水平井裸眼碎石充填技術(shù)研究

裸眼礫石填充是近年來對弱結(jié)合水平井的主要防砂技術(shù)。它保持了水平井的油藏接觸面積大的優(yōu)點(diǎn),同時又達(dá)到了防砂的目的,而且持續(xù)防砂效果良好。目前該技術(shù)在國外應(yīng)用非常廣泛,并已經(jīng)應(yīng)用于深水領(lǐng)域。國內(nèi)已開展了相關(guān)的基礎(chǔ)研究和室內(nèi)模擬試驗,并逐步開展現(xiàn)場應(yīng)用。渤中34-1油田某區(qū)塊位于渤海南部海域,屬于渤中34油田群,油田范圍內(nèi)平均水深20.5m。該批次水平井生產(chǎn)主力層段屬明化鎮(zhèn)河流相沉積,儲層孔隙度分布范圍7.4%～42.8%(平均30.3%),滲透率分布范圍1.6×10-3～5604×10-3μm2(平均643×10-3μm2),具有中高孔滲的物性特征。油藏推薦以水平井結(jié)合定向井的采油方案,采用不規(guī)則井網(wǎng)開發(fā),井距約500m。該批次完井水平井9口,其中6口井計劃使用梯級篩管加裸眼礫石充填防砂完井,3口井使用梯級獨(dú)立優(yōu)質(zhì)篩管完井,9口井均下入普通電泵生產(chǎn)管柱及井下測壓設(shè)備。在該油田6口水平井裸眼礫石充填作業(yè)中,除A18H井因鉆遇長泥巖段改為獨(dú)立篩管完井外,其他5口井均成功實(shí)施礫石充填完井,投產(chǎn)后生產(chǎn)狀況良好。該技術(shù)的成功應(yīng)用為其他同類型油田水平井完井提供了很好的借鑒和參考。1裸眼礫石充填工藝當(dāng)使用低粘度的鹽水作為攜砂液時,充填過程可以用“α-β”波來表示(如圖1所示)。當(dāng)砂漿進(jìn)入水平段后由于流速降低,部分礫石在篩管-井眼環(huán)空底部沉積,并形成高度比較穩(wěn)定的砂堤,礫石在砂堤前緣持續(xù)沉積,砂堤前緣不斷從井眼根部向趾部推進(jìn),推進(jìn)的過程可以用α波來描述。當(dāng)砂堤前緣到達(dá)篩管底部后,開始反向充填砂堤面與井眼頂部空缺部分,直至充填完畢,反向充填過程用β波來描述。對于水平井裸眼礫石充填,井斜角可認(rèn)為是一個常量(始終水平),礫石的尺寸和密度也始終不變,成功的礫石充填必須著眼于以下幾個方面:①攜砂液粘度和密度;②砂漿濃度;③地面充填排量。根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗研究和現(xiàn)場實(shí)踐表明,較之高粘度的膠液,低粘度的鹽水作為攜砂液充填效果和壓實(shí)程度較好,不容易留下空洞。另外由于避免了膠液殘余的影響,能最大限度保持充填部分井段的原始滲透率。為避免充填時提前發(fā)生橋堵,應(yīng)盡量采用低濃度砂漿攜砂,一般加砂比(砂漿重量比攜砂液體積)為60～120kg/m3。地面充填排量是影響充填作業(yè)的最主要因素之一,排量的選取既要求攜砂液能把礫石攜帶到井底并盡量避免提前橋堵,尤其在水平段較長時,還要考慮到裸眼地層的承壓能力以及地面設(shè)備狀況等眾多因素。通常需要專門的設(shè)計軟件優(yōu)選出合適的地面充填排量。在整個作業(yè)過程中保持水力正壓差(即作用在裸眼地層上的井內(nèi)液柱壓力高于地層孔隙壓力)來保護(hù)濾餅并控制漏失是成功進(jìn)行充填的關(guān)鍵條件。保護(hù)濾餅?zāi)芙档统涮钸^程中井眼垮塌的機(jī)率,并能控制攜砂液漏失。較高的攜砂排量和較低的攜砂液漏失才能將礫石攜帶至井底,保證充填質(zhì)量。文獻(xiàn)指出,結(jié)合合適的充填工具和施工過程控制,極長水平段的水平井同樣可以進(jìn)行裸眼礫石充填。水平段超過8000英尺(2438m)的水平井已經(jīng)成功充填。2充分利用施工工具和施工程序2.1保護(hù)濾餅與網(wǎng)絡(luò)總成控制原理該次作業(yè)所采用的礫石充填系統(tǒng)總成,能保證在整個充填作業(yè)以及所有管柱活動時,保持水力溝通,確保對裸眼地層的正壓差,實(shí)現(xiàn)保護(hù)濾餅?zāi)康?滿足裸眼礫石充填的要求。同時該工具總成可以滿足充填完畢后,不起管柱進(jìn)行破膠作業(yè),節(jié)省平臺時間。該充填系統(tǒng)如圖2所示,主要由礫石充填總成(外部管柱)和服務(wù)工具(內(nèi)部工具)組成。礫石充填總成包括頂部封隔器、延伸筒、充填滑套及密封筒等。服務(wù)工具包括液壓坐封脫手工具、礫石充填轉(zhuǎn)換工具、防抽吸工具、滑套開關(guān)工具、定位鎖定套爪等。2.2充填料均勻性試驗①刮管洗井,清洗管柱;②替漿,裸眼段內(nèi)為無固相完井液;③下防砂管柱至設(shè)計深度,連接地面設(shè)備管線并試壓合格;④坐封封隔器,并脫手服務(wù)工具;⑤確定服務(wù)工具擠注、循環(huán)和反循環(huán)位置,驗封封隔器;⑥在循環(huán)位置進(jìn)行循環(huán)測試;⑦礫石充填作業(yè),出現(xiàn)脫砂壓力停泵;⑧反循環(huán)出管柱內(nèi)的礫石;⑨更改循環(huán)通道,替破膠劑破膠,觀察漏失;⑩起服務(wù)工具,進(jìn)行上部完井。3充填砂位設(shè)計及充填效率該區(qū)塊A6H井的礫石充填作業(yè)中,合計下入星牌篩管17根,篩管頂深2279m,高出244.48mm套管鞋6.02m。該次充填采用20/40目人工陶粒,按照228.60mm裸眼直徑計算預(yù)計充填砂量8806kg,作業(yè)中平均泵注排量0.97m3/min,加砂比60kg/m3,脫砂壓力10.69MPa。充填作業(yè)從加砂到最后脫砂歷經(jīng)3小時20分鐘。實(shí)際充填陶粒9744kg,充填效率111%。依據(jù)初始泵注設(shè)計,在防砂工具總成中下入壓差轉(zhuǎn)向閥1個,在充填過程中成功開啟,有效降低了地面泵壓,保證了整個充填過程的安全順利進(jìn)行。渤中34-1油田5口水平井裸眼礫石充填防砂作業(yè)綜合數(shù)據(jù)如表1所示。4加強(qiáng)采空區(qū)充填管理水平井裸眼礫石充填技術(shù)是一項發(fā)展較為成熟、應(yīng)用非常廣泛的用于弱膠結(jié)地層的防砂完井技術(shù)。該技術(shù)在渤海34-1油田某區(qū)塊的成功實(shí)施,為其他同類型油田水平井完井提供了很好的借鑒和參考。在該技術(shù)的應(yīng)用方面取得了如下的認(rèn)識:1)鉆進(jìn)目的層段要注意保護(hù)儲層以及濾餅,在清洗井筒和替漿時更應(yīng)該注意保護(hù)濾餅,防止井壁垮塌和降低漏失率,尤其對于鉆遇泥巖段情況。2)充填排量是影響充填作業(yè)的最主要因素之一,充填排量的選擇既要考慮到攜砂液能把礫石攜帶到井底并盡量避免提前橋堵,尤其對于水平段較長時,還有裸眼地層的承壓能力以及地面設(shè)備狀況等多方面因素,選擇合適的地面排量。