马卫立、一种成功的填砂作业技术.doc

1、一种成功的填砂作业技术一种一种成功的填砂作业技术马卫立 1 张波 2 魏猛 3现河采油厂稀油作业区摘要近几年来，套管填砂堵层井施工越来越多，但是与之配套的工艺施工标准和规定较少，一直无一套科学的方法，导致填砂成功率不高，甚至造成了数起恶性事故，对油田造成了重大损失。针对填砂井，通过几年的探索，我逐步采取了井筒及管柱处理、排量确定、砂比控制、填砂长度分级、合理的沉砂时间等措施，取得了比较好的效果。关键词：填砂 井筒 沙比 排量 沉砂 0 引言随 着 油 田 开 发 的 中 后 期 ， 填 砂 施 工 井 的 增 多 ， 不 断 发 生 填 砂 施 工 事 故 ， 仅 我 大 队在 2009 年

2、施 工 的 填 砂 井 107 口 ， 造 成 了 2 起 大 的 工 程 事 故 ， 其 中 作 业 1 队 在 河 68-侧 17 井 ， 填 砂 管 柱 砂 埋 ， 作 业 19 队 施 工 122 天 才 处 理 完 毕 ， 施 工 费 用 百 万 元 之 多 。其 它 井 顺 利 作 业 完 的 仅 76 口 ， 有 三 分 之 一 的 井 或 多 或 少 存 在 一 定 问 题 ， 填 砂 施 工 已 经成 为 制 约 施 工 有 效 率 的 一 个 瓶 颈 。近 几 年 来 ， 通 过 施 工 填 砂 井 的 增 多 ， 不 断 进 行 了 一 些 有 益 的 探 索 ， 通 过

3、 近 50 口井 的 施 工 验 证 ， 填 砂 成 功 率 不 断 提 高 ， 取 得 了 比 较 好 的 效 果 ， 填 砂 施 工 的 成 功 率 总 结为 对 五 个 方 面 的 控 制 ， 包 括 井 筒 及 管 柱 、 施 工 排 量 、 填 砂 比 、 一 次 填 砂 长 度 、 沉 砂 时间 等 五 方 面 的 因 素 。1 井筒及管柱的影响1.1 井 筒 的 影 响井 筒 的 质 量 影 响 填 砂 效 果 ， 井 底 的 准 确 深 度 、 井 筒 内 径 的 变 化 程 度 、 井 筒 的 清 洁 程度 直 接 影 响 填 砂 效 果 。 未 探 清 井 底 深 度 ，

4、填 砂 时 造 成 计 算 错 误 ： 探 清 了 井 底 深 度 ， 未发 现 套 管 内 径 的 变 化 ， 造 成 填 砂 计 算 不 准 和 下 部 处 理 的 不 确 定 性 ； 井 筒 不 清 洁 ， 造 成 砂一种成功的填砂作业技术 11粒 在 套 管 壁 上 的 粘 附 ， 易 造 成 砂 桥 和 砂 埋 管 柱 。 在 2009 年 ， 我 大 队 有 5 口 填 砂 井 不成 功 与 井 筒 有 关 ， 通 过 以 上 分 析 ， 逐 步 确 定 了 填 砂 前 对 井 筒 采 取 通 井 、 刮 管 、 彻 底 洗 井措 施 ， 特 别 是 低 压 井 采 取 了 混 汽

5、 水 洗 井 ， 取 得 了 比 较 好 的 效 果 。1.2 填 砂 管 柱 的 影 响填 砂 管 柱 主 要 是 管 柱 内 径 的 通 畅 度 和 管 柱 的 密 封 性 ， 管 柱 内 壁 脏 ， 填 砂 时 砂 粒 粘 附在 管 壁 上 上 造 成 砂 堵 管 柱 ； 管 柱 内 径 有 突 起 ， 砂 粒 易 堆 积 ， 造 成 砂 堵 ； 管 柱 有 洞 缝 ，砂 粒 易 短 路 ， 造 成 砂 埋 管 柱 。 因 管 柱 问 题 ， 去 年 共 造 成 7 口 填 砂 失 败 ， 通 过 数 次 失 败的 教 训 ， 现 在 我 们 填 砂 前 都 采 取 通 管 、 管 柱

6、提 前 试 压 等 措 施 有 效 地 避 免 了 管 柱 问 题 。2 排量的影响排 量 是 影 响 填 砂 成 功 率 的 关 键 ， 多 大 排 量 填 砂 合 适 呢 ？ 通 过 几 年 的 不 断 摸 索 ， 逐步 确 定 了 以 砂 粒 沉 降 速 度 为 依 据 排 量 确 定 方 式 。 即 填 砂 到 底 时 以 油 套 砂 粒 不 上 返 速 度 确定 最 低 排 量 ， 以 砂 粒 能 返 出 地 面 为 最 高 排 量 。以 填 砂 时 石 英 砂 粒 径 为 0.5mm， 在 内 径 为 D124mm， 填 砂 管 为 D73mm 油 管 为 例 ， 它的 沉 降 速

7、 度 为 0.053m/s， 要 返 出 地 面 液 体 的 上 升 速 度 油 田 采 取 的 是 v 液 2v 降 ， 即 v液 =200.053=0.106m/s,那 么 砂 粒 不 上 返 最 大 排 量 为 Q 不 3610-33.14/4（ 1242-732） 0.053 15m3/h， Q 返 3610-33.14/4（ 1242-732） 0.106 30m3/h， 可以 看 出 排 量 小 于 15m3/h， 沉 到 底 的 砂 粒 不 上 返 ， 排 量 大 于 30m3/h 时 ， 则 砂 子 能 返 到 地面 ， 我 们 一 般 采 取 20m3/h 的 排 量 ， 这

8、 是 大 套 管 井 理 论 依 据 ， 在 此 排 量 下 ， 基 本 未 发 生事 故 。现 在 我 们 填 砂 的 施 工 井 90%以 上 为 小 套 管 侧 钻 井 ， 以 河 68-侧 17 为 例 ： 小 套 管 内径 为 D82.3mm,油 管 采 用 D60mm 油 管 ， 填 砂 采 用 0.5mm 的 石 英 砂 ， 在 Q 不 3610-33.14/4（ 82.32-602） 0.053 4.8m3/h， 沙 粒 不 上 返 ； 在 Q 返 3610-33.14/4（ 1242-732） 0.106 9.6m3/h， 沉 到 底 的 砂 粒 能 上 返 到 地 面 。

9、填 砂 时 我们 不 希 望 砂 粒 上 返 卡 管 柱 ， 又 希 望 提 高 填 砂 排 量 来 提 高 填 砂 速 度 ， 于 是 我 们 在 河 68-侧 17 井 采 取 50m 一 段 ， 几 种 排 量 下 的 填 砂 速 度 和 安 全 情 况 试 验 ， 如 下 表 ：表 一 ：排 量 、时 间4.8m3/h、 5.8m3/h 6.8m3/h， 7.8m3/h，1h20min 1h10min 1h5min 1h在 采 取 几 种 排 量 填 砂 过 程 中 ， 不 断 活 动 管 柱 ， 在 6.8m3/h 排 量 下 ， 上 提 下 放 无 异常 ， 在 7.8m3/h，

10、有 轻 微 遇 阻 显 示 ， 我 们 认 为 在 6.8m3/h， 填 砂 速 度 快 ， 安 全 。 超 过6.8m3/h 排 量 ， 存 在 卡 管 柱 的 危 险 。 以 后 采 用 此 排 量 施 工 近 20 口 井 ， 未 发 生 一 起 卡 钻事 故 ， 效 果 明 显 。一种成功的填砂作业技术 223 填砂比的确定采 取 多 大 的 填 砂 比 呢 ？ 砂 比 大 ， 填 砂 时 稍 有 不 注 意 就 堵 泵 ， 造 成 事 故 ， 砂 比 小 ，填 砂 速 度 慢 ， 时 间 长 ， 效 果 差 。 根 据 Q/SL1132-95 振 动 砾 石 充 填 防 砂 工 艺

11、标 准8.3.6c 项 规 定 排 量 350-450L/min 砂 比 控 制 在 50-100Kg/m3 为 参 考 标 准 ， 填 砂 排 量 为20m3/h 时 ， 考 虑 到 石 英 砂 直 径 小 ， 砂 比 应 选 择 不 超 过 上 限 采 取 80 Kg/m3左 右 ， 在 现 场施 工 中 采 取 80 Kg/m3左 右 砂 比 是 比 较 合 适 的 ， 因 为 多 采 取 1m3小 罐 施 工 ， 砂 比 为 80 Kg/m3左 右 易 于 搅 拌 ， 不 易 卡 泵 ， 大 于 80 Kg/m3时 在 1m3小 罐 搅 拌 不 均 ， 易 卡 泵 ， 小 于80 Kg

12、/m3时 则 延 长 了 施 工 时 间 ， 考 虑 到 侧 钻 小 套 管 井 的 特 殊 性 ， 在 河 68-侧 17 井 我 们根 据 排 量 采 取 60 Kg/m3左 右 砂 比 填 砂 施 工 ， 速 度 快 ， 施 工 方 便 ， 以 后 在 许 多 井 采 用 ，均 取 得 成 功 ， 实 践 证 明 是 比 较 优 选 的 参 数 。4 填砂井段长度的确定井 场 施 工 填 砂 时 井 段 从 10m-400m 不 等 ， 多 长 井 段 填 砂 为 合 适 呢 ？ 在 现 场 施 工 中 ，以 前 经 常 采 取 不 分 井 段 长 短 ， 均 一 次 填 砂 ， 效 果

13、 较 差 ， 尤 其 是 井 段 长 时 ， 填 砂 在 井 筒 中易 形 成 砂 桥 或 形 成 段 塞 砂 ， 填 砂 不 匀 ， 达 不 到 填 砂 的 要 求 并 常 常 形 成 事 故 。 通 过 近 20口 井 的 实 验 ， 在 大 套 管 采 取 50m 为 一 段 的 填 砂 方 案 ， 填 完 一 段 后 在 上 提 50m， 逐 段 填砂 ， 直 至 填 完 。 但 是 在 侧 钻 小 套 管 井 ， 50m 一 段 可 以 ， 填 砂 时 尾 管 与 砂 面 的 高 度 提 高 到100m， 否 则 存 在 卡 管 柱 的 危 险 。它 的 理 论 依 据 是 :以 D

14、124mm 内 径 套 管 （ 即 D139.7mm 套 管 ， 油 田 90 以 上 的 井 为此 套 管 ） 填 砂 管 为 D73mm 油 管 为 例 ， 填 50m 砂 用 量 为 0.6m3， ， 砂 子 密 度 为 1.6g/cm3,用 砂 960kg,砂 比 为 80 Kg/ m3时 施 工 用 液 12 m3,排 量 为 20m3/h 时 需 要 0.6h 即36min。 在 20 m3/h 的 排 量 下 砂 粒 上 返 速 度 =20【 3610-33.14/4（ 1242-732） 】=0.07m/s,砂 粒 的 实 际 上 行 速 度 =砂 粒 理 论 上 升 速 度

15、-砂 粒 自 由 沉 降 速 度 =0.07-0.053=0.017m/s,50m 一 段 填 砂 时 间 为 36min,砂 粒 上 升 高 度 =0.0173660=36m,也 就是 说 50m 的 高 度 填 砂 , 尾 管 欲 填 砂 面 的 高 度 50m， 砂 粒 最 大 上 返 高 度 36m,是 非 常 安 全的 。 在 大 的 套 管 填 砂 风 险 较 小 ， 与 施 工 排 量 把 握 和 50m 的 预 提 高 度 有 很 大 关 系 。在 小 套 管 中 ， 以 侧 钻 井 D82.3mm 套 管 （ 现 河 95%以 上 的 侧 钻 井 为 此 套 管 ） 为 例

16、：在 河 68-侧 17 井 ， 填 50m 砂 用 量 为 0.26m3， 砂 比 为 60 Kg/ m3时 施 工 用 液 6.9 m3,排量 为 6.8m3/h 时 需 要 1h 即 60min。 在 6.8 m3/h 的 排 量 下 砂 粒 上 返 速 度=6.8【 3610-33.14/4（ 82.33-602） 】 =0.075m/s,砂 粒 的 实 际 上 行 速 度 =砂 粒 理论 上 升 速 度 -砂 粒 自 由 沉 降 速 度 =0.075-0.053=0.022m/s,50m 一 段 填 砂 时 间 为 60min,砂 粒 上 升 高 度 =0.0226060=79m,也

17、 就 是 采 用 大 套 管 的 预 提 高 度 填 砂 ,存 在 沙 埋 管 柱的 危 险 ， 在 河 68-侧 17 井 ， 我 队 采 用 50m 一 段 ， 预 提 高 度 100m 的 方 式 填 砂 226m， 均顺 利 填 完 ， 以 后 在 十 几 口 井 均 采 用 预 提 高 度 100m,50m 为 一 段 的 方 式 ， 效 果 较 好 ， 未发 生 一 起 事 故 。一种成功的填砂作业技术 335 沉砂时间填 砂 完 后 ， 沉 砂 多 长 时 间 合 适 呢 ？ 沉 砂 时 间 短 ， 砂 粒 未 完 全 沉 降 ， 造 成 探 砂 面 错 误 ，甚 至 造 成 卡

18、 管 柱 事 故 ； 沉 砂 时 间 长 ， 延 长 了 作 业 时 间 ， 降 低 了 作 业 速 度 。在 大 套 管 井 ， 在 20m3/h 的 排 量 下 砂 粒 在 油 管 内 下 行 速 度 200.003013600 1.84m/s， （ 砂 子 自 由 沉 降 速 度 为 0.053m/s 较 小 忽 略 不 计 ） ，依 2000m 井 深 为 例 砂 粒 至 底 时 间 20001.8460 18min,就 是 说 填 砂 完 后 继 续 打 液体 理 论 上 不 到 20min 砂 粒 沉 降 完 毕 ， 在 小 套 管 6.8m3/h 的 排 量 下 砂 粒 在 油

19、管 内 下 行 速度 6.80.001963600 0.96m/s， 依 2000m 井 深 为 例 砂 粒 至 底 时 间 20000.9660 34min,就 是 说 填 砂 完 后 继 续 打 液 体 理 论 上 不 到 34min 砂 粒 沉 降 完毕 ， 实 践 中 井 内 情 况 是 非 常 复 杂 ， 尤 其 是 小 套 管 侧 钻 井 。 根 据 管 理 局 Q/SL0401-89 井 下 冲 砂 工 艺 技 术 规 程 4.2.10 冲 砂 完 后 沉 砂 3h 探 砂 面 的 标 准 ， 我 们 一 直 采 取大 于 标 准 1h， 也 就 是 4h 探 砂 面 的 规 定

20、 。在 小 套 管 井 我 们 做 了 多 次 试 验 ：在 河 68-侧 17 井 现 场 施 工 中 ， 填 砂 井 段 2060-2286m,填 砂 完 后 沉 砂 探 砂 面 情 况 如下 ：表 二 ： 时 间高 度2h、 3h 4h， 5h， 6h2030m 2040m 2058m 2059.1m 2059.1m在 通 -侧 45 井 现 场 施 工 中 ， 填 砂 井 段 2140-2241m,填 砂 完 后 沉 砂 探 砂 面 情 况 如 下 ：表 三 ： 时 间高 度2h、 3h 4h， 5h， 6h2100m 2030m 2138m 2140m 2140m从 以 上 可 以

21、看 出 ， 沉 砂 4 小 时 后 到 5 小 时 之 间 ， 砂 面 稍 有 增 加 ， 超 过 5 小 时 砂 面不 在 增 加 ， 探 出 砂 面 准 确 无 误 。 在 以 后 十 几 口 小 套 管 井 的 试 验 中 基 本 验 证 5 小 时 后 砂面 基 本 不 再 增 加 。从 以 上 可 以 得 出 ， 大 套 管 井 沉 砂 4 小 时 ， 小 套 管 侧 钻 井 可 采 用 5 小 时 ， 现 场 应 用效 果 较 好 。6 填砂技术的不足和展望现 场 施 工 中 ， 井 的 情 况 十 分 复 杂 ， 各 井 、 各 层 、 各 小 段 的 压 力 变 化 均 不 一

22、 样 ， 此次 作 业 和 上 次 作 业 也 不 一 样 ， 因 此 施 工 时 必 须 借 助 此 前 施 工 的 经 验 ， 考 虑 井 史 综 合 做出 分 析 判 断 ， 所 以 采 取 上 述 参 数 不 是 一 成 不 变 的 ， 要 根 据 具 体 井 的 情 况 对 上 述 参 数 作出 必 要 的 调 整 ， 以 适 应 不 同 井 的 需 求 。一种成功的填砂作业技术 44计 算 机 技 术 的 飞 速 发 展 ， 带 动 了 新 的 产 业 革 命 ， 但 是 在 作 业 施 工 井 中 ， 对 填 砂 井的 计 算 机 模 拟 技 术 应 用 较 少 ， 不 能 每

23、口 井 在 施 工 前 都 能 进 行 计 算 机 数 值 模 拟 ， 希 望 能在 近 几 年 中 ， 对 各 种 施 工 井 包 括 填 砂 井 在 施 工 前 进 行 数 值 模 拟 ， 针 对 不 同 井 的 井 况 ，找 出 最 佳 的 施 工 参 数 ， 从 而 在 现 场 施 工 中 取 得 最 大 效 益 。7 结论填 砂 施 工 中 ， 在 现 有 的 条 件 下 ， 采 取 填 砂 前 对 井 筒 采 取 通 井 、 刮 管 、 彻 底 洗 井 ， 填砂 管 柱 采 取 通 管 、 管 柱 提 前 试 压 ， 大 套 管 排 量 采 取 20m3/h， 小 套 管 采 用 6.8m3/h 的 排量 ， 沙 比 大 套 管 采 用 80 Kg/m3左 右 ， 小 套 管 采 用 60 Kg/m3左 右 ， 井 筒 50m 为 一 段 ，大 套 管 预 提 高 度 50m， 小 套 管 预 提 高 度 100m,沉 砂 5 小 时 程 序 填 砂 效 果 较 好 ， 是 一 种 比较 成 功 有 效 的 填 砂 作 业 技 术 。 可 供 现 场 施 工 参 考 。参考文献1.井下作业工.北京：石油工业出版社，19962.成华国、张桂林等编.井下作业标准汇编.石油石化出版社