn)程的不斷深入，渤海油田的開(kāi)發(fā)模式呈現(xiàn)出新的特征：重視碎片化儲(chǔ)層，利用現(xiàn)有平臺(tái)剩余槽口或者老井側(cè)鉆實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊偏遠(yuǎn)小儲(chǔ)量?jī)?chǔ)層的開(kāi)采；開(kāi)發(fā)受限區(qū)儲(chǔ)層，渤海海域功能區(qū)劃錯(cuò)綜復(fù)雜，軍事敏感區(qū)、海事通航區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū)等受限區(qū)內(nèi)探明儲(chǔ)量占渤海油氣總儲(chǔ)量的86%，對(duì)渤海油田增儲(chǔ)上產(chǎn)意義重大；低成本開(kāi)采模式，新建平臺(tái)更多的考慮依托現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施和海管資源，這就導(dǎo)致新平臺(tái)無(wú)法在最佳的布井位置。

為解決上述問(wèn)題，綜合考慮渤海油田儲(chǔ)層埋藏淺、巖石強(qiáng)度低、出砂嚴(yán)重等特點(diǎn)，大位移水平裸眼井成為鉆完井重點(diǎn)推廣的作業(yè)井型之一。這種井型的優(yōu)勢(shì)有：能夠滿足井眼水平方向延伸的要求；能夠保證較高的儲(chǔ)層砂巖鉆遇率，提高單井產(chǎn)能；能夠直接使用成熟的礫石充填防砂技術(shù)，有效控制出砂，延長(zhǎng)油井壽命。

在大位移水平裸眼井礫石充填作業(yè)實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)了實(shí)際充填的礫石量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于模擬充填、充填時(shí)間大幅延長(zhǎng)、充填壓力曲線與模擬曲線不一致、反循環(huán)時(shí)返出礫石量偏多等問(wèn)題，導(dǎo)致充填過(guò)程無(wú)法有效把握、充填效率低、反循環(huán)出的礫石污染循環(huán)系統(tǒng)等嚴(yán)重后果。

本文在現(xiàn)有礫石充填技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考慮大位移水平裸眼井的特征因素，分析出了導(dǎo)致此類問(wèn)題的原因在于礫石在鉆桿內(nèi)的沉積，給出了影響礫石沉積的因素，準(zhǔn)確估算了鉆桿內(nèi)礫石沉積量，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工提出了指導(dǎo)性措施，對(duì)后續(xù)礫石充填技術(shù)發(fā)展提出了合理化建議[1-2]。

1 鉆桿內(nèi)礫石沉積機(jī)理

在礫石充填過(guò)程中，鉆桿內(nèi)的礫石運(yùn)移方向是重力方向和攜砂液流動(dòng)方向的疊加方向，重力方向受礫石的重力、浮力和摩擦力等因素影響，攜砂液流動(dòng)方向受攜砂液流體性質(zhì)、充填排量等因素影響。當(dāng)井斜較小時(shí)，礫石運(yùn)移方向以重力方向?yàn)橹?，隨著井斜的逐步增大，攜砂液流動(dòng)方向?qū)Φ[石運(yùn)移方向的影響占據(jù)主導(dǎo)地位。

一般認(rèn)為當(dāng)井斜大于60°時(shí)，礫石無(wú)法在自重作用下向井底運(yùn)移，而是沉積在鉆桿內(nèi)形成砂丘，隨著砂丘不斷增高，流動(dòng)區(qū)域逐步減小，流速逐步加快，直至增加到礫石能夠被攜砂液帶走的臨界速度，這是鉆桿內(nèi)砂丘形成的過(guò)程。

渤海油田大位移水平裸眼井的常用井身結(jié)構(gòu)為：244 mm技術(shù)套管+178 mm生產(chǎn)尾管+152 mm水平裸眼，特點(diǎn)是淺井段(一般在井深700 m左右)井斜已達(dá)到70°～80°并持續(xù)穩(wěn)斜至井底；水平裸眼段礫石充填時(shí)，為避免充填壓力過(guò)高壓漏地層，充填排量普遍較低；常用攜砂液體系為氯化鉀加重鹽水體系，粘度低，攜帶性差；常用礫石為普通陶粒，自重大。

綜上所述，這就導(dǎo)致在充填過(guò)程中礫石在出充填孔前大量沉積在送入鉆桿內(nèi)，這部分礫石的沉積量在原有充填模擬設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮，進(jìn)而導(dǎo)致前述的模擬充填與實(shí)際充填存在的差異，當(dāng)反循環(huán)時(shí)，這部分礫石被攜帶出井，返出礫石量大幅增加造成防砂用沉砂池里砂漿外溢污染循環(huán)系統(tǒng)[3]。

2 大井斜下鉆桿內(nèi)礫石沉積量預(yù)測(cè)

在礫石充填技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，按照鉆桿內(nèi)礫石沉積機(jī)理分析，建立了在理想狀態(tài)下鉆桿內(nèi)礫石沉積量預(yù)測(cè)模型(如圖1所示)。

圖1 大井斜下鉆桿內(nèi)礫石沉積意圖

式中：mG為沉積礫石的質(zhì)量(g)；SD為礫石沉積區(qū)域截面積(m2)；θ為礫石沉積區(qū)域?qū)?yīng)扇形的角度，度制；H為礫石沉積高度(m)；R為鉆桿內(nèi)半徑(m)；ρb為礫石堆積密度(kg/m3)；L為對(duì)應(yīng)井斜下的鉆桿長(zhǎng)度(m)。

式中：Q為對(duì)應(yīng)礫石積高度H的充填排量(m3h)；SO為流動(dòng)區(qū)域截面積(m2)；vc為砂漿臨界流動(dòng)速度(m/s)，在流動(dòng)區(qū)域內(nèi)砂漿流動(dòng)速度恰好使礫石不會(huì)繼續(xù)沉積的臨界值，由井斜、礫石沉積高度、攜砂液密度、黏度、礫石密度、尺寸等因素決定，由充填模擬實(shí)驗(yàn)所得。

3 應(yīng)用實(shí)例

渤海油田某井水垂比達(dá)到2.615 2 mm水平裸眼井段開(kāi)采疏松砂巖儲(chǔ)層，常溫常壓，是一口常見(jiàn)的淺層大位移水平裸眼井，該井80°穩(wěn)斜段長(zhǎng)度為612 m，使用127 mm鉆桿(內(nèi)徑54.3 mm)送入礫石充填管柱，按照本文預(yù)測(cè)模型，對(duì)該井礫石充填防砂完井過(guò)程中鉆桿內(nèi)礫石沉積量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表1所示。

表1 某井鉆桿內(nèi)礫石沉積計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，繪制出該井充填排量與鉆桿內(nèi)礫石沉積量關(guān)系曲線，如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)充填排量不低于40.59 m3/h 時(shí)，此穩(wěn)斜井段不會(huì)沉積礫石，當(dāng)充填排量低于此值時(shí)，充填排量越低，沉積量越大。

該井礫石充填作業(yè)的充填排量為32.44 m3/h，對(duì)應(yīng)圖2可以得出，在此充填排量下鉆桿內(nèi)礫石沉積量為1 700 kg左右，對(duì)該井礫石充填作業(yè)給出的作業(yè)建議：

(1)需在礫石預(yù)測(cè)使用量的基礎(chǔ)上額外準(zhǔn)備1 700 kg的礫石；

(2)充填作業(yè)時(shí)間變長(zhǎng)，注意各波段的壓力曲線變化，精準(zhǔn)控制作業(yè)過(guò)程；

(3)提前判斷防砂用反循環(huán)沉砂池容量是否能夠回收這部分礫石，目前渤海常用反循環(huán)沉砂池可容納1 300 kg礫石，建議該井增加備用沉砂池，或使用高目數(shù)鉆井振動(dòng)篩，反循環(huán)時(shí)經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩去除攜砂液中的礫石，防止污染循環(huán)系統(tǒng)；

(4)在反循環(huán)期間及服務(wù)工具起至造斜率較大井段時(shí)，替入高粘段塞攜帶鉆桿內(nèi)殘留的礫石；

(5)如果上述措施均不能消除礫石沉積帶來(lái)的問(wèn)題，或沉積量過(guò)大存在堵塞鉆桿風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)候，建議全井更換內(nèi)徑較小的鉆桿進(jìn)行礫石充填防砂作業(yè)。

該井現(xiàn)場(chǎng)施工曲線如圖3所示，施工時(shí)間、壓力變化和礫石用量均符合預(yù)測(cè)結(jié)果，在停止加礫石后，繼續(xù)頂替一個(gè)鉆桿容積后出現(xiàn)脫砂壓力，反循環(huán)出井的礫石量為1 800 kg，該部分即為鉆桿內(nèi)沉積的礫石，接近作業(yè)前的預(yù)測(cè)結(jié)果。

圖3 該井礫石充填作業(yè)施工曲線

4 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)計(jì)算鉆桿內(nèi)礫石的沉積量，可以在設(shè)計(jì)階段和施工階段提出多項(xiàng)有針對(duì)性的處置措施，保證現(xiàn)場(chǎng)礫石充填作業(yè)順利實(shí)施，保證充填效率。

(2)通過(guò)分析鉆桿內(nèi)礫石的沉積規(guī)律，可以看出，除了井斜、井身結(jié)構(gòu)等井的基本因素以外，礫石的沉積還受充填排量、充填壓力，攜砂液和礫石的性質(zhì)影響，在大位移井礫石充填作業(yè)中可以研究推廣使用低阻力、高懸浮性的攜砂液和輕質(zhì)礫石以降低充填壓力，提高充填排量，保證充填效率。