40臂井径仪测试技术在防砂工艺选择中的应用——以DXX68C29井为例

张燕玲， 吴 伟， 刁振雷， 殷泉东， 吴国斌

（中国石化胜利油田分公司东辛采油厂，山东东营257094）

DXX68C29井位于辛68块东三段构造高部位的一口关键井。该井2011年7月12日封窜、二次固井后补孔东三23、东三22后开井生产，仅生产16 d就因出砂停产，影响产能高达15.4m3。该井井斜角变化大、井身轨迹复杂、封窜井段长、封窜后套管内通径有所变化且不规律，而井斜角和套管内通径是选择合适的防砂工艺的重要参数。井斜角可以通过已有的钻井资料查到，而封窜后套管内通径的变化只有在修井过程中了解，目前在套管内通径测试分析方面比较先进的仪器就是40臂井径仪。针对该井封窜井段长、封窜后套管内通径有所变化且不规律的矛盾，应用40臂井径仪测试结果对该井套管内通径的变化进行分析后，选择合适的防砂工艺防砂，较好地解决了该井因出砂不能正常生产的问题，并见到了明显效果。

1 40臂井径仪测试技术

1.1 40臂井径仪测试原理

40臂井径仪在测井时要求仪器在套管内居中扶正，同时四周伸开40个探测臂，每一个探测臂紧贴套管内壁。以常见的139.7mm套管为例，在正常测井时，相邻两臂在套管内壁的距离只有1cm左右，同时每臂的径向变化1mm，地面仪器就可以测出明显信号［1－2］。所以用40臂井径仪正常测井时，主要得到套管最大内径、最小内径、平均内径和套管剩余壁厚4条曲线。

40臂井径仪测试系统如图l所示，仪器上部和下部各安装一个滚柱扶正器A，在测井时使仪器居中；承压套B内为电子线路和齿轮马达；保护套C内为井径臂的压缩弹簧；D为井径臂，其最易磨损的部位为碳质台金。由于该仪器传感器是直接机械触模式的，所以测量结果高度可靠。仪器线路采用两个旋转电位器：一个旋转电位器反映套管最小内径变化，另一个旋转电位器反映套管剩余壁厚变化。

Fig.1 40 arm caliper structure and test system图1 40臂井径仪测试系统示意图

该仪器测井时，要先进行现场刻度，并记录相应数值。在测量时，仪器井径探测臂随套管内臂变化（套管有无腐蚀、射孔位置、孔洞等），旋转电位器亦产生相应变化，电子线路有不同的输出，地面仪器将记录不同深度的套管最大内径、最小内径、平均内径和套管剩余壁厚曲线。可根据4种曲线相应变化情况、测井目的及该井实际情况，进行综合解释，达到比较满意的测试结果。

1.2 常用40臂井径仪的技术指标

以胜利油田常用的2040型40臂井径仪为例，2040型40臂井径仪的主要技术指标如下：

仪器外径92mm；仪器长度1 496mm；仪器耐温1 7 5℃；仪器耐压6 8MPa；测量范围1 0 1.6～ 177.8mm套管；测量精度1.3mm；分辨率0.76 mm；输出信号方式正负脉冲；脉冲幅度±10V。

2 DXX68C29井防砂工艺技术

2.1 井身轨迹分析

井斜角对充填效率和防砂后能否成功丢手不使井下情况复杂化有很大影响。从各种试验中证实，当井斜倾角小于60°时，充填效率易达到100%，即达到完全的充填，但如果井斜角大于60°时，其充填效率就不能完全保证，因为在井斜倾角较大时，各种影响因素较多，特别是重力的影响更为明显，砾石颗粒更易沉淀［3－4］。另外，井斜角太大，不但影响充填效率而且对于机械丢手的正循环充填工具的丢手会造成一定的困难，甚至丢不开，导致大修，增加修井成本和影响产量。DXX68C29井井身轨迹见图2。表1和表2分别为DXX68C29井封堵钻塞中段井斜角和方位角数据统计。

Fig.2 DXX68C29 well well trajectory图2 DXX68C29井井身轨迹

从图2、表1和表2中可以看出该井井身轨迹比较复杂，从34＃测点到84＃测点属于增斜段；从85＃到103＃测点属于降斜段；从104＃到106＃测点属于过度段；从107＃到122＃测点（完钻）属于又一个降斜段。测点距离一般为9.58m。

表1 DXX68C29井封堵钻塞井段井斜角数据统计Teble 1 DXX68C29 well plugging drilling well deviation angle data statistics

表2 DXX68C29井封堵钻塞井段方位角数据统计Table 2 DXX68C29 well the plugging and the drill plug section azimuth angle information statistics

2.2 内通径变化情况分析

目前能够准确描述油井内通径变化情况及特征的工程测井技术为井径仪测井技术。主要有16臂、36臂、40臂井径仪测井技术，40臂井径仪测井技术为最新的井径仪测井技术。为了对该井的内通径变化情况进行分析，2011年8月1日对该井进行了40臂井径测井，随之应用西安格威石油仪器有限公司开发的GOWELL多臂井径解释软件系统，对现场录取的资料进行了解释，结果见图3和图4。图5为DXX68C29井完井管柱图。

Fig.3 DXX68C29 well the change of the well diameter curve after the plugging and the drill plug as well as sand control section图3 DXX68C29井封堵钻塞后防砂段井径变化曲线

Fig.4 DXX68C29 well the change of the well diameter oblateness curve after the plugging and the drill plug as well as sand control section图4 DXX68C29井封堵钻塞后防砂段井径扁率变化曲线

由图3和图4可知，该井在防砂井段最小内通井仅为106mm，远小于常规正循环砾石充填防砂工艺充填工具的外径115mm，故常规正循环砾石充填防砂工艺不适用该井防砂。

Fig.5 DXX68C29 well completion pipe string图5 DXX68C29井完井管柱图

3 正循环与反循环砾石充填防砂工艺的比较

东辛油区管内防砂的主要工艺为机械防砂工艺，主要有管内悬挂滤砂管防砂和管内砾石充填防砂，砾石充填防砂工艺又分为：正循环砾石充填防砂工艺与反循环砾石充填防砂工艺，两者主要有以下区别［5－6］。

3.1 充填流程、充填方式的区别

正循环砾石充填防砂工艺的充填流程为：水泥车－地面管汇－井口－油管－充填工具－筛套环空－地层－地面；反循环砾石充填防砂工艺的充填流程为：水泥车－地面管汇－井口－油套环空－充填工具－筛套环空－地层－地面。

3.2 工具外径的区别

通过比较表1和表2可知，正循环砾石充填防砂工艺工具最小外径为114mm，按有关作业操作规程规定入井的井下工具外径必须小于套管内径6～8mm，也就是说正循环砾石充填防砂工艺所采用的工具只能适应120mm以上套管，且从井口到所下工具位置套管内径无明显变化；反循环砾石充填防砂工艺的充填工具的外径为83mm，适应的井眼尺寸小得多，且因其结构简单，根据井眼情况还可以单独设计。

表2 砾石充填防砂工艺工具技术参数Table 2 Gravel packing sand control technology tool technical parameters

3.3 丢手方式的区别

正循环砾石充填防砂工艺工具主要采用正转管柱25～35圈实现丢手；反循环砾石充填防砂工艺工具主要采用从油管正打压16～19MPa实现丢手。

4 反循环砾石充填防砂工艺

4.1 防砂的原理

反循环砾石充填防砂工艺是砂浆首先由套管进入油井，然后砂浆沿着油套环形空间到达目的层并在此实现携砂液和砾石的分离，砾石沉积下来形成充填体，携砂液进入鱼腔，沿着冲管和油管返回地面，完成砾石充填的全过程（图6）。该工艺的防砂原理同换向法砾石充填防砂工艺一样，选定一定缝隙尺寸的全焊接不锈钢绕丝筛管下入油井，正对出砂油层，然后在筛管周同及近井地带填入一定重度和球圆度的砾石，形成一个具有较高渗透性的两极拦截过滤体系。地层骨架砂粒在充填面上被阻留，而砾石本身（比筛缝大）又被阻隔在筛管周围，这种体系可使地层砂（指地层骨架颗粒）不运动，而地层流体可以通过渗透性较好的砾石充填层和流通面积极大的筛隙进入油井，使油井既能保证正常生产又能控制出砂［7－9］。

Fig.6 Reverse circulation gravel pack process diagram（Conventional vertical wells）图6 反循环砾石充填过程示意图（常规直井）

4.2 技术特点

反循环砾石充填防砂工艺具有结构简单，尺寸小，洗井丢手同步进行且灵活可靠，采用封闭循环充填方式可克服携砂液用量大的不足，采用改性薄膜扩展剂作为携砂液不但具有摩阻小，携砂能力强的特点，而且可减小滤失量和对油层的伤害。

5 举升工艺的选择

东辛油区主要的举升工艺有两种：有杆泵和无杆泵。有杆泵又分为两种：一是螺杆泵；二是管式泵。无杆泵主要为电动潜油离心泵。根据该井出砂的实际，选择有一定携砂能力的螺杆泵较为合适［10］。

6 现场应用效果分析

该技术2011年8月2日应用于DXX68C29井，取得了较好效果。

6.1 DXX68C29井构造位置

该井位于DX1J单元东三段构造高部位，剩余油富集，DXX68C29井构造位置见图7。

6.2 DXX68C29井油井基本数据

该井2004年12月30日开钻，2005年1月16日完钻，2005年1月19日完井，油井基本数据见表3。

6.3 DXX68C29井生产简史

表4为2011年9月27日DXX68C29井措施后效果统计。

表3 DXX68C29井油井基本数据Table 3 DXX68C29 well elemantary data

Fig.7 DXX68C29 well tectonic position图7 DXX68C29井构造位置

表4 DXX68C29井措施后效果统计（2011－9－27）Table 4 DXX68C29 well after the results of statistics measure（2011－9－27）

续表4

该井2005－01－16完钻，2005－01－19完井，2005－02－05投产。由表4可知，该井采用逐层上返的方式开发，2005－02－05射开沙－4（3－2）、沙－3（1）合采，因高含水仅生产40d关井。2005－03－19打塞封沙－4（3），补孔沙一4（1）、沙一3（3－2）生产，生产29d后，因高含水关井；2005－04－19打塞封沙－34和沙－3（1），补孔东三4生产，生产至2006－08－31堵炮眼后原层位二次补孔后生产一直生产至2011－06－11，因高含水关井；2011－07－08二次固井、打塞、补孔ED3东三2（2）后生产，仅生产16d就因出砂停产。

6.4 DXX68C29井存在问题

该井井斜角变化大、历史上曾经封过窜且套窜井段长、封窜后套管内通径有所变化，经验推断该井套管内通径的变化趋势是变小，这就给防砂工艺的选择带来一定困难；另外，该井套管内通径是如何变化的？这就需要一定的套管内径测井手段来分析验证。

6.5 DXX68C29井应用效果

针对该井井斜角变化大、套窜井段长、封窜后套管内通径有所变化的矛盾，应用40臂井径仪测试结果对该井套管内通径的变化进行分析，选择反循环砾石充填作为该井合适的防砂工艺防砂，较好地解决了该井因出砂不能正常生产的矛盾，并见到了明显效果（具体分析前文已有所论述）：该井2011年8月4日开井，目前采用螺杆泵生产，转速40r／min，日产液15.7m3，日产油13.5m3，含水率14%，已连续生产170d，累计增油1 179.9m3。液面稳定，生产正常，且继续有效。

7 结束语

40臂井径仪测试技术是一种工程测井技术，该技术主要用于封隔器卡封位置的选择，应用该技术的测试结果选择合适的防砂工艺和方法在东辛油区是一种新的赏试，工程测井技术与采油工艺两者的结合，成功地解决了DXX68C29井因出砂而影响油井正常生产的问题，也为解决东辛油区同类井的防砂提供了一种新的思路。

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