高 斌，陳 彬，張 磊，袁偉偉，徐 剛，路振興，李 強

（1. 中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459；2. 海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，天津 300459；3. 中海油田服務股份有限公司，天津 300459）

關鍵字：礫石充填；大通徑；一趟多層

一趟多層礫石充填技術在我國渤海區(qū)塊應用非常廣泛，其中9-5/8"套管井常用2.875"[1-2]內沖管，7"套管井常用1.9"內沖管，因礫石充填時沖管管徑小，充填層段距離長，攜砂液在泵送過程中會產生很大摩阻[3-5]，這就限制了7"套管井難以進行壓裂充填作業(yè)?，F通過改善工具結構和改進工藝流程，可將充填用內沖管尺寸改為2.375"，實現更大的內通徑，進而實現一趟多層壓裂充填作業(yè)，解決小尺寸套管井難以進行一趟多層壓裂的問題。

1 管柱結構和原理

一趟多層礫石充填技術因可以有效防砂和極大提高油井產量而被廣泛應用，該技術發(fā)展十分成熟，但技術核心一直被外國公司所掌握，尤其以哈里伯頓和貝克休斯為代表[6-8]。他們的工具技術能夠契合現場作業(yè)需求，具有循環(huán)下入、坐封頂封、驗封、丟手、上提下放管柱確定各位置、坐封隔離封隔器并驗封、正反循環(huán)測試、充填作業(yè)、反循環(huán)洗井和驗證充填效果等功能[9]。但由于7"井眼尺寸有限，外管柱工具結構的設計又占用了一部分空間，致使外國公司設計的充填用沖砂管只能采用1.9"和2.375"的組合。小尺寸沖砂管組合造成充填過程中液體摩阻高，因此作業(yè)能力受到了限制，只能夠進行高速水充填作業(yè)，無法進行壓裂充填作業(yè)。

項目研究人員結合現場作業(yè)需求對現有工具結構進行改進、創(chuàng)新。在設計外管柱時，將分層用的隔離封隔器由原來的單活塞結構改進為雙活塞結構，在坐封壓力不變的條件下保證封隔器擁有足夠的坐封力，這樣就縮小了設計封隔器占用的空間，將最小內徑從現有的3.25"擴大到3.88"；同時優(yōu)化設計了沉砂封隔器的回接方式，將插入密封與沉砂封隔器內芯軸回接改進為插入密封與沉砂封隔器上部密封筒回接，這樣的結構設計能夠增大回接后的內徑，將內徑由現有的3.28"擴大到3.88"，如此整個外管柱的內通徑就達到了3.88"，即可以使用更大尺寸的沖砂管組合進行充填作業(yè)。

新的防砂外管柱從上至下依次為頂部封隔器總成[10]、充填滑套總成、盲管和篩管、隔離封隔器、充填滑套總成、盲管和篩管……（視層數重復）、插入密封、沉砂封隔器。

與防砂管柱配合的服務工具管柱自上而下依次為頂部封隔器坐封工具、3-1/2"和2-3/8"沖管、上部密封、中部密封、充填工具、負荷顯示器、滑套單關工具、滑套開關工具和底部密封（圖1）。

圖中坐封工具和頂部封隔器配合，實現封隔器坐封、驗封和丟手；兩層沖管提供礫石充填循環(huán)的進、出通道；充填工具具有軸向、縱向橋式通道結構，為充填液體提供轉向流道；具有單向閥功能的反循環(huán)閥在充填時單向閥打開，液體可以順利在管柱內部通過，反循環(huán)時單向閥結構關閉，液體不能通過反循環(huán)閥漏失到下層；負荷顯示器與防砂管柱上的顯示臺階配合確定管柱的相對位置，為礫石充填各個工藝流程提供位置參考；滑套開關工具和單關工具實現充填滑套的雙向開關和單向選擇性關閉，可在充填作業(yè)末尾實現驗滑套操作；通過上部密封、中部密封和底部密封不同長度的配長可實現充填層段與上、下射孔段的隔離，充填目的層段時不影響其他層段的穩(wěn)定性。此管柱擴大了外管柱的內通徑，沖砂管組合采用3.5"和2.375"，彌補現有技術沖砂管尺寸小的弊端，能夠實現大通徑、大排量和低摩阻的壓裂充填作業(yè)。

圖1 一次多層礫石充填管柱結構圖

2 工具試驗檢測

渤海區(qū)塊油藏埋層較淺，一般垂深不超過2 000 m，平均地層破裂梯度為2.61 psi/m，壓裂充填時最大壓力不超過5 000 psi。工具結構設計時考慮一定的安全系數，將管柱工具的壓力級別標準設定為7 500 psi，為確保整個管柱能夠滿足充填的作業(yè)需求，在試驗室內針對每個工具的性能均進行了試驗測試。

2.1 頂部封隔器

a）坐封打壓3 000 psi，穩(wěn)壓5 min；

b）上部壓力測試：階梯打壓至7 500 psi，保壓15 min；

c）坐封工具丟手：打壓3 600 psi，坐封工具一級丟手銷釘剪斷，重新打壓到1 600 psi，坐封工具二級丟手銷釘剪斷，取出坐封工具；

d）下部壓力測試：階梯打壓至7 500 psi，保壓15 min；

e）最后解封回取出頂部封隔器。

頂部封隔器坐封順利，上下壓驗封成功，均能達到7 500 psi，穩(wěn)壓15 min壓降1%以內（圖2），封隔器坐封工具丟手成功，回取順利。

圖2 頂部封隔器試驗照片和壓力曲線

2.2 隔離封隔器

a）隔離封隔器坐封：打壓2 800 psi，穩(wěn)壓5 min；

b）上部壓力測試：階梯打壓至7 500 psi，保壓15 min；

c）下部壓力測試：階梯打壓至7 500 psi，保壓15 min；

d）最后取出隔離封隔器。

隔離封隔器坐封順利，上下壓驗封成功，均能達到7 500 psi，穩(wěn)壓15 min，壓降在1%以內（圖 3）。

圖3 隔離封隔器試驗照片和壓力曲線

2.3 沉砂封隔器

a）將沉砂封隔器放入專用試驗工裝中；

b）沉砂封隔器坐封：打壓2 900 psi，穩(wěn)壓2 min；

c）加壓至4 600 psi，坐封工具脫手；

d）上部壓力測試：階梯打壓至7 600 psi，保壓15 min；

e）下部壓力測試：階梯打壓至7 600 psi，保壓15 min。

沉砂封隔器坐封順利，上下壓驗封成功，均能達到7 500 psi，穩(wěn)壓15 min，壓降在1%以內（圖 4）。

2.4 充填滑套開關工具

充填滑套開關工具見表1。

2.5 充填滑套單關工具

充填滑套單關工具見表2。

2.6 負荷顯示器

負荷顯示器見表3。

2.7 插入密封

插入密封見表4。

圖4 沉砂封隔器試驗照片和壓力曲線

表1 充填滑套開關工具

表3 負荷顯示器

表4 插入密封

3 現場應用

PL19-3D36ST02井為蓬萊19-3區(qū)塊D平臺上的一口生產井，井身結構見表5。該井生產層位為館陶組，儲層巖性為細、中細、含礫中粗砂巖。目的層段儲層單層厚度變化較大，從不足1 m到大于25 m均有分布。單層厚度小于4 m的儲層按層數統(tǒng)計所占比例較高，約為68%，孔隙度分布在18.9% ～ 32.6%之間，平均26.3%，滲透率主要分布在（50 ～ 1 000）×10-3μm2之間，平均為815×10-3μm2，為中孔 ～ 高滲儲層。

表5 PL19-3D36ST02井井身結構

由于目標井儲層厚度變化大，多個小層位層疊，無法逐一進行充填防砂作業(yè)，設計將單層厚度小的多個產層合并采用壓裂充填的方式進行防砂，單層厚度大的產層采用高速水充填的方式進行防砂。2018年2月在目標井應用上述工藝和工具實施了一趟多層充填作業(yè)，目標井井深1 750 m，最大井斜51.33°，分5層射孔，射孔段跨度463.7 m，射孔參數如表6，因跨距較長分為兩趟管柱作業(yè)。根據儲層分布特點，第一、四、五層為壓裂充填；第二、三層為高速水充填，作業(yè)統(tǒng)計見表7，施工曲線見圖5～圖9。

由施工曲線可以看出地層破裂時地面泵壓低于3 000 psi，出現脫砂壓力時泵壓最高不超過4 000 psi，遠低于工具的額定壓力；因采用大尺寸的沖砂管組合，在能夠維系地層破裂壓力的前提下，攜砂液排量可以提高到18 bpm，高于現有技術的12 bpm，滿足現場的壓裂充填作業(yè)需 求。

表6 射孔參數表

表7 作業(yè)統(tǒng)計表

圖5 第一層施工曲線

圖6 第二層施工曲線

圖7 第三層施工曲線

圖8 第四層施工曲線

圖9 第五層施工曲線

4 結論

（1）新型一趟多層礫石充填防砂管柱工具經過功能測試后，表明其技術參數和工具性能滿足現場作業(yè)需求。

（2）海上現場作業(yè)表明，新型一趟多層礫石充填防砂技術采用更大尺寸的沖砂管，更大內徑的防砂工具，能夠實現一次多層壓裂充填作業(yè)，防砂作業(yè)過程順利。