張洪寶, 匡韶華,2*, 郭 濤,2, 柳燕麗

(1.遼河油田鉆采院，盤錦 124010； 2.塔里木油田油氣工程院，庫爾勒 841000)

塔里木盆地的超深碳酸鹽巖油井在生產(chǎn)過程中普遍存在井壁垮塌、出細粉砂和泥砂的現(xiàn)象。目前，該類油井主要采用機械篩管防砂，但是仍有部分井出現(xiàn)了篩管堵塞、篩管破損、儲層反復(fù)砂埋等問題，嚴重影響了油井的正常生產(chǎn)，需要進一步優(yōu)化防砂方法和防砂參數(shù)，提高防砂效果?，F(xiàn)根據(jù)油藏條件和出砂特點，提出了復(fù)合防砂技術(shù)對策。

復(fù)合防砂技術(shù)[1]是將機械防砂和化學(xué)防砂結(jié)合起來，進行優(yōu)勢互補的組合防砂技術(shù)。一方面采用化學(xué)防砂在地層中建立具有一定強度和滲透性的擋砂屏障，另一方面在井筒中下入防砂篩管或者礫石充填，建立高強度的擋砂屏障。復(fù)合防砂具有防砂效果好，有效期長，適應(yīng)性廣的特點。

目前，復(fù)合防砂技術(shù)在淺層-中層疏松砂巖油氣藏中應(yīng)用較普遍[2-6]，主要是采用化學(xué)防砂與單級防砂篩管結(jié)合應(yīng)用。相比于淺層-中層疏松砂巖油氣井，超深碳酸鹽巖油井的工況要復(fù)雜的多。采用復(fù)合防砂能否在裸眼完井的碳酸鹽巖油井中構(gòu)件良好的擋砂屏障尚不明確，并且在該類油井中沒有復(fù)合防砂技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗?，F(xiàn)考慮裸眼井壁垮塌、砂樣分選性差、細粉砂和泥質(zhì)含量高的特點，創(chuàng)新采用樹脂砂填充碳酸鹽巖裸眼虧空帶，防止井壁垮塌；同時采用兩級防砂篩管進行多級過濾，降低篩管堵塞風險。優(yōu)化設(shè)計的復(fù)合防砂技術(shù)在英買XX區(qū)塊進行了探索性應(yīng)用，應(yīng)用效果較好。

1 地質(zhì)特征及出砂概況

英買XX區(qū)塊位于塔北隆起西部的英買力低凸起，南部緊鄰滿加爾生烴凹陷，目前已成為塔北最有潛力的勘探目標區(qū)之一[7]。該區(qū)塊主力儲層段為一間房組和鷹山組上部。一間房組巖性以亮晶顆?；?guī)r為主，夾薄層生物灰?guī)r和泥晶灰?guī)r；鷹山組上部巖性以泥晶灰?guī)r為主，夾砂屑灰?guī)r[8]。儲層類型以洞穴型、裂縫-孔洞型為主，洞穴型儲層占64.7%，裂縫-孔洞型儲層占27.5%?；|(zhì)孔隙低、儲集性能差，溶蝕縫洞儲集性能好；基質(zhì)平均孔隙度為1.14%，平均滲透率0.53×10-3μm2。原始地層壓力64.16 MPa，地層溫度130.4 ℃，儲層深度5 800 m左右。

該區(qū)塊主要以裸眼完井為主，生產(chǎn)過程中部分井井壁垮塌及出砂嚴重[9-10]，頻繁造成抽油泵/電泵砂卡、磨損，以及儲層段砂埋，增加了檢泵作業(yè)次數(shù)，同時導(dǎo)致產(chǎn)量下降。隨著地層壓力下降及地層出水，出砂井數(shù)逐年增加。

該區(qū)塊屬于碳酸鹽巖油藏，出砂特點與疏松砂巖油藏存在較大的區(qū)別。由于生產(chǎn)壓差過大、應(yīng)力釋放和地層壓力下降導(dǎo)致井壁垮塌；同時，裂縫及洞穴中填充的地層砂和泥質(zhì)隨流體產(chǎn)出導(dǎo)致地層出砂[11-12]。出砂特點是：砂樣非均質(zhì)性嚴重，成分復(fù)雜，既有井壁垮塌掉下來的大塊巖屑，也有從裂縫和洞穴中流出的地層砂和泥質(zhì)，并且細粉砂和泥質(zhì)含量高。出砂砂樣如圖1所示。

圖1 英買-A井沖砂砂樣圖片

前期主要采用泵掛金屬棉篩管進行防砂，防砂方式單一，防砂效果較差，存在以下問題：防砂篩管破損、堵塞現(xiàn)象普遍，導(dǎo)致泵卡、磨損和供液不足；儲層段垮塌砂埋，導(dǎo)致油井產(chǎn)量下降。因此，需要優(yōu)化防砂方法和防砂參數(shù)來提高油井防砂效果。

2 防砂技術(shù)對策

針對英買XX區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖油藏出砂特點和防砂問題，提出復(fù)合防砂技術(shù)對策，并且應(yīng)用多級防砂理念設(shè)計防砂篩管。多級防砂[13-14]是在井筒中懸掛不同擋砂精度的防砂篩管，對非均質(zhì)嚴重的地層砂進行逐漸擋砂和過濾，降低篩管堵塞風險，提高防砂效果。

總體防砂技術(shù)方案如下：采用樹脂砂填充近井地層虧空帶和裂縫，構(gòu)建人工井壁，恢復(fù)對井壁的支撐，防止井壁垮塌[15-16]；井筒中丟手懸掛一級防砂篩管，形成二次擋砂屏障，防止人工井壁防砂失效帶來的出砂問題；機采管柱泵掛二級防砂篩管，形成三次擋砂屏障，防治泥砂進入抽油泵/電泵。一級防砂篩管的擋砂精度小于二級防砂篩管擋砂精度，進行多級防砂過濾，降低篩管堵塞風險。一級防砂篩管懸掛在生產(chǎn)套管中下部，不進入裸眼產(chǎn)層段，可以有效防止防砂管柱被埋卡，便于后期作業(yè)過程中打撈防砂管柱[17]。

3 防砂工藝設(shè)計

3.1 人工井壁防砂設(shè)計

樹脂砂選用酚醛樹脂覆膜石英砂，樹脂砂技術(shù)要求：①覆膜率大于98%；②抗折強度大于3 MPa；③抗壓強度大于6 MPa；④固化后滲透率大于8 μm2；⑤固化時間24～48 h。

按照Saucier經(jīng)驗公式，根據(jù)地層砂的粒度中值，計算樹脂砂粒度中值范圍：樹脂砂粒度中值=(5～6)地層砂粒度中值[18]。但是，由于碳酸鹽巖地層砂樣非均質(zhì)嚴重，砂樣差異性大，砂樣取樣代表性差，雜質(zhì)成分多，取得的砂樣難以反映真實的地層粒度情況。因此，為了保證防砂有效性，按照人工井壁防砂經(jīng)驗，選擇充填用樹脂砂的粒徑值范圍為：0.3～0.6 mm，既能有效防止地層出砂，又有利于泥質(zhì)排出。

樹脂砂準備量設(shè)計[19]：樹脂砂準備量V=地層填充量V1+井筒留塞量V2+附加砂量V3。具體計算方法：①地層填充量V1按照人工井壁處理半徑(地層虧空半徑)計算，一般根據(jù)歷次作業(yè)累計沖砂量確定；如果缺少沖砂量數(shù)據(jù)，可按照處理半徑0.5～1.0 m計算，具體可根據(jù)實際情況調(diào)整，折算加砂強度約為每米油層0.7～3.0 m3；②井筒留塞量V2按照留塞高度200～300 m計算；③對于疏松砂巖油藏，一般附加砂量為地層填充量的0.2倍，考慮到碳酸鹽巖油藏存在裂縫及洞穴情況，附加砂量按照地層填充量的0.4倍計算。

最高施工泵壓取生產(chǎn)套管抗內(nèi)壓強度的0.8倍或者采油樹承壓能力兩者之間的最小值。英買2區(qū)塊采用φ177.5 mm×10.36 mm生產(chǎn)套管，抗內(nèi)壓強度77.4 MPa。該區(qū)塊采油樹壓力等級為35 MPa，由于采油樹使用年限較長，可能存在腐蝕及密封件性能下降的情況，因此，確定最高施工泵壓為30 MPa?？紤]該區(qū)塊油層厚度較大，并借鑒前期酸壓施工經(jīng)驗，設(shè)計施工排量為0.5～2.5 m3/min。設(shè)計攜砂液充填砂比為3%～20%，待壓力穩(wěn)定后開始向攜砂液中加砂，根據(jù)施工壓力變化情況控制砂比，若壓力上升不明顯，則依次間隔提高砂比5%，至壓升敏感，則停止加砂。

3.2 井筒一級篩管防砂設(shè)計

井筒一級防砂篩管選用金屬環(huán)切縫篩管。該防砂篩管由打孔基管、不銹鋼金屬環(huán)和保護罩組成(圖2)。金屬環(huán)疊加嵌套在打孔基管外，通過金屬環(huán)之間的定位片產(chǎn)生過濾縫隙。金屬環(huán)截面為梯形結(jié)構(gòu)，保證產(chǎn)生的過濾縫為梯縫結(jié)構(gòu)，從而使得篩管具有“自潔”能力，不容易發(fā)生堵塞。金屬環(huán)切縫篩管具有過流面積大、強度高、抗堵塞、耐腐蝕的優(yōu)點。

圖2 金屬環(huán)切縫篩管結(jié)構(gòu)示意圖

井筒懸掛金屬環(huán)切縫篩管起到二次擋砂屏障和井筒一級過濾的作用，防止人工井壁失效造成的樹脂砂返排和地層出砂，主要用于過濾中粗砂。因此，金屬環(huán)切縫篩管擋砂精度按照2/3樹脂砂最小粒徑設(shè)計，即篩管擋砂精度=2/3×0.3 mm=0.2 mm。

井筒篩管丟手懸掛器選用液壓可取式封隔器[20]，如圖3所示。它是通過油管內(nèi)打壓，活塞下移使卡瓦張開、壓縮膠筒坐封，其內(nèi)部設(shè)計有倒齒棘爪機構(gòu)，坐封后將膠筒保持在壓縮狀態(tài)。解封是通過上提管柱剪斷解封銷釘來實現(xiàn)解封。使用于直井、斜井、水平井完井；可用于油氣井常規(guī)完井、注水井、雙封堵水管柱、水平井堵水管柱、射孔完井聯(lián)作管柱。適合于5″～7 5/8 ″規(guī)格套管，內(nèi)徑45～60 mm，承壓級別70 MPa，耐溫204 ℃。液壓可取式封隔器上端配置丟手接頭，用于丟手和打撈防砂管柱。

圖3 液壓可取式封隔器

3.3 泵下二級篩管防砂設(shè)計

泵下二級防砂篩管連接在抽油泵或電泵的吸入口位置，防止砂粒進入到抽油泵或電泵中。二級防砂篩管選用繞絲動態(tài)自潔防砂篩管。該篩管由基管、支撐泄流層、過濾介質(zhì)和外護管構(gòu)成。支撐泄流層由若干不銹鋼筋條沿軸向焊接在基管上，形成支撐骨架和無數(shù)泄流通道。過濾介質(zhì)是由數(shù)百根連續(xù)不斷的不銹鋼絲纏繞包裹在支撐泄流層上加工而成。由于不銹鋼絲的彈性作用，在一定的驅(qū)動力下產(chǎn)生蠕動變形，細顆?？梢酝ㄟ^過濾層，降低過濾介質(zhì)堵塞風險，達到“自潔”作用。擋砂實驗表明，該篩管抗堵塞能力優(yōu)于金屬網(wǎng)復(fù)合篩管。在稠油、細粉砂和黏土含量高的井中使用時，防砂效果明顯優(yōu)于常規(guī)篩管。

二級防砂篩管的擋砂精度要高于一級防砂篩管，用于防止細粉砂及部分泥質(zhì)進入到抽油泵或電泵中，考慮抽油泵和電泵的耐磨及防砂卡的能力，二級防砂篩管擋砂精度選用0.1～0.05 mm。

3.4 防砂作業(yè)施工程序設(shè)計

英買XX區(qū)塊碳酸鹽巖油井復(fù)合防砂作業(yè)主要施工步驟如下：①下光油管帶筆尖沖砂管柱或平底磨鞋沖砂管柱探砂面，并沖砂至人工井底；②通井刮壁至預(yù)定位置；③下多臂井徑儀，測裸眼段井徑，評價地層垮塌及出砂程度；④下樹脂砂充填管柱(光油管帶筆尖)至裸眼段以上200～300 m；⑤擠前置液→擠樹脂砂→擠固化劑→擠頂替液，若施工壓力過高則停泵，反循環(huán)洗井，帶壓關(guān)井；⑥關(guān)井侯凝48 h以上；⑦下鉆塞管柱(牙輪鉆頭或刮刀磨鞋)，鉆塞至人工井底；⑧下7＂液壓可取式封隔器丟手防砂管柱，丟手懸掛一級防砂篩管；⑨下抽油泵/潛油電泵完井管柱(泵掛二級防砂篩管)。按要求進行下一步作業(yè)。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

自2017年來，英買XX區(qū)塊累計實施復(fù)合防砂作業(yè)3井次(YM-A、YM-B、YM-C)。這三口井均采用裸眼完井，生產(chǎn)過程中均出現(xiàn)較嚴重的井壁垮塌和出砂泥砂問題，初期采用單一的泵掛篩管防砂，效果不理想。根據(jù)這3口井的出砂特征，決定采取復(fù)合防砂措施，防砂作業(yè)后的完井管柱結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中，YM-B井筒未懸掛一級防砂篩管。下面以YM-A井為例介紹防砂施工過程。

YM-A井于2010年投產(chǎn)，投產(chǎn)初期日產(chǎn)液105 t。2014年轉(zhuǎn)電泵生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中多次因出砂導(dǎo)致檢泵作業(yè)。2015年產(chǎn)液量下降至29 t/d，電泵過載停機關(guān)井。2017年進行檢泵、沖砂、防砂作業(yè)。歷次作業(yè)累計沖砂34.06 m3，工程測井顯示裸眼段擴徑嚴重，且井壁不規(guī)則。正擠前置液8 m3，泵壓14 MPa，排量0.8 m3/min；正擠攜砂液238 m3(樹脂砂24 t)，泵壓14～25 MPa，排量0.8～1.0 m3/min；正擠頂替液22 m3，泵壓17～30 MPa，排量0.1～0.5 m3/min。關(guān)井侯凝固化72 h，井口壓力下降至0 MPa。鉆塞后，無漏失，井口壓力為0 MPa。正擠壓井液，壓力13.5 MPa不降。下3 1/2＂金屬環(huán)切縫篩管4根，擋砂精度0.2 mm。下抽油泵完井管柱，泵掛2 7/8金屬棉篩管5根，擋砂精度0.05 mm。完井管柱結(jié)構(gòu)如圖4所示。防砂作業(yè)后投產(chǎn)，日產(chǎn)液26 t，累計生產(chǎn)120 d，未見出砂現(xiàn)象，但由于含水量大幅上升導(dǎo)致關(guān)井。

3口井的措施效果見表1，從增產(chǎn)情況來看，防砂措施前后，YM-A井產(chǎn)量變化不大，YM-B和YM-C井產(chǎn)量大幅提升。從防砂效果來看，YM-A和YM-C井防砂有效生產(chǎn)時間較長，未見出砂現(xiàn)象，截止目前仍正常生產(chǎn)；YM-B井防砂有效時間較短，檢泵周期只有98 d，且井筒中積砂較多。按照油井防砂效果評價方法[21]，三口井的綜合防砂效果評價等級為優(yōu)等。其中，YM-B井樹脂砂填充量較少，人工造壁質(zhì)量較差，且井筒中未懸掛一級防砂篩管，缺少二級擋砂屏障，導(dǎo)致了該井防砂有效期較短。

綜合效果來看，采用兩級防砂篩管的復(fù)合防砂技術(shù)在碳酸鹽巖油井具有很好的應(yīng)用效果。

5 結(jié)論與建議

(1)針對英買XX區(qū)塊井壁垮塌、砂樣非均質(zhì)性嚴重、細粉砂及泥質(zhì)含量高的出砂特點，提出復(fù)合防砂及多級防砂技術(shù)對策，結(jié)合化學(xué)防砂和機械防砂的優(yōu)勢，提高防砂效果。

(2)樹脂砂人工井壁技術(shù)可以有效防止碳酸鹽巖裸眼井地層垮塌，相對于金屬棉篩管的單級防砂方式，金屬環(huán)切縫篩管+金屬棉篩管的多級防砂方式，防砂效果更好。

(3)該技術(shù)在超深碳酸鹽巖油井中進行了探索性應(yīng)用，施工成功率100%，增產(chǎn)效果明顯，防砂效果較好，起到增產(chǎn)-防砂雙重作用，為該類油藏防砂提供了借鑒作用。

(4)碳酸鹽巖油藏近井地層虧空情況、裂縫-洞穴發(fā)育情況直接影響樹脂砂的填充效果及作業(yè)風險，建議防砂作業(yè)前開展套后成像(IBC)+聲波掃描成像(SS)+過套管超熱電子(CHFP)組合測井，了解地層虧空及裂縫-洞穴發(fā)育情況，為人工井壁防砂作業(yè)提供參考。

(5)綜合考慮碳酸鹽巖油井出砂出水問題，選用具有控水功能的樹脂砂進行人工井壁防砂，起到控水防砂的作用，延長作業(yè)后油井的有效生產(chǎn)周期。

表1 英買XX區(qū)塊復(fù)合防砂效果統(tǒng)計