劉永順

水平井裸眼礫石充填管柱改進(jìn)與應(yīng)用

劉永順

（中石化勝利油田采油工藝研究院，山東東營(yíng)257000）

礫石充填對(duì)于提高粉細(xì)砂巖和高泥質(zhì)含量油藏的防砂成功率和延長(zhǎng)防砂有效期具有明顯的效果?，F(xiàn)有裸眼礫石充填管柱存在管柱到位無(wú)顯示、充填總成關(guān)閉不嚴(yán)、阻流器分段效果差、環(huán)空充填率低等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了具有工具到位信號(hào)顯示、充填口自扶正和雙級(jí)密封功能的底部充填裝置和壓差式阻流器，提高了工具可靠性?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，改進(jìn)后的工藝管柱施工成功率100%，平均環(huán)空充填率98%。

水平井；濾砂管完井；礫石充填；工具

水平井裸眼礫石充填是將濾砂管和裸眼環(huán)空充填上一層致密礫石，與單純的濾砂管防砂完井相比具有很大的優(yōu)越性［1］。

1） 礫石充填層可以防止井壁坍塌，保持井壁穩(wěn)定。

2） 形成高滲透擋砂屏障，有效避免粉細(xì)砂和泥質(zhì)含量高導(dǎo)致的供液能力差、近井地帶堵塞，延長(zhǎng)防砂有效期。

3） 提高油井完善程度，明顯改善稠油、超稠油油藏近井地帶流通能力，降低注汽壓力。

4） 滿足水平井高強(qiáng)度采液要求［2-3］。

勝利油田主要應(yīng)用逆向充填工藝［4-7］，即先期完井下入底部充填裝置和濾砂管，后期作業(yè)下入充填服務(wù)器，打開充填總成，建立濾砂管內(nèi)外的循環(huán)通道，攜砂液通過(guò)充填服務(wù)器、底部充填裝置，自井底向?yàn)V砂管頂部循環(huán)，礫石從頂部往下沉積，將濾砂管環(huán)空充填一道礫石屏障；充填完畢，上提出充填服務(wù)器，底部充填裝置循環(huán)口關(guān)閉，完成充填施工。為了防止充填過(guò)程中形成砂橋，保證長(zhǎng)裸眼井段充填密實(shí)效果，使用阻流器進(jìn)行分段充填［8-9］。目前存在的問(wèn)題主要有：

1） 無(wú)法判斷管柱是否完全到位，特別是充填管柱上帶有服務(wù)器、阻流器等多個(gè)大直徑工具，會(huì)誤將下入過(guò)程中遇阻認(rèn)為管柱已到位。

2） 服務(wù)器循環(huán)口與充填總成循環(huán)口未對(duì)正，造成循環(huán)不通。

3） 雜質(zhì)和充填砂會(huì)殘留在充填總成的密封位置，使其關(guān)閉不嚴(yán)，投產(chǎn)后容易吐砂。

4） 現(xiàn)有阻流器采用下壓坐封，在下鉆過(guò)程中會(huì)有銷釘剪斷提前坐封的風(fēng)險(xiǎn)。

本文介紹了底部充填裝置和阻流器的改進(jìn)方法。

1　底部充填裝置技術(shù)分析

1．1 工具結(jié)構(gòu)

底部充填裝置主要包括充填總成和充填服務(wù)器2部分。充填總成主要包括插管座、密封件、外筒、上接頭、定位鍵、內(nèi)筒、滑套、彈簧座、彈簧、支撐桿、下接頭、信號(hào)銷釘、信號(hào)塊、固定銷釘、扭簧、碟板閥等；充填服務(wù)器主要包括插管頭、插管。其結(jié)構(gòu)如圖1～2。

圖1　充填總成結(jié)構(gòu)示意

圖2　充填服務(wù)器結(jié)構(gòu)示意

1．2 工作原理

完井階段將充填總成隨濾砂管下入，后期將充填服務(wù)器隨充填管柱下入。當(dāng)插管到達(dá)密封套時(shí)，井口懸重下降，繼續(xù)加壓30 k N可將信號(hào)銷釘剪斷，井口懸重恢復(fù)，說(shuō)明管柱已下至設(shè)計(jì)位置；繼續(xù)下放插管，壓縮彈簧，推動(dòng)密封套下行露出內(nèi)筒循環(huán)口，同時(shí)兩組密封件將插管密封，服務(wù)器的定位槽與定位鍵自扶正，使插管循環(huán)口與內(nèi)筒循環(huán)口對(duì)正，即可進(jìn)行酸洗泥餅、礫石充填作業(yè)。充填完畢后，上提出充填服務(wù)器，彈簧推動(dòng)密封套上行復(fù)位，關(guān)閉內(nèi)筒循環(huán)口，同時(shí)碟板閥在扭簧作用下關(guān)閉，形成雙級(jí)密封。

1．3 性能參數(shù)

充填總成長(zhǎng)度2 750 mm

充填總成最大外徑195 mm

連接螺紋7 BCSG或7 LCSG（適用于熱采井）

信號(hào)銷釘剪斷力30 k N

密封壓力25 MPa

充填服務(wù)器長(zhǎng)度1 200 mm

充填服務(wù)器外徑70 mm

1．4 技術(shù)特點(diǎn)

1） 操作方便，可以一趟管柱完成對(duì)裸眼直井、斜井、水平井的替漿、泥餅酸洗和礫石充填施工。

2） 增加了工具到位的信號(hào)顯示設(shè)計(jì)，可以根據(jù)懸重變化判斷工具是否到位。

3） 服務(wù)器的定位槽與充填總成里的定位鍵自扶正，使得內(nèi)外充填口自動(dòng)對(duì)正。

4） 密封套和碟板閥雙級(jí)密封，施工完畢充填口關(guān)閉良好。

2　壓差式阻流器技術(shù)分析

2．1 工具結(jié)構(gòu)

壓差式阻流器主要包括上接頭、缸套、閥系、上連接套、膠筒、中心管、下連接套、下接頭。其結(jié)構(gòu)如圖3，閥系包括坐封閥系和解封閥系，安裝在上連接套上，其結(jié)構(gòu)如圖4。

圖3　壓差式阻流器結(jié)構(gòu)示意

圖4　閥系結(jié)構(gòu)示意

2．2 工作原理

將數(shù)級(jí)壓差式阻流器隨充填管柱下至濾砂管段，油管開泵，阻流器膠筒開始坐封，當(dāng)壓力達(dá)到4 MPa時(shí)，坐封閥體將坐封剪釘剪斷，封死進(jìn)液通道，使膠筒無(wú)法回彈，將濾砂管內(nèi)環(huán)空分隔成數(shù)段。在充填施工時(shí)，攜砂液從油管注入，經(jīng)充填總成進(jìn)入裸眼環(huán)空，首先從第1級(jí)阻流器密封的濾砂管上端回流至油套環(huán)空，充填砂自濾砂管上端裸眼井段開始充填；當(dāng)?shù)?級(jí)阻流器上部的裸眼環(huán)空填滿時(shí)，充填砂沉積層逐漸延伸到第1級(jí)阻流器以下，這時(shí)攜砂液進(jìn)入油套環(huán)空的流動(dòng)阻力增大，在阻流器上下形成一個(gè)水力壓差，當(dāng)壓差達(dá)到12 MPa時(shí)，解封閥體將解封剪釘剪斷，打開阻流器進(jìn)液通道，使膠筒解封，也就打開了下一井段礫石充填的攜砂液循環(huán)通道，繼續(xù)充填第2段砂子。依次逐段充填，完成全裸眼井段礫石充填施工。

2．3 性能參數(shù)

阻流器最大外徑145 mm

阻流器內(nèi)通徑73 mm

連接螺紋3 TBG

坐封壓力4 MPa

解封壓力12 MPa

2．4 技術(shù)特點(diǎn)

1） 利用封隔器將濾砂管分段，有效避免充填過(guò)程中形成砂橋，保證充填效果密實(shí)。

2） 靠壓差實(shí)現(xiàn)封隔器坐封和解封，安全可靠，操作方便。

3） 內(nèi)通徑大，不干擾攜砂液流動(dòng)。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

改進(jìn)后的裸眼礫石充填管柱在坨926-平42等62口井進(jìn)行了應(yīng)用，施工成功率100%，平均環(huán)空充填率98%。現(xiàn)以草2-平02井為例進(jìn)行說(shuō)明。

3．1 管柱組成

完井管柱組合（自下而上）：充填總成＋短套管1根＋精密濾砂管串＋套管1根＋免鉆塞裝置＋套管串至井口。

充填管柱組合（自下而上）：充填服務(wù)器＋球座＋油管＋阻流器1＋油管＋阻流器2＋油管＋阻流器3＋油管＋阻流器4＋油管串至井口。

管柱組合如圖5。

圖5　下井完井管柱和充填管柱示意

3．2 施工過(guò)程

1） 完井階段下入完井管柱組合，固井。

2） 下入充填管柱組合，當(dāng)管柱下至預(yù)定位置時(shí)，井口懸重下降，繼續(xù)下放管柱，加壓30 k N以上，觀察井口懸重變化，若懸重恢復(fù)，說(shuō)明充填服務(wù)器到達(dá)充填總成位置，繼續(xù)下放至懸重為0，坐好井口。

3） 油管內(nèi)加壓4 MPa，使阻流器座封，繼續(xù)加壓至10 MPa將球座打掉，反循環(huán)進(jìn)行替泥漿、酸洗施工，排量1．2 m3／min，共泵入酸液230 m3。

4） 正循環(huán)進(jìn)行礫石充填施工，施工排量1．2 m3／min，壓力1．5 MPa。當(dāng)泵壓從1．5 MPa上升至20 MPa，充填施工結(jié)束。上提油管關(guān)閉充填總成循環(huán)口，進(jìn)行反洗井至井口無(wú)砂。

5） 回探無(wú)砂后，起出充填管柱，下入生產(chǎn)管柱投產(chǎn)。

3．3 施工效果

本次施工共加砂8．6 m3，環(huán)空充填率98．3%，滿足設(shè)計(jì)要求。該井注汽投產(chǎn)，初期日產(chǎn)液66．4噸，日產(chǎn)油37．3 t，含水43．8%，周期累產(chǎn)油1 228 t，平均日產(chǎn)液31．8 t，日產(chǎn)油14．1 t，含水55．6%，油汽比0．61，較同區(qū)塊未充填的水平井產(chǎn)液、產(chǎn)油能力有了大幅度的提高，取得了較好的開發(fā)效果。

4　結(jié)論

1） 改進(jìn)后的裸眼礫石充填管柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該工藝管柱大幅提高了施工成功率和環(huán)空充填率。

2） 底部充填裝置設(shè)計(jì)有管柱到位顯示、充填口自動(dòng)對(duì)正、雙級(jí)密封功能，解決了以前工具不能判斷是否到位、充填口循環(huán)不通、密封性能差的問(wèn)題。

3） 設(shè)計(jì)的阻流器依靠壓差實(shí)現(xiàn)坐封和解封，安全可靠，提高了充填效果。

［1］ 萬(wàn)仁溥．現(xiàn)代完井工程［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2000．

［2］ 王增林，張全勝．勝利油田水平井完井及采油配套技術(shù)［J］．油氣地質(zhì)與采收率，2008，15（6）：1-5．

［3］ 趙金洲，趙金海，楊海波，等．勝利油田水平井完井技術(shù)現(xiàn)狀及研究展望［J］．石油鉆采工藝，2009，31（6）：4-8．

［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．

［5］ 傅文偉，張吉江，王明沖．新型裸眼礫石充填工具在海上邊際油田的應(yīng)用［J］．石油礦場(chǎng)機(jī)械，2010，39（5）：46-49．

［6］ 周思宏．水平井裸眼充填防砂配套技術(shù)研究與應(yīng)用［J］．石油天然氣學(xué)報(bào)，2008，30（6）：318-320．

［7］ 危禮華，欒紅，王津．埕島油田水平井裸眼防砂完井配套技術(shù)［J］．石油天然氣學(xué)報(bào)，2007，29（3）：302-304．

［8］ 李愛芬，楊柳．水平井礫石充填數(shù)值模擬研究［J］．石油學(xué)報(bào)，2002，23（1）：102-106．

［9］ 胥銳一，魏斌，韓德民．水平井礫石充填防砂模擬研究［J］．油氣采收率技術(shù)，1998，6（2）：64-69．

Improvement and Application of Openhole Gravel Packing Column for Horizontal Wells

LIU Yongshun
（Research Institute of Oil Production Technology，Shengli Oilfield Company，Dongying 257000，China）

Gravel packing sand control is obviously effective in enhancing the sand control success ratio and extending the sand control longevity for pulps sandstone．The existing openhole gravel packing column has some deficiencies such as no signal displaying while the column reaches the designated position，incompletely sealed effect of bottom gravpack-integration，poorly sectional effect of detention-component，and lower compaction percentage of screen casing annulus．A specific improvement was done．A bottom gravpack-integration with reaching event marker，self-action circulation port were registered，two-stage isolation and a detention-component based on hydraulic pressure difference were developed．Field application indicated that operating success ratio of improved column is 100%，and average compaction percentage of screen casing annulus is 98%．

horizontal well；screen completion；gravel packing sand control；tool

TE925．303

B

10．3969／j．issn．1001-3482．2015．02．013

1001-3482（2015）02-0060-04

2014-07-25

劉永順（1987-），男，山東壽光人，2010年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事完井工藝技術(shù)的研究與推廣工作，E-mail：liuyongshun．slyt＠sinopec．com。

2014-07-25

劉國(guó)祥（1980-），男，山東陵縣人，工程師，2004年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），主要從事固完井工具及工藝方面研究，E-mail：lgx＠shelfoil．com。