1、水平井高压充填防砂技术研究与应用一、曙光油田水平井概况 曙光油田位于辽河盆地西部凹陷西部斜坡区内断裂发育，地质条件复杂，油区内多种油层类型和各种油品共存。曙光油田稀油、稠油、超稠均有出砂严重的区块，其中比较典型的是曙三区、杜 813 兴隆台等。水平井是油田开发的一项革命性创新技术，水平井油藏接触面积是直井的 510 倍以上，它可以大幅度提高单井产量，实现油气田的高效开发。由于区块油藏埋藏浅，压实作用弱，油藏出砂现象普遍。油层出砂使油水井频繁砂卡，使油水井被迫停产停注，造成油藏采油速度低，影响油藏采出程度和最终采收率。超稠油杜 813-44-82 井区曾经规划部署的 40 口新井因出砂严重暂停钻
2、井，影响可采储量 70 万吨。油井出砂还导致套管损坏严重，杜 813 兴隆台区块套损率高达 44.3%。 二、主要技术成果 针对上述问题，曙光采油厂经过三年的技术攻关，通过不锈钢精密微孔滤砂管、充填防砂装置等井下工具的研制，合作建立水平井循环充填物理模型，研究水平段填充机理，改进携砂液体系，优选充填砾石，改进完善了水平井高压填充防砂技术。研究改进了水平井砾石填充管柱，研究优选了水平井充填材料，建立了物理实验模型，保证能够在水平井段形成平衡堤式充填，有效指导提高水平井砾石充填防砂工艺。 1.水平井管内砾石充填防砂工艺 1.1 不锈钢精密微孔滤砂管 不锈钢精密微孔滤砂管设计研究是水平井高压充填防砂
3、工艺的重要环节，在设计中充分优选了高强度、高渗透性、挠度好、高孔/面率、高耐温及耐腐蚀能力强的系统结构。不锈钢精密筛管整体设计从内到外由基管、复合防砂过滤套及不锈钢外保护套等组成。 1.1.1 结构组成 防砂过滤层采用不锈钢丝编织双层过滤网和三层导流功能层结构，采用先进焊接技术工艺与基管进行焊接。同现有的其它过滤元件相比，具有坚固的结构，高的拉拔强度，更大的抗挤压强度、抗腐蚀能力，在油层工作中不易堵塞，有精确的缝隙尺寸、较高孔/面率、容易反冲洗等特点。其延伸率、径向可变形量、扭曲变形量、弯曲变形量均大于 API油管。 1.1.2 核心技术复合防砂过滤层 1.1.2.1 采用多层 316L 不锈
4、钢精密微孔复合防砂过滤层，防砂可靠性高，抗破坏能力强。 1.1.2.2 过滤面积大，分别为割缝筛管和绕丝筛管的 6、3 倍，流动阻力小。 1.1.2.3 滤孔稳定，抗变形能力强，径向变形 40%时，防砂能力不变，满足水平井使用要求。 1.1.2.4 滤孔均匀，渗透率高，防堵能力强，便于反洗。 1.1.2.5 外径小，重量轻，便于在长距离水平段上推动到位。 1.1.2.6 过滤精度（m） 80、 100、 120、 150 、180、200、 250、 300。 1.2 悬挂充填及配套装置 1.2.1 填砂丢手封隔器 填砂丢手封隔器是由送封工具、封隔、锚定、步进锁定等机构组成。打压座封时，当压力
5、达到 8Mpa 时启动活塞右行，推动上锥体右行，将卡瓦胀出，卡瓦锚定于套管内壁，密封装置压缩封隔环腔，当压力达到16Mpa 时，卡瓦锚定牢固，胀封完成。当压力达到 20Mpa22Mpa 时，送封工具与工具丢开。 1.2.2 充填防砂装置 充填防砂装置是由本体、内组合锁定、密封等机构组成。配合充填防砂施工中充填砾石的作用，当充填插管插入时开通下内腔，提出时关闭下内腔。 1.2.3 密封插入管 密封插入管由密封塞、通管、引入开锁机构等组成，插入时封隔冲管与筛管环形间隙。 1.3 砾石的优选 砾石的优选根据井深和地层砂的粒度中值，确定充填砾石的类型和粒径等参数。曙光油田出砂区块油层埋深 600170
6、0m，压力梯度0.019MPa/m，经过计算，石英砂的强度即可满足现场需要。在稠油、超稠油热采区块优选耐高温的低密度陶粒。 砾石充填防砂设计中，选择合理的砾石尺寸是防砂成功的关键之一。较大的砾石尺寸有利于获得较高的产能，但会导致地层砂侵入砾石层；相反，较小的砾石尺寸挡砂效果好，但对油井产能的影响较大。因此需要从砂侵和产能两个方面综合考虑，优选出既能避免严重砂侵，又能获得较高产能的最佳砾石尺寸。 1.4 携砂液体系的优选 水平井砾石充填工艺在填砂过程中易脱砂造成砂堵，因此携砂液主要技术要求是携砂性能好，粘度可调，易于充填密实；低残渣、低伤害，降低防砂带来油层的二次污染；具有较低的表面张力易返排。
7、即不但要具有良好的流变性，而且要和地层配伍。如曙三区井岩芯敏感性评价为强水敏，针对上述曙光油田实际存在的客观特性问题，研制了可逆交联低伤害携砂液。 2.水平井管外砾石充填防砂工艺 水平井管外充填防砂技术，实际是将充填防砂管作为油层段完井管柱，之后再实施充填防砂。即指钻完井眼后，将底端带着防砂装置的防砂管接在套管底端，下到油层井段，然后采用分级固井的方式固井完井，或采用三开完井下防砂管柱方式完井。待钻盲板、通井、替浆后，下入防砂服务器，加压打开充填通道。进行充填施工时，施工的技术原理与管内的逆向充填类似。 三、现场应用分析 水平井高压充填防砂技术于 2009 年 8 月 17 日在曙 3-H1
8、井首次进行了现场试验并取得成功，截至目前累计实施 30 口井，一次实施成功率达100%，在已实施防砂的 30 口油井中，有 4 口为管内砾石充填防砂，是在完井后生产过程中出砂严重而实施的，井号为曙 3-H1、曙 4-H108 新、曙4-H109、曙 3-H302，主要集中在在曙三区等稀油出砂区块。有 26 口井为管外砾石充填防砂，是在钻完井过程中实施的，包括 16 口稀油水平井，10 口超稠油水平井。 水平井应用改进后的高压充填防砂技术后，获得了良好的防砂效果，水平井出砂状况得到了明显的抑制，主要取得以下几方面成效： 一是水平井恢复了正常生产，检泵周期明显延长，生产时率得到提高。防砂后所有井施
9、工井目前都正常生产，时间最长的曙 3-H1 油井已正常生产 1380 天。 二是取得了显著的增油效果。30 口充填防砂水平，除正钻井的杜813-H207 井，其余 29 口井累计产油 3.49 万吨，其中 4 口管内充填防砂工艺累计增产原油 12718.2 吨，25 口直接充填完井的水平井对比同区块未实施措施投产的水平井，同比多产原油 22156.2 吨。 三是井段套管得到了有效的保护。实施砾石充填防砂的水平井均未出现套管损坏的问题。杜 813-H204、杜 813-H206、杜 813-H208 同是杜813 兴隆台南区块的水平井，杜 813-H204 采用了砾石充填完井， ，截至目前累计生
10、产 429 天，生产时率达到 79.4%，累计产液 12651.8t，累计产油 3946.2t，目前套管状态良好。 四、经济效益分析 水平井砾石充填技术累计实施 30 口井，措施投入 4800 万元，累计增油 3.49 万吨，增产获得经济效益 2216 万元。油井实施防砂措施后，有效延长了油井因出砂而作业的检泵周期，大幅度减少了油井冲砂检泵的作业次数，节约作业成本等费用 375 万元，获总经济效益 2591 万元，投入产出比达到 1：1.54，取得了显著地经济及社会效益。 五、结论 1.实践表明，研究改进的专用逆向充填配套工具及相关理论的研究指导，解决了水平井砾石充填施工时易形成砂桥，施工后易卡管柱的难题，大大提高了水平井的防砂一次有效率，有效解决了水平井防砂的瓶颈性技术难题。 2.水平井采用高压充填防砂技术后，提高了近井地带的导流能力，增加了油井产能，取得了良好的增产效果。 3.改进后的水平井高压充填防砂技术为出砂油藏水平井正常开发，乃至提升油井的最终采收率提供了坚实的技术保障，应用前景广阔。
