王秀影胡書寶趙宇琦黃海鴻郝紫嫣吳學成1.中國石油大學（華東）；.中國石油華北油田公司采油工程研究院；.美國南加利福尼亞大學；.中國石油渤海鉆探井下作業(yè)分公司試油工程作業(yè)部

柳泉油田泉2斷塊強水敏粉細砂巖儲層防砂技術(shù)

王秀影1，2胡書寶2趙宇琦2黃海鴻2郝紫嫣3吳學成4
1.中國石油大學（華東）；2.中國石油華北油田公司采油工程研究院；3.美國南加利福尼亞大學；4.中國石油渤海鉆探井下作業(yè)分公司試油工程作業(yè)部

柳泉油田泉2斷塊儲層巖性為粉細砂巖，油層薄、產(chǎn)量低、出砂嚴重，油井無法正常投產(chǎn)。針對斷塊低溫、強水敏、水平井防砂井段長等難點，開展了長水平段高壓礫石充填先期防砂工藝研究，設(shè)計了連續(xù)充填工藝管柱，并配套完善了完井液體系、射孔方案及攜砂液體系，將防砂、治砂、改造儲層相結(jié)合，開展了4口井的現(xiàn)場試驗，取得了較好的應(yīng)用效果。該項技術(shù)在泉2斷塊的成功應(yīng)用，扭轉(zhuǎn)了該薄層強水敏粉細砂巖油藏長期未能有效動用的被動局面，同時也為其他同類型油藏的開發(fā)提供了技術(shù)思路。

強水敏；粉細砂巖；低溫；防砂；水平井

柳泉油田泉2斷塊處于柳泉構(gòu)造帶南部，主要產(chǎn)層為Es34-1，儲層巖性為粉細砂巖，粒度中值為0.08 mm，平均孔隙度為34.0%，平均滲透率為985.4 mD，為高孔高滲儲層。儲層巖石為孔隙接觸式膠結(jié)，膠結(jié)物成分以泥質(zhì)為主，膠結(jié)物含量6%～11%。油藏埋深1 000～1 500 m，地層欠壓實，巖石強度低，儲層縱波時差為350～400 μs/m，為極易出砂油藏。截至2013年該斷塊共鉆井14口，都因試采產(chǎn)量低（單井平均小于2 t/d）、油層單一并且薄（最小厚度1.6 m，平均厚度5.5 m）、試采就出現(xiàn)砂埋油層及砂堵油管（含砂0.2%～4.5%）等問題而未投產(chǎn)。解決地層出砂問題成為該區(qū)塊正常開發(fā)的關(guān)鍵。

國內(nèi)外先期防砂完井方式主要有3種：化學防砂、濾砂管防砂和高壓礫石充填防砂?；瘜W防砂施工成本低，適用于滲透率相對均勻的薄層段防砂，但會對儲層滲透率造成一定傷害，且注入劑存在老化現(xiàn)象，有效期短。濾砂管防砂適用于粗砂地層，在粉細砂巖地層，濾砂管易堵塞、易受沖蝕?；瘜W防砂和濾砂管防砂均不適用于裸眼井防砂。高壓礫石充填防砂適應(yīng)性強，能夠?qū)Νh(huán)空、炮眼和近井地帶進行密實的礫石充填，對近井地帶有一定的解堵作用、防砂有效期長。泉2斷塊自然產(chǎn)能低，參照國際石油公司通用的SPE 39437防砂方法選擇標準［1］，Es34-1組的巖心粒度分析d40/d90為13.54～26 （>5），d10/d95為46.56～57.74 （>20），低于325目的砂粒占33.2%，因此該區(qū)塊適宜采用高壓礫石充填防砂工藝。

1 先期防砂技術(shù)難點Technical challenges in premature sand control

泉2斷塊儲層埋藏淺，地層溫度低，斷塊地層溫度梯度為2.71～3.33 ℃/100 m，油層中部溫度為40～55 ℃，易造成攜砂液破膠不徹底。黏土礦物含量高達10%～20%，根據(jù)泉2-2x巖樣水敏性實驗分析，巖樣水敏損害率為78.21%，屬于強水敏儲層，完井過程中易造成黏土礦物膨脹，傷害儲層。水平井防砂井段長。其中泉2平1油層跨度517 m，泉2平2油層跨度280 m；泉2平3油層跨度507.6 m。礫石充填過程中運移方向與其所受的重力方向垂直，極易造成礫石沉降，出現(xiàn)中途砂堵［2］。

2 先期防砂工藝優(yōu)化Optimization of premature sand control technique

2.1完井工藝優(yōu)化

Optimization of completion technique

針對泉2斷塊儲層鉆遇情況，分別設(shè)計采用管外礫石充填、管內(nèi)礫石充填和管外管內(nèi)組合充填3種防砂完井工藝。油層單一、無水層隔層、油層跨度小、無分段開采需求的井：采取油層以上水泥固井，下部懸掛濾砂管，管外礫石充填防砂完井。油層層數(shù)多、油水層間互、油層跨度大、有分層開采需求的井：采取套管固井射孔，自下而上分段實施管內(nèi)礫石充填防砂完井。油層單一、無水層隔層、油層跨度大、有分段開采需求的井：采取分段完井，上部油層水泥固井，下部油層懸掛濾砂管，先對下部油層實施管外礫石充填防砂完井，后期自下而上逐段實施管內(nèi)礫石充填防砂完井。

2.2施工工藝管柱優(yōu)化設(shè)計

Optimized design of operation string

針對水平井長井段連續(xù)充填防砂易出現(xiàn)中途砂堵、礫石充填率低的問題，分別設(shè)計采用增阻器連續(xù)充填工藝管柱［3］和分段脫砂連續(xù)充填工藝管柱。增阻器連續(xù)充填工藝管柱：通過在沖管上按一定的距離安放增阻器，增加沖/篩環(huán)空內(nèi)液流阻力，控制液流方向，使大部分攜砂液沿篩管外的環(huán)空流動，實現(xiàn)礫石自下而上充填并提高礫石充填密度。

分段脫砂連續(xù)充填工藝管柱：通過在沖管上按一定的距離安放分段脫砂工具，根據(jù)水力壓差原理，把較長的水平充填井段分隔成若干較短的礫石充填井段，由下到上逐小段進行礫石充填，從而改善礫石充填效果。分段脫砂工具采取彈簧打開方式，確保每級分段脫砂工具都可以順利打開，開啟力10～20 kN。帶分段脫砂工具管外充填防砂管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　帶分段脫砂工具管外充填防砂管柱Fig.1 Outside gravel pack and sand control string with staged desanding tool

完井管柱組合（自下而上）：充填總成+短套管+精密濾砂管串+盲板+管外封隔器+分級箍+套管串至井口。充填管柱組合（自下而上）：防砂服務(wù)器+帶倒角油管+分段脫砂工具+油管至井口（造斜點以下用帶倒角油管）。

3 防砂完井配套技術(shù)Supporting technologies for sand-control completion

3.1全過程儲層保護技術(shù)

Whole-process reservoir protection technology

儲層損害程度與黏土含量有關(guān)，當儲層中黏土總量超過10%為較差儲層。黏土含量越高，對地層造成的傷害程度越嚴重［4］。泉2斷塊Es34-1段儲層黏土礦物含量高達10%～20%，完井及礫石充填過程中保護措施不當時，可造成極為嚴重的損害，因此需要開展全過程儲層保護。

3.1.1完井過程中的儲層保護技術(shù) 優(yōu)選正電位高、對黏土礦物抑制能力強、井壁穩(wěn)定、保護油氣層效果好、對黏土礦物抑制能力強的正電膠聚磺混油完井液，配方為：4% ～6%膨潤土+ 0.1%～0.2%Na2CO3+0.1%～0.3%NaOH+0.3%～0.5%KPAM+0.5%～1%NPAN +0.2%～0.5%黑色正電膠+ 1.5%～2%陽離子乳化瀝青+0.6%～0.8%原油+1.5%～3%SMP-1+ 1%～2%HMF+1%～2%SN樹脂+2%～4%石墨+1%～ 2% FT342+1%～2%QS-2+1%～1.5%DCL-1+0.5%乳化劑。

3.1.2礫石充填過程中的儲層保護技術(shù)

（1）優(yōu)選低傷害攜砂液。為減小充填過程中對儲層的傷害，優(yōu)選不交聯(lián)、易分解、殘留物少、對地層污染小的清潔型攜砂液，該攜砂液黏度為70～90 mPa·s，顆粒直徑為0.4 mm時礫石在攜砂液中的沉降速度為（1.57～2.02）×10-3m/s，直徑為0.8 mm時礫石在攜砂液中的沉降速度為（6.27～ 8.06）×10-3m/s，具有較好的懸砂性能且滿足高砂比施工需要。

（2）低溫快速破膠技術(shù)。常用的破膠劑過硫酸銨（APS），在溫度高于50 ℃時分解為高反應(yīng)活性的自由基，能迅速有效地使聚合物主鏈斷裂破膠，但在溫度低于50 ℃時，存在破膠時間長、破膠不徹底、返排時間長、返排不徹底等問題，對地層傷害較大。在低溫下，少量過硫酸銨，再加入破膠助劑，通過引發(fā)過氧化物使其在低溫下釋放游離氧，即構(gòu)成低溫破膠劑，以破壞凍膠壓裂液結(jié)構(gòu)，使大分子降解［5-6］。

（3）黏土復(fù)合防膨技術(shù)。泉2斷塊黏土含量高，膨脹特性十分強烈，為避免壓裂過程中黏土膨脹、分散、運移，選用KCl+低分子黏土穩(wěn)定劑體系達到復(fù)合防膨目的，對其基液流變性影響也較小［7］。

3.2優(yōu)化射孔方案

Optimized perforation program

水平井射孔參數(shù)對于出砂影響顯著，針對泉2斷塊油藏特點，優(yōu)選高孔密、深穿透、定向射孔工藝。高孔密射孔可以降低孔道壓降（見表1），減弱流體的攜砂能力，以達到防砂目的；增大射孔深度，可以增大孔壁的穩(wěn)定性，射孔深度越大，孔眼越穩(wěn)定（如圖2所示），能更好地避免孔道出砂［8］；選擇在水平方向兩側(cè)定向射孔方式，提高井下出砂臨界壓差，為利用加大生產(chǎn)壓差提高油氣井產(chǎn)能提供有效的途徑。同時孔深、孔密對產(chǎn)能影響較大，高孔密、深穿透可以有效增大井筒泄流面積。泉2斷塊水平井優(yōu)選89射孔槍、89Ⅲ型深穿透射孔彈，16 孔/m，油管傳輸60～120°、240～300°夾角區(qū)間定向射孔。直井優(yōu)選102射孔槍、SDP3532型深穿透射孔彈，32 孔/ m，90°相位角螺旋布孔。

表1　不同射孔參數(shù)下射孔孔道壓降Table 1 Pressure drops in perforation tunnels for different perforation parameters

圖2　射孔深度對地層穩(wěn)定影響曲線Fig.2 Formation stability vs. perforation depth

3.3優(yōu)化施工參數(shù)

Optimized operation parameters

（1）充填礫石尺寸和篩管尺寸。地層砂侵入礫石層的試驗表明，侵入程度與GSR（礫石與地層砂中值之比）有關(guān)，根據(jù)Saucier方法選GSR=5～6為無地層砂侵入的臨界值［9］；泉2斷塊儲層粒度中值為0.08 mm，礫石直徑選擇為0.40～0.48 mm。篩管縫隙尺寸原則上應(yīng)能滿足擋住充填最小礫石的要求，通常選擇最小充填礫石尺寸的1/2～2/3，則篩管縫隙應(yīng)為0.2～0.32 mm。

（2）礫石充填量設(shè)計。管外礫石充填量為篩管與裸眼井壁間環(huán)空礫石用量、解除泥餅侵入帶的地層充填用量和擠入地層的礫石用量之和。管內(nèi)礫石充填量為套管環(huán)空用量與擠入地層的礫石用量之和。

（3）沖篩比。實驗發(fā)現(xiàn)采用較大直徑的沖管，使沖管外徑與篩管內(nèi)徑之比（簡稱沖篩比）大于0.6后，充填效率開始急劇上升，但沖篩比太大不利于充填密實程度的提高［10］，因此泉2斷塊優(yōu)選沖篩比為0.72。

（4）施工排量。根據(jù)水平井礫石充填機理與固液兩相流理論［11］，結(jié)合礫石充填數(shù)學模型，優(yōu)化施工排量最佳為2.5 m3/min（如圖3所示），設(shè)計平均砂比為24%～28%（如圖4），最高砂比不應(yīng)超過50%。

圖3　充填排量與充填效率關(guān)系Fig.3 Packing displacement vs. packing efficiency

圖4　砂 比與充填效率關(guān)系Fig.4 Sand ratio vs. packing efficiency

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況Field applications

2013年至2014年泉2斷塊實施先期礫石充填防砂完井4口，成功率100%，防砂后均未出現(xiàn)砂卡現(xiàn)象，截至目前泉2平1、泉2平2、泉2平3累計產(chǎn)油7 703 t，泉2-3累計注水9 050 m3。平均有效期671 d，其中泉2平1正常生產(chǎn)已達816 d。

泉2平2井鉆遇油層1層，油層跨度280 m，地層砂粒度中值0.08 mm，泥質(zhì)含量17%。工藝技術(shù)：采用正電膠聚磺混油完井液打開儲層；采用籠統(tǒng)管外礫石充填防砂完井工藝；采用增阻器連續(xù)擠壓充填工藝，設(shè)計增阻器使用數(shù)量5個；10%清洗劑20 m3+10%防膨劑20 m3對油層預(yù)處理；用清潔攜砂液（加入5%防膨劑）700 m3，20～40目石英砂120 m3，以5%～50%砂比、2.5 m3/min的排量，采取先擠壓再循環(huán)充填方式施工，采用KCl+低分子黏土穩(wěn)定劑體系防止地層黏土膨脹。防砂效果：該井2013 年9月施工結(jié)束，防砂投產(chǎn)后日產(chǎn)液6.87 m3，日產(chǎn)油3.27 t，含水52.4%，正常生產(chǎn)2年以上仍有效，累計產(chǎn)油2 071 t，防砂效果明顯。

泉2平3井鉆遇油層5層，無水夾層，油層跨度507.6 m，地層砂粒度中值0.08 mm，泥質(zhì)含量15%。工藝技術(shù)：采用正電膠聚磺混油完井液打開儲層；采用管外管內(nèi)組合充填防砂完井工藝，先對下部2層共219.39 m實施管外礫石充填防砂完井，后期自下而上逐段實施管內(nèi)礫石充填防砂；采用分段連續(xù)擠壓充填工藝，分段脫砂工具按50 m間距布置，共設(shè)計4個；10%清洗劑20 m3+10%防膨劑20 m3對油層預(yù)處理，用清潔攜砂液（加入5%防膨劑）400 m3，20～40目石英砂75 m3，以5%～35%砂比，2.5 m3/min的排量，采取先擠壓再循環(huán)充填的方式施工，采用KCl+低分子黏土穩(wěn)定劑體系防止地層黏土膨脹，采用過硫酸銨加入破膠助劑構(gòu)成的低溫破膠劑。防砂效果：該井2014年4月施工結(jié)束，防砂投產(chǎn)后日產(chǎn)液11 m3，日產(chǎn)油5.5 t，含水50%，正常生產(chǎn)1年以上仍有效，累計產(chǎn)油1 053 t，防砂效果明顯。

5 結(jié)論與建議Conclusions and suggestions

（1）高壓礫石充填先期防砂完井工藝有效解決了泉2斷塊粉細砂防治的難題，該技術(shù)的成功實施為在同類油田的推廣應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)?？茖W合理的防砂工藝設(shè)計和施工參數(shù)優(yōu)化，是現(xiàn)場施工順利進行，以及實現(xiàn)油井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，達到長期有效開采的關(guān)鍵。

（2）基于儲層強水敏性研究的油層全方位保護技術(shù)，正電膠聚磺混油完井液、低傷害攜砂液、低溫快速破膠技術(shù)、黏土復(fù)合防膨技術(shù)等技術(shù)在鉆井、防砂過程中的應(yīng)用，是成功開發(fā)泉2斷塊油藏的關(guān)鍵。由于該區(qū)自然產(chǎn)能低，后期注水開發(fā)時為避免水敏、鹽敏傷害對儲層的影響，建議注入水礦化度與地層水相匹配，加入防膨劑。

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（修改稿收到日期 2016-02-16）

〔編輯 李春燕〕

The sand precontrol technology of strong water-sensitive reservoir in Quan 2 fault block in Liuquan Oilfield

WANG Xiuying1， 2， HU Shubao2， ZHAO Yuqi2， HUANG Haihong2， HAO Ziyan3， WU Xuecheng4
1. China University of Petroleum， Qingdao， Shandong 266580， China；2. Oil Production Engineering Research Institute， PetroChina Huabei Oilfield Company， Renqiu， Hebei 062552， China；3. University of Southern California， Los Angeles CA 90015， USA； 4. Oil Testing Engineering Operation Division of Downhole Operation Company，CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited， Renqiu， Hebei 062552， China

The reservoirs in the Quan 2 faulted block， Liuquan Oilfield， are dominated by slitstone， where oil wells cannot be normally put into production due to thin oil layers， low productivity and severe sand production. Considering the challenges in the faulted block， such as low temperature， strong water-sensitivity， and long sand control section in horizontal well， a study was made on premature sand control concerning HP gravel pack in long horizontal section. The continuous packing string was designed， and theCorresponding completion fluid system， perforation program and sand-carrier fluid system were improved. In this way， sand prevention， sand control，and reservoir stimulation were combined in this technique. It has been successfully applied in 4 wells in the Quan 2 faulted block. This technique makes the thin and strong water-sensitive slitstone oil reservoir no longer non-producible， and also provides a technical reference for the development of other similar reservoirs.

strong water-sensitivity； slitstone； low temperature； sand control； horizontal well

WANG Xiuying， HU Shubao， ZHAO Yuqi， HUANG Haihong， HAO Ziyan， WU Xuecheng. Sand control technique for strong water-sensitive slitstone reservoirs in Quan 2 faulted block， Liuquan Oilfield［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2016，38（2）： 251-255.

TE257

B

1000 -7393（ 2016 ） 02 -0251-05

10.13639/j.odpt.2016.02.023

華北油田公司中長期科技項目“華北油田鉆完井技術(shù)研究與應(yīng)用”（編號：2013-HB-Z0707）。

王秀影（1971-），中國石油大學（華東）在讀碩士研究生，現(xiàn)主要從事鉆完井技術(shù)研究，工程師。通訊地址：（062552）河北任丘華北油田公司采油工程研究院。電話：13643288259。E-mail：cyy_wxy@petrochina.com.cn

引用格式：王秀影，胡書寶，趙宇琦，黃海鴻，郝紫嫣，吳學成.柳泉油田泉2斷塊強水敏粉細砂巖儲層防砂技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2016，38（2）：251-255.