水平井裸眼分段挤压充填防砂完井工艺

杜　丙　国（1.中国石油大学，北京　1049；.中国石化股份胜利油田分公司，山东东营　57001）

水平井裸眼分段挤压充填防砂完井工艺

杜丙国1，2
（1.中国石油大学，北京102249；2.中国石化股份胜利油田分公司，山东东营257001）

为解决出砂油藏水平井管外均衡改造的难题，研制了裸眼管外分段挤压充填防砂完井工艺。其原理是通过管外隔离封隔器和可重复开关充填滑套将水平段进行分段封隔，利用防砂服务管柱实现分段挤压充填防砂。与水平井底部砾石挤压充填防砂相比，新工艺可根据水平段物性差异分段优化防砂施工参数，水平段改造更均衡。生产实践表明，采用裸眼分段挤压充填防砂完井的井，防砂后产量高，防砂效果好，为水平井防砂完井工艺提供了新的技术思路。

水平井；分段挤压充填；防砂完井；隔离封隔器

2013年胜利油田实施水平井滤砂管裸眼完井217口，其中裸眼底部砾石笼统挤压充填防砂完井89口，占裸眼防砂完井数的41%。采用该工艺完井的水平井主要采用二开井身结构，筛管顶部注水泥悬挂复合精密滤砂管完井［1］，对需要改造的井，采用底部逆向充填防砂方式从水平井趾端防砂服务器进行挤压充填防砂［2-3］。该方式只能完成水平井底部趾端的改造［4］，水平段中部及跟端不能得到有效改造，造成水平段产液不均衡［5-6］，对于存在边底水的油藏还会出现过早水淹［7-8］。因此，疏松砂岩裸眼精密滤砂管完井水平井进行分段改造具有十分重要的意义。2013年胜利油田开展了水平井裸眼分段挤压充填防砂完井配套技术的研究，并在现场进行应用，取得较好的效果。

1　工艺原理及特点

1.1工艺管柱结构

水平井裸眼分段挤压充填防砂完井管柱主要由引鞋、精密筛管、充填滑套、密封筒、延伸筒、管外隔离封隔器、免钻塞固井总成组成，通过充填滑套、管外隔离封隔器的数量控制分段级数，如图1所示。管外隔离封隔器可采用遇油/遇水膨胀封隔器或液压坐封封隔器，若采用液压坐封封隔器要单独采用坐封管柱对封隔器进行坐封和测试。

图1　水平井裸眼分段挤压充填防砂完井管柱示意图

防砂充填服务管柱主要由引鞋、隔离密封、滑套开关工具、滑套关闭工具、充填总成、液流转向工具、外管、内冲管组成，如图2所示。

图2　防砂充填服务管柱结构原理示意图

1.2工艺原理

管外隔离封隔器坐封后，下入防砂充填服务管柱，对滑套开关情况、封隔器坐封情况进行测试合格后，自下而上进行砾石循环充填或挤压充填防砂，使预防砂层位充填滑套处于打开位置，将定位工具下压至定位接箍，施加负荷使其处于定位状态，确保充填过程工具不移位。在进行充填时，顶部锁定密封与顶部密封筒配合形成的密封、隔离密封与完井管柱密封筒形成的密封与充填服务管柱的无接箍外管将上部裸露层位隔离，避免充填防砂及反洗井时层间干扰。循环充填防砂时套管阀门敞开，从油管泵入携砂液及砾石，携砂液及砾石通过服务管柱充填总成充填孔、完井管柱充填滑套充填孔进入油层，携砂液中的砾石被精密滤砂管阻挡留在裸眼与精密滤砂管形成的环形空间中，携砂液通过精密滤砂管自引鞋底部孔进入服务工具后向上流动，进入无接箍外管与内冲管形成的环形空间，从液流转换装置返液孔进入到套管与油管环空返至地面。挤压充填防砂时关闭地面套管阀门，携砂液携带砾石通过防砂服务管柱充填总成充填孔、完井管柱充填滑套充填孔进入油层。充填结束后进行反洗井，上提管柱使充填总成反循环孔位于反洗位置，从套管打压，洗井液经防砂充填服务管柱液流转换工具的返液孔进入到充填服务工具的无接箍外管与内冲管之间的环空内，经充填总成反循环孔进入外管柱，再经充填总成充填孔进入内冲管、油管返至地面。反洗井结束后，上提管柱用滑套关闭工具将完井管柱充填滑套关闭，下放管柱至充填位置正打压验证滑套关闭状况，验证滑套关闭良好后上提管柱至上部各层充填位置，逐层进行充填防砂施工。

1.3工艺特点

（1）能够利用管外隔离封隔器实现水平段的真正封隔，在水平段可根据物性差异进行分段挤压充填防砂作业。

（2）管柱配套的充填滑套及配套使用的滑套开关工具、滑套关闭工具能够实现滑套多次有效开启和关闭，滑套开启和关闭状态的自锁能力高，可防止管柱下入时的误开。

（3）对于采用水平井开发的疏松砂岩稠油热采井，采用分段挤压充填防砂完井后，注汽热采过程可配套分段注汽工具实现井筒内的分段注汽。

（4）与套管固井完井逐段射孔、逐段改造相比可节约完井费用，缩短施工周期。

1.4工具参数

水平井裸眼分段挤压充填防砂完井配套工具主要参数详见表1。

表1　完井工具及防砂服务工具主要参数

2　施工步骤

2.1施工准备

二开完钻后，用双扶模拟管柱通井，对以往起下钻途中遇卡、遇阻井段反复短起下划眼，同时循环洗井。以不低于0.8 m3/min的排量充分循环钻井液2周以上，调整好钻井液性能，保证井眼无沉砂，井壁稳定。如通井遇阻起出，用原钻具划眼，再用模拟管通井，直至通井顺畅。

检查各完井工具，并对套管、精密滤砂管等工具进行编号测量。除充填滑套、裸眼封隔器、免钻塞固井总成外，各工具入井前用通管规进行通管。

2.2下完井管柱

根据测井和井眼数据，确定裸眼封隔器、充填滑套和免钻塞固井总成位置配接管柱。下入管柱要保证各工具连接扣抹好丝扣油，并按标准扭矩进行上扣。当下完最后一根完井套管后，连接联入顶节，用吊卡坐于井口。

2.3固井施工

按正循环方式连接套管水泥头（内装免钻塞固井总成的关闭胶塞）、地面管线及固井设备，管线试压25 MPa，保证不渗不漏。用固井车小排量打压胀封免钻塞固井总成裸眼封隔器，打开水平井液压分级箍。大排量循环钻井液，钻井液性能满足固井要求后注水泥固井，当水泥浆完全泵入后，释放免钻塞固井总成的关闭胶塞，胶塞下行至液压分级箍位置时压力升高，液压分级箍关闭，停泵稳压1～2 min。井口放压，观察套管是否有倒返现象，若无倒返关井候凝；若倒返井口加压憋压候凝。候凝24 h下入专用回收工具打捞免钻塞总成内部回收部件。

2.4防砂前井筒准备

（1）通井。装好井口及防喷器，下相应通井规通井至人工井底，落实井筒情况。

（2）替浆。利用通井管柱反循环反替浆，直至井筒钻井液全部替出为止，洗井至进出口水质一样。

（3）刮管。下刮管器至免钻塞固井总成位置，洗井至进出口水质一样。

（4）套管试压。下入封隔器至免钻塞固井总成上部2 m位置坐封试压，验证套管是否漏失。

（5）坐封裸眼封隔器。下入由单流阀、密封杆、信号工具组成的裸眼封隔器坐封管串，当信号工具进入密封筒时，会有过提负荷30～50 kN，说明坐封管串已进入坐封位置；开泵正循环，排量0.2 m3/ min，压力升高说明裸眼封隔器坐封管串已进入坐封位置，在井口标记位置；下放管柱3.1 m，采用0.1 m3/min、0.2 m3/min排量进行正循环测试并记录测试压力；提管柱至坐封位置从油管内分级打压8 MPa、12 MPa、16 MPa，各稳压5 min，每级打压前泄压至0。若采用遇油/遇水膨胀封隔器可省略此工序。

（6）验封。下放管柱3.1 m，正打压，排量为0.2 m3/min，与循环测试压力做对比，如压力升高说明水平井裸眼封隔器坐封完成。

2.5挤压充填防砂施工

（1）测试挤压充填服务管柱。将引鞋及隔离密封+冲管+滑套开关工具+定位工具+充填工具+送入操作管自下而上连接，下至上层充填位置后下压100 kN定位，做充填位置标记，上提至原悬重测量管柱伸长量，在充填位置进行正循环测试。充填位置反打压3 MPa，上提管柱0.6 m压力降为0继续上提0.3 m做反洗位置标记。验证挡砂滑套，在反洗井位置正打压7 MPa，1 min压降低于3 MPa为合格。由充填位置上提管柱7 m,用滑套单向关闭工具关闭滑套后下放至充填位置正打压7 MPa，10 min压降低于0.5 MPa为合格。重复上述步骤依次完成下部各层充填与滑套开关测试。

（2）挤压充填砾石施工。下放管柱至充填位置加压全部悬重，装滑动井口，井口用钢丝绳反拉固定。地面管线试压35 MPa，不刺不漏、10 min压降小于1 MPa为合格。根据设计泵注程序进行循环测试和挤压充填测试，记录泵速、泵压和返出量，根据测试结果进行挤压充填防砂施工，砂比一般不高于40%，根据脱砂情况判断是否进行循环充填。若达到脱砂压力，给环空加压4 MPa，迅速倒井口阀门至反循环洗井，立即将工具上提到反洗井位置，开泵大排量反循环洗井，施工排量大于0.6 m3/min，直至将油管内的砾石全部清洗干净为止。

（3）关闭充填滑套。由充填位置上提管柱7 m过提30～50 kN，用滑套关闭工具关闭滑套，然后重新下放至充填位置验滑套，打压7 MPa，稳压5 min，压降小于1 MPa为合格。

（4）重复步骤（2）、（3）依次完成上部各层砾石充填防砂作业。

3　现场应用

水平井裸眼管外分段挤压充填防砂完井在林樊家油田应用8口井，施工后平均单井日产液19.9 t，平均单井日产油12.5 t，与采取底部笼统管外挤压充填防砂的水平井相比液量提高44.2%，突破了水平井防砂后液量低的难题（见表2）。

4　结论

（1）常规水平井底部笼统挤压充填防砂不能实现水平段均衡改造，边底水容易造成水平段单点突破，含水快速上升。水平井裸眼分段挤压充填防砂可根据水平段储层物性差异进行优化挤压充填防砂设计，使水平段达到均衡改造。

表2　应用效果统计

（2）采用水平井裸眼分段挤压充填防砂工艺能进行逐段挤压充填穿透地层污染带，实现全井段改造地层，精确防砂，避免压开水层或水淹层。

（3）留井工具内通径大，各层独立作业，层间无干扰，为后期实现分段注采、分段控水、分段注汽提供了井筒条件，便于后期处理。

［1］ 杨海波，余金陵，魏新芳，等.水平井免钻塞筛管顶部注水泥完井技术［J］.石油钻采工艺，2011，33（3）：28-30.

［2］ 朱骏蒙.水平井裸眼砾石充填防砂完井工艺在胜利海上油田的应用［J］.石油钻采工艺，2010，32（2）：106-108.

［3］杨喜柱，刘树新，薛秀敏，等.水平井裸眼砾石充填防砂工艺研究与应用［J］.石油钻采工艺，2009，31（3）：76-78.

［4］杨立平.海洋石油完井技术现状及发展趋势［J］.石油钻采工艺，2008，30（1）：1-6.

［5］危礼华，栾红，王津.埕岛油田水平井裸眼防砂完井配套技术［J］.石油天然气学报，2007，29（3）：302-304.

［6］王金铸.裸眼水平井阻流酸洗充填一体化管柱的研制［J］.石油机械，2013，41（4）：72-75.

［7］梅明霞，周承诗，王威，等.胜利油田稠油油藏水平井防砂工艺技术及应用［J］.钻采工艺，2008，31（4）：47-48.

［8］张国文，钱杰，刘凤，等.水平井控水完井管柱的研究与应用［J］.石油机械，2013，41（3）：89-91.

（修改稿收到日期2015-01-23）

〔编辑朱伟〕

Sand control completion technology by staged squeeze packing in openhole horizontal wells

DU Bingguo1,2
（1.China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. Shengli Oilfield Company, Dongying 257001, China）

In order to address the difficulty in equilibrium modification outside the pipe string of horizontal wells in sand producing reservoirs, the sand control completion technology by staged squeeze packing behind the string in openhole has been developed. Its principle is that, by isolating the horizontal section in stages with isolating packer behind the pipe and packing the sliding sleeve with repeatable switch, the sand-control service pipestring is used to realize sand control by staged squeeze packing. Compared with gravel packing at the bottom of horizontal wells, the sand-control parameters can be optimized in stages according to the differences of physical properties in horizontal section, so the horizontal section can be serviced in more equilibrium. Production practice shows that, in wells completed by staged squeeze packing in openhole section, the production after sand control is even high and sand control effect is favorable, providing a new concept for sand-control completion technology for horizontal wells.

horizontal well; staged squeeze packing; sand control completion; isolating packer

TE257

A

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0047 – 04

10.13639/j.odpt.2015.02.013

中石化科技攻关项目“水平井智能完井分段控流关键技术研究”(编号JP12009) 部分研究成果。

杜丙国，1972 年生。1994 年毕业于江汉石油学院测井专业，博士研究生，从事采油工程技术研究与管理工作，教授级高级工程师。电话：0546-8505609。E-mail：dubingguo.slyt@sinopec.com。

引用格式：杜丙国.水平井裸眼分段挤压充填防砂完井工艺研究及应用［J］.石油钻采工艺，2015，37（2）：47-50.