水平井分段碎石充填技术研究

水平井分段碎石充填技术研究

0水平井分段砾石充填技术预测水平井内初期砂浆管技术实现了水平井段最大的排水区。分离器能够有效地发挥砂浆作用，对井壁提供强有力的支持，避免后期防砂工作的成本高、时间长、油气田开发效率低的缺点。作为一种更先进的砂浆管技术，水平井裸眼考官填充技术已成为国外松柏砂岩储水区水平井的主要技术。但是随着低渗透油藏水平井特别是疏松砂岩油藏水平井的深入开发,长水平段水平井砾石在充填过程中极易沉降形成砂桥堵塞,从而过早中断砾石充填过程,具有管内砾石充填率低、防砂效果差和防砂寿命短的问题。为提高低渗油藏长水平段水平井的充填密实程度,单一的筛管防砂工艺已经不能够满足长水平段水平井防砂的要求,因此,研究水平井砾石分段充填技术显得特别重要。水平井裸眼分段填砂工艺技术主要采用砾石充填复合防砂筛管裸眼完井,裸眼部分进行逆向砾石充填的方案,使用充填封隔器进行分段充填,提高水平井裸眼长井段砾石充填密实效果,有效减缓或避免在生产过程中防砂筛管被堵塞,有助于提高油井产量,解决水平井筛管的堵塞问题,增强粉细砂岩、高泥质含量油藏水平井的防砂效果,延长其寿命,对低渗油藏的开发具有至关重要的作用。在阐述水平井分段砾石充填技术工艺原理和充填工具的基础上,介绍了水平井分段砾石充填技术在胜利油田单56-平23井的现场应用情况。应用结果表明,分段砾石充填技术充填均匀可靠,效果理想,可避免长井段充填时因砂沉积在某一段而无法继续填砂的风险,有效提高了水平井裸眼长井段砾石充填密实程度。1水平井裸眼分段填充技术1.1外管柱总成部分工艺管柱包括生产管柱、坐封管柱、循环充填管柱及对接装置、压裂管柱及对接装置、外管柱总成及充填管柱总成,如图1所示。外管柱总成自下而上依次为:丝堵+充填管柱总成(充填服务工具下端、充填工具、对接器下部)+密封筒+充填工具+筛管+密封筒+管外封隔器+密封筒+充填工具+筛管+密封筒+管外封隔器+密封筒+充填工具+筛管+免钻塞+套管串至井口。内管柱(对接管柱)自下而上依次为:对接器+油管串至井口。1.2防砂管柱和外管柱的充填系统利用管外封隔器实现分段和充填施工,采用底部逆向充填的循环方式,携砂液通过充填服务器和底部充填装置,自井底向完井防砂筛管段顶部实现循环充填。防砂管柱包括外管柱及内管柱。将外管柱总成下至设计井深,注水泥固井,然后下入对接管柱试压,上提管柱至坐封裸眼封隔器位置,坐封封隔器,再将下放管柱打开,充填通道进行充填施工。1.3充填管柱的确定管外封坐封工艺为:下外管柱→上部地层固井→下坐封管柱→加压坐封→泄压上提管柱→加压坐封→泄压提出坐封管柱。挤压循环充填工艺为:下对接管柱并试压→上提下放打开充填孔→循环充填→泄压、上提下放管柱打开充填口→循环充填→泄压、上提下放管柱打开充填口→循环充填→泄压提出充填管柱。砂岩油层则要用滤砂管对每段进行分段循环充填防砂,高压低渗透油层则采用打孔筛管对每段分别进行压裂充填。1.4地层充填水平井防砂技术(1)1趟管柱实现多趟充填施工,缩短作业时间,节约成本;(2)能有效分层,避免因渗透率差异导致砂沉降造成砂桥或充填不实的现象;(3)可封堵严重出水层,防止水窜,达到控水增油的目的;(4)施工工艺简单,成功率高,对油层污染小,防砂效果好;(5)高效率的砾石充填层可以防止局部地层坍塌,保持井壁稳定;(6)可用于不同油层常规及热采滤砂管水平井防砂,满足高温深井的要求;(7)可用于φ139.7、φ177.8和φ244.5mm(51/2、7、95/8ue6f7in)套管射孔完井,及对疏松砂岩油层、稠油油藏、遍边底水油藏及断块油藏进行开发。2主要石材填充设备2.1砂胶结充填材料研制了新型砾石充填专用复合防砂筛管,其过滤层由绕丝管和不锈钢网组成,大大提高了防砂筛管的耐冲蚀能力和筛管的强度。在基管外直接包裹1层绕丝管,绕丝管采用不锈钢丝轧制后缠绕而成,缓解了泥土、稠油和粉细砂对滤砂管造成的堵塞,同时提高了筛管的强度和耐冲蚀性能,起主要保护作用。其外又包裹过滤网,过滤网为不锈钢金属材料,强度高,结构稳定,孔隙率高,表面积大,孔径分布均匀,不易被颗粒堵塞,易清洗,具有优异的过滤性能。最外部为拉伸冲孔外保护结构,提高了防砂管柱在长井段充填过程中抵抗携砂流体冲蚀能力。新型砾石充填复合防砂筛管性能参数如表1所示。双层过滤结构大大提高了防砂筛管的挡砂性能,在循环充填施工以及返排过程中,细小砂粒及泥质等地层微粒经过筛管时被有效过滤,减小了携砂液对过滤层的冲蚀作用,同时,绕丝管结构紧密,提高了基管的抗挤强度,在滤砂管表面被压实后仍然能保持良好的过滤性能。2.2管外裸眼分段充填工艺充填封隔器是实现水平井分段连续充填的关键工具。该工具随充填内管工具下至水平井筛管段,坐封后将防砂筛管内环空分隔成几段,在充填施工时,携砂液首先从完井防砂筛管顶部及首级封隔器密封的筛管上端开始回流,砾石自筛管外上端裸眼井段开始充填,当第1级充填封隔器上部的裸眼环空填满时,充填砾石沉积层逐渐延伸到第1级封隔器以下,这时携砂液通过筛管进入油套环空的流动阻力增大,在封隔器上、下形成一个水力压差,当这一压差上升到一定值时,封隔器内部转换通道打开,封隔器解封,也就打开了下一井段砾石充填的携砂液循环通道,这时就能继续充填第2段砾石。依次逐段充填,完成全井段管外裸眼分段砾石充填施工。充填封隔器主要由上接头、阀系、外管、胶筒、中心管、胶筒座和下接头等组成,其结构如图2所示。充填封隔器性能参数如表2所示。2.3充填管柱及反循环清洗泥饼工艺充填洗井总成接在裸眼砾石充填防砂完井管柱最下端,随完井管柱一起下入,是实现充填施工的关键工具。其主要作用是建立油层套管与裸眼环空及地层之间的充填及洗井、循环通道。充填时内管工具打开循环通道,携砂液通过内管、充填洗井总成进入裸眼环空及地层,充填完毕上提内管工具后充填循环通道关闭。同时,下入酸洗内管工具可以打开循环通道,进行反循环清洗泥饼施工。该工具一次管柱实现酸洗、砾石充填施工,工艺简单、效率高,优化了逆向充填装置。充填工具设计了充填洗井总成定位机构,确保充填洗井总成与底部充填服务器2个循环口一致,防止携砂液在充填过程中对充填工具的冲蚀破坏,具有双级密封功能,在充填施工完成后,确保充填服务器循环口可靠关闭,杜绝了因循环口关闭不严导致的防砂失效问题。充填洗井总成主要由上接头、内插座、阀体、本体、弹簧和导向头几部分组成,其性能参数如表3所示。3先导试验2口井井单目前,水平井分段填砂技术在胜利油田先导试验2口井,分别为单56-平23井和单56-平25井。下面以单56-平23井为例,介绍其现场应用情况。3.1井底井结构及井管串结构单56-平23井完井日期2013年5月21日,完钻井深1536.00m,联入4.75m,油补距4.15m,造斜点758.09m。油层套管参数:外径177.8mm,壁厚9.19mm,下深1522.52m。人工井底1517.62m,水泥返高0m,最大井斜90.90°,最大深度1425.30m,油层垂直深度1138.00m。完井管串结构:引鞋+φ195.0mm底部充填工具4.9m+φ177.8mm复合防砂管55.21m+φ219.0mm热力补偿器2.72m+φ214.0mm层间隔离封隔器4.6m+φ177.8mm短套管2.09m+φ177.8mm复合防砂管44.45m+φ216.0mm顶部充填工具+φ177.8mm复合防砂管22.27m+φ219.0mm热力补偿器2.72m+φ177.8mm套管11.08m+φ215.0mm免钻塞分级箍注水泥装置5.98m+套管串至井口。防砂管柱结构见图3。3.2裸眼水平井分段充填防砂施工防砂施工历时9d,从先期钻井完井工具下入坐封裸眼封隔器,打开充填滑套,到后期充填防砂整个过程施工顺利,无异常情况。裸眼水平井分段充填防砂施工工艺应用成功。具体施工过程如下。3.2.1入速度210通井至底部充填工具上端,要求通井规下入速度小于20根/h,分阶段反循环钻井液,替浆排量大于0.8m3/min,彻底将井筒内钻井液及污物替干净。3.2.2管柱的压封下入管外封坐封管柱(自下而上):坐封工具(单流阀+密封杆+出液孔+密封杆)3.98m+φ88.9mm(31/2in)油管串至井口。坐封工具下至裸眼隔离封隔器以下(1460.5m)时,计算好管柱,水泥车小排量正加压,缓慢上提管柱0.5m,待压力有上升显示时,继续加压至9MPa,压力突降,销钉剪断,使封隔器充分坐封。继续加压至6MPa,关闭裸眼封隔器进水通道,起出坐封管柱。3.2.3无砂砂胶结充填工艺方案①下底部充填工具φ108mm密封插头+φ88.9mm(31/2in)油管串至井口。下至离底部充填工具10m时,水泥车开泵循环边冲边下,随时观察压力的变化情况。待压力升高时,下放加压60~80kN,将密封插头插入充填工具内腔,打开充填通道。正循环洗井:用本区脱油热污水30m3大排量正循环洗井1周。连接地面管线,试压35MPa,稳压5min不刺不漏,合格。按照施工泵注程序进行下层挤压充填施工。②循环充填:当加完设计砂量(35m3)或施工压力达到施工限压时,加顶替液6.8m3,缓慢打开套管闸门,控制排量0.8m3/min,用含砂质量分数6%~8%的石英砂1.0m3进行循环充填,随时观察压力变化情况,达到施工限压时停止加砂,加顶替液6.8m3。底部充填施工参数见表4。③反循环洗井:加完设计砂量时上提管柱1.5m,用本区脱油污水30m3反循环洗井1周以上,洗出多余的砂子直至井口干净为止,底层充填结束。④上提管柱:起出底部充填防砂管柱。3.2.4无砂仓管循环充填工艺①下φ154mm密封插头+充填服务器+油管串至井口。快下放到位时,开泵边冲边下,随时观察压力的变化情况,当压力升高时,停泵,下放加压50~60kN打开充填通道。②正循环洗井:用本区脱油热污水30m3大排量正循环洗井1周以上。③挤压充填:连接地面管线,管线试压35MPa,稳压5min不刺不漏,合格。按照施工泵注程序进行下层挤压充填施工。循环充填:当加完设计砂量(40m3)或施工压力达到施工限压时,加顶替液6.2m3,缓慢打开套管闸门,控制排量0.8m3/min,用含砂质量分数6%~8%的石英砂1.4m3进行循环充填,随时观察压力变化情况,达到施工限压时停止加砂,加顶替液6.2m3。顶部充填施工参数如表5所示。④反循环洗井:上提管柱2.0m,用本区脱油污水30m3反循环洗井1周以上,洗出多余的砂子至井口干净为止。⑤验滑套关闭情况:下放管柱1.0m,油管