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(wù)股份有限公司，天津 300459）

關(guān)鍵字：礫石充填；大通徑；一趟多層

一趟多層礫石充填技術(shù)在我國渤海區(qū)塊應(yīng)用非常廣泛，其中9-5/8"套管井常用2.875"[1-2]內(nèi)沖管，7"套管井常用1.9"內(nèi)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(chǎn)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(xiàn)通過改善工具結(jié)構(gòu)和改進工藝流程，可將充填用內(nèi)沖管尺寸改為2.375"，實現(xiàn)更大的內(nèi)通徑，進而實現(xiàn)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(jié)構(gòu)和原理

一趟多層礫石充填技術(shù)因可以有效防砂和極大提高油井產(chǎn)量而被廣泛應(yīng)用，該技術(shù)發(fā)展十分成熟，但技術(shù)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(shù)能夠契合現(xiàn)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(jié)構(gòu)的設(shè)計又占用了一部分空間，致使外國公司設(shè)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(jié)合現(xiàn)場作業(yè)需求對現(xiàn)有工具結(jié)構(gòu)進行改進、創(chuàng)新。在設(shè)計外管柱時，將分層用的隔離封隔器由原來的單活塞結(jié)構(gòu)改進為雙活塞結(jié)構(gòu)，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(shè)計封隔器占用的空間，將最小內(nèi)徑從現(xiàn)有的3.25"擴大到3.88"；同時優(yōu)化設(shè)計了沉砂封隔器的回接方式，將插入密封與沉砂封隔器內(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計能夠增大回接后的內(nèi)徑，將內(nèi)徑由現(xiàn)有的3.28"擴大到3.88"，如此整個外管柱的內(nèi)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(shù)重復(fù)）、插入密封、沉砂封隔器。

與防砂管柱配合的服務(wù)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(guān)工具、滑套開關(guān)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(xiàn)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(jié)構(gòu)，為充填液體提供轉(zhuǎn)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(nèi)部通過，反循環(huán)時單向閥結(jié)構(gòu)關(guān)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(guān)工具和單關(guān)工具實現(xiàn)充填滑套的雙向開關(guān)和單向選擇性關(guān)閉，可在充填作業(yè)末尾實現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)通徑，沖砂管組合采用3.5"和2.375"，彌補現(xiàn)有技術(shù)沖砂管尺寸小的弊端，能夠?qū)崿F(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮一定的安全系數(shù)，將管柱工具的壓力級別標準設(shè)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(nèi)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(nèi)（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(nèi)（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(nèi)（圖 4）。

2.4 充填滑套開關(guān)工具

充填滑套開關(guān)工具見表1。

2.5 充填滑套單關(guān)工具

充填滑套單關(guān)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(guān)工具

表3 負荷顯示器

表4 插入密封

3 現(xiàn)場應(yīng)用

PL19-3D36ST02井為蓬萊19-3區(qū)塊D平臺上的一口生產(chǎn)井，井身結(jié)構(gòu)見表5。該井生產(chǎn)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(shù)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(jié)構(gòu)

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(shè)計將單層厚度小的多個產(chǎn)層合并采用壓裂充填的方式進行防砂，單層厚度大的產(chǎn)層采用高速水充填的方式進行防砂。2018年2月在目標井應(yīng)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(shù)如表6，因跨距較長分為兩趟管柱作業(yè)。根據(jù)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(xiàn)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(xiàn)有技術(shù)的12 bpm，滿足現(xiàn)場的壓裂充填作業(yè)需 求。

表6 射孔參數(shù)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(jié)論

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

（2）海上現(xiàn)場作業(yè)表明，新型一趟多層礫石充填防砂技術(shù)采用更大尺寸的沖砂管，更大內(nèi)徑的防砂工具，能夠?qū)崿F(xiàn)一次多層壓裂充填作業(yè)，防砂作業(yè)過程順利。