墾利A油藏探井測(cè)試防砂工藝的探索及應(yīng)用

杜連龍，張興華，陳光峰，王雪飛

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452; 2.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

墾利A油藏為渤海典型淺層疏松砂巖稠油油藏，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量規(guī)模較大，鉆井及測(cè)井資料顯示，儲(chǔ)層膠結(jié)疏松，泥質(zhì)含量超過20%，原油密度為0.979 g/cm3，50 ℃時(shí)地面原油黏度為1 573.38 mPa·s，平均地層溫度為49 ℃。研究區(qū)第一口探井KL-A1井進(jìn)行了兩次鉆桿地層測(cè)試(DST)，均以失敗告終。由于缺乏DST測(cè)試資料，儲(chǔ)量規(guī)模一直無法評(píng)價(jià)和上報(bào)。

1 存在問題

KL-A1井第一次DST測(cè)試采用常規(guī)射孔泵抽聯(lián)作工藝，螺桿泵排液期間，井口油砂同出，含砂量達(dá)60%，螺桿泵憋停，無法正常舉升，起鉆后發(fā)現(xiàn)測(cè)試管柱底部油管及測(cè)試工具被油砂堵塞；第二次DST測(cè)試采用簡(jiǎn)易防砂泵抽聯(lián)作測(cè)試工藝，即測(cè)試管柱攜帶防砂管進(jìn)行聯(lián)作測(cè)試，防砂管防砂精度為200 μm，螺桿泵排液期間，產(chǎn)出量短期內(nèi)迅速下降，分析認(rèn)為泵抽時(shí)，油砂在篩套環(huán)空堆積，較大粒徑的地層砂不斷地在篩管表面堆積，由于地層泥質(zhì)含量高、原油密度大、黏度高，最終糊死在篩管表面，嚴(yán)重阻礙原油的流動(dòng)，影響產(chǎn)能測(cè)試。

KL-A1井的兩次DST測(cè)試均未獲取穩(wěn)定產(chǎn)能和有效的開關(guān)井壓力，分析認(rèn)為測(cè)試失敗的原因是常規(guī)射孔泵抽聯(lián)作測(cè)試與簡(jiǎn)易防砂泵抽聯(lián)作測(cè)試都無法支撐或穩(wěn)固地層，測(cè)試開井初期地層出現(xiàn)坍塌式出砂，且缺乏合適的濾砂介質(zhì)。因此，尋求合適的防砂方式是DST測(cè)試成功的關(guān)鍵。

2 防砂工藝選擇

探井DST測(cè)試作業(yè)以獲取地層流體性質(zhì)、產(chǎn)能、溫度、壓力及地層動(dòng)態(tài)參數(shù)等資料為目的，作業(yè)周期較短，作業(yè)結(jié)束后進(jìn)行永久棄井，不保留井口。因此，選擇的防砂方式要求既能控制出砂，又能夠使地層保持原始狀態(tài)、油氣井產(chǎn)能損失最小，工藝要簡(jiǎn)單、可靠。

海上完井生產(chǎn)作業(yè)中常用的防砂方式主要有機(jī)械防砂和化學(xué)防砂。機(jī)械防砂主要為簡(jiǎn)易篩管防砂和礫石充填防砂，簡(jiǎn)易篩管防砂對(duì)地層沒有支撐作用，一般適用于中粗砂、泥質(zhì)和細(xì)質(zhì)含量低、輕微出砂的地層[1]，實(shí)踐證明，簡(jiǎn)易篩管防砂不適用于研究區(qū)。機(jī)械防砂中的礫石充填防砂和化學(xué)防砂能夠起到支撐并穩(wěn)固地層的作用，但化學(xué)防砂對(duì)地層原始滲透率傷害較大，不符合DST測(cè)試的要求。針對(duì)易出砂、疏松砂巖稠油油藏，國外一般采用大孔徑、高孔密射孔后的礫石充填，配以繞絲篩管防砂可以達(dá)到有效防砂的目的[2]。通過調(diào)研及分析，在探井DST測(cè)試作業(yè)中引入礫石充填防砂工藝，能夠解決稠油出砂及取資料困難等問題。

2.1 充填方式優(yōu)選

礫石充填防砂工藝按充填方式分為水循環(huán)充填、高速水循環(huán)充填和壓裂充填，是完井生產(chǎn)作業(yè)中廣泛應(yīng)用的防砂工藝[3]。由于探井DST測(cè)試目的與完井生產(chǎn)目的不同，礫石充填防砂在海上探井DST測(cè)試中使用較少。探井DST測(cè)試目的是釋放產(chǎn)能，快速獲取地層溫度、壓力、流體性質(zhì)及地層動(dòng)態(tài)參數(shù)等資料，測(cè)試時(shí)間較短，測(cè)試結(jié)束后永久棄井，不能作為生產(chǎn)井。因此，充填砂量不需要太多，不能向地層漏失太多攜砂液，以免在短時(shí)間內(nèi)無法獲取純地層流體的高壓物性樣品，導(dǎo)致測(cè)試時(shí)間延長(zhǎng)。通過分析水循環(huán)充填、高速水循環(huán)充填和壓裂充填方式的特點(diǎn)，優(yōu)選適合探井DST測(cè)試的高速水循環(huán)充填防砂方式，施工過程中略微控制攜砂液的返出量，保證充填效果的基礎(chǔ)上，盡可能減少進(jìn)入地層的攜砂液，從而使后期的返排時(shí)間減少，提高測(cè)試作業(yè)時(shí)效(表1)。

表1 三種充填防砂方式的特點(diǎn)分析

2.2 礫石尺寸優(yōu)選

礫石尺寸的選擇對(duì)防砂至關(guān)重要，確定礫石尺寸有多種方法，目前常用的是Saucier公式法[4]，利用Saucier公式確定礫石直徑為：

D50=(5～6)×d50

式中：D50為設(shè)計(jì)礫石的粒度中值，μm；d50為地層砂樣粒度中值，μm。

Saucier公式法是建立在完全防砂的機(jī)理上，該方法僅考慮地層砂的粒度中值，粒度中值代表地層砂的大概特征，無法反映粒度范圍、分布及均勻性[5]，在一定程度上影響防砂后的測(cè)試效果，礫石尺寸的選擇需兼顧防砂效果與防砂后的產(chǎn)能。

研究區(qū)KL-A2井粒度分析如圖1所示，d50取120 μm，根據(jù)Saucier公式計(jì)算得出礫石目數(shù)為20/40。探井測(cè)試采用螺桿泵排液，螺桿泵能夠接受一定含砂量，結(jié)合地層砂粒度分布d10～d90，同時(shí)吸取簡(jiǎn)易防砂失敗的教訓(xùn)，對(duì)Saucier公式進(jìn)行放大，由原來的5～6倍放大至6～8倍。適度放大防砂粒徑，允許部分地層砂隨原油產(chǎn)出，避免細(xì)小砂粒堵塞篩管造成近井地帶油流通道堵塞[6-7]，達(dá)到“適度防砂”的效果，并保證產(chǎn)能測(cè)試，最終選擇16/20目的礫石配合精度為200 μm的繞絲防砂管。

圖1 KL-A2井儲(chǔ)層井壁巖心粒度分布曲線

2.3 攜砂液優(yōu)選

攜砂液在充填防砂作業(yè)中能夠攜帶礫石運(yùn)動(dòng)，填充篩管和地層[8]。在充填防砂方式確定后，結(jié)合儲(chǔ)層特性對(duì)攜砂液進(jìn)行優(yōu)選，高速水循環(huán)充填防砂通常使用鹽水做攜砂液[9]。充分考慮攜砂液與地層配伍，KL-A2井?dāng)y砂液采用隱形酸完井液，既能降低擠注能力、保護(hù)油氣層，又能降低成本。隱形酸完井液主要由過濾海水、螯合劑、有機(jī)陽離子黏土穩(wěn)定劑和緩蝕劑等成分組成，可以抑制儲(chǔ)層中黏土礦物的水化膨脹及分散運(yùn)移，防膨率不小于90%，黏度低，整體呈弱酸性，對(duì)管柱、篩管無腐蝕性，有助于消除鉆井液濾液、水泥漿濾液和地層流體間的不配伍形成的有機(jī)垢、無機(jī)垢[10-12]。采用隱形酸完井液作為攜砂液，不僅可以解除鉆井液、水泥漿等工作液與地層不配伍造成的損害，而且配置簡(jiǎn)單，成本較低。

2.4 施工步驟

采用礫石充填防砂工藝的測(cè)試工藝與常規(guī)測(cè)試工藝有所不同，簡(jiǎn)要施工步驟如下：

①首先采用大孔徑、高孔密射孔彈對(duì)測(cè)試層段進(jìn)行單趟射孔作業(yè)，射孔孔徑21.84 mm；穿深617.83 mm，孔密40孔/米，大孔徑、高孔密射孔彈有利于提高礫石充填質(zhì)量。

②對(duì)射孔段進(jìn)行刮管作業(yè)，為下入沉砂封隔器做準(zhǔn)備，防止射孔毛刺損傷沉砂封隔器。

③采用電纜下入沉砂封隔器，在射孔段以下約2 m處坐封，建立合適的托砂人工井底，同時(shí)保持篩管在套管內(nèi)保持居中。

④組裝外層防砂管柱(防砂管防砂精度為200 μm)和內(nèi)層充填服務(wù)工具，下防砂管柱至預(yù)定位置。

⑤投球，鉆桿加正壓，坐封頂部封隔器。

⑥正、反循環(huán)測(cè)試，確認(rèn)充填通道并做好位置標(biāo)記。

⑦礫石充填防砂作業(yè)：采用密度為1.03 g/cm3隱形酸完井液、16/20目礫石進(jìn)行礫石充填，反循環(huán)沖砂，驗(yàn)充填無誤，有效充填砂量為1 816 kg，充填系數(shù)為40.2 kg/m。

⑧起出防砂管柱。

⑨下測(cè)試管柱，進(jìn)行泵抽測(cè)試作業(yè)，取得產(chǎn)能、溫度、流體樣品、開關(guān)井壓力等資料。

⑩起出測(cè)試管柱，測(cè)試作業(yè)結(jié)束，進(jìn)行封層棄井作業(yè)。

3 應(yīng)用效果分析

在墾利A油藏探井測(cè)試中引入高速水礫石充填防砂工藝，成功應(yīng)用于多口井，均求取了穩(wěn)定產(chǎn)能，為油藏評(píng)價(jià)錄取了重要數(shù)據(jù)。通過對(duì)KL-A1井和KL-A2井進(jìn)行對(duì)比，分析高速水循環(huán)充填防砂后的DST測(cè)試效果。

3.1 測(cè)試結(jié)果分析

KL-A1井第一次測(cè)試時(shí)采用常規(guī)射孔泵抽聯(lián)作工藝，因含砂量過高，螺桿泵無法正常工作，未獲取任何產(chǎn)量數(shù)據(jù)；第二次測(cè)試時(shí)采用簡(jiǎn)易防砂泵抽聯(lián)作工藝，測(cè)試產(chǎn)量短期內(nèi)迅速下降，結(jié)合井下壓力得到生產(chǎn)壓降83%，比采油指數(shù)為0.06 m3/(MPa·d·m)，達(dá)不到工業(yè)產(chǎn)能(圖2a)。鄰井KL-A2井DST測(cè)試前采用高速水循環(huán)充填防砂工藝完井，求產(chǎn)8 h，產(chǎn)量為30.7～33.2 m3/d，平均日產(chǎn)油為32.4 m3，含砂微量，生產(chǎn)壓降14.5%，比采油指數(shù)為3.25 m3/(MPa·d·m)，防砂與產(chǎn)能都達(dá)到良好的效果，為油藏評(píng)價(jià)提供了有效數(shù)據(jù)(圖2b)。

圖2 KL-A1井和KL-A2井產(chǎn)量測(cè)試數(shù)據(jù)

3.2 試井解釋對(duì)比分析

由圖3a可以看出，曲線開口幅度較大，說明儲(chǔ)層污染較嚴(yán)重，分析認(rèn)為KL-A1井測(cè)試時(shí)采取簡(jiǎn)易防砂泵抽聯(lián)作工藝造成油砂在篩套環(huán)空堆積，堵塞篩管滲流通道，由于未獲得合格的產(chǎn)能資料且關(guān)井時(shí)間較短，無法計(jì)算地層滲透率、地層系數(shù)等參數(shù)。由圖3b可以看出，曲線形態(tài)為典型的均質(zhì)無限大地層特征，通過擬合求得地層有效滲透率為0.31 μm2、表皮系數(shù)為0.933。表皮系數(shù)為正，但數(shù)值較小，說明井筒附近地層存在輕度污染，表明所選擇的防砂方式適用該類地層。

圖3 KL-A1井和KL-A2井雙對(duì)數(shù)-導(dǎo)數(shù)曲線

4 結(jié)論

(1)對(duì)于疏松、易出砂的稠油油藏DST測(cè)試時(shí)需選擇合適的防砂方式，既要對(duì)地層起到支撐作用，避免造成地層坍塌式出砂流動(dòng)，又要盡量保持地層原始狀態(tài)，達(dá)到測(cè)試的目的。

(2)結(jié)合DST測(cè)試周期及資料錄取的特殊性，優(yōu)選高速水礫石充填防砂工藝對(duì)墾利A油藏探井進(jìn)行防砂，成功地為墾利A油藏獲取勘探評(píng)價(jià)資料，對(duì)該類油藏評(píng)價(jià)具有一定的借鑒意義。