仲曄　劉正偉　劉新鋒　宋立輝　蔡綱（中海油田服務股份有限公司，天津 塘沽 300450）

渤海中部某礫石充填井短期內(nèi)防砂失敗案例探討

仲曄劉正偉劉新鋒宋立輝蔡綱（中海油田服務股份有限公司，天津 塘沽 300450）

渤海中部區(qū)塊物性較好，極易出砂，通常選擇礫石充填作為防砂增產(chǎn)手段。文中以渤海中部某礫石充填井（F井）為例，探討礫石充填成功，卻在短期內(nèi)防砂失效的主要原因，并從封隔器以上套管破損、充填滑套關閉不合格、生產(chǎn)制度控制不當、篩管破損等方面，逐一進行了分析。最終提出了綜合預防措施的建議與認識，并研討防砂完井作業(yè)改進方向。

渤海中部；礫石充填；防砂失??；原因分析

渤海中部區(qū)塊儲集層埋藏淺，成巖作用較弱，儲層砂巖疏松，物性好，屬于高孔、高滲儲層。2014年7月19日，F(xiàn)井機組故障停井。該井與周圍注水井連通性較好，綜合地質(zhì)油藏情況并結合動態(tài)分析，認為大修后能夠恢復到原來的產(chǎn)能，于2015年中旬進行礫石充填大修作業(yè)。F井是一口定向生產(chǎn)井，井深1935.53m，最大井斜64.3°，設計采用7"套管＋4"優(yōu)質(zhì)篩管礫石充填完井方式。本次礫石充填防砂作業(yè)，累計充填陶粒4646磅，充填系數(shù)58.36磅/英尺，盲管埋高12英尺（理論計算值），順利完成作業(yè)。但在投產(chǎn)2個月后，檢泵發(fā)現(xiàn)有出砂現(xiàn)象。經(jīng)過取樣實驗分析，得出樣本D50為273.86μm（如圖1所示），且均為地層砂。

該儲層埋藏淺，上覆巖層壓實效果不明顯，導致地層膠結程度疏松，成巖巖性差，是其出砂的根本原因［1］［2］。大修前F井采用優(yōu)質(zhì)篩管簡易防砂，擋砂精度為120μm。大修再完井選定擋砂精度為120μm的4"金屬網(wǎng)布篩管加礫石充填防砂，在擋砂精度不變的情況下，增加了二級過濾陶粒層，理論擋砂能力優(yōu)于簡易防砂，因此，完井方式選擇符合設計要求；大修再完井后采用20～40礫石充填防砂，其礫石粒度中值為640μm，依據(jù)礫石粒徑與地層砂粒徑5～6倍匹配擋砂原則，理論上可以阻擋粒度中值大于128μm的粒度中值，而產(chǎn)出砂的粒度中值為276.86μm，遠大于篩管擋砂精度120μm，從砂樣粒度中值角度分析，防砂參數(shù)選擇符合防砂需求。經(jīng)過分析，該井短期內(nèi)防砂失敗的原因可能有：

（1）封隔器以上套管有破損；

（2）充填滑套關閉不合格；

（3）生產(chǎn)制度控制不當；

（4）篩管破損。

圖1　巖心粒度分析結果

1　封隔器以上套管有破損

F井建井已經(jīng)超過10年，屬于老井，巖石在復雜應力、高溫高壓下會產(chǎn)生蠕變、膨脹、滑坡以及斷層復活等復雜情況，均有可能使其在非均勻外力下擠壓產(chǎn)生破壞。期間多次酸化解堵加速套管破損：2011年11月4日，進行過酸化作業(yè)。酸化會對套管產(chǎn)生一定的腐蝕，以及酸化對地層產(chǎn)生溶洞和小孔，使圍壓不均勻，破壞套管平衡，損傷套管。

大修前最后一次檢泵（2014年9月11日），檢泵時發(fā)現(xiàn)地層出砂，洗井后正常生產(chǎn)13天后再次機組故障。說明地層已經(jīng)出砂，不能夠排除破壞了周圍巖石的壓力平衡，甚至發(fā)生坍塌，導致套管擠毀的可能。

2　充填滑套關閉不合格

充填滑套是礫石充填必須的通道，開啟關閉的控制要求比較嚴格，一般情況下作業(yè)結束需要對充填滑套進行驗證。充填滑套打開或者關閉不嚴經(jīng)常在海上的防砂作業(yè)中碰到，根據(jù)中海油內(nèi)部統(tǒng)計資料，2014年～2015年期間，綏中區(qū)塊不少于五口存在充填滑套打開或關閉不嚴導致出砂的問題。

硬卡導致關閉不嚴。本井在2015年4月8日12點45分開始充填，大約100分鐘后，突然起脫砂壓力，管柱內(nèi)還有大量的陶粒。作業(yè)結束后，上提管柱關閉滑套過程中，很可能有陶粒等雜質(zhì)，卡住滑套，使滑套關閉不嚴，或者未關閉。同時，在提交的完工報告中，為發(fā)現(xiàn)有驗充填滑套的報告。

磕碰導致意外開啟。本井的最大井斜達到63.4°，管柱在井筒內(nèi)傾斜嚴重，檢泵過程或者起初管柱的同時，對滑套進行磕碰，有可能使滑套意外開啟。

3　生產(chǎn)制度控制不當

油井的生產(chǎn)制度不合理，打破原有的生產(chǎn)平衡，尤其是生產(chǎn)初期，在沒有形成穩(wěn)固砂橋，可能導致油氣井提前出砂并促進防砂失效，在防砂失效的情況下，便可能進入到油井當中［3］。

大修前，F(xiàn)井投產(chǎn)檢泵均下入泵排量100m3/d，揚程1000m的電泵，平均產(chǎn)液量在70～80m3/d之間。大修后，油藏預計大修作業(yè)后日產(chǎn)液量120～150m3/d，日產(chǎn)油25～35m3/d。選擇電泵的額定排量為150m3/d，揚程為1200m。4月22日提頻至50Hz生產(chǎn)，地層產(chǎn)液130m3/d，生產(chǎn)初期沒有形成穩(wěn)固的砂橋，過快的提高泵的頻率，會使生產(chǎn)過程中抽吸嚴重，生產(chǎn)壓差過大，井眼周圍巖石骨架應力變大，儲層結構破壞，同時油層中流體的流動阻力增大，容易導致油井出砂。

另外，油井的工作制度的突然發(fā)生變化（如近期的頻繁檢泵、開關井等）使油層巖石受力情況頻繁的發(fā)生變化，破壞裂縫內(nèi)穩(wěn)定的砂拱結構，容易引起油井的非預見性出砂。

4　篩管破損

防砂篩管破損是海上油井防砂失敗的主要原因。根據(jù)中國海洋石油總公司統(tǒng)計，約占到總防砂失效的三分之二（2010年數(shù)據(jù)）。篩管破損主要可以分為篩管沖蝕破損和篩管腐蝕破損兩類。

篩管沖蝕破損。第一，篩管在打砂過程中，高速且?guī)樟５耐昃?，充填篩套環(huán)空、炮眼以及地層裂縫的同時也對篩管產(chǎn)生一定的沖擊，在控制返出速度不合理的情況下，有可能使其發(fā)生沖蝕破損；第二，控制生產(chǎn)壓差不合理，使產(chǎn)液量過大，沖蝕篩管嚴重，致使破損；第三，F(xiàn)井最大井斜超過60°，下入過程中不可避免的會對篩管進行磕碰、磨損或者刮傷，極有可能對篩管的機械性能產(chǎn)生一定的影響，甚至破損。

篩管腐蝕破損。該段地層水水型為NaHCO3型，礦化度平均約4500mg/L。有實驗證明，存在Cl～的情況下，管線鋼在NaHCO3溶液中會發(fā)生了點腐蝕，而且隨著溶液中Cl～含量增加，腐蝕坑的數(shù)量增多，腐蝕坑的直徑增大?，F(xiàn)場使用的完井液中，很大一部分為海水，不可避免的會帶有氯根，因此篩管肯定受到腐蝕。

篩管破損也存在其他的誘因。例如充填不合格導致篩盲管空間陶粒充填不均勻，甚至沒有充填，金屬網(wǎng)布篩管缺少陶粒的保護，間接性的導致篩管破損等復雜情況，地層砂可能透過篩管進入井筒。同時，為了封隔水層，在1778.26m增加一個隔離封隔器，封隔器的位置正處于射孔段（1757.8～1787.8m），膠皮正坐在射孔孔眼上。由于前期地層出砂、固井質(zhì)量等原因，可能使炮眼之間連通，充填過程中，可能會有一部分充填到下部封隔的地層甚至盲管段中，又因為充填砂橋等原因起脫砂壓力停止加砂。完工報告中，篩管埋高、充填系數(shù)均用充填量進行估算，可能存在一定的誤差。因此，存在充填不合格的可能。

5　認識與建議

油藏從建井到現(xiàn)在已經(jīng)有十余年，目前已進入高含水階段，油藏預計產(chǎn)出含水達到70%～85%，存在大段水淹情況，地下油藏地質(zhì)情況復雜難以預測，不確定因素眾多，很難得到一個準確的結論。而且現(xiàn)場出砂量比較大，可能陶粒沉降到口袋中被地層砂掩埋，而且取樣具有隨機性，因此取樣為地層砂并不能說明出砂中不含陶粒。因此，根據(jù)分析有如下認識與建議：

（1）礫石充填井防砂封隔器位置應選擇固井質(zhì)量較好、套管無變形、避開接箍的位置，保障封隔器的封隔能力，增加油井壽命；

（2）礫石充填結束后，進行驗滑套，保證滑套關閉，并能承接壓力，如果條件允許，生產(chǎn)管柱上增加隔離密封與定位密封配合封隔充填滑套，增加生產(chǎn)周期；

（3）選擇合適施工程序，避免封隔器與射孔段，套管接箍接觸，并驗充填，減少充填不合格，生產(chǎn)過程中的篩管破損；

（4）選擇合理的生產(chǎn)制度，既能保證產(chǎn)量又能減少篩管的破壞；

合理的篩盲管選擇，滿足不同井況下的需求。

［1］何生厚，張琪.油氣井防砂理論及其應用［M］.北京：中國石化出版社，2003.30～34.

［2］張琪.采油工程原理與設計［M］.東營：石油大學出版社，2000.333～336.

［3］萬仁溥.采油技術手冊防砂分冊［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1991.132～138.