安文目,魏輝龍,王翊民(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司,天津 300459)
隨著開(kāi)發(fā)進(jìn)程的不斷深入,渤海油田的開(kāi)發(fā)模式呈現(xiàn)出新的特征:重視碎片化儲(chǔ)層,利用現(xiàn)有平臺(tái)剩余槽口或者老井側(cè)鉆實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊偏遠(yuǎn)小儲(chǔ)量?jī)?chǔ)層的開(kāi)采;開(kāi)發(fā)受限區(qū)儲(chǔ)層,渤海海域功能區(qū)劃錯(cuò)綜復(fù)雜,軍事敏感區(qū)、海事通航區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū)等受限區(qū)內(nèi)探明儲(chǔ)量占渤海油氣總儲(chǔ)量的86%,對(duì)渤海油田增儲(chǔ)上產(chǎn)意義重大;低成本開(kāi)采模式,新建平臺(tái)更多的考慮依托現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施和海管資源,這就導(dǎo)致新平臺(tái)無(wú)法在最佳的布井位置。
為解決上述問(wèn)題,綜合考慮渤海油田儲(chǔ)層埋藏淺、巖石強(qiáng)度低、出砂嚴(yán)重等特點(diǎn),大位移水平裸眼井成為鉆完井重點(diǎn)推廣的作業(yè)井型之一。這種井型的優(yōu)勢(shì)有:能夠滿足井眼水平方向延伸的要求;能夠保證較高的儲(chǔ)層砂巖鉆遇率,提高單井產(chǎn)能;能夠直接使用成熟的礫石充填防砂技術(shù),有效控制出砂,延長(zhǎng)油井壽命。
在大位移水平裸眼井礫石充填作業(yè)實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)了實(shí)際充填的礫石量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于模擬充填、充填時(shí)間大幅延長(zhǎng)、充填壓力曲線與模擬曲線不一致、反循環(huán)時(shí)返出礫石量偏多等問(wèn)題,導(dǎo)致充填過(guò)程無(wú)法有效把握、充填效率低、反循環(huán)出的礫石污染循環(huán)系統(tǒng)等嚴(yán)重后果。
本文在現(xiàn)有礫石充填技術(shù)的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)考慮大位移水平裸眼井的特征因素,分析出了導(dǎo)致此類問(wèn)題的原因在于礫石在鉆桿內(nèi)的沉積,給出了影響礫石沉積的因素,準(zhǔn)確估算了鉆桿內(nèi)礫石沉積量,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工提出了指導(dǎo)性措施,對(duì)后續(xù)礫石充填技術(shù)發(fā)展提出了合理化建議[1-2]。
在礫石充填過(guò)程中,鉆桿內(nèi)的礫石運(yùn)移方向是重力方向和攜砂液流動(dòng)方向的疊加方向,重力方向受礫石的重力、浮力和摩擦力等因素影響,攜砂液流動(dòng)方向受攜砂液流體性質(zhì)、充填排量等因素影響。當(dāng)井斜較小時(shí),礫石運(yùn)移方向以重力方向?yàn)橹?,隨著井斜的逐步增大,攜砂液流動(dòng)方向?qū)Φ[石運(yùn)移方向的影響占據(jù)主導(dǎo)地位。
一般認(rèn)為當(dāng)井斜大于60°時(shí),礫石無(wú)法在自重作用下向井底運(yùn)移,而是沉積在鉆桿內(nèi)形成砂丘,隨著砂丘不斷增高,流動(dòng)區(qū)域逐步減小,流速逐步加快,直至增加到礫石能夠被攜砂液帶走的臨界速度,這是鉆桿內(nèi)砂丘形成的過(guò)程。
渤海油田大位移水平裸眼井的常用井身結(jié)構(gòu)為:244 mm技術(shù)套管+178 mm生產(chǎn)尾管+152 mm水平裸眼,特點(diǎn)是淺井段(一般在井深700 m左右)井斜已達(dá)到70°~80°并持續(xù)穩(wěn)斜至井底;水平裸眼段礫石充填時(shí),為避免充填壓力過(guò)高壓漏地層,充填排量普遍較低;常用攜砂液體系為氯化鉀加重鹽水體系,粘度低,攜帶性差;常用礫石為普通陶粒,自重大。
綜上所述,這就導(dǎo)致在充填過(guò)程中礫石在出充填孔前大量沉積在送入鉆桿內(nèi),這部分礫石的沉積量在原有充填模擬設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮,進(jìn)而導(dǎo)致前述的模擬充填與實(shí)際充填存在的差異,當(dāng)反循環(huán)時(shí),這部分礫石被攜帶出井,返出礫石量大幅增加造成防砂用沉砂池里砂漿外溢污染循環(huán)系統(tǒng)[3]。
在礫石充填技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,按照鉆桿內(nèi)礫石沉積機(jī)理分析,建立了在理想狀態(tài)下鉆桿內(nèi)礫石沉積量預(yù)測(cè)模型(如圖1所示)。
圖1 大井斜下鉆桿內(nèi)礫石沉積意圖
式中:mG為沉積礫石的質(zhì)量(g);SD為礫石沉積區(qū)域截面積(m2);θ為礫石沉積區(qū)域?qū)?yīng)扇形的角度,度制;H為礫石沉積高度(m);R為鉆桿內(nèi)半徑(m);ρb為礫石堆積密度(kg/m3);L為對(duì)應(yīng)井斜下的鉆桿長(zhǎng)度(m)。
式中:Q為對(duì)應(yīng)礫石積高度H的充填排量(m3h);SO為流動(dòng)區(qū)域截面積(m2);vc為砂漿臨界流動(dòng)速度(m/s),在流動(dòng)區(qū)域內(nèi)砂漿流動(dòng)速度恰好使礫石不會(huì)繼續(xù)沉積的臨界值,由井斜、礫石沉積高度、攜砂液密度、黏度、礫石密度、尺寸等因素決定,由充填模擬實(shí)驗(yàn)所得。
渤海油田某井水垂比達(dá)到2.615 2 mm水平裸眼井段開(kāi)采疏松砂巖儲(chǔ)層,常溫常壓,是一口常見(jiàn)的淺層大位移水平裸眼井,該井80°穩(wěn)斜段長(zhǎng)度為612 m,使用127 mm鉆桿(內(nèi)徑54.3 mm)送入礫石充填管柱,按照本文預(yù)測(cè)模型,對(duì)該井礫石充填防砂完井過(guò)程中鉆桿內(nèi)礫石沉積量進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果如表1所示。
表1 某井鉆桿內(nèi)礫石沉積計(jì)算結(jié)果
根據(jù)表中數(shù)據(jù),繪制出該井充填排量與鉆桿內(nèi)礫石沉積量關(guān)系曲線,如圖2所示。
由圖2可知,當(dāng)充填排量不低于40.59 m3/h 時(shí),此穩(wěn)斜井段不會(huì)沉積礫石,當(dāng)充填排量低于此值時(shí),充填排量越低,沉積量越大。
該井礫石充填作業(yè)的充填排量為32.44 m3/h,對(duì)應(yīng)圖2可以得出,在此充填排量下鉆桿內(nèi)礫石沉積量為1 700 kg左右,對(duì)該井礫石充填作業(yè)給出的作業(yè)建議:
(1)需在礫石預(yù)測(cè)使用量的基礎(chǔ)上額外準(zhǔn)備1 700 kg的礫石;
(2)充填作業(yè)時(shí)間變長(zhǎng),注意各波段的壓力曲線變化,精準(zhǔn)控制作業(yè)過(guò)程;
(3)提前判斷防砂用反循環(huán)沉砂池容量是否能夠回收這部分礫石,目前渤海常用反循環(huán)沉砂池可容納1 300 kg礫石,建議該井增加備用沉砂池,或使用高目數(shù)鉆井振動(dòng)篩,反循環(huán)時(shí)經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩去除攜砂液中的礫石,防止污染循環(huán)系統(tǒng);
(4)在反循環(huán)期間及服務(wù)工具起至造斜率較大井段時(shí),替入高粘段塞攜帶鉆桿內(nèi)殘留的礫石;
(5)如果上述措施均不能消除礫石沉積帶來(lái)的問(wèn)題,或沉積量過(guò)大存在堵塞鉆桿風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)候,建議全井更換內(nèi)徑較小的鉆桿進(jìn)行礫石充填防砂作業(yè)。
該井現(xiàn)場(chǎng)施工曲線如圖3所示,施工時(shí)間、壓力變化和礫石用量均符合預(yù)測(cè)結(jié)果,在停止加礫石后,繼續(xù)頂替一個(gè)鉆桿容積后出現(xiàn)脫砂壓力,反循環(huán)出井的礫石量為1 800 kg,該部分即為鉆桿內(nèi)沉積的礫石,接近作業(yè)前的預(yù)測(cè)結(jié)果。
圖3 該井礫石充填作業(yè)施工曲線
(1)通過(guò)計(jì)算鉆桿內(nèi)礫石的沉積量,可以在設(shè)計(jì)階段和施工階段提出多項(xiàng)有針對(duì)性的處置措施,保證現(xiàn)場(chǎng)礫石充填作業(yè)順利實(shí)施,保證充填效率。
(2)通過(guò)分析鉆桿內(nèi)礫石的沉積規(guī)律,可以看出,除了井斜、井身結(jié)構(gòu)等井的基本因素以外,礫石的沉積還受充填排量、充填壓力,攜砂液和礫石的性質(zhì)影響,在大位移井礫石充填作業(yè)中可以研究推廣使用低阻力、高懸浮性的攜砂液和輕質(zhì)礫石以降低充填壓力,提高充填排量,保證充填效率。