填砂作业技术研究与应用

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  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
  【中图分类号】 TE934".2 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879(2018)03-0237-01
  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。
  一、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。
  二、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。
  三、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,在单56-12-8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。
  四、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。
  五、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。
  六、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.井下作业標准汇编.石油石化出版社
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