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水平井裸眼砾石充填防砂工艺技术优化研究与应用刘树新杨喜柱等（大港油田公司采油工艺研究院滩海工艺室）摘要：本文通过对埕海一区储层、流体性质分析，基于理论分析、地层砂粒经分析试验，提出水平井裸眼砾石充填防砂工艺，优化了工艺设计参数，实施后已取得显著效果，该工艺的成功实施大大提高了我油田水平井防砂工艺技术水平，也将对环渤海类似储层的滩海油田开发具有良好的借鉴作用。
主题词：埕海一区裸眼水平井防砂工艺研究裸眼砾石充填防砂应用效果1 引言埕海油田位于渤海湾滩海- 浅海地区，由于储层为疏松砂岩，前期研究结果表明必须采取先期防砂才能投产，而本区采用人工岛开发，井型以水平井为主，且井底位移大，水平段长，在防砂工艺方面存在极大难度。
因此开展了水平井裸眼砾石充填防砂工艺技术优化研究与应用课题。
在国内，该项技术的研究工作起步较晚，仅在胜利油田进行了试验与应用，但对于超过700m长水平井段的防砂仍然存在很大技术难度。
1 地质概况埕海一区位于大港油田滩海区南部埕北断阶区，地理位置位于河北省黄骅市关家堡村以东的滩涂一海域水深4m的极浅海地区。
该区主要包括二个井区：庄海4X 1、庄海8断块。
自下而上发育Es、Ed、Ng Nm等四套含油层系。
其中，Ngl 1组为主力油组，有具有以下油藏特征：油藏埋藏较浅。
埋深为1240 - 1268m储层成岩作用弱，属于岩性-构造底水油藏。
油层胶结疏松，易出砂。
试采井存在出砂的现象。
储层呈现高孔、高渗的特征，根据庄海802井粘土矿物X衍射分析报告来看，储层粘土以伊蒙间层为主，平均含量达到62.5%,其中蒙脱石含量约为70％，伊/ 蒙混层是易水化膨胀的矿物，易发生粘土膨胀和分散造成地层伤害。
原油性质具有三高、三低的特点。
即高密度、高胶质沥青含量、高初馏点、低凝固点、低含蜡、低含硫。
该地区地层水矿化度平均为10350mg/L,水型为NaHCOO型。
油藏属于正常的温度压力系统。
针对该区上述储层特点，储层极易出砂，同时，原油粘度较高对出砂影响较大，本区地处滩海，以水平井为主，防砂难度大，因此开展了该区水平井防砂工艺研究与应用。
水平井及大斜度井砾石充填过程试验董长银;武龙;王爱萍;刘春苗;张琪【摘要】根据水平井及大斜度井砾石充填机制与过程,考虑地层滤失、井筒倾斜、筛管偏置等特殊情况,建立水平井及大斜度井管内砾石循环充填试验模拟装置.利用该试验装置模拟水平井及大斜度井管内砾石循环充填全过程,分析α波及β波充填前沿特征,研究井筒倾角、筛管偏置度、流量、砂体积分数对充填动态及α波砂床平衡高度的影响规律及机制.试验结果表明:α波充填前沿在低流量下规则稳定,在高流量下形状不规则;α波充填结束前沉积砂床平衡高度会整体升高,导致β波充填空间较小;筛管偏置度与井筒倾角对充填动态有明显影响,井筒倾斜会降低砂床平衡高度,而筛管偏置则会加剧沉积砂床的形成并增大平衡高度;流量、砂体积分数是影响α波充填动态的直接因素.【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(034)002【总页数】5页(P74-77,82)【关键词】水平井;大斜度井;砾石充填;α波;β波;砂床平衡高度;试验模拟【作者】董长银;武龙;王爱萍;刘春苗;张琪【作者单位】中国石油大学,石油工程学院,山东,东营,257061;中国石油大学,石油工程学院,山东,东营,257061;中国石油大学,石油工程学院,山东,东营,257061;中国石油大学,石油工程学院,山东,东营,257061;中国石油大学,石油工程学院,山东,东营,257061【正文语种】中文【中图分类】TE257砾石充填是疏松砂岩油气藏水平井及大斜度井的主要防砂完井方式之一,其充填过程是复杂条件下的固液两相流动过程,涉及井筒倾斜、冲筛环空结构、筛管偏置、地层滤失等诸多复杂条件,这些均会影响充填动态以及最终的充填效果[1-3],并给整个施工过程带来风险,限制了砾石充填这一理想的防砂完井工艺在水平井及大斜度井中的应用。
水平井及大斜度井砾石充填过程包括α波充填和β波充填。
充填过程中,井筒筛管环空存在沉积砂床,上部为固液两相流动,冲筛环空为携砂液单相流动。
第37卷第2期2015年3 月石 油 钻 采 工 艺OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGYVol. 37 No. 2Mar. 2015文章编号：1000 – 7393（2015 ） 02 – 0047 – 04 doi:10.13639/j.odpt.2015.02.013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）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.摘要：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。
关键词：水平井；分段挤压充填；防砂完井；隔离封隔器中图分类号：TE257 文献标识码：ASand control completion technology by staged squeeze packingin openhole horizontal wellsDU Bingguo1, 2（1.China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. Shengli Oilfield Company, Dongying 257001, China）Abstract: 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.Key words: horizontal well; staged squeeze packing; sand control completion; isolating packer2013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%。
水平井裸眼砾石充填防砂完井技术研究摘要：高孔高渗储层在全球占有较大比例，对高孔高渗油藏实施防砂完井能够大大延长油井的开采有效期，提高油井采收率。
目前水平井的开发是实现油井高产稳产的有效手段，水平井的开采一般采用潜油电泵强采，液量大，油井开采后近井地带亏空，地层骨架松散，会造成油井大量出砂；水平井、大针度井的砾石充填完井可以将防砂有效期延长至十年。
笔者对砾石充填完井技术进行了相应管柱结构及配套工具性能的研究，对各项施工参数进行了设计，为相关技术人员的现场应用和技术研究提供了有意义的参考。
关键词：水平井；裸眼砾石充填防砂完井1、前言为实现疏松砂岩水平井的有效开发，笔者对水平井裸眼充填完井技术进行了研究，研究了配套的防砂完井管柱、筛管和配套工具的结构与性能，对完井过程中的施工过程中的泵压、排量、砂比等重要参数进行了优化。
在现场进行砾石充填的过程中，由于影响砾石充填效果的因素比较多，所以在实际的防砂完井设计中需要加强对井径数据、完井液、管柱结构、防砂工具等的优化分析。
在现场的应用过程中，采用的砾石充填砂比保持在5%-10%，排量保持在500-1000L/min。
通过采用循环充填方式进行筛管与裸眼之间的砾石充填，挡住了有层中的砂子讲入井筒。
2、水平井裸眼砾石充填完井技术特点分析对于水平井而言，为了在最短的时间内获得最大的经济回报，较好的开采方式是电泵强采，但这也会造成油井过早出砂，检泵作业频繁，生产成本大大增加。
较为理想的完井方式是采用筛管外充填挡砂砾石的方式，裸眼完井方式保证了油层与井筒的接触面积，同时在筛管外部采用挡砂砾石，不仅能够起到筛管和砾石多级挡砂屏障的效果，还可以机械支撑井壁，避免井壁在开采一段时间后因骨架松散发生坍塌。
在油井生产出去，细粉砂能够随液体流人井筒，有了砾石充填层的保护能够降低液体对筛管的直接冲刷，提高了筛管的挡砂有效期。
因此采用裸眼+筛管+砾石充填层的完井方式大大提高了油井防砂时间，能够满足日产液100方以上的生产需求。
4.53计算步骤既然已经明确了进行砾石充填处理就能制止油井出砂，又能使地层液体通过充填砂流到井内，接下来就应读考虑如何进行砾石充填设计以及如何评价砾石对地层流体的渗透度。
从上述情况可以看出，按上述方法进行充填设计及挤注施工，既可以延长充填砾石的使用寿命，又有助于烁石的防砂作用。
图4.77是一种充填方法的示意图，并且给出了可能的计算部位。
现在可以看一下地层流体流出地层，经过充填得很好的砾石砂，进人筛管的流动路径(图4 .78)。
地层流体要能流人井筒筛管内，必须流经井筒附近油层，进人射孔炮眼，再经过充填的砾石，才能进人装有带眼或带槽衬管的筛管内。
为了用节点分析方法评价这种流动，必须求出流动路径上的障碍物引起的压降。
幸好，现在已有几个既适用于裸眼井又适用于下套管井砾石充填压降计算的公式.这些公式考虑了能使流体流动状态变为线性流或径向流的孔隙介质，当有流体流过时可能遇到涡流的情况。
利用这些公式，有可能预测并算出流体通过砾石充填层产生的压降。
下面这些计算式是由琼斯、布朗特和格莱兹修改推导出来的，已在油气井上成功地用于计算流体通过砾石充填部位产生的压降【11】。
4.531砾石充填井压降计算式（1）油井表4.33用于树脂涂层砂浆充填法的几种合成树脂225利用前面节点分析中的公式，能相当精确地算出流体通过砾石充填部位产生的压降。
4.532节点分析方法在进行砾石充填井节点分析时，可以把充填部位看作一个函数节点（一个垂直于流动方向，长度很短的节点）。
这样便可单独地直接分析评价它对地层流动流体的影响。
然后根据单独分析的结果进行砾石充填设计（可根据计算结果，绘出充填部位参数变化时对地层流体流动影响的曲线），还可利用分析结果对砾石充填的工作特性进行评价。
通常采用下列最常用的步骤进行油气井砾石充填节点分析。
（1） 绘制一条IPR 曲线（图4,79）。
（2） 绘制一条油管吸入口曲线（图4.80)。
（3） 摹绘出IPR 曲线与油管吸人口曲线之间的压差（图4.81 )。
The Baker Hughes CSAP gravel pack system has all of the same field proven features of CS-300 system. The definition of CSAP is Cake-Saver-Acid-Placement, before running in hole with the gravel pack assembly, displace the open hole section in casing to brine. It’s critical to the successive hole cleaning to maximize the fluid velocity at 300 ft/min near the well bore wall.贝克休斯CSAP砾石充填系统具有CS-300已经验证的所有相同的属性。
在向井下下砾石充填的组合工具时，向套管下的裸眼部分打入盐水，这对裸眼井壁附近液流速度达到300英尺每分，连续地洗井起着非常关键的作用。
For this reason, it’s important to fully maintain turbulent fluid possible. Low-viscosity fluids are desired to help to retain turbulence. However, while low-viscosity fluids help maximize velocity near the wall. It’s commonly assumed that their use also makes it somewhat more difficult to remove solids from the wellbore. To carry solids completely out of the wellbore,elevated flow velocities are required.由于这个原因，完全保持湍流的液体很重要。
低剪切速度的液体有助于保持湍流。
然而，尽管低剪切速度的流体能保证井壁附近的流体高流速。
但是通常它们也存在一个缺点那就是更难将井眼的固体携带出来。
为了将固体百分之百地携带出井眼，就要求液体具有很高的流速。
The steps to compete the procedure are:步骤如下：1、Pick up gravel pack assembly and run in hole to setting depth.将砾石充填组合工具下放到井下预定的深度。
2、Circulate brine down the work string and out the GPV shoe around the screen annulus at a rate below 25ft/sec pass the SC packing element.将盐水循环到工作管住从GPV引鞋流出，到筛管环空周围，速度为25英尺没秒以内，通过防砂充填工具。
3、Drop a stainless steel ball to set the SC packer, this section will shift the ball seat isolation sleeve downward, opening the return bypass ports in the crossover tool, and locking the primary ball on the ball seat.将一个不锈钢球丢手，坐在防砂封隔器上，会使球座封隔套筒向下移动，打开crossover tool 的回路旁通通道，将初始的那个不锈钢球锁在球座上。
4、Set the packer, pull the packer tech-unit, perform an anchor test on the SC packer.坐封隔器，拉动封隔器部分，在防砂封隔器上做一个锚定测试。
5、Pull 30000 pounds over the last recorded up-weight, followed by slacking off 30,000 pounds below the last recorded down-weight. This is your running in hole position. Followed by picking up the work string to confirm the crossover tool is free from the gravel pack packer assembly.最后一个记录的上提载荷重加到30000磅，然后将最后一个记录的释放重量加到30000磅。
这是下工具的位置。
接下来上提工作管住以确保crossover tool脱离了防砂封隔器组合，可以自由上提下放。
6、Pick up the work string to position the SMART Collet above the first indicating coupling, slack off 30,000 pounds, this is your test packer position. Apply the required test pressure to the annulus, to confirm the SC packing element is packed off on the casing inside diameter.上提工作管住到SMART Collet 的第一个位置指示接箍，释放30000磅的重量，这个是测试封隔器的位置。
对环空进行要求的压力测试，来保证防砂封隔工具坐封在了套管避上。
7、Pick up the work string to position the SMART Collet above the second indicating coupling.Slack off 30,000 pounds, this is your circulating position.上提工作管柱到SMART Collet 的第二个位置指示接箍，释放30000磅的重量，这个是正循环的位置。
8、Start pumping operations, once the pump rate has stabilized, start sand feed from the infuser. 开始泵注操作，一旦泵的速度稳定，开始从混砂器中加砂。
9、Continue to pump alpha wave , followed by beta wave till the screen is covered. Sand out … curve when the blind pipe above the screen annulus has been covered.继续泵入alpha波，接下来是beta波知道筛管与裸眼井壁之间被砂充满。
当筛管以上的盲管也充填完毕时，充填结束。
10、Strip up through the high drill to reverse access gravel in the work string in upper reverse position, the flapper anti-swabbing tool collet will locate up against the bottom seal bore in the gravel pack extension.11、After access gravel has been reversed out and returns are considered clean at surface, pick up the work string to shear the flapper anti-swabbing tool. If it has been done before pumping the gravel pack, continue to pick up until the tool closes the sliding sleeve.在多余的砂被反循环洗出，并且地面的返出液很干净时，上提工作管柱以剪切FAS tool 的阀板。
如果在砾石充填之前就剪切了，继续上提，知道关闭shifting tool的滑套。
12、Once the crossover tool seals are above the SC packer seal bore, drop the acid placement ball, to shift the bypass tool isolation sleeve open and close the return bypass ports.一旦crossover tool的密封是在防砂封隔器的密封孔，丢下打酸的不锈钢球，将旁通工具的封隔奥套筒打开，并且关闭上返的旁通通道。
This redirects the flow path to the inside diameter of the wash pipe.重新将流动通道指引到了冲管的内部。
The well is now ready for the upper completion.这口井现在已经可以上部完井了。
The Baker Hughes CSAP System provides one trip horizontal open hole gravel packing with the ability to pump the breaker system through wash pipe into the idea of the screen upon completion of the gravel pack.。
