文云飛

(中國石油華北油田分公司第五采油廠，河北 辛集 052360)

擠壓充填防砂在ZH41-52NX井的應用

文云飛

(中國石油華北油田分公司第五采油廠，河北 辛集 052360)

為解決ZH41-52NX井出砂導致的砂埋油層、油井產(chǎn)量低的生產(chǎn)難題，研究開發(fā)了擠壓充填防砂一體化技術。根據(jù)地層砂篩析結(jié)果，優(yōu)選最佳充填礫石尺寸；以水平射孔孔眼中礫石顆粒不發(fā)生沉積堵塞為目標，優(yōu)選攜砂液體系，優(yōu)化設計攜砂比、充填排量及泵注程序等施工參數(shù)；以提高擋砂效果和充填的穩(wěn)定性為目標，設計繞絲篩管尺寸和防砂管柱結(jié)構。防砂施工后平均日增油2 t/d，已連續(xù)生產(chǎn)243 d。該井防砂工藝技術參數(shù)優(yōu)化設計方法為此類油井防砂提供了技術支持。

擠壓充填 礫石尺寸 攜砂比 泵注排量 優(yōu)化設計

油井防砂是油田開發(fā)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施之一[1]，國內(nèi)外較普遍的常規(guī)機械防砂、化學防砂和復合防砂等方法以其自身特點分別適用于不同儲層特性的油井，并取得較好效果[2-3]。隨著防砂觀念的改變，壓裂防砂技術依靠防砂和增產(chǎn)雙重作用逐漸成為低產(chǎn)能油藏、稠油油藏及疏松砂巖油藏油井主要防砂措施，但對于儲層小層多、厚度薄，層間差異大的油井防砂卻效果平平[4-7]。ZH41-52NX井生產(chǎn)層系是Es2+3，油層深度1 720～1 747 m，儲層平均孔隙度25%，平均有效滲透率424×10-3μm2。2015年7月12日投產(chǎn)，生產(chǎn)6 d就因砂卡泵停井，檢泵作業(yè)時發(fā)現(xiàn)尾管被泥砂堵死，砂面1 714.26 m，砂高63.24 m，砂埋至油層以上5.74 m。該井共射開油層15.2 m/8個小層，地層砂粒度中值110 μm，細粉砂含量為17.54%，根據(jù)儲層這些特點，優(yōu)選應用擠壓充填防砂技術。擠壓充填防砂技術是指將礫石、陶礫等固相顆粒先向套管外地層進行擠壓充填，在井筒周圍形成一定厚度的充填砂體，然后在套管內(nèi)進行循環(huán)充填，形成篩套環(huán)空礫石層，達到防砂目的[8-11]。通過優(yōu)選最佳礫石尺寸、優(yōu)化設計攜砂比、攜砂液黏度、充填排量、繞絲篩管參數(shù)，同時在油層底界安裝沉砂封隔器和在油層頂界安裝防砂封隔器，實現(xiàn)充填防砂一體化，防砂施工順利，達到防砂和增產(chǎn)的目的，平均日增油2 t/d，已連續(xù)生產(chǎn)243 d。

1 礫石尺寸及用量優(yōu)選

ZH41-52NX井完鉆井深1 790 m，油層套管直徑139.7 mm，壁厚10.54 mm，射孔直徑約12 mm，孔密16孔/m，8個小層共射開油層15.2 m，滲透率(75.15～1 119.6)×10-3μm2，層間差異大(見表1)。該井地層砂粒徑分析結(jié)果(見表2)和篩析曲線(如圖1)顯示，分選系數(shù)2.56，均勻系數(shù)10.071，標準偏差系數(shù)0.242，粒度中值110 μm，粒度組分中分別含有中砂、細砂、極細砂、粗粉砂、細粉砂和粘土，粒徑大小混雜不一，地層砂分選性差。

根據(jù)篩析結(jié)果，使用目前國內(nèi)礫石尺寸選擇的常規(guī)方法之一的索西埃(Saucier)方法[9]，選用礫石的粒度中值為地層砂粒度中值的5～6倍充填礫石，D50=(5～6)d50=(5～6)×0.11 mm=0.55～0.66 mm，綜合市售礫石參數(shù)及對精密篩管沖刷影響，優(yōu)選充填礫石16/30目石英砂(0.5～1.0)。礫石用量為套管內(nèi)與套管外充填礫石量之和[11]，用公式(1)和(2)計算出充填礫石用量7 m3。

V=Vgn+Vgw

(1)

Vgw=QLYs

(2)

式中，V為礫石總用量， m3；Vgn為套管內(nèi)礫石用量， m3；Vgw為套管外礫石用量，m3；QL為油井累積產(chǎn)液量， m3；Ys為平均含砂率，%。

表1 ZH41-52NX井小層數(shù)據(jù)

表2 ZH41-52NX井地層砂粒徑分析

圖1 ZH41-52NX井地層砂篩析曲線

2 攜砂液及泵注程序優(yōu)化

為了保證礫石順利充填到地層中，攜砂液必須有足夠的礫石攜帶能力，攜砂液黏度、攜砂比、充填排量以及泵注程序的優(yōu)化設計是關鍵[10]。根據(jù)吳寧、張琪[12]等人提出的固體顆粒在液體中沉降速度的計算方法，評價了排量、攜砂比和攜砂液黏度三者之間的關系，以水平射孔孔眼中礫石顆粒不發(fā)生沉積堵塞為目標，優(yōu)化設計出攜砂液的技術指標(表3)和施工泵注程序(表4)。

表3 攜砂液的技術指標及用量

表4 施工泵注程序

3 防砂管柱參數(shù)設計

對礫石充填井，篩套環(huán)空礫石層厚度幾乎不會對產(chǎn)量造成影響，反而會提高擋砂效果和充填的穩(wěn)定性，同時繞絲篩管過濾精度要求能夠阻擋最小充填礫石，且最小過濾精度不大于充填礫石尺寸的2/3[11]。根據(jù)充填礫石選用尺寸(0.5～1.0 mm)，采用N80材質(zhì)φ73 mm篩管加316L材質(zhì)不銹鋼繞絲，設計縫隙尺寸為(0.25±0.05) mm高強度充填繞絲篩管。

為避免套管環(huán)空內(nèi)充填礫石層沉降造成防砂失效，對ZH41-52NX井充填防砂管柱結(jié)構進行了優(yōu)化設計，分別在油層以下3～5 m安裝空心沉砂封隔器，在油層以上3～5 m安裝防砂封隔器，作為礫石充填沉砂底界和頂界。沉砂封隔器最小通徑69.85 mm，便于沉砂，且生產(chǎn)過程中的細粉砂可沉降至井底口袋避免頻繁的沖砂作業(yè)。充填防砂一體化管柱自下而上依次設計為沉砂封隔器+插入密封總成+充填篩管2根+反扣安全接頭+充填篩管2根+反扣安全接頭+充填篩管1根+反扣安全接頭+φ73 mm平式油管2根+信號篩管1根+φ73 mm平式油管1根+反扣安全接頭+充填滑塊總成(內(nèi)部插入10根φ48 mm充管10根)+頂部封隔器總成+反扣安全接頭。

嚴格按照泵注程序進行擠壓充填，擠入前置液20 m3，攜砂液52 m3，攜砂比5%～25%，砂量7 m3，施工過程順利。ZH41-52NX井防砂前平均日產(chǎn)液6 m3，日產(chǎn)油1.5 t，動液面1 435 m，防砂后平均日產(chǎn)液12 m3，日產(chǎn)油3.5 t，動液面1 375 m，已連續(xù)生產(chǎn)243 d，累計增油800 t。

4 結(jié)論

(1)針對ZH41-52NX井中高孔、中高滲、細粉砂含量高的油藏特征，擠壓充填防砂技術能滿足防砂及增產(chǎn)的需要，且防砂效果好，有效期長。

(2)優(yōu)選礫石尺寸和防砂管柱參數(shù)決定了擋砂效果和防砂后產(chǎn)能高低；優(yōu)化設計攜砂液黏度、攜砂比、充填排量以及泵注程序等施工參數(shù)是擠壓充填防砂技術成功實施的關鍵。

(3)通過兼顧擋砂效果與油井產(chǎn)能，評價攜砂比和給定排量條件下水平射孔孔眼中是否發(fā)生礫石顆粒沉積堵塞，優(yōu)化防砂管柱結(jié)構，總結(jié)了一套適合該類油藏油井擠壓充填防砂工藝的優(yōu)化設計方法，設計結(jié)果滿足防砂要求并達到優(yōu)化目的，防砂效果良好。

[1] 萬仁溥，羅英俊.采油技術手冊(修訂本)(第七分冊)，防砂技術[M].北京:石油工業(yè)出版社，1991.

[2] 李璐，西爾艾力·買買提，張茹，等.防砂技術現(xiàn)狀及礫石充填防砂施工參數(shù)的優(yōu)化[J].新疆石油天然氣，2012，8(S1):59-65.

[3] 歐陽勇，夏宏南，王小建.20世紀90年代以來機械防砂技術的新進展[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2004(11):53-55.

[4] 劉北羿.壓裂防砂技術進展及存在問題[J].油氣地質(zhì)與采收率，2008，15(4):105-107.

[5] 張靜.壓裂防砂技術[J].石油鉆采工藝，2004，26(S1):53-57.

[6] 智勤功，謝金川，吳瓊，等.疏松砂巖油藏壓裂防砂一體化技術[J].石油鉆采工藝，2007，29(2):57-60.

[7] 焦國盈，戚志林，李志軍，等.無篩管壓裂充填防砂優(yōu)化設計研究[J].油氣田地面工程，2010，29(3):30-31.

[8] 陳樹營.沙河街組疏松砂巖油藏出砂規(guī)律與開發(fā)對策[J].小型油氣藏，2006，11(1):32-36.

[9] 周建宇.高壓礫石充填防砂工藝參數(shù)優(yōu)化設計方法研究[J].西安石油大學學報:自然科學版，2005，20(3):25-28.

[10] 董長銀，張琪，孫煒，等.礫石充填防砂工藝參數(shù)優(yōu)化設計[J].中國石油大學學報:自然科學版，2006，30(5):57-61.

[11] 馬代鑫.高壓礫石充填防砂工藝參數(shù)優(yōu)化設計[J].石油鉆采工藝，2007，29(3):53-58.

[12] 吳寧，張琪，曲占慶.固體顆粒在液體中沉降速度的計算方法評述[J].石油鉆采工藝，2000，22(2):51-56.

(編輯 謝 葵)

淺析斷層相關褶皺

斷層是巖層或巖體沿破裂面發(fā)生明顯位移的構造，斷層相關褶皺是與斷層活動有關的皺褶，其形成機制為巖石受力后先發(fā)生斷層而后發(fā)生褶皺，斷層在發(fā)育過程中，由于兩盤巖石相對運動而產(chǎn)生的平面或剖面上的剪切作用，使地層彎曲變形，從而形成斷層相關褶皺。按照形成機制，斷層相關褶皺可分為以下三種類型：

(1)斷層轉(zhuǎn)折褶皺：由于斷層轉(zhuǎn)折彎曲，斷層上盤巖石在下伏斷層轉(zhuǎn)折部位發(fā)生運動時形成的褶皺；由后斷坪、下盤斷坡、中斷坪、上盤斷坡和前斷坪構成，其前翼總是位于斷坡的前陸一側(cè)。通常，由于變形較弱，巖層完整性較好，容易形成良好的構造圈閉。

(2)斷層傳播褶皺：由于斷層產(chǎn)狀改變，逆沖斷層由深部層位向淺部層位擴展時，因為應力的減弱，斷裂變形被褶皺變形所取代，在其前鋒斷層端點處形成斷層傳播褶皺；由后斷坪和下盤斷坡組成，前翼陡立后翼緩傾，形成軸面傾斜的不對稱構造，沿著褶皺下伏斷坡向上發(fā)展的逆沖斷層的位移逐漸衰減為零。巖層完整性不好，尤其是其核部巖層變形強烈，小斷裂發(fā)育，不利于形成圈閉。

(3)斷層滑脫褶皺：也稱為滑脫褶皺，與斷層傳播褶皺相似，形成于斷層端點，是發(fā)育在平行層面的滑脫面或沖斷層之上的褶皺，沒有斷坡，只有斷坪，通常為收縮背斜。其構造變形總體上由根帶至前鋒由強變?nèi)踔钡较?。軟弱層在褶皺核部加厚，而強硬層厚度不變?/p>

摘自《油氣勘探開發(fā)科技周刊》2016年11月23日

Application of squeeze packing sand control in ZH41-52NX well

Wen Yunfei

(No.5OilProductionPlantofHuabeiOilfieldCompany,PetroChina,Xinji052360,China)

Aiming at the problems of low production and sand-buried layer due to sanding production in ZH41-52NX well,it was developed the integrated squeeze packing sand control technology.Based on the result of evaluating sand size,the optimal size of gravels was selected.In order to ensure gravels without deposition and blocking in the perforation,it was carried out optimization design for sand-carrying fluid,sand-carrying ratio,filling rate and injection procedure,etc.The wrapping liner size and the string structure were designed to improve the effect of sand control and the stability of filling.After sand control treatment,the average daily increased oil production was 2 tons per day for 243 days continuous production. The optimization design method for this technology can provide a technical support for the sand-control in this kind of oil well.

squeeze-packing;gravel size;sand concentration;pumping rate;optimization design

2016-04-13；改回日期：2016-05-17。

文云飛(1985— )，工程師，主要從事油田采油工藝技術研究與應用工作。電話：18632736812，E-mail：cy5_wenyf@petrochina.com.cn。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.04.017

TE358.1

A