（勝利油田分公司孤東采油廠工藝所，山東 東營(yíng) 257000）

孤東油田是膠結(jié)疏松的砂巖油藏,自上世紀(jì)八十年代投入開(kāi)發(fā)以來(lái),防止油層出砂已是維持油田正常開(kāi)采的一項(xiàng)重要技術(shù)措施,隨著油田的不斷開(kāi)發(fā)，防砂工藝技術(shù)也得到了不斷的配套和發(fā)展。孤東油田西部，管理著GD51 塊、GD55塊及二區(qū)西部分油水井,主力區(qū)塊GD51、GD511 塊及二區(qū)西儲(chǔ)層為河流相沉積,埋藏淺、泥質(zhì)含量高、膠結(jié)疏松、易出砂,屬典型的疏松砂巖油藏,區(qū)塊投入開(kāi)發(fā)以來(lái),防砂工藝應(yīng)用一直是我們工作的重點(diǎn),防砂治砂工作任務(wù)艱巨。

1 某單位防砂工藝實(shí)施現(xiàn)狀

孤東油田西部主力區(qū)塊GD51、GD511 及二區(qū)西儲(chǔ)層屬典型的疏松砂巖油藏,區(qū)塊投入開(kāi)發(fā)以來(lái),防砂工藝應(yīng)用一直是我們工作的重點(diǎn),防砂治砂工作任務(wù)艱巨。

孤東采油廠防砂工藝發(fā)展大體分三個(gè)階段：

第一階段（1986～1989 年）：以濾砂管、干灰砂防砂為主。在這一階段中的濾砂管防砂技術(shù)適合于滲透性高的中粗砂粒地層，成本低且防砂效果較好，但是這種防砂技術(shù)有效防砂周期短，僅在400 天左右，并且對(duì)出泥粉砂嚴(yán)重油井沒(méi)有根本的解決辦法。

第二階段（1990～2000 年）：以濾砂管、涂料砂防為主，以干灰砂、繞絲管循環(huán)充填為輔。本階段中的濾砂管防砂技術(shù)同樣適合于滲透性高的中粗砂粒地層，成本較低，并且防砂效果較好，其有效防砂周期大體在700 天左右，但是這種防砂方式還是同樣對(duì)出泥粉沙嚴(yán)重油井沒(méi)有根本的解決辦法，仍需進(jìn)一步改進(jìn)[1]。

于是本區(qū)塊經(jīng)過(guò)多年開(kāi)發(fā)，油層及井況條件日趨復(fù)雜化，油井防砂主要面臨以下兩點(diǎn)問(wèn)題：

（1）傳統(tǒng)防砂工藝適用性變差，出泥粉砂嚴(yán)重的油井日益普遍，因防不住砂導(dǎo)致的長(zhǎng)期停產(chǎn)井日益增加，防砂成功率低，有效期短的問(wèn)題突顯。影響油井整體開(kāi)發(fā)效果的進(jìn)一步提高。

（2）防砂費(fèi)用急劇增加，使作業(yè)成本壓力越來(lái)越大。針對(duì)傳統(tǒng)防砂工藝存在的這些問(wèn)題，采油廠于1998 年試用了繞絲管高壓充填防砂工藝，該工藝不僅可以解決以往傳統(tǒng)工藝不能解決的地層出泥粉砂問(wèn)題，而且該技術(shù)還有效延長(zhǎng)了防砂周期，在某單位選出的29 口可對(duì)比井中平均防砂周期達(dá)到了978 天；并且該技術(shù)在對(duì)地層解堵、提高采液強(qiáng)度從而提高油井產(chǎn)量方面顯示出了極大的經(jīng)濟(jì)效益。自2001 年以來(lái)，某單位主要推廣應(yīng)用了繞絲管封隔高壓充填防砂工藝。

第三階段（2001～至今）：以繞絲管封隔高壓充填為主，循環(huán)充填為輔。

2 高壓充填技術(shù)原理、應(yīng)用及效果分析

采用封隔高壓充填技術(shù)能在井筒附近形成擋砂屏障，提高了近井地帶的滲透率和防砂強(qiáng)度，擴(kuò)大滲流面積，消除孔眼附近的瓶頸阻流，降低生產(chǎn)壓差，從而控制出砂，并提高產(chǎn)能，能有效解除井筒附近的污染堵塞；較好地解決“防砂與防堵塞不能統(tǒng)一”的問(wèn)題，達(dá)到既有效防住油層出砂，又大幅度地提高其供液能力的效果[2]。

2.1 封隔高壓充填技術(shù)原理

2.1.1 防砂機(jī)理

（1）通過(guò)繞絲管擋住人工充填砂，利用充填砂對(duì)地層砂的橋塞作用，把地層砂擋在充填砂周圍，形成較好的二級(jí)擋砂屏障，達(dá)到防止油層出砂的目的。

（2）根據(jù)油層出砂的門(mén)限速度理論，油層出砂程度與流體的流速成正比。高壓充填砂在井筒一定半徑的油層內(nèi)形成致密的高滲透帶，地層砂被擋在充填砂體以外。在油井產(chǎn)液量一定的情況下，出砂半徑與流速有以下關(guān)系:

V 以井軸為圓心的半徑為R 處流體流速

Q 油井產(chǎn)量

H 油層射開(kāi)厚度

R 與井筒同心某處圓半徑

因此在油井生產(chǎn)時(shí)高速流體主要集中在充填砂體內(nèi)，充填砂以外的流速則大大降低，減少了流體對(duì)地層砂的沖刷和攜帶作用，使油井出砂的可能性減少。

（3）高壓充填防砂可以緩解或避免近井油層骨架的進(jìn)一步破壞。這是因?yàn)閹r層的破壞（包括拉伸、剪切、壓縮和粘結(jié)破壞）與流體的流動(dòng)壓力梯度直接相關(guān)，流壓梯度越大巖層破壞就越嚴(yán)重，則油層出砂越嚴(yán)重。因此當(dāng)油層流體通過(guò)高滲的充填砂體時(shí)其流壓梯度就大大降低，從而緩解甚至避免油層骨架的進(jìn)一步破壞，緩解出砂趨勢(shì)和程度。同時(shí)高壓充填又可以重新建立近井地帶油層的骨架支撐,避免上履地層坍塌出砂。

表1 PFS 封隔充填工具技術(shù)參數(shù)

2.1.2 增產(chǎn)機(jī)理

（1）提高近井地帶油層的滲透性。高壓充填砂體采用0.4-0.8mm 的石英砂，滲透率高達(dá)121μm2，遠(yuǎn)高于地層滲透率，根據(jù)油井流動(dòng)動(dòng)態(tài)關(guān)系IPR 方程：

Q 油井地面產(chǎn)量 K 地層有效滲透率

Pr 供油區(qū)平均油藏壓力 J 采油指數(shù)

Pw 井底流壓 μ 地層油粘度

B 原油體積系數(shù) a 采用不同單位換算系數(shù)

S 表皮系數(shù) H 油層厚度

x 形狀因子，與泄油區(qū)形狀和井的位置有關(guān)

可見(jiàn)，在相同的生產(chǎn)壓差下，改進(jìn)滲流區(qū)滲透率K，降低油井表皮系數(shù)S，可以明顯提高油井產(chǎn)量。

（2）高壓充填可以起到一定的壓裂作用,使地層形成短而寬的裂縫，從而提高供液能力 。

2.2 工藝技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)

2.2.1 孔密的設(shè)計(jì)

采用高密度、大孔徑、深穿透射孔技術(shù)，可以增大液體流動(dòng)面積，降低流體阻力，有利于提高產(chǎn)能，但同時(shí)考慮到孔密對(duì)高充防砂施工排量的設(shè)計(jì)要求，一般采用每米32 孔、102 槍、127 彈的射孔完井方法。

2.2.2 充填砂粒徑和繞絲管(割縫管)縫寬的設(shè)計(jì)

充填砂的粒徑根據(jù)索西埃公式進(jìn)行選擇：

D 為充填砂粒徑，d50 為地層砂粒徑中值。

據(jù)分析孤東油井出地層砂的粒徑中值為0.08-0.15mm,因此高壓充填選用0.4-0.8mm 充填砂和0.2-0.3mm 的繞絲管(割縫管)。

2.2.3 充填砂量設(shè)計(jì)

充填砂量包括地層充填砂量和油套環(huán)空充填砂量，對(duì)油套環(huán)空內(nèi)充填砂量可以通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算得到，因此關(guān)鍵在于地層充填砂量的設(shè)計(jì)。

為了達(dá)到較好的防砂效果，地層充填砂體至少達(dá)到油井大量在出砂半徑以外的地層空間。

根據(jù)《疏松砂巖油藏出砂機(jī)理研究》成果，孤東油井最大出砂半徑在1.5—3.2m 之間，大量出砂半徑在0.3-1.5m之間，結(jié)合老井地層虧空等情況，確定地層充填砂量由下式計(jì)算得出：

R 為地層充填半徑，一般取0.6—3 米；

H 為射孔油層厚度；

Φ 為地層充填系數(shù)，一般取0.3—0.5 米。

2.2.4 防砂管柱及配套工具設(shè)計(jì)

高壓充填防砂防砂管柱由絲堵、繞絲管、安全接頭、扶正器和PFS 充填工具組成，如圖1 所示。

高壓充填防砂工藝管柱配套工具設(shè)計(jì)主要應(yīng)用了PFS型系列封隔充填一體化工具。PFS 封隔充填工具主要由液壓部分、鎖緊部分、密封部分、卡瓦錨定部分、充填部分、關(guān)閉部分、丟手部分等組成。該工具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)便，具備良好的適性。[3]

2.2.5 充填施工參數(shù)設(shè)計(jì)

施工的不同階段要求有不同排量：

1.在地層充填階段，為了形成致密的充填砂體，要求充填施工達(dá)到：（1）在套管內(nèi)攜砂液速度至少達(dá)到臨界速度，防止充填砂沉入套管砂埋炮眼。（2）在射孔孔眼內(nèi)，攜砂液噴射速度至少達(dá)到臨界速度，以防止充填砂在管外空洞處沉積，在一定壓力下把充填砂攜帶地層深處，形成密實(shí)的充填砂體。

表2 分階段泵壓、排量和攜砂比參數(shù)表

表3 某單位歷年可對(duì)比井的涂防、濾砂管、高壓充填繞絲防砂工藝的平均有效防砂周期匯總表

圖1 某單位歷年可對(duì)比井的涂防、濾砂管、高壓充填繞絲防砂工藝的平均有效防砂周期匯總圖

施工排量的確定：0.4-0.8mm 砂粒在∮139.7mm 套管井內(nèi)充填排量應(yīng)達(dá)到0.8～1.1m3/min，在∮177.8mm 套管井內(nèi)充填排量應(yīng)達(dá)到1.3～1.8 m3/min。

2.環(huán)空充填階段要求攜砂液流速低于臨界速度，因此施工排量應(yīng)逐步降至0.3～0.4m3/min。

3.現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：（1）0.4-0.8mm 石英砂設(shè)計(jì)用量按充填半徑1.2-1.5 米計(jì)算；（2）攜砂液需用脫油污水，干凈合格；（3）泵壓、排量和攜砂比分為三階段控制。

2.3 施工工藝及工藝特點(diǎn)

2.3.1 施工工藝

（1）管匯試壓。接好地面管匯，開(kāi)泵試壓30MPa，3min 不刺不漏方可進(jìn)行下一步施工。

（2）封隔高壓一次充填工具座封。工具下達(dá)預(yù)定位置后，用攜砂液正循環(huán)洗井，記錄此時(shí)管柱重量，從油管內(nèi)投入鋼球一只，用水泥車小排量加壓座封。

（3）驗(yàn)封。按操作規(guī)程提放管柱，驗(yàn)證是否座封。

（4）開(kāi)啟充填通道。繼續(xù)加壓至壓力突降，此時(shí)中心管關(guān)閉，充填通道開(kāi)啟。

（5）確定施工排量。可根據(jù)砂粒直徑和射孔井段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)相應(yīng)的排量，必須滿足積壓式充填要求。

（6）充填。排量、壓力穩(wěn)定后進(jìn)行充填，直到泵壓升高到預(yù)定壓力值，停止充填。

（7）反洗井。從套管內(nèi)泵入清潔攜砂液，洗出油管內(nèi)多余的礫石，洗凈為止。

（8）丟手。充填完成后，上提管柱至原負(fù)荷，正轉(zhuǎn)油管倒扣丟手，確認(rèn)倒開(kāi)后上提管柱，此時(shí)充填通道自動(dòng)關(guān)閉，中心管自動(dòng)打開(kāi)。

（9）按設(shè)計(jì)要求下入生產(chǎn)管柱。

2.3.2 工藝特點(diǎn)

（1）施工簡(jiǎn)單。封隔與高壓一次充填結(jié)合在一起，減少了起下管柱時(shí)間、減少了作業(yè)占井時(shí)間，節(jié)省了地面施工。

（2）防砂有效期長(zhǎng)。大排量高壓將地層充填與井筒充填結(jié)合在一起，確保了充填礫石與空洞、壓裂裂縫周壁緊密相鑲嵌，有效防砂半徑大、有效期長(zhǎng)，有強(qiáng)烈的解堵作用，并提高了滲透率。

（3）采液強(qiáng)度高。套管內(nèi)下入了高強(qiáng)度的繞絲管，地層與環(huán)空被礫石充填結(jié)實(shí)，濾砂效果好，能大量提液。

（4）保護(hù)油層。油層充填與環(huán)空合二為一，降低了因攜砂液更換了帶來(lái)了油層污染。

（5）修井難度降低。管柱配套了安全接頭和扶正器，便于套銑、解卡，減少了轉(zhuǎn)大修的機(jī)會(huì)。

2.4 高壓充填防砂工藝應(yīng)用及效果分析

2001 年～至今：以繞絲管高壓充填為主，循環(huán)充填為輔的防砂工藝在某單位的防砂治砂工作中取到了很好的效果，并且在延長(zhǎng)防砂有效期、對(duì)地層解堵、提高采液強(qiáng)度高方面顯示了其極大的優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益顯著，并很快在全隊(duì)推廣應(yīng)用開(kāi)來(lái)。

表4 某單位6 口井的濾砂管防砂與高壓充填、繞絲防砂前后生產(chǎn)情況對(duì)比表

表5 某單位2 口井的割縫管防砂與高壓充填、繞絲防砂前后生產(chǎn)情況對(duì)比表

表6 某單位2 口井的涂防防砂與高壓充填、繞絲防砂前后生產(chǎn)情況對(duì)比表

表7 某單位6 口井的涂防、繞絲防砂與高壓充填、繞絲防砂前后生產(chǎn)情況對(duì)比表

表8 某單位1 口井的干灰砂、繞絲防砂與高壓充填、繞絲防砂前后生產(chǎn)情況對(duì)比表

表9 某單位歷年來(lái)高壓充填防砂工藝扶井井次及增油效果

圖2 某單位首次使用高壓充填防砂技術(shù)井的采液強(qiáng)度及相應(yīng)防砂周期散點(diǎn)圖

2.4.1 封隔高壓充填防砂工藝有效的延長(zhǎng)了防砂有效期

通過(guò)對(duì)29 口可對(duì)比井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，我們首先得出每口井各種防砂方式的平均有效防砂周期，然后在經(jīng)過(guò)匯總，可以看出：我隊(duì)所有可對(duì)比井涂防防砂工藝的平均有效防砂周期為644 天，濾砂管防砂工藝的平均有效期為391 天，而高壓充填防砂工藝的平均有效防砂周期卻達(dá)到了978 天（見(jiàn)表2）。由此可見(jiàn)，高壓充填防砂工藝在延長(zhǎng)了防砂有效期方面突出了其巨大的優(yōu)勢(shì)。

2.4.2 封隔高壓充填防砂工藝在對(duì)地層解堵、提高采液強(qiáng)度等方面效果顯著

封隔高壓充填防砂工藝在對(duì)地層解堵、提高采液強(qiáng)度方面進(jìn)而提高油井產(chǎn)量方面顯示了其極大的經(jīng)濟(jì)效益,共累計(jì)增油45889t。

2.4.3 封隔高壓充填防砂工藝在防泥粉砂方面有很好效果

由于傳統(tǒng)防砂工藝適用性變差，出泥粉砂嚴(yán)重的油井日益普遍，因防不住砂導(dǎo)致的長(zhǎng)期停產(chǎn)井日益增加，影響油井整體開(kāi)發(fā)效果的進(jìn)一步提高。封隔高壓充填防砂工藝可以有效的對(duì)因傳統(tǒng)工藝防不住泥粉砂而導(dǎo)致的長(zhǎng)期停產(chǎn)井進(jìn)行扶井，共扶井5 井次，累增油18328t。[4]

2.4.4 高壓充填防砂技術(shù)對(duì)不同采液強(qiáng)度的適用范圍

封隔高壓充填防砂技術(shù)在某單位應(yīng)用表明：該技術(shù)較適用于5-15 這段采液強(qiáng)度下，其中采液強(qiáng)度在5-10 之間時(shí)，平均有效防砂期最長(zhǎng)，達(dá)到1490 天，采液強(qiáng)度在10-15 之間時(shí)，有效防砂期次之，達(dá)到1210 天。

3 結(jié)論

（1）該技術(shù)有效延長(zhǎng)了防砂周期，在某單位選出的29口可對(duì)比井中平均防砂周期達(dá)到了978 天。

（2）該技術(shù)在對(duì)地層解堵、提高采液強(qiáng)度從而提高油井產(chǎn)量方面顯示出了極大的經(jīng)濟(jì)效益，共累計(jì)增油45889t。

（3）可對(duì)因傳統(tǒng)工藝防不住泥粉砂而導(dǎo)致的長(zhǎng)期停產(chǎn)井進(jìn)行扶井，累增油18328t。總之，該技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，值得推廣應(yīng)用。

（4）雖然高壓充填防砂技術(shù)在我隊(duì)?wèi)?yīng)用中雖然取得良好的效果，但是后期堵塞問(wèn)題仍有待解決。