高速水充填防砂工艺研究及在胜利浅海油田的应用效果分析.docx
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高速水充填防砂工艺研究及在胜利浅海油田的应用效果分析
高速水充填防砂工艺研究及在胜利浅海油田的应用效果分析
摘要：
为了进一步提高防砂工艺的防砂、解堵作用，我们对其进行了优化设计，并形成了适应临近气层、边底水发育的油层的防砂工艺——高速水充填防砂。
该工艺在CB25F井组初次应用获得成功，到目前为止，该工艺共实施了13井次，应用效果良好。
主题词：
高速水充填防砂优化设计效果分析
1前言
胜利浅海油田位于渤海湾南部的极浅海海域，其主力开发层系为馆陶组上段。
馆上段属于曲河流相沉积的高孔高渗、常规稠油油藏，平均孔隙度为31.3%，平均渗透率2504×10-3μm2，平均地面原油密度0.9285g/cm3，平均地面原油粘度265.6mPa.s。
储层砂岩结构主要有中、细砂岩和粉砂岩结构，其岩性疏松，砂岩颗粒分选性较差，颗粒粒度一般在0.1—1.2mm，间有大于1.5mm砾石出现。
馆上段油藏埋藏较浅，一般在800-1200米，压实差、成岩作用差、溶蚀作用弱，颗粒间的胶结多为泥质胶结，泥质含量3-5%，偶含灰质，容易出砂。
随着油田开发的深入、大泵提液技术的推广，地层出砂有加剧的趋势，防砂工艺面临着严峻的挑战，以往惯用的防砂方式也逐步暴露出一些缺陷与局限性。
2胜利浅海油田防砂工艺现状及局限性
2.1防砂工艺现状
海上油田馆陶组主要采用充填防砂及滤砂管防砂工艺，目前有296口油井防砂，其中滤砂管防砂74口，占总防砂井数25％，砾石充填防砂218口，占总防砂井数73.6％，其它防砂方式4口，占总防砂井数1.4％。
出砂井有43口，占防砂井总数的14.5％，化验含砂0.02%仅2口井（CB22G-P2、CB251D-1），其他出砂井含砂0.01％。
2.2防砂工艺的局限性
2.2.1正向挤压充填防砂
因防砂施工强度大，大排量大砂比大砂量容易沟通水体、气顶，使油井产油量大幅度下降；容易破坏充填工具、防砂管柱，使防砂失效；许多井在挤压充填施工后由于井筒脱砂泵压升高未能按照设计要求实施循环充填，使得防砂管与套管环空充填不密实。
2.2.2逆向挤压充填防砂
从防砂效果来看，逆向充填也暴露出一些问题：
由于防砂管柱没有卡瓦固定装置，防砂管柱容易下滑，使防砂失效；底部充填服务器的充填孔有时关闭不严，容易导致防砂失败。
2.2.3循环充填防砂
循环充填与挤压充填相比，施工强度低，对套管、油管、充填工具的机械破坏力小；循环充填是在筛套环空填入陶粒砂形成充填层，充填层和筛管可以形成多层挡砂屏障，并且充填层可以分散油流的冲击力以保护筛管。
但是，循环充填属于被动防守型防砂工艺，不能在防砂的同时改造地层。
2.2.4滤砂管防砂
滤砂管防砂可以在防砂的同时，最大限度的降低表皮系数，提高油井产能，并且施工简单、费用低。
但是，由于在防砂管与套管之间没有砾石充填层作为挡砂屏障，防砂管容易被井液、地层砂刺坏。
同时，滤砂管防砂也属于被动防守型防砂工艺，不能在防砂的同时改造地层。
3高速水充填防砂工艺优化设计
所谓高速水充填防砂工艺就是提高充填防砂泵入排量，控制返出液量，使井底憋压至地层破裂压力附近，在炮眼附近形成微裂缝，使充填砂不仅充填在筛套环空，而且充填到炮眼以及连接的微裂缝中，对地层有一定的解堵作用。
3.1优选携砂液
选择与地层配伍性较好的平台注入水做为携砂液，平台注入水以地下水和污水为主，在大排量小砂比的施工情况下，平台注入水也有很好的携砂能力。
摒弃了以往用的不交联压裂液，避免了后期破胶反排难的问题。
3.2优选支撑剂
中海油应用适度防砂技术成功开发了绥中36-1、南堡35-2等油田，他们在高速水充填防砂中使用的支撑剂粒径按照地层砂粒度中值的8倍取值，借鉴中海油的做法，胜利浅海油田馆陶组地层砂粒度中值是0.13mm，砾石充填支撑剂粒径从5～6倍地层砂粒度中值放大到6-8倍地层砂粒度中值，选用粒径0.425mm～0.85mm的Carbo陶粒砂为支撑剂。
3.3优选防砂管
根据理论与实际应用，只要挡住10％最大重量百分比的地层砂，就可在地层内形成砂桥，一旦形成砂桥，可允许细砂流出，而70－80％的较大粒径的地层砂被阻挡。
防砂筛网网格大小依据理论和实际确定，借鉴中海油的成功经验，我们选用具有高渗透性、高强度、高变形能力、高可靠性、抗腐性好的精密微孔复合滤砂管，并将滤砂管挡砂精度从原来的0.11mm放大到0.15mm。
3.4优化防砂管柱组合
为确保环空充填密实摒弃了以往用石英砂填砂面的做法，而是打底部沉砂桥塞，自上而下下Y445-150封隔器+Y211-150封隔器+φ89mm油管3根+喇叭口至设计深度（电测校深）。
此组合便于计算填砂量，确保环空充填密实（如图1所示）。
防砂管柱结构自下而上：
加长密封插头+双极皮碗封+油管短节+复合滤砂管+扶正器+外径89mm油管1根+信号筛管+油管短节+安全接头+充填工具，将密封插头插入空心桥塞内（Y445-150封隔器鱼腔），整个防砂管串的多重保险确保了防砂施工、生产的安全可靠。
3.5优选充填工具
瑞丰公司的Ⅰ型充填工具在胜利浅海油田应用比较成熟，但是Ⅰ型充填工具本身存在一定的弊端，如：
1、该工具结构决定必须先充填后丢手，如果施工过程中出现套管返砂情况时，很容易砂卡管柱，造成事故；2、该工具丢手后不能再进行补充充填施工。
为了提高防砂质量、防砂施工的成功率，选用瑞丰公司的Ⅱ型充填工具，该工具先坐验封、验封，再丢手，最后充填防砂。
该工具的优点是：
1、因为是先丢手后充填，所以使用该工具防砂不存在防砂过程中砂卡管柱不能丢手的问题；2、即使在防砂施工中砂卡管柱，该工具也能将事故损失降到最低。
2010年9月15日对CB11NC-7井进行防砂施工时，由于充填工具座封在套管接箍上，施工过程中出现了砂卡管柱的现象，由于在充填前已丢手，所以后续的补救措施变得相对简单一些，从发现砂卡管柱到解卡用了不到一个小时的时间。
如果当时用的是Ⅰ型充填工具，在不冲砂的前提下，想实现上提管柱至重力中和点,正转油管20多圈丢手将是一件很困难的事，事故损失也必然要大得多。
3、可以根据充填砂量，判断盲管外砂柱高度，如果筛套环空砂量不足，可以进行补充充填施工。
3.6优化施工工艺
3.6.1酸洗管柱及炮眼
为防止防砂管柱上的铁锈、油脂在防砂施工过程中进入地层造成污染，在施工前对防砂管柱及炮眼进行酸洗。
酸洗防砂管柱配方：
15%酸液+3%缓蚀剂；酸洗炮眼配方：
复合缓速酸原液+淡水，以体积比2：
6进行配置。
3.6.2充填防砂
全部打开套管阀门，以排量0.6m3/min、0.8m3/min、1.0m3/min正循环修井液各5min，记录各个排量阶段泵压变化值，然后缓慢关闭套管阀门，洗井液排量1m3/min正循环洗井，观察返出液量增加到0.3m3/min时保持套管阀门开启程度，记录泵压与套压值。
实施高速水充填，砂比7-8%，施工限压25MPa。
随时观察施工压力变化情况，如果未达到环空设计砂量泵压有上升趋势，停止加砂，继续泵注，待泵压下降后继续加砂，达到限压时，立即用洗井液反循环洗井，洗出多余的砂子至出口干净无砂。
4高速水充填防砂工艺现场应用情况
自2010年1月1日至2010年12月30日胜利浅海油田共实施防砂作业70井次，去掉其中水平井8口，剩下的62口定向井平均日产液量56.5t，平均日产油24.0t，平均含水57.5%。
62口井中有13口井（CB11NC-3、CB1HB-4、CB25GA-7等）实施了高速水充填防砂工艺，这13口井平均日产液量75.1t，平均日产油量37.2t，平均含水50.5%，日产液量、日产油量都高于总平均值。
4.1井例1：
CB11NC-3井
CB11NC-3井2010年9月6日电泵投产，140枪140GH弹油管传输负压射孔，射孔后采用高压水射流冲洗炮眼，由于Ng562层边底水能量充足，距离油水界面近，我们综合考虑采用精密复合滤砂管高速水充填防砂，投双向流动阀，电泵理论排量150m3/d，初期油嘴5mm，油压4.8MPa，日产液95.8t，日产油91.5t，含水4.5%。
目前油嘴5mm，油压4.6MPa，日产液94.3t，日产油85.1t，含水9.8%。
该井在生产过程中一直持续高产。
CB11NC-3井与CB22E-2井投产层位接近，地层能量、原油物性相似，现将CB11NC-3井与CB22E-2井储层物性、原油物性和生产情况做一简要对比（见表1、表2）。
井号
层位
油层厚度（垂m）
射孔厚度（m）
孔隙度％
渗透率
（10-3um2）
泥质含量（％）
原油粘度（50℃）
压力系数
CB11NC-3
Ng55562
20.2
10.1
32.951
1525.015
7.209
223.90
0.8142
CB22E-2
Ng561+6263
20.5
7.3
29.132
854.232
12.148
143.6
0.8454
表1CB11NC-3井与CB22E-2井地层物性、原油物性对比
井号
防砂方式
理论排量（m3/d）
油嘴（mm）
油压（Mpa）
日液量（t）
日油量（t）
含水（%）
含砂
（%）
CB11NC-3
精密复合滤砂管高速水充填防砂
150
5
4.6
94.3
85.1
4.5
0
CB22E-2
精密复合滤砂管分层挤压充填防砂
100
4
2.3
51.1
50.0
2
0.01
表2CB11NC-3井与CB22E-2井投产半年后生产情况对比
从上表可以看出CB11NC-3井储层厚度与CB22E-2井接近，地层能量、原油物性相似，CB22E-2井渗透率小于CB11NC-3井,但是CB22E-2井通过分层挤压充填防砂改造，导流能力有所增加，CB11NC-3井采用精密复合滤砂管高速水充填防砂，投产半年后CB11NC-3井日产液量、日产油量均高于CB22E-2井，并且不出砂。
可见，高速水充填防砂工艺能很好的起到防砂作用又不至于沟通低水，并且可以获得高产。
4.2井例2：
CB1HB-4井
CB1HB-4井2010年11月12日电泵投产，油管输送127枪127GH弹，射孔测试联作，由于Ng42层顶部（1498.4-1500.5m）含气，综合考虑采用精密微孔复合滤砂管高速水充填防砂，电泵理论排量150m3/d，初期油嘴4mm，油压5.8MPa，日产液67.6t，日产油65.0t，气量216.0m3，含水3.7%。
CB1HB-4井与CB1FB-5井投产层位接近，储层能量、原油物性相似，现将CB1HB-4井与CB1FB-5井储层物性、原油物性和生产情况做一简要对比（见表3、表4）。
井号
层位
油层厚度（垂m）
射孔厚度（m）
孔隙度％
渗透率（10-3um2）
泥质含量（％）
原油粘度（50℃）
压力系数
CB1HB-4
Ng425152
16.2
10.8
33.512
1242.325
12.713
273.6
0.7901
CB1FB-5
Ng425253+4
28.7
14.2
29.896
987.251
13.897
215.6
0.7591
表3CB1HB-4井与CB1FB-5井储层物性、原油物性对比
井号
防砂方式
理论排量（m3/d）
油嘴（mm）
油压（Mpa）
日液量（t）
日油量（t）
气量（m3）
含水（%）
CB1HB-4
精密复合滤砂管高速水充填防砂
150
4
5.8
67.6
65.0
216.0
3.7
CB1FB-5
精密复合滤砂管正循环砾石充填
100
5
2.5
49.6
29.0
512.0
41.5
表4CB1HB-4井与CB1FB-5井投产初期生产情况对比
从上表可以看出CB1HB-4井储层厚度、射孔厚度均小于CB1FB-5井，储层能量、原油物性相似。
为了避免沟通气层，CB1HB-4井采用精密复合滤砂管高速水充填防砂工艺，CB1FB-5井采用精密复合滤砂管正循环砾石充填。
投产初期CB1HB-4井日产液量、日产油量均高于CB1FB-5井,并且，两口井气量都不高，可见高速水充填防砂工艺能对近井地带起到疏通作用，但不至于沟通气顶，同时又能起到很好的防砂作用，并且可以获得高产。
5结论及建议
1、高速水充填防砂工艺实现了地层、环空、井筒多重挡砂屏障，机械封口技术可靠，防砂效果显著。
2、高速水充填防砂工艺与循环充填防砂工艺相比，能确保炮眼充填密实，能提高近井地带渗透率，降低渗流阻力，增油效果好。
3、高速水充填防砂工艺与挤压充填防砂工艺相比，施工压力小、施工排量小、加砂量少，对充填工具的机械破坏强度低，进一步提高了施工的可靠性、安全性。
4、
型充填工具实现了先座封丢手再充填防砂的功能、可补充填砂的功能，进一步完善了充填工艺，提高了防砂施工成功率。
5、高速水充填防砂工艺选用与地层配伍性较好的平台注入水做携砂液，摒弃了以往用的不交联压裂液，避免了后期破胶反排难的问题。
6、高速水充填防砂工艺解决了离底水、气顶近的油层挤压充填存在风险而循环充填不能改造地层的矛盾。
7、建议选择合适的出砂井、低产井继续推广应用高速水充填防砂工艺。
参考文献
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