激光割縫篩管-壓裂碎石防砂技術(shù)研究

激光割縫篩管-壓裂碎石防砂技術(shù)研究

1松松井、氣井出砂防、排綜合配套技術(shù)激光切縫編輯-壓力損失填充防砂技術(shù)是近年來開發(fā)開發(fā)出的一種新防砂技術(shù)。在嚴(yán)重清除石油和氣井中的砂和礫石時(shí)，采用了一種嚴(yán)重的防御和排砂技術(shù)。它的縫寬度可在0.15～0.45mm之間調(diào)節(jié),極大地提高了防砂的成功率。它的優(yōu)點(diǎn)在于不易對油氣井產(chǎn)生淤堵現(xiàn)象,滲透性好,擋砂能力強(qiáng),是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用型防砂技術(shù)。2工藝原理和技術(shù)2.1采用循環(huán)充填工藝將篩管,封隔器,中心管,填充接頭連好下入井內(nèi),篩管正對油層。正替清水,灌滿井筒。對于地層虧空大的油井采用擠壓充填,即關(guān)閉套管閥門,由攜砂液攜砂通過填砂接頭,進(jìn)篩管與套管環(huán)空擠入地層虧空處,當(dāng)?shù)貙犹铒柡?砂子堆積篩管與套管環(huán)空,泵壓升高,當(dāng)泵壓升到設(shè)計(jì)值后,開套管閥門反洗,洗凈井筒。投球打壓座封,打丟手,起出井內(nèi)管柱。對于地層虧空小的油井,采用循環(huán)充填,即:由攜砂液攜砂通過填砂接頭換向進(jìn)入篩管與套管環(huán)空,攜砂液由篩管外部進(jìn)入篩管內(nèi)部,再進(jìn)入中心管,通過填充接頭換向進(jìn)入油套環(huán)空,返回地面,砂子被濾在篩管環(huán)空中,形成擋砂墻壁,起到擋砂通油作用。當(dāng)泵壓升高到設(shè)計(jì)值后,開始反洗,洗凈井筒,投球打壓座封,打丟手,起出井內(nèi)管柱,下泵投產(chǎn)。對于出砂量大的油層,由于采用了擠壓充填,使地層內(nèi)充分填飽,充填砂與地層砂緊密連接,防止地層砂隨油流流動,減少了地層砂對充填砂層的堵塞作用,同時(shí)也增強(qiáng)了充填砂的擋砂能力,提高了防砂效果。填砂原理見圖1。2.2采用先進(jìn)的激光切割縫(1)單層整體結(jié)構(gòu)取代多層組合式的結(jié)構(gòu),強(qiáng)度高、剛度小,篩管的通徑變大,便于采油生產(chǎn)與后期打撈作業(yè)。(2)擠壓充填,使地層充填密實(shí),增加了擋砂性能,減少了地層堵塞作用。(3)由于是按軸向布縫,所以不會因?yàn)閺澢鴮?dǎo)致篩縫尺寸不均。(4)采用最先進(jìn)的激光技術(shù)割縫,縫寬均勻一致,精度高,公差可控制在±0.01mm。而繞絲篩管的可控公差為±0.05mm。(5)激光割縫避免了以前機(jī)械加工所造成的縫開度不均,縫口處強(qiáng)度下降。另外機(jī)械加工較難解決縫密度小、加工慢、費(fèi)工費(fèi)時(shí)等問題。(6)由于采用了激光割縫,因此在縫的表面被“淬火”,所以可形成0.3mm厚的高強(qiáng)度耐腐蝕表面,使縫的強(qiáng)度提高,有利于長期生產(chǎn)。2.3指標(biāo)激光割縫篩管工藝技術(shù)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見表1。3設(shè)計(jì)中布置開口的尺寸3.1橋堵結(jié)合劑治療砂橋割縫篩管的寬度必須根據(jù)油藏地層砂粒度分析數(shù)據(jù)進(jìn)行合理選擇。Abrams在研究地層中顆粒運(yùn)移時(shí)提出了著名的1/3橋堵原理,即固相顆粒在地層孔喉處形成堵橋的條件是顆粒尺寸為地層孔喉尺寸的1/3,并對此用實(shí)驗(yàn)給予了證實(shí)。對于割縫篩管防砂來說,1/3橋堵原理的實(shí)質(zhì)是顆粒在割縫篩管表面的沉積,在一定條件下砂礫有可能“跨塌”,并隨流體沖走。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)和研究,橋堵原理得到了修正和完善,提出了1/3～2/3架橋原理,即固相顆粒尺寸是孔喉尺寸的1/3～2/3時(shí),能夠形成穩(wěn)定的砂橋。由于割縫管只能阻擋中、粗砂粒而不能防細(xì)粉砂,考慮生產(chǎn)后期可能放大生產(chǎn)壓差進(jìn)行開采,推薦篩管割縫寬度按e≤3/2d50設(shè)計(jì)。遼河油田根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)和借鑒國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)公式:e=1/3d礫石～1/2d礫石d礫石=4～6d50式中:e——篩管縫的寬度,mm;d礫石——充填砂的尺寸,mm;d50——地層的粒度中值,mm。確立了篩管防砂時(shí)所需的縫寬和充填砂礫的粒徑大小。遼河油田油藏出砂的粒度中值大約在0.15～0.25mm之間,粒度中值取平均值按0.2mm計(jì)算,考慮到安全系數(shù),分別對二者的取值為4、1/3。d礫石=4d50=4×0.2mm=0.8mme=1/3d礫石=1/3×0.8=0.267mm室內(nèi)對0.6～0.9mm粒度的石英砂進(jìn)行滲透率的測量,測得滲透率可達(dá)190～317μm2,可阻擋0.075mm以上的地層砂?？紤]到小洼、錦采、曙采等出砂區(qū)塊的粒度中值d50平均在0.2mm左右,因此選擇0.6～0.9mm的石英砂作為填充砂是合理的。3.2縫長和縫眼數(shù)量根據(jù)斷裂力學(xué)理論,割縫篩管縫長是依據(jù)井下應(yīng)力狀態(tài)、管徑大小和縫眼的排列方式而定。由于垂直軸向割縫強(qiáng)度低,因此遼河油田主要采用的是平行軸向均布割縫。為確保篩管的強(qiáng)度和過流面積,縫長L一般取80～300mm,考慮到彎曲、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,割縫長度越長,對應(yīng)力場強(qiáng)度因子值影響越大,因此,在遼河油田的縫長取值一般為150mm?？p眼數(shù)量應(yīng)在保證篩管強(qiáng)度的前提下,有足夠的流通面積。割縫篩管有效面積=日產(chǎn)液量/油層速敏臨界值。割縫篩管割縫數(shù)量一般取割縫開口總面積為襯管外表面積的2%～6%,通常取2%。α=eLn/F式中:e——縫寬度,mm;L——縫長度,mm;F——每米篩管外表面積,mm2/m;n——割縫數(shù)量,條/m;α——割縫總面積占篩管表面積百分?jǐn)?shù),2%～6%。4超稠油體系出砂效果2000年4月份應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)以來,目前已現(xiàn)場實(shí)施20多口井,取得良好的防砂效果,施工成功率100%,有效率90%,累計(jì)增油10350t,尤其是對遼河油田的超稠油油井的出砂情況,應(yīng)用此項(xiàng)防砂技術(shù)后實(shí)現(xiàn)了超稠油井穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。尤其是對遼河油田的超稠油(粘度150000mPa.s)油井的出砂情況,應(yīng)用此項(xiàng)防砂技術(shù)解決了以往采用金屬鑄造顆?；蚱渌Y管防砂一防就堵的問題。5混砂壓裂技術(shù)(1)由于使用了激光割縫技術(shù)避免了以前機(jī)械加工所造成的縫開度不均,縫口處強(qiáng)度下降等機(jī)械加工帶來的問題,更好地保證了縫隙的精確度。(2)利用壓裂車組將混砂液高泵壓大排量正擠入篩套環(huán)空和地層中形成裂縫,優(yōu)選的人工礫石在攜砂液的攜帶作用下被帶入裂縫中,在裂縫內(nèi)形成高滲透率的人工砂橋作為第一道防砂屏障。而井筒內(nèi)的防砂管柱作為第二道防砂屏障,防止人工礫石