劉為民

(中國石化勝利油田分公司地面工程維修中心，山東 東營 257231)

隨著孤島油田開發(fā)的深入以及開發(fā)方式的不斷調(diào)整，套損井、大斜度井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井?dāng)?shù)量逐年增加。復(fù)雜結(jié)構(gòu)井防砂難度較大，主要表現(xiàn)在：一是機(jī)械防砂實(shí)施難度大,充填過程易形成砂橋[1]；二是化學(xué)防砂周期短，易引起套損加??；三是防砂后期處理難度大、費(fèi)用高。而針對(duì)套損井采取大修井筒恢復(fù)工藝技術(shù)不僅技術(shù)復(fù)雜、難度大,而且成本高、有效率低[2]。多重因素導(dǎo)致復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的開發(fā)受到嚴(yán)重制約，復(fù)雜結(jié)構(gòu)井防砂問題亟待解決。為此，作者對(duì)玻璃鋼篩管井下自生濾砂管防砂技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，以有效改善復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的防砂效果。

1 技術(shù)研究

井下自生濾砂管防砂技術(shù)就是將玻璃鋼防砂篩管下入到位后，采用涂覆砂充填工藝，侯凝固結(jié)后涂覆砂包覆在玻璃鋼防砂篩管上，在井下自行生成樹脂濾砂管的工藝技術(shù)。

1.1 玻璃鋼防砂篩管研制

1.1.1 材料選擇

玻璃鋼是一種新型的復(fù)合材料，其優(yōu)點(diǎn)有：(1)低吸附性，對(duì)地層泥質(zhì)和粉細(xì)砂吸附性差，油井正常生產(chǎn)過程中可直接攜帶出地面，治理防砂管堵塞有良好的效果；(2)輕質(zhì)高強(qiáng)，拉伸強(qiáng)度接近甚至超過碳素鋼，耐腐蝕，對(duì)大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力；(3)易磨鉆，方便后期處理。因此，選擇玻璃鋼作為防砂篩管材料。

1.1.2 規(guī)格及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

防砂篩管外徑尺寸：根據(jù)不同的套管尺寸，設(shè)計(jì)完善了3種防砂篩管外徑尺寸，分別為70 mm、78 mm、95 mm。

防砂篩管縫隙尺寸：原則上應(yīng)能擋住最小充填礫石。孤島地層砂粒度中值分布在0.10～0.25 mm之間，充填砂粒度在0.3～1.0 mm之間，因此設(shè)計(jì)3種防砂篩管縫隙，分別為0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm，滿足不同粒度分布的擋砂要求。

防砂篩管縫隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。矩形縫特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，縫隙寬度保持好，但操作可靠性差，縫隙易被細(xì)砂堵塞；梯形縫特點(diǎn)：錐度越大，自潔作用越強(qiáng)，縫隙寬度保持好，但易被流砂磨蝕，縫隙變寬，影響濾砂精度。為克服以上缺點(diǎn)，采用組合割縫技術(shù)(圖1)，外矩形縫一定深度，耐流砂磨蝕；內(nèi)梯形縫呈擴(kuò)散狀，有利于保持縫隙清潔，不產(chǎn)生砂堵。

圖1 組合縫防砂篩管剖面圖Fig.1 Profile of sand-controlling screen with combined slot

1.1.3 管柱設(shè)計(jì)

防砂篩管管柱進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，充填工具以下管柱采用玻璃鋼材料，實(shí)現(xiàn)管柱后期處理可鉆可撈，在常規(guī)打撈無效后直接井下削磨，避免取出，減少后期處理工序。配套的無錨牙式充填工具(圖2)集密封、充填、丟手于一體，實(shí)現(xiàn)了一趟管柱完成環(huán)空填砂和座封丟手等多道工序，簡(jiǎn)化了施工工藝，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度和防砂作業(yè)成本，縮短了施工占井時(shí)間，生產(chǎn)效率大大提高。

圖2 無錨牙式充填工具結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of structure of non-anchor packing tool

1.2 涂覆砂充填工藝改進(jìn)

套損井采用常規(guī)石英砂充填工藝，套管會(huì)變形、破裂，在套損位置地層結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，產(chǎn)生大量泥質(zhì)物與地層粉細(xì)砂，導(dǎo)致油井供液能力變差；大斜度井采用常規(guī)石英砂充填工藝，容易形成砂橋[3]，極易造成充填層垮塌。針對(duì)以上問題，對(duì)涂覆砂充填工藝進(jìn)行改進(jìn)，通過調(diào)整配方實(shí)現(xiàn)涂覆砂固結(jié)時(shí)間和固結(jié)強(qiáng)度可控，設(shè)計(jì)了分級(jí)涂覆砂擠壓充填技術(shù)，保證井下施工安全，改善復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的防砂效果。改進(jìn)涂覆砂充填工藝具有如下優(yōu)勢(shì)：一是可填補(bǔ)套損井套損位置地層虧空、加固井壁，延緩套損加?。欢嵌嗉?jí)擋砂體系可延緩泥質(zhì)堵塞。

2 評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

2.1 低吸附、高滲透性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

采用井筒防砂模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行低吸附、高滲透性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，主要由高壓柱塞泵、模擬井筒(裝置主體)、數(shù)控箱、儲(chǔ)液罐等部分組成，如圖3所示。

圖3 井筒防砂模擬實(shí)驗(yàn)裝置Fig.3 Simulated experimental advice of sand-controlling with well bore

將防砂篩管與法蘭盤用螺紋連接，置于可視化模擬井筒內(nèi)，固定牢靠；啟動(dòng)高壓柱塞泵，通過模擬炮眼進(jìn)液模擬地層生產(chǎn)過程；根據(jù)滲流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制時(shí)間-滲透率、流量-壓力曲線。采集數(shù)據(jù)不少于3組，每組不少于5個(gè)流量值，每個(gè)流量值采集時(shí)間間隔不少于5 min。

2.1.1 低吸附性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

取含泥量15%的采出液，分別采用玻璃鋼防砂篩管與繞絲防砂篩管進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)[4]，結(jié)果如圖4所示。

圖4 玻璃鋼防砂篩管與繞絲防砂篩管的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Fig.4 Comparison on displacement experiment between FRP sand-controlling screen and wire wrapped sand-controlling screen

由圖4可以看出，玻璃鋼防砂篩管抗堵塞性能明顯優(yōu)于繞絲防砂篩管。因此，玻璃鋼防砂篩管對(duì)高泥油藏具有明顯的抗堵塞優(yōu)勢(shì)。

瀝青質(zhì)原油(瀝青質(zhì)含量1.43%)在0.4～0.8 mm厚的石英砂和涂覆砂表面的吸附量(瀝青質(zhì)含量與砂粒質(zhì)量的比值)對(duì)比見表1。

表1 瀝青質(zhì)原油在石英砂、涂覆砂表面的吸附量對(duì)比

由表1可知，2種瀝青質(zhì)原油在石英砂和涂覆砂表面均有吸附，在石英砂表面的吸附量遠(yuǎn)大于在涂覆砂表面的。表明，涂覆砂也具有明顯的低吸附性能，可有效降低充填層堵塞。因此，可通過配套玻璃鋼防砂篩管，有效改善高泥質(zhì)含量復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的生產(chǎn)效果。

2.1.2 高滲透性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

對(duì)玻璃鋼防砂篩管、玻璃鋼井下自生濾砂管與常規(guī)濾砂管的滲透性能進(jìn)行評(píng)價(jià)(圖5)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，玻璃鋼井下自生濾砂管的滲透性能是常規(guī)濾砂管的1.2倍。

圖5 不同防砂篩管的滲透性能對(duì)比Fig.5 Comparison on permeability of different sand-controlling screens

2.2 可取、可鉆性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

2.2.1 可取性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)開展抗拉性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，在拉力達(dá)到180 kN時(shí)玻璃鋼防砂篩管脫扣；現(xiàn)場(chǎng)開展破壞性試驗(yàn)，下入負(fù)荷160 kN的油管，上部連接玻璃鋼防砂篩管，魚腔內(nèi)插入倒扣撈矛，用大鉤上提，全井油管提起，玻璃鋼防砂篩管完好，沒有漲破[5]。

將不同防砂篩管砂埋一定深度，地面測(cè)試摩擦阻力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，砂埋玻璃鋼防砂篩管的摩擦阻力較砂埋繞絲防砂篩管的大幅減弱；砂埋玻璃鋼防砂篩管的摩擦阻力不隨砂埋深度的增加變化，而是保持平穩(wěn)。表明，玻璃鋼防砂篩管的表面摩擦系數(shù)比繞絲防砂篩管更小，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)可以滿足后期打撈性能要求。

2.2.2 可鉆性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)開展可鉆破碎實(shí)驗(yàn)，用磨鞋鉆頭，分別加壓 20 kN、40 kN，分別以50 r·min-1、 80 r·min-1的速度實(shí)施鉆切破壞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，玻璃鋼防砂篩管的可鉆性能優(yōu)良，可通過配套玻璃鋼防砂篩管降低后期處理難度，降低作業(yè)成本。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

將玻璃鋼篩管井下自生濾砂管防砂技術(shù)應(yīng)用于孤島油田，共26井次，其中套損井應(yīng)用7井次，大斜度井應(yīng)用8井次，成功率100%，平均防砂周期超過400 d，防砂有效期可延長(zhǎng)121 d，平均單井增液46.8%，當(dāng)年累計(jì)增油8 675.7 t，大修率下降30%，有效改善了復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的防砂效果。

4 結(jié)論

針對(duì)套損井、大斜度井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井機(jī)械防砂實(shí)施難度大、防砂有效期短、后期處理成本高等問題，研發(fā)了玻璃鋼篩管井下自生濾砂管防砂技術(shù)。該技術(shù)具有低吸附、抗堵塞、易鉆取等特點(diǎn)，防砂有效期長(zhǎng)，后處理方便。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用26井次，平均增液46.8%，防砂有效期延長(zhǎng)121 d，大修率下降30%，有效改善了復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的防砂效果。