水平井裸眼碎石充填技术研究

水平井裸眼碎石充填技术研究

裸眼砾石填充是近年来对弱结合水平井的主要防砂技术。它保持了水平井的油藏接触面积大的优点,同时又达到了防砂的目的,而且持续防砂效果良好。目前该技术在国外应用非常广泛,并已经应用于深水领域。国内已开展了相关的基础研究和室内模拟试验,并逐步开展现场应用。渤中34-1油田某区块位于渤海南部海域,属于渤中34油田群,油田范围内平均水深20.5m。该批次水平井生产主力层段属明化镇河流相沉积,储层孔隙度分布范围7.4%～42.8%(平均30.3%),渗透率分布范围1.6×10-3～5604×10-3μm2(平均643×10-3μm2),具有中高孔渗的物性特征。油藏推荐以水平井结合定向井的采油方案,采用不规则井网开发,井距约500m。该批次完井水平井9口,其中6口井计划使用梯级筛管加裸眼砾石充填防砂完井,3口井使用梯级独立优质筛管完井,9口井均下入普通电泵生产管柱及井下测压设备。在该油田6口水平井裸眼砾石充填作业中,除A18H井因钻遇长泥岩段改为独立筛管完井外,其他5口井均成功实施砾石充填完井,投产后生产状况良好。该技术的成功应用为其他同类型油田水平井完井提供了很好的借鉴和参考。1裸眼砾石充填工艺当使用低粘度的盐水作为携砂液时,充填过程可以用“α-β”波来表示(如图1所示)。当砂浆进入水平段后由于流速降低,部分砾石在筛管-井眼环空底部沉积,并形成高度比较稳定的砂堤,砾石在砂堤前缘持续沉积,砂堤前缘不断从井眼根部向趾部推进,推进的过程可以用α波来描述。当砂堤前缘到达筛管底部后,开始反向充填砂堤面与井眼顶部空缺部分,直至充填完毕,反向充填过程用β波来描述。对于水平井裸眼砾石充填,井斜角可认为是一个常量(始终水平),砾石的尺寸和密度也始终不变,成功的砾石充填必须着眼于以下几个方面:①携砂液粘度和密度;②砂浆浓度;③地面充填排量。根据室内实验研究和现场实践表明,较之高粘度的胶液,低粘度的盐水作为携砂液充填效果和压实程度较好,不容易留下空洞。另外由于避免了胶液残余的影响,能最大限度保持充填部分井段的原始渗透率。为避免充填时提前发生桥堵,应尽量采用低浓度砂浆携砂,一般加砂比(砂浆重量比携砂液体积)为60～120kg/m3。地面充填排量是影响充填作业的最主要因素之一,排量的选取既要求携砂液能把砾石携带到井底并尽量避免提前桥堵,尤其在水平段较长时,还要考虑到裸眼地层的承压能力以及地面设备状况等众多因素。通常需要专门的设计软件优选出合适的地面充填排量。在整个作业过程中保持水力正压差(即作用在裸眼地层上的井内液柱压力高于地层孔隙压力)来保护滤饼并控制漏失是成功进行充填的关键条件。保护滤饼能降低充填过程中井眼垮塌的机率,并能控制携砂液漏失。较高的携砂排量和较低的携砂液漏失才能将砾石携带至井底,保证充填质量。文献指出,结合合适的充填工具和施工过程控制,极长水平段的水平井同样可以进行裸眼砾石充填。水平段超过8000英尺(2438m)的水平井已经成功充填。2充分利用施工工具和施工程序2.1保护滤饼与网络总成控制原理该次作业所采用的砾石充填系统总成,能保证在整个充填作业以及所有管柱活动时,保持水力沟通,确保对裸眼地层的正压差,实现保护滤饼目的,满足裸眼砾石充填的要求。同时该工具总成可以满足充填完毕后,不起管柱进行破胶作业,节省平台时间。该充填系统如图2所示,主要由砾石充填总成(外部管柱)和服务工具(内部工具)组成。砾石充填总成包括顶部封隔器、延伸筒、充填滑套及密封筒等。服务工具包括液压坐封脱手工具、砾石充填转换工具、防抽吸工具、滑套开关工具、定位锁定套爪等。2.2充填料均匀性试验①刮管洗井,清洗管柱;②替浆,裸眼段内为无固相完井液;③下防砂管柱至设计深度,连接地面设备管线并试压合格;④坐封封隔器,并脱手服务工具;⑤确定服务工具挤注、循环和反循环位置,验封封隔器;⑥在循环位置进行循环测试;⑦砾石充填作业,出现脱砂压力停泵;⑧反循环出管柱内的砾石;⑨更改循环通道,替破胶剂破胶,观察漏失;⑩起服务工具,进行上部完井。3充填砂位设计及充填效率该区块A6H井的砾石充填作业中,合计下入星牌筛管17根,筛管顶深2279m,高出244.48mm套管鞋6.02m。该次充填采用20/40目人工陶粒,按照228.60mm裸眼直径计算预计充填砂量8806kg,作业中平均泵注排量0.97m3/min,加砂比60kg/m3,脱砂压力10.69MPa。充填作业从加砂到最后脱砂历经3小时20分钟。实际充填陶粒9744kg,充填效率111%。依据初始泵注设计,在防砂工具总成中下入压差转向阀1个,在充填过程中成功开启,有效降低了地面泵压,保证了整个充填过程的安全顺利进行。渤中34-1油田5口水平井裸眼砾石充填防砂作业综合数据如表1所示。4加强采空区充填管理水平井裸眼砾石充填技术是一项发展较为成熟、应用非常广泛的用于弱胶结地层的防砂完井技术。该技术在渤海34-1油田某区块的成功实施,为其他同类型油田水平井完井提供了很好的借鉴和参考。在该技术的应用方面取得了如下的认识:1)钻进目的层段要注意保护储层以及滤饼,在清洗井筒和替浆时更应该注意保护滤饼,防止井壁垮塌和降低漏失率,尤其对于钻遇泥岩段情况。2)充填排量是影响充填作业的最主要因素之一,充填排量的选择既要考虑到携砂液能把砾石携带到井底并尽量避免提前桥堵,尤其对于水平段较长时,还有裸眼地层的承压能力以及地面设备状况等多方面因素,选择合适的地面排量。