擠壓充填防砂完井工藝技術(shù)及配套工具研究

劉言理（大港油田公司 石油工程研究院，天津 300280）

擠壓充填防砂完井工藝技術(shù)及配套工具研究

劉言理（大港油田公司 石油工程研究院，天津 300280）

文章主要針對直井及小斜度井?dāng)D壓充填防砂完工藝技術(shù)及其適用的工況井下了分析研究，提出了優(yōu)化的管柱結(jié)構(gòu)。同時文章對配套的防砂完井工具組成及原理進(jìn)行了介紹。通過現(xiàn)場應(yīng)用表明，該工藝能有效解決油井開采過程中出砂問題，防砂有效率100%，防砂時間長，能有效地保證油井開發(fā)效果。

小斜度井；擠壓充填；防砂；完井工具

很多疏松砂巖油藏，本身相對容易出砂，如果開發(fā)期間采用潛油電泵進(jìn)行強(qiáng)采，地層出砂就會更加嚴(yán)重，井眼附近地層虧空，這就大大增加了防砂的難度和防砂有效期。

某陸地油田在上世紀(jì)六七十年代就進(jìn)行了大規(guī)模的開發(fā)，該油田屬于疏松砂巖油藏，油層巖石膠結(jié)強(qiáng)度差。該開始開發(fā)階段，主要采用懸掛篩管防砂完井、循環(huán)礫石充填防砂完井、滲透性人工井壁防砂完井和組合式防砂完井等工藝，其中篩管又分為組合縫篩管、繞絲篩管、精密復(fù)合篩管等多種分類。每種防砂完井工藝根據(jù)不同的工況要求進(jìn)行應(yīng)用。

油田區(qū)塊的油層經(jīng)過多年的開發(fā)，油層情況極為復(fù)雜，同時由于上述防砂完井工藝只是在井筒內(nèi)進(jìn)行防砂，不具有改造井筒附近甚至油層的能力，所以其防砂效果也愈發(fā)不理想。對于出砂特別嚴(yán)重的地層，井筒附近虧空嚴(yán)重，即使使用管內(nèi)礫石充填防砂完井，礫石層也堆積疏松，防砂效果不理想。所以有必要對具有改造油井井眼附近地層功能的新型防砂工藝進(jìn)行研究，也就是擠壓充填防砂完井工藝，該工藝在擠壓充填結(jié)束后轉(zhuǎn)循環(huán)充填，能夠形成多層擋砂屏障，有效防砂，滿足復(fù)雜油層的防砂需求。

1 擠壓充填防砂完井工藝原理

擠壓充填防砂完井工藝原理，首先將擠壓充填防砂完井工具下連篩管串、安全接頭和絲堵下至井中預(yù)定位置，充分洗井暢通后投球憋壓坐封工具，使卡瓦張開咬住套管，限制防砂完井管柱的上下移動，同時膠筒壓縮，封隔油套環(huán)空上下空間。穩(wěn)壓一段時間后繼續(xù)打高壓至壓力突降為零，打開充填通道。此時用兩輛壓裂車將砂漿打入地層，砂子選用滲透性、硬度相對較好的陶粒砂，這樣就在井筒附近甚至更深處建立了高滲透性的擋砂屏障，同時也對地層進(jìn)行改造，油氣出流通道更加順暢。擠壓充填結(jié)束后轉(zhuǎn)循環(huán)充填，在篩管和套管之間用陶粒砂填充，增加一道防砂屏障，充分保證防砂效果。循環(huán)充填結(jié)束后立刻倒管線進(jìn)行反洗井，將油管內(nèi)多余的砂子洗出，洗井結(jié)束后正轉(zhuǎn)油管實現(xiàn)丟手，起出丟手管柱下泵開采。

2 擠壓充填防砂完井工具分析

擠壓充填防砂完井工具是該工藝順利實現(xiàn)的關(guān)鍵所在。擠壓充填防砂完井工具主要組成部分為：液壓部分、錨定部分、鎖緊部分、封隔部分、解封部分、打撈部分、丟手部分。

2.1 液壓部分

該部分主要由液壓缸、中心管、密封圈和活塞組成。中心管上鉆有進(jìn)液孔，打壓時液體進(jìn)入液缸，當(dāng)壓力達(dá)到一定值時推動活塞向下運動，擠壓膠筒和卡瓦。密封圈對應(yīng)的密封槽在設(shè)計時充分考慮密封圈的過盈量，所以能夠啊保證打高壓時充填口的順利開啟。

2.2 錨定部分

錨定部分主要有卡瓦、彈簧復(fù)位片、上錐體和下錐體組成。該部分的關(guān)鍵部件是卡瓦，卡瓦在設(shè)計過程中采用表面滲碳加淬火處理，充分保證其牙齒的鋒利，以便順利咬入套管實現(xiàn)錨定。上下錐體角度經(jīng)過精心設(shè)計，能夠有效避免在工具在坐封過程中出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象。

2.3 鎖緊部分

鎖緊部分是整個防砂完井工具的較為重要的部分，鎖緊部分的有效工作是保證膠筒、卡瓦有效工作的前提。鎖緊部分若失效或者效果不好，則會直接影響膠筒的封隔效果和卡瓦的張開錨定效果。鎖緊部分采用馬牙環(huán)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)鎖緊機(jī)構(gòu)單向運動、反向鎖緊的功能。鎖緊機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度通過力學(xué)公式校核計算，并且留足了安全余量。

2.4 封隔部分

封隔部分由膠筒、上壓環(huán)和下壓環(huán)組成，該部分看似簡單卻是不能忽略的重要部分。該部分一般采用橡膠材料設(shè)計，對于非高溫井一般采用丁腈橡膠即可實現(xiàn)，對于高溫高壓井建議用氟橡膠材料制作。制作過程中要保證模型的尺寸精度，在運送過程中避免膠筒表明劃傷。也可根據(jù)不同的井況采用多膠筒組合式設(shè)計。

2.5 解封部分

解封部分由解封剪釘、解封套組成。剪釘可以根據(jù)不同情況選擇銅剪釘或者鋼剪釘，在解封力設(shè)計較大時可能存在工具尺寸排布困難的情況，此時一般采用鋼剪釘，可以節(jié)省空間。剪釘在工具設(shè)計過程中經(jīng)過剪切強(qiáng)度校核，剪釘?shù)牟牧线x用優(yōu)質(zhì)材料。解封套的設(shè)計要保證其抗拉強(qiáng)度，且剪斷剪釘后能順暢移動，帶動鎖環(huán)與鎖緊部分順利分離。

2.6 打撈部分

打撈部分上端打撈扣采用平式油管扣，打撈時用對扣式分瓣撈矛下壓實現(xiàn)螺紋的對接，然后上提管柱，此時螺紋會隨著上提力的增加咬合愈發(fā)緊密。

2.7 丟手部分

丟手結(jié)構(gòu)種類繁多，這里考慮直井或者小斜度井，因此可以采用最簡單的正轉(zhuǎn)倒扣丟手，一般正轉(zhuǎn)三十圈即可實現(xiàn)丟手。

3 擠壓充填防砂完井工藝特點

該工藝可以實現(xiàn)一趟管柱坐封、礫石充填、正洗、反洗和丟手的過程，大大節(jié)省了施工時間，提高了施工效率。該工藝將對地層填砂和對篩套環(huán)空填砂等工序有效結(jié)合在一起，大大提高了施工效果，節(jié)省施工資金。該工藝在施工過程中擠壓充填和循環(huán)充填是一次性形成的，形成的砂體屏障連續(xù)且作用面廣泛，能夠充分保證防砂效果。

4 管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

擠壓充填防砂完井管柱串結(jié)構(gòu)由下至上為：絲堵+油管短節(jié)+篩管串（中間帶安全接頭）+油管短節(jié)+油管變扣+擠壓充填工具+提升短節(jié)+油管串至井口。擠壓充填工具下端配接有小直徑管柱直至篩管末端，以此引導(dǎo)砂漿流動，充分保證礫石的壓實充填效果。

5 現(xiàn)場應(yīng)用情況與結(jié)論

該工藝現(xiàn)場應(yīng)用一有十余口井，施工過程順利，防砂效果良好，防砂有效率達(dá)到100%，該工藝通過對地層改造性地進(jìn)行防砂，能夠充分保證其效果及有效期。因此，該工藝也值得在易出砂油田地區(qū)進(jìn)行推廣應(yīng)用。