新型一趟多層防砂工藝在海上油田的首次應(yīng)用

鞏永剛，修海媚，陳增海，譚才淵，田 芳

（中海石油（中國）有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 300459）

渤海某油田位于渤海海域的中南部海域，屬于典型疏松砂巖油藏。從2002年底投產(chǎn)至今，防砂方式由最初的簡易防砂到目前的壓裂充填防砂，經(jīng)歷多年的摸索，最終確定在疏松砂巖地層中實(shí)施壓裂充填防砂方式對單井初期產(chǎn)量以及油井的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)均有很大幫助[1-5]；截止到目前，該油田已采用壓裂充填防砂方式超過150余井次。

近年來，該油田在綜合調(diào)整開發(fā)過程中，油井的生產(chǎn)套管以177.8 mm套管為主，為了滿足壓裂充填工藝措施的需要，長期使用國外公司的逐層充填防砂工具進(jìn)行油井的壓裂防砂完井工藝，但該工具存在內(nèi)通徑較小、無法下入分層開采的完井管柱的局限性，無法滿足地質(zhì)油藏對油層精細(xì)化管理的需要。

為了彌補(bǔ)國外工具的不足，又解決分層開采的需求，自主研發(fā)了一項新型工具系統(tǒng)，不僅能滿足多層壓裂充填防砂對工具強(qiáng)度的需求，還可以實(shí)現(xiàn)油井分層系開采的需求。

1 一趟多層防砂工具系統(tǒng)以及工藝流程[6，7]

177.8 mm一趟多層防砂工具系統(tǒng)由外層防砂管柱和防砂服務(wù)管柱組成（見圖1）；其中外層防砂管柱包括DGB防砂頂部封隔器總成、DIP隔離封隔器總成及DSP沉砂封隔器總成；內(nèi)層服務(wù)管柱包括88.9 mm沖管、DGB封隔器坐封工具、上部密封總成、防砂服務(wù)工具、下部密封總成、中部密封總成、60.325 mm中心管。整套防砂管柱內(nèi)通徑為98.552 mm，比國外公司工具相對擴(kuò)大了29.3%。

其防砂作業(yè)過程是在套管內(nèi)依次下入篩管和防砂封隔器等外管，然后下入防砂服務(wù)管柱，鉆桿送整個防砂系統(tǒng)至產(chǎn)層，坐封頂部封隔器和隔離封隔器，正循環(huán)壓裂充填防砂后，將管柱上提至反循環(huán)位置將服務(wù)管柱內(nèi)殘留的陶粒循環(huán)出井，繼續(xù)進(jìn)行其他層位防砂作業(yè)，直至多層防砂段全部完成壓裂充填防砂后起出整套服務(wù)管柱。

1.1 DGB防砂頂部封隔器總成

1.1.1 DGB防砂頂部封隔器總成構(gòu)造 由DGB防砂封隔器、底部接頭、上部延伸筒、充填滑套、充填密封筒、變扣、下部延伸筒以及重力定位接箍組成（見圖2）。

DGB封隔器是一個液壓坐封、使用回收工具可回收的、高性能生產(chǎn)封隔器。既能起到很好的密封保護(hù)套管的作業(yè)還能夠懸掛下部的其他防砂管柱，適用于177.9 mm的套管。

圖1 一趟多層管柱示意圖Fig.1 Single trip multiple zone string drawing

圖2 DGB防砂頂部封隔器示意圖Fig.2 DGB top packer schematic

1.1.2 DGB封隔器主要參數(shù) 最大外徑：152.4 mm；最小通徑：98.552 mm；最大耐壓差：51.7 MPa；適合溫度：130 ℃；總長：1 797 mm；坐封壓力：19.31 MPa～21 MPa；初始坐封壓力：9.45 MPa；下部扣型：114.3 mm LTCP；服務(wù)工具的脫手方式：液壓脫手以及正轉(zhuǎn)機(jī)械脫手兩種。

DGB防砂頂部封隔器總成：抗內(nèi)壓壓力：62 MPa；抗外擠壓力：68 MPa；最大抗拉：113 t。

1.1.3 工作原理 投入坐封球，通過油管內(nèi)注入高壓水，由中心管上小孔進(jìn)入中心管和膠筒間，使封隔器的膠筒膨脹，同時封隔器上的卡瓦在套管壁上撐開，從而起到懸掛且密封的效果。

1.2 DIP隔離封隔器總成

1.2.1 DIP隔離封隔器總成構(gòu)造 由DGB防砂封隔器、上部延伸筒、充填滑套、充填密封筒、下部延伸筒以及負(fù)荷顯示接箍組成。

DIP隔離封隔器是液壓坐封、可回收、高性能的生產(chǎn)封隔器（見圖3），其處于防砂管柱的中部，起到較好的隔離上下兩個生產(chǎn)層段，該封隔器適用于177.9 mm的套管。

1.2.2 總成主要技術(shù)參數(shù) 隔離封隔器最小通徑：98.552 mm；最大外徑：152.4 mm；最大耐壓差：44.8 MPa；適合溫度：130℃；總長：1 692 mm；坐封壓力：19.31 MPa～21 MPa；初始坐封壓力：9.45 MPa；兩端連接螺紋：114.3 mm LTCP。

隔離封隔器總成：抗內(nèi)壓壓力：120 MPa；抗外擠壓力：68 MPa。

1.2.3 DIP隔離封隔器工作原理 通過油管內(nèi)注入高壓水，由中心管上小孔進(jìn)入中心管和膠筒間，使封隔器的膠筒膨脹，從而起到密封的效果。

1.3 DSP沉砂封隔器

1.3.1 DSP沉砂封隔器構(gòu)造 由一個雙卡瓦的永久性封隔器（見圖4），其通過電纜或者油管輸送的方式坐封于產(chǎn)層的最下部，能夠起到承托上部防砂管柱質(zhì)量的功能，還能起到密封的作用。該封隔器適用于177.8 mm的套管。

1.3.2 主要參數(shù) 最大外徑：149.352 mm，最小內(nèi)徑：101.6 mm，壓力等級：50 MPa；溫度等級：150 ℃；總長：1 015 mm；坐封壓力：19.31 MPa～21 MPa；初始坐封壓力：9.45 MPa；抗外擠壓力：76.48 MPa；抗內(nèi)壓壓力：101 MPa。

1.3.3 工作原理 電纜坐封時，點(diǎn)火引爆產(chǎn)生高壓氣體傳遞到液壓腔室轉(zhuǎn)換為液壓動力驅(qū)動活塞和坐封外套向下移動使封隔器坐封，同時拉斷易斷螺絲，即可回收電纜及坐封工具。

如電纜坐封失敗，則通過液壓坐封于套管上，投入坐封球通過高壓液體驅(qū)動活塞和坐封外套向下移動使封隔器坐封，坐封后通過高壓回收服務(wù)工具，再通過高壓液體剪切球座。

1.4 防砂服務(wù)工具

1.4.1 主要組成部分 主要由88.9 mm沖管、DGB封隔器坐封工具、充填工具總成、上部密封總成、下部密封總成、中部密封總成以及60.325 mm中心管組成。1.4.2 主要參數(shù) 上下部螺紋HYD511；沖篩比：0.877（壓裂充填防砂篩管使用基管為114.3 mm，內(nèi)徑101.35 mm）；服務(wù)工具耐溫度等級：135℃；服務(wù)管柱最低抗拉強(qiáng)度：90 t；服務(wù)工具最低壓力等級：57 MPa；沖管中心管鋼級：P110。

圖3 隔離封隔器示意圖Fig.3 Isolation packer schematic

圖4 沉砂封隔器示意圖Fig.4 Sump packer schematic

1.4.3 主要功能 將外層管柱懸掛密封于套管壁上并完成一次多層的壓裂充填/高速水充填防砂作業(yè)。

1.5 防砂工具對比

針對該油田以及渤海油田常用的防砂工具[8-10]與本次使用的防砂工具的對比（見表1）。

根據(jù)以上各項指標(biāo)對比，本次使用的一趟多層工具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）下一趟管柱新型工具能完成多個油層防砂需求；

（2）新型防砂工具內(nèi)通徑較大，可下入分層開采管柱，來滿足油井生產(chǎn)過程中測試和鋼絲作業(yè)的需求，實(shí)現(xiàn)油井精細(xì)化管理；

（3）供貨周期較短，能縮短作業(yè)準(zhǔn)備期，節(jié)約作業(yè)成本；從而達(dá)到降本增效的目的。

1.6 工藝流程

（1）下入洗井管柱清洗套管內(nèi)壁并替入完井液，減少套管壁上殘留的水泥殘渣對后續(xù)作業(yè)的影響以及做好儲層保護(hù)工作；

（2）下入射孔管柱在尾管進(jìn)行射孔，建立油藏與井筒的聯(lián)通通道；

（3）下入再次洗井管柱對防砂封隔器坐封位置以及射孔后尾管內(nèi)壁射孔孔眼進(jìn)行處理，減少對后續(xù)防砂作業(yè)的影響；

（4）電纜下入沉砂封隔器，并下入一趟多層篩管、防砂封隔器，下入防砂服務(wù)工具并下入到防砂位置；

（5）油管內(nèi)47.625 mm球坐封頂部封隔器并將坐封球反循環(huán)出井，從下至上依次坐封隔離封隔器并完成多層的壓裂充填防砂作業(yè)；

（6）下入電動潛油離心泵完井管柱投入生產(chǎn)。

2 礦場試驗(yàn)應(yīng)用

2.1 礦場試驗(yàn)

D36ST02井是深側(cè)鉆后177.8 mm套管井，該井的生產(chǎn)層位位于明化鎮(zhèn)組下段和館陶組上段，整口井井眼軌跡按照先增斜后降斜的方式，最大井斜51.33°在井深891 m處，完鉆井深1 755 m，根據(jù)地質(zhì)油藏需要劃分五個防砂段，需下入分采電潛泵管柱投產(chǎn)。通過現(xiàn)場試驗(yàn)做到了，管柱下井口能夠完成壓裂充填防砂以及高速水充填防砂作業(yè)，工具強(qiáng)度、性能較好，整體施工效果較好?，F(xiàn)場應(yīng)用效果與分析（見表2）。

2.2 實(shí)施效果

D36ST02井于2018年2月19日投產(chǎn)，日產(chǎn)油50m3，日產(chǎn)氣6×104m3，產(chǎn)油量及產(chǎn)氣量均超過配產(chǎn)。工期較常規(guī)方式縮短3 d，作業(yè)成本節(jié)省超過400萬元，取得了良好的現(xiàn)場試驗(yàn)效果。

3 結(jié)論與認(rèn)識

（1）新型一趟多層防砂工具的自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了防砂工具國產(chǎn)化，并彌補(bǔ)了國內(nèi)外小尺寸套管油井一趟多層壓裂防砂工具內(nèi)下入分采管柱的空白。

（2）新型一趟多層防砂工具，不僅完成高速水充填防砂，而且能夠完成壓裂充填作業(yè)，還提高了單井作業(yè)時效和降低了作業(yè)成本，為后續(xù)此類型油井的防砂方式提供了新的作業(yè)思路。

（3）新型一趟多層防砂工具內(nèi)通徑為98.552 mm，解決了渤海該油田油井分層開采精細(xì)化管理的要求，提高油井的產(chǎn)能的同時還滿足測試資料的錄取。

（4）本次新型一趟多層防砂工具使用時，壓裂充填施工泵速達(dá)到2.86 m3/min，砂比960 kg/m3，施工泵壓在10.34 MPa～13.79 MPa；高速水充填泵速1.27 m3/min，砂比 120 kg/m3，施工泵壓 6.89 MPa～10.34 MPa。在該油田礦場試驗(yàn)中取得了成功應(yīng)用，為該油田后續(xù)177.8 mm套管油井繼續(xù)使用該工具，進(jìn)行壓裂充填防砂和高速水充填防砂都提供了施工參數(shù)方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；也為其他類似油田壓裂充填和高速水充填防砂作業(yè)提供了理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有較強(qiáng)的推廣價值。

表1 177.8 mm套管內(nèi)防砂工具參數(shù)對比表Tab.1 Parameters comparison charts of sand control tools used in 177.8 mm casing

表2 一次多層壓裂防砂系統(tǒng)現(xiàn)場施工情況表Tab.2 On site application of single trip multiple zone system

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