马卫立、一种成功的填砂作业技术

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，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
=20×0.053=0.106m/s,那么砂粒不上返最大排量为Q
不
＝36×10-3×3.14/4×（1242-732）
×0.053＝15m3/h，Q
返
＝36×10-3×3.14/4×（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
＝36×10-3×
3.14/4×（82.32-602）×0.053＝
4.8m3/h，沙粒不上返；在Q
返
＝36×10-3×3.14/4×（1242-732）×0.106＝9.6m3/h，沉到底的砂粒能上返到地面。

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：
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，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。

3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》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/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D124mm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÷【36×10-3×3.14/4×（1242-732）】=0.07m/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=0.07-0.053=0.017m/s,50m 一段填砂时间为36min,砂粒上升高度=0.017×36×60=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：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÷【36×10-3×3.14/4×（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=0.022×60×60=79m,也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。

5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＝20÷0.00301÷3600＝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＝2000÷1.84÷60＝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的排量下砂粒在油管内下行速度＝6.8÷0.00196÷3600＝0.96m/s，依2000m井深为例砂粒至底时间＝2000÷0.96÷60＝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。

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：
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：
从以上可以看出，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。

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，1996
[2].成华国、张桂林等编.井下作业标准汇编.石油石化出版社。