簡易防砂完井技術(shù)的研究與應(yīng)用

簡易防砂完井技術(shù)的研究與應(yīng)用

在渤海開發(fā)的油田中，約80%的油田是深油油田。在這些稠油油田中,地下原油黏度平均為300～800mPa·s,平均單井日產(chǎn)量只有20～80m3,其中個別油田地下原油黏度超過了1000mPa·s,這些油田的油藏埋深在900～1500m左右,儲層是膠結(jié)非常差的疏松砂巖,需要進行防砂作業(yè)。以前,普遍采用的防砂方法是礫石充填防砂,雖然達到了預(yù)期的防砂效果,但是,地層原油進入井筒的流動阻力大大增加,嚴重影響了油井的產(chǎn)能。為了解決這一難題,經(jīng)過大量的理論研究與現(xiàn)場實踐,探索出了一整套適用于疏松砂巖稠油油田的簡易防砂完井技術(shù),應(yīng)用適度防砂理念,在滿足防砂效果的同時,極大地提高了油井產(chǎn)能。該技術(shù)不僅適用于常規(guī)井型,還適用于大斜度井、水平井、水平分支井、多底井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井,已經(jīng)成為疏松砂巖稠油油田開發(fā)的一個重要手段。1簡單砂開采技術(shù)1.1松松井防砂材料選擇造成礫石充填防砂完井產(chǎn)能低的主要原因有兩個:一是礫石充填防砂在井筒周圍形成了一層比較致密的壓實帶,降低了井眼周圍地層滲透率;二是隨著油井生產(chǎn)時地層微小顆粒的運移,在充填礫石與地層砂的接觸帶形成了一個環(huán)狀混砂帶,堵塞了部分油流通道,增加了原油進入井筒的流動阻力。對于疏松砂巖稠油油田,在選擇防砂方法時,應(yīng)著眼于提高井筒周圍的滲透率。應(yīng)用適度防砂理論,允許井眼附近的地層微小顆粒運移到井內(nèi)并生產(chǎn)出井口,使得近井帶地層適當(dāng)“卸載”,完井防砂作業(yè)應(yīng)考慮盡可能降低地層壓實,減少近井地層損害,選擇具有“自潔”能力的特殊防砂管柱,在保持原有疏松地層高滲透率的基礎(chǔ)上,通過近井帶地層“卸載”和防砂管柱的“自潔”功能,進一步提高地層和井筒之間的溝通能力,實現(xiàn)油井產(chǎn)能的最大化。通過對比研究幾種防砂方法,最后篩選出有利于保護油藏和提高油井產(chǎn)能的防砂完井方法:“裸眼+優(yōu)質(zhì)篩管”或“套管射孔+優(yōu)質(zhì)篩管”,也就是“簡易防砂完井”,簡易防砂完井方式下油井的表皮系數(shù)為-6～+5,壓裂充填防砂完井方式下油井的表皮系數(shù)為-2～+5,礫石充填防砂完井方式下油井的表皮系數(shù)為+8～+33,預(yù)充填篩管防砂完井方式下油井的表皮系數(shù)為+15～+40,由此可見,簡易防砂完井方式下油井的表皮系數(shù)最小。1.2簡易防砂完井技術(shù)(1)操作簡單,易于現(xiàn)場施工,作業(yè)周期短。通常1口含有3～4個防砂層段的常規(guī)定向井礫石充填防砂完井作業(yè)需要5～7d才能完成,而應(yīng)用了簡易防砂完井技術(shù)后,類似井的單井完井周期縮短到3～4d;而1口水平井或大斜度井的完井周期則由原來的7～10d下降到現(xiàn)在的3～4d。(2)作業(yè)風(fēng)險小,井下安全有保障,成功率高。(3)作業(yè)成本低,有利于降低完井工程費用。(4)完井后,留在井下的管柱簡單,內(nèi)徑大,有利于油田開發(fā)中后期實施增產(chǎn)作業(yè)。(5)改善了井筒周圍的滲透性,大幅度提高了油井產(chǎn)能。1.3篩選適用抗砂篩管防砂篩管的選擇對于簡易防砂完井技術(shù)成功與否至關(guān)重要,在選擇防砂篩管時,要充分了解各種不同種類篩管的結(jié)構(gòu)特點和適應(yīng)性,結(jié)合目的地層巖心和地層砂樣品的粒度分析結(jié)果,優(yōu)選出適用于簡易防砂完井作業(yè)的篩管類型和與目的地層相匹配的篩管擋砂精度。1.3.1篩選過濾介質(zhì)防砂管從結(jié)構(gòu)特點來區(qū)分主要包括以下幾種:割縫襯管、繞絲篩管、預(yù)充填篩管、膨脹式篩管、金屬網(wǎng)布優(yōu)質(zhì)篩管和金屬棉蠕動優(yōu)質(zhì)篩管?；诤喴追郎暗睦砟?對比研究分析各種防砂管的技術(shù)性能特點,結(jié)合在渤海疏松砂巖稠油油田的應(yīng)用效果,優(yōu)選出具有“自潔”功能,最適合于簡易防砂完井的篩管類型:金屬棉蠕動優(yōu)質(zhì)篩管。金屬棉蠕動優(yōu)質(zhì)篩管以優(yōu)質(zhì)無縫鋼管做基管,在基管上鉆有若干個階梯孔,過濾單元通過螺紋旋接在基管上的階梯孔中,每個過濾單元由外殼、支撐網(wǎng)、過濾介質(zhì)和墊片組成。其中過濾介質(zhì)是由金屬纖維堆積而成,當(dāng)一個適當(dāng)大小的自由砂粒位于兩條金屬纖維絲中間時,只要給砂粒足夠大的力,就可以通過縫隙,當(dāng)砂子通過篩管以后,由于金屬纖維的彈性,又可以恢復(fù)濾砂管的原有參數(shù);另外,由于金屬纖維過濾介質(zhì)是立體結(jié)構(gòu),過流面積遠遠大于普通篩管的平面過流面積,具有更好的抗堵塞能力。實踐證明,這種設(shè)計提供了更高的防砂精度和防砂范圍,具有極好的滲透性能,參考文獻中介紹了金屬棉蠕動優(yōu)質(zhì)篩管的適度防砂原理。1.3.2擋砂精度的確定在確定了簡易防砂篩管種類之后,可以借鑒常規(guī)礫石充填防砂選擇支撐劑尺寸的方法(Saucier方法:5d50<D50<6d50),計算出礫石充填所需支撐劑目數(shù),再結(jié)合表1選出相當(dāng)于充填礫石防砂效果的金屬棉蠕動優(yōu)質(zhì)篩管的擋砂精度。在稠油油田,為了提高油井產(chǎn)能,需要考慮“適度防砂”方法,充分利用金屬棉蠕動優(yōu)質(zhì)篩管的自潔功能,允許地層中微小的黏土顆粒和細粉砂隨原油一起產(chǎn)出地面,以實現(xiàn)近井帶地層“卸載”,提高導(dǎo)流能力。在以上經(jīng)典擋砂精度選擇理論的基礎(chǔ)上,根據(jù)地層砂的不均勻系數(shù)(C=d40/d90),參考以下方法進行D50的確定:(1)當(dāng)d40/d90<5時,D50取d50的8～10倍;(2)當(dāng)5≤d40/d90<10時,D50取d50的6～8倍;(3)當(dāng)d40/d90>10時,D50取d50的5～6倍。通過表1選擇合適過濾精度的金屬棉蠕動優(yōu)質(zhì)篩管。以上方法給出了簡易防砂篩管擋砂精度選擇的依據(jù)和原則,該方法適用于渤海地區(qū)大部分油田,另外還有部分油田,在選擇擋砂精度時,還要參考d10和d80?？傊?針對具體油田進行實際選擇時,還要根據(jù)目的地層的泥質(zhì)含量及流體物性等相關(guān)參數(shù)加以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。2現(xiàn)場應(yīng)用和效果分析目前在渤海已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟并廣泛應(yīng)用的簡易防砂完井工藝包括:裸眼井簡易防砂完井工藝和套管井簡易防砂完井工藝。2.1水平于井-水壓井裸眼井簡易防砂完井工藝通常應(yīng)用于多底井、水平井和水平分支井,也可用于油水關(guān)系簡單、具有單一油水界面的常規(guī)定向井。其主要優(yōu)點是油層暴露面積大,在較低生產(chǎn)壓差下即可獲得較高產(chǎn)量;缺點是控制水錐能力差。2.1.1錨點篩管設(shè)計(1)裸眼段鉆井作業(yè)結(jié)束后,裸眼井段內(nèi)替入新配置的無固相鉆井液。(2)刮管洗井,起鉆前在套管內(nèi)替入與鉆井液相同密度的清潔KCl溶液。(3)下入專門設(shè)計的優(yōu)質(zhì)篩管管串。(4)篩管下到設(shè)計深度后,在裸眼段替入濾餅清洗液,浸泡濾餅。(5)循環(huán)清洗濾餅,濾餅清洗干凈后,坐封防砂封隔器,脫手防砂管柱。(6)下入生產(chǎn)管柱,裝井口。2.1.2砂體質(zhì)量的控制適度防砂就是有選擇地防砂,是在傳統(tǒng)防砂技術(shù)和以往防砂經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,通過精細的儲層砂樣分析及出砂預(yù)測,選擇合適擋砂精度的優(yōu)質(zhì)篩管,適度放大防砂粒徑,使部分地層細粉砂和泥質(zhì)隨原油一起生產(chǎn)到地面,避免造成篩管和近井帶油流通道堵塞,進而使近井帶地層“卸載”,破壞鉆完井過程中產(chǎn)生的地層損害帶,在近井帶形成“蚯蚓洞”,改善近井帶地層的滲透率,增大導(dǎo)流系數(shù),提高油井產(chǎn)能。根據(jù)渤海幾個油田上百口井的實踐經(jīng)驗,優(yōu)選出適合適度防砂技術(shù)的防砂篩管擋砂精度選擇方法。2.1.3影響井筒的原油產(chǎn)量研究表明,在水平井中,由于內(nèi)摩擦損失的緣故,生產(chǎn)壓差在水平段根部最大,末端很小或者為零,這就使得單位長度井筒的原油產(chǎn)量在水平段根部最高,沿水平段逐漸下降,水平段端部最低或者沒有產(chǎn)量,如果是底水油藏,就會造成水平井根部過早見水,從而影響油井的最終采收率。梯級優(yōu)質(zhì)篩管是在普通優(yōu)質(zhì)篩管的基礎(chǔ)上,通過調(diào)整優(yōu)質(zhì)篩管基管上的孔眼密度,合理調(diào)整各井段篩管的過流面積,來克服上述問題,形成比較理想的流動場,延緩底水錐進,提高油井采收率。2.2井底油層的制備套管井簡易防砂完井工藝通常用于油水關(guān)系相對復(fù)雜、需要分層防砂和分層開采的常規(guī)定向井和大位移井。為了增加地層的暴露面積,減少原油從地層流到井底的流動阻力,提高油井的產(chǎn)能,通常選用?244.5mm套管作為油層套管;同時需要選擇高孔密、大孔徑、深穿透的射孔彈,并利用大負壓反涌技術(shù)徹底清洗射孔后炮眼內(nèi)殘留的炮彈碎屑和游離砂,使射孔時炮眼周圍形成的壓實帶剝落并一起被清洗出井筒,提高炮眼周圍地層的滲透性。射孔后套管內(nèi)下入大尺寸(?177.8mm)的金屬棉蠕動優(yōu)質(zhì)篩管,通過優(yōu)選篩管的防砂精度,達到適度防砂的效果。2.2.1清井壓井,沉砂封隔(1)刮管洗井,起鉆前替入保護油層的完井液和射孔液。(2)一次多層射孔,大負壓反涌放噴清井,壓井,起鉆。(3)再次刮管洗井。(4)下入沉砂封隔器,坐封于最底層射孔段以下1～3m。(5)下入一次多層優(yōu)質(zhì)篩管防砂管串,坐封防砂封隔器,脫手防砂管柱。(6)下入生產(chǎn)管柱,裝井口。2.2.2井內(nèi)射孔彈孔組合組合在疏松砂巖稠油油田,為了提高井筒與地層的溝通能力,射孔完井時優(yōu)先選用有利于提高射孔穿深、孔徑和孔密的油管傳輸射孔方式。合理優(yōu)化各種射孔參數(shù),對于提高稠油油井的產(chǎn)能至關(guān)重要。通過與國內(nèi)一些射孔彈生產(chǎn)廠家的合作,經(jīng)過幾年的理論研究和現(xiàn)場實踐,優(yōu)選出能夠與簡易防砂完井技術(shù)相結(jié)合,有利于提高產(chǎn)能的射孔參數(shù)組合:?177.8mm射孔槍,射孔穿深≥450mm,孔徑≥20mm,孔密40孔/m,相位45°/135°。通過參考文獻中的經(jīng)驗圖版“油井產(chǎn)能比和射孔孔密/穿深關(guān)系圖”可以看出,在其他射孔參數(shù)相同時,穿深和孔密的增加可以使油井產(chǎn)能比由0.5提高到1.4左右,大大提高了油井產(chǎn)能。2.2.3常規(guī)負壓射孔技術(shù)如果在疏松砂巖地層中進行平衡壓力射孔,射孔后炮眼內(nèi)就會殘留炮彈碎屑,并且在炮眼周圍會形成一層壓實帶,這些都會不同程度地降低油井產(chǎn)能,尤其是稠油油井的產(chǎn)能;可是,由于疏松砂巖地層射孔后出砂非常嚴重,負壓射孔容易使射孔槍被地層出砂埋住,造成卡鉆等井下工程事故,尤其是在大斜度定向井和大位移井中,負壓值的選取更是受到了很大的限制。渤海的疏松砂巖油田進行常規(guī)負壓射孔技術(shù)時,安全負壓值范圍是0.8～2.0MPa,如此低的負壓值不能夠完全解除射孔作業(yè)對地層造成的壓實,降低了地層的滲透率。在常規(guī)負壓射孔的基礎(chǔ)上,經(jīng)過技術(shù)改進,形成了一套實用的“平衡壓力射孔、大負壓反涌清井技術(shù)”。首先利用射孔槍底部的一個壓力延時點火裝置引爆射孔彈,進行平衡壓力射孔,再把射孔槍上提到射孔段以上,坐封射孔封隔器,投棒打開負壓閥,利用管柱內(nèi)部預(yù)留的空氣墊實現(xiàn)大負壓反涌清井的目的。由于該技術(shù)在進行負壓反涌時射孔槍已經(jīng)被提到射孔段以上,不存在出砂卡鉆的風(fēng)險,在不破壞地層骨架的前提下,可以設(shè)計盡可能大的負壓值,更好地清除炮眼內(nèi)的有害微粒,解除射孔對地層的壓實,達到提高油井產(chǎn)能的目的。目前渤海已經(jīng)有多個油田的100多口井應(yīng)用了該項技術(shù),實際負壓值達到了5.5～11.0MPa,射孔后完井液的漏失速度比其他井提高了3～5倍,充分證明該技術(shù)的應(yīng)用提高了地層與井筒的溝通能力,投產(chǎn)后的生產(chǎn)情況也說明該技術(shù)取得了很好的應(yīng)用效果。2.3交流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)“自穩(wěn)定”趨勢,采用交流分壓工藝,注意將地層中游離砂也偏至上分層開采,將工藝集中優(yōu)勢簡易防砂完井后,篩管與井壁(或套管)之間存在一定的空間,在開井投產(chǎn)時,地層的游離砂在地層流體的拖拽作用下,就會發(fā)生運移,隨著時間的延長,這些地層砂就會逐漸運移到篩管與井眼(或套管)之間的環(huán)形空間,部分粒徑極小的細粉砂和泥質(zhì)還會通過篩管進入井內(nèi),隨油流一起產(chǎn)出。地層微粒的運移對生產(chǎn)壓差非常敏感,并具有“可控性”和“自穩(wěn)定”趨勢,即每次改變生產(chǎn)壓差后出砂量均會瞬時增大,而后又趨于平穩(wěn)。一旦生產(chǎn)壓差突然增大,超過出砂臨界值后,將會引起大量出砂,嚴重時會使篩管遭到破壞,甚至使油井報廢。因此對于應(yīng)用簡易防砂技術(shù)完井的井,投產(chǎn)時應(yīng)該采取必要的措施,防止壓力激動引起地層大量出砂。變頻啟泵投產(chǎn)技術(shù)是簡易防砂完井技術(shù)的配套技術(shù),通過調(diào)節(jié)電潛泵的運行頻率和生產(chǎn)油嘴的大小,控制生產(chǎn)壓差緩慢增長,使地層中的游離砂有序運移,并在篩管外的環(huán)形空間中形成穩(wěn)定的砂橋,同時起到擋砂屏障的作用。變頻啟泵投產(chǎn)技術(shù)操作程序如下:首先,將油嘴調(diào)至適當(dāng)開度,低頻啟泵開井,通過調(diào)節(jié)油嘴,逐步提高生產(chǎn)壓差到0.5MPa,產(chǎn)出流體含油達到80%以后,穩(wěn)定生產(chǎn)一段時間;緩慢提高頻率,逐步提高生產(chǎn)壓差到0.6MPa,再穩(wěn)定生產(chǎn)一段時間,以此類推,通過逐步提高頻率和調(diào)節(jié)油嘴,提高生產(chǎn)壓差至正常工作制度。根據(jù)渤海地區(qū)的實際經(jīng)驗,應(yīng)用簡易防砂完井技術(shù)的稠油油井,一般生產(chǎn)壓差控制在3MPa以內(nèi)。旅大10-1-A11井就是運用該項技術(shù)的典型井,最高日產(chǎn)油超過了1700m3。2.4簡易防砂完井技術(shù)簡易防砂技術(shù)已經(jīng)在渤海多個疏松砂巖稠油油田得到了成功應(yīng)用,取得了很好的應(yīng)用效果。渤海的統(tǒng)計資料顯示:與常規(guī)礫石充填防砂完井相比,應(yīng)用簡易防砂完井技術(shù)可以使單井的鉆完井投資節(jié)省180～250萬元,平均約為220萬元,單井日產(chǎn)量可以提高20～500m3,平均約為50m3。3年內(nèi),渤海有100多口常規(guī)井和復(fù)雜結(jié)構(gòu)井應(yīng)