水平井裸眼砾石充填

水平井裸眼砾石充填防砂工艺技术优化研究与应用刘树新杨喜柱等（大港油田公司采油工艺研究院滩海工艺室）摘要：本文通过对埕海一区储层、流体性质分析，基于理论分析、地层砂粒经分析试验，提出水平井裸眼砾石充填防砂工艺，优化了工艺设计参数，实施后已取得显著效果，该工艺的成功实施大大提高了我油田水平井防砂工艺技术水平，也将对环渤海类似储层的滩海油田开发具有良好的借鉴作用。

主题词：埕海一区裸眼水平井防砂工艺研究裸眼砾石充填防砂应用效果
1 引言埕海油田位于渤海湾滩海- 浅海地区，由于储层为疏松砂岩，前期研究结果表明必须采取先期防砂才能投产，而本区采用人工岛开发，井型以水平井为主，且井底位移大，水平段长，在防砂工艺方面存在极大难度。

因此开展了水平井裸眼砾石充填防砂工艺技术优化研究与应用课题。

在国内，该项技术的研究工作起步较晚，仅在胜利油田进行了试验与应用，但对于超过700m长水平井段的防砂仍然存在很大技术难度。

1 地质概况埕海一区位于大港油田滩海区南部埕北断阶区，地理位置位于河北省黄骅市关家堡村以东的滩涂一海域水深4m的极浅海地区。

该区主要包括二个井区：庄海4X 1、庄海8断块。

自下而上发育Es、Ed、Ng Nm等四套含油层系。

其中，Ngl 1组为主力油组，有具有以下
油藏特征：油藏埋藏较浅。

埋深为1240 - 1268m储层成岩作用弱，属于岩性-构造底水油
藏。

油层胶结疏松，易出砂。

试采井存在出砂的现象。

储层呈现高孔、高渗的特征，根据庄海802井粘土矿物X衍射分析报告来看，储层粘土以伊蒙间层为主，平均含量达到62.5%,
其中蒙脱石含量约为70％，伊/ 蒙混层是易水化膨胀的矿物，易发生粘土膨胀和分散造成地层伤害。

原油性质具有三高、三低的特点。

即高密度、高胶质沥青含量、高初馏点、低凝固点、低含蜡、低含硫。

该地区地层水矿化度平均为10350mg/L,水型为NaHCOO型。

油藏属
于正常的温度压力系统。

针对该区上述储层特点，储层极易出砂，同时，原油粘度较高对出砂影响较大，本区地处滩海，以水平井为主，防砂难度大，因此开展了该区水平井防砂工艺研究与应用。

2 防砂工艺优化研究
2.1 防砂难点分析
根据该区块的油藏特征以及该井的井身结构特点，该井的防砂工艺的选择存在以下难
点：
2.1.1 粒度分布不均匀，D40/D90>6.5 ，单一的机械挡砂难以达到好的效果；
2.1.2防砂井水平段长（其中庄海8Ng-H1井为731.5m）、水垂比大（最大为
3.9 ）,都给防砂工艺的现场实施带来极大的难度。

2.2 防砂方式的确定
目前常用的防砂工艺有机械防砂和化学防砂，对于埕海一区庄海8Ng 组油井防砂井段
长，粘土含量高, 化学防砂难以达到预期的效果，因此该井的防砂工艺应首选机械防砂。

对于选择筛管挡砂抑或砾石充填防砂，主要考虑以下几个方面进行了选择：
2.2.1 防砂经验公式
根据国外石油公司通用的SPE39437所推荐的防砂方法选择标准（见表1）,根据庄海8区块馆陶组的岩心粒度分析资料，d40/d90=6.55〜29.75,大于5, D°/D95=34-55 ,大于20,低于325 目的砂粒（%）占11.2%，因此该区块应首选裸眼砾石充填防砂工艺。

各种防砂工艺具有不同的适用范围，而工艺本身的优劣也决定了防砂有效期的长短，防砂有效期是防砂工艺选择的正确与否的关键因素之一，因此本文对几大油田常用防砂工艺的
有效期进行了调研与统计。

胜利油田筛管防砂工艺平均近 1.5年；砾石充填防砂工艺平均3年。

赵东油田合作区砾石充填防砂工艺3年以上（继续有效）。

大港油田筛管防砂工艺应用
有效期近2年，砾石充填防砂工艺5年以上（继续有效）。

由此可见，砾石充填防砂工艺更
能满足滩海油田长效防砂的要求。

2.2.3 满足举升工艺
该区全部应用电潜泵进行人工举升，井液中的杂质以及砂粒会造成卡泵、叶轮磨损，降
低电泵的使用寿命•根据该区的粒度分析实验结果，w 0.06mm的砂粒占5〜37%，含量比较高，而砾石充填防砂工艺的防砂精度可以达到0.03mm以下，因此为了尽可能的满足举升工
艺，选用砾石筛管充填防砂工艺更合理。

2.3 防砂工艺参数设计
2.3.1 砾石尺寸的选择
砾石充填防砂设计中，选择合理的砾石尺寸是防砂成功的关键之一。

较大的砾石尺寸有
利于获得较高的产能，但会导致地层砂侵入砾石层；相反，较小的砾石尺寸挡砂效果好，但对油井产能的影响较大。

因此需要从砂侵和产能两个方面综合考虑，优选出既能避免严重砂
侵，又能获得较高产能的最佳砾石尺寸。

目前常用的砾石尺寸的选择方法主要有三种，Saucier方法、Ddpriester 方法以及Schwartz方法。

在对埕海一区馆陶组防砂砾石的选择上，主要是依据Saucier方法，该方
法建立在完全挡砂机理之上，它选用的粒度中值为地层砂粒度中值的5〜6倍,并结合我们在
陆上类似油层防砂经验，考虑到该区的地层砂分布不均匀，填充砾石粒径取地层砂粒度中值
的3〜5倍。

庄海8区块馆陶组粒度中值在0.15〜0.21之间，因此施工用砾石应选用0.45mm-
1.05mm规格的砾石（建议采用陶粒）。

2.3.2筛管尺寸设计
缝隙尺寸是防砂管柱最重要的设计尺寸。

原则上应能满足挡住最小充填砾石的要求。

具体计算应等于最小充填砾石尺寸的1/2〜2/3。

若充填砾石选用（0.45 mm〜1.05mm）,则筛
管缝隙应为0.23mm〜0.3mmo
筛管直径的设计原则是既要尽可能加大直径以增加过流面积，又要在井眼或套管与筛管
之间留出足够的环形空间以保证充填层有足够的厚度，使之具有良好的挡砂能力和稳定性。

具体讲，筛管的外径应与水平井段内径的环空保证充填砾石的厚度在25mm以上，因此对于
埕海一区水平井裸眼油层段采用①215.9mm井眼，选择①139.7mm筛管。

3水平井裸眼砾石充填防砂应用
截止2008年6月该工艺已在埕海一区庄海8区块Ng油组水平井应用3井次，均取得
较显著效果。

3.1施工简要过程
3.1.1通井刮削，洗井。

要求：通井到套管中尾管座圈，坐封位置反复刮削三遍。

洗井要求反出液浊度达到＜70 NTU,固体含量＜0.05%。

3.1.2下入筛管、冲管及封隔器总成等。

要求：下入顺序：引鞋、盲管、密封筒、筛管、密封筒、筛
管、密封筒、筛管、盲管、插入密封、冲管、转向器、封隔器总成。

3.1.3 坐封、酸洗钻杆，配防砂液。

要求：选择清洁无伤害KCL溶液，浓度10%密度1.07g/cm3。

采用两极过滤，2微米，浊度达到＜70 NTU,
3.1.4充填砾石完井。

要求：采用正循环充填，并对施工参数进行实时监控。

3.5施工参数见表7。

3.6.1庄海8区块储层物性好，属高孔高渗，在钻井过程中容易造成井壁附近及地层深部的污染堵塞，严重影响产能，防砂前必须解除污染堵塞，否则即使防砂成功，也会影响油井的真实产能。

所以在进行防砂施工之前，必须进行严格有效的洗井作业。

3.6.2在整个施工过程中要强化油层保护意识，彻底清洗井筒，返出液达到相应的标准
是油层保护的一个重要环节。

其次要保证施工用液要与油层配伍，选择合理的压井液、携砂
液，并彻底过滤和检测，减少了机械杂质对油层的堵塞污染，施工管柱用清洗剂、酸液彻底
清洗，减少油污等进入地层而污染。

同时，对所有下井管柱、筛管、工具的丝扣清除污物后，
再上丝扣油，总之，油层保护贯穿于整个施工过程，以尽可能的减少地层污染，最大的发挥油井产能。

3.6.3防砂施工过程的控制，施工参数的调整都是采用了先进和配套的施工参数监测和采集系统。

施工中由充填管路和循环返回管路两个数据采集系统，可使现场指挥人员随时掌
握井下充填状况，可合理判断出充填完成程度，便于地面的施工用液、用料的准备和应急处理。

因此先进的自动化系统也是防砂工艺成功应用的关键。

3.7防砂效果评价
截止2008年6月，水平井砾石充填防砂工艺已在埕海一区实施3井次，成功率100%
有效率100%平均单井产量198t/d，其中，庄海8Ng-H1最高产量达到410t/d。

检测产液中含砂为零。

取得了显著防砂效果。

4结论与认识
4.1.根据庄海8区块的油藏地质特征，在地层砂粒度分析实验结果的基础上，结合常用的防砂经验公式，并考虑到防砂有效期以及对举升方式的适应性，优选出适合埕海一区馆
陶油组防砂工艺为裸眼砾石充填防砂工艺。

4.2已实施3 口井，庄海8Ng- H1、庄海8Ng—H2、庄海8Ng— H3井，均为大位移水平井，实施成功率100%有效率100%平均单井产量198t/d，其中，庄海8Ng-H1最高产量达到410t/d。

取得显著效果。

4.3在较长的水平段中进行砾石充填防砂施工，严格的控制施工质量是防砂成功的关键，同时选择性能优良的井下工具是防砂成功的保障。

为了在防砂成功的同时尽可能的提高
油井产能，在整个施工过程中，必须要注意油层保护，防止油层污染。

3、
4.4 庄海 8 区块馆陶油组大位移水平井裸眼砾石充填防砂完井工艺技术实施取得成功 ，并达到较高的技术经济指标：实施井最大水平段长度 731.5m 、最大水平位移419
5.86m ;
最大水垂比 3.9 、充填程度均超过 100% 。

4.5 水平井裸眼砾石充填防砂成功实施并实现较高产量， 也验证了该防砂工艺在本区馆 陶油组是适应的。

参考文献
SPE 39437， 1998
1、
2、
M.J. 埃克诺米德斯， 万仁溥，罗英俊主编 D.L.,King,G.E.,Larese
K.G. 诺尔特著 油藏增产措施（第三版） 采油技术手册 北京：石油工业出版社， 等著 《 NewCriteria for Gravel ，北京：石油工业出版社，
2004。

2002。

and Screen Selection for Sand Control 》。