大斜度井压裂充填防砂工艺研究与实践_以南堡35_2油田Ax井为例

第23卷 第1期2011年2月中国海上油气CHIN A OF FSH OR E O IL A ND G A SV ol.23 N o.1Feb.2011第一作者简介:谭章龙,工程师,2001年毕业于西安石油学院石油工程专业,目前主要从事海上油气田钻完井、大修井作业。

地址:天津市塘沽区渤海石油路688号海洋石油大厦B 座B 608室(邮编:300452)。

大斜度井压裂充填防砂工艺研究与实践以南堡35 2油田Ax 井为例谭章龙1司念亭1李贵川1龙江桥1王青春2(1 中海石油(中国)有限公司天津分公司生产部; 2 中海油能源发展股份有限公司监督监理技术公司)摘 要 针对南堡35 2油田Ax 井明化镇组疏松砂岩油藏储层非均质性较强、砂岩粒度分选性较差、极易出砂,防砂层跨度大、间隔距离长,井斜角大等特点,研制了暂堵抑砂液,并充分运用端部脱砂控制、防止提前脱砂以及泵砂控制等技术措施,在该井成功实施了5层压裂充填防砂作业,可为渤海在生产油田疏松砂岩油藏大斜度井防砂作业提供借鉴。

关键词 疏松砂岩 压裂充填防砂 大斜度井 端部脱砂 提前脱砂 泵砂控制 南堡35 2油田Ax 井为一口大斜度定向生产井,最大井斜角70 6 ,完井期间采用T CP 负压射孔+ 168 28mm 优质筛管5层防砂完井方式。

A x 井投产初期生产正常,约一年后因防砂筛管砂堵几乎无产出。

根据生产需要,决定打捞出Ax 井原井下防砂管串,再重新进行5层砾石充填防砂作业。

Ax 井储层非均质性较强,砂岩粒度分选性较差,极易出砂;主力油层为明化镇组,油藏为高孔隙、高渗性疏松砂岩油藏,且油水关系复杂,存在边水、底水。

Ax 井为大斜度井,砾石充填作业存在如下问题:!全井防砂段存在∀上吐下泻#现象,即明化镇0油组与邻井连通性较好,属注水受益层,在全井筒使用密度为1 0g/cm 3常规修井液时仍存在不断反吐地层砂现象;明化镇I 、II 油组地层压力系数小于1 0,使用密度为1 0g/cm 3常规修井液时有较大漏失。

∃全井防砂段跨度较大(约340m ),分层较多,5层防砂作业存在较大风险。

%5个防砂段隔层间距离长且井斜角较大,为砾石充填作业施工增加了难度。

针对上述问题,开展了大斜度井压裂充填防砂工艺设计和技术措施研究,并成功应用于Ax 井压裂充填防砂作业,取得了良好效果。

1 技术思路结合Ax 井防砂层段地质、油藏特性及其与周边油水关系,考虑到该井下部3个防砂层段离边水、底水较近(小于15m)且层间间隔较小,为了不压穿水层或使各分层间压窜,决定对下部3层防砂段采用微压裂充填防砂方式;考虑到该井上部2个防砂层段离边水、底水较远(大于30m )且层间间隔较大,决定采用一趟2层防砂方式进行规模较大的压裂充填防砂作业。

同时,为了降低施工风险,在下部3层防砂作业时采用单层防砂方式,并且全井筒使用暂堵抑砂液以平衡明化镇0、I 、II 油组上下压力关系,降低射孔层段上部出砂、下部漏失较大对防砂施工作业的影响。

2 工艺实践2 1 端部脱砂控制与常规压裂充填防砂工艺一样,大斜度井压裂充填是通过控制端部脱砂阻止裂缝径向延伸,并且膨胀裂缝形成∀短宽裂缝#,从而形成具有较高导流能力的高渗透带[1]。

施工过程中,先泵入前置液撑开地层形成裂缝,再泵入低浓度砂浆到达裂缝顶端,阻止裂缝继续生长,最后泵入高浓度砂浆由裂缝前缘向近井筒充填裂缝,一旦裂缝不再径向延伸,裂缝将被膨胀变宽。

在顶替过程要结束时,如果没有出现脱砂压力,可通过降低泵速并打开环空获得小流量返出,以此来充填近井筒裂缝、射孔炮眼和筛套管环空,形成好的滤砂层。

另外,通过降泵速的方法也可诱导端部脱砂第23卷 第1期谭章龙等:大斜度井压裂充填防砂工艺研究与实践 以南堡35 2油田Ax 井为例47的出现。

南堡35 2油田Ax 大斜度井压裂充填防砂作业中要监测或诱导端部脱砂相对比较困难,这主要是受井斜大、储层砂岩疏松且非均质性强、邻井注水等因素的影响。

为了能正确诱导端部脱砂,在A x 井施工过程中采取了如下几种措施:!优化防砂充填服务工具结构,在防砂服务工具管串上合理安排带穿压孔的隔离密封或循环传压阀,确保了实时将地层井底压力传到地面环空压力监测设备。

∃优化充填液性能,单层微压裂充填防砂时充填液粘度调整为30~50m Pa &s,一趟2层压裂充填作业时充填液粘度调整为约150mPa &s,确保了支撑剂被顺利输送至裂缝中。

%提前停止同储层邻井注水作业,降低了储层反吐砂几率和对井底压力的影响。

∋根据施工压力变化情况,有针对性地调节泵砂参数(如砂浆浓度、泵速、环空返液速度等)。

2 2 防止提前脱砂2 2 1 提前脱砂原因分析在大斜度井压裂充填防砂作业中,容易发生还没有泵入设计砂量前突然出现脱砂压力,从而不得不提前终止充填作业。

究其原因,主要有如下几方面:(1)工具结构本身的原因。

筛管、盲管与防砂服务工具串组合、内外径尺寸选取不合理,将使得循环压耗增加,施工排量受限,压裂充填时容易出现砂桥或砂堵情况。

(2)泵砂参数选择不当。

泵砂参数选取不当会造成防砂中途出现砂桥或砂堵,提前出现脱砂压力。

(3)储层物性方面原因。

!储层疏松易出砂,且通常防砂作业间隔时间比较长或压力激动也会造成地层出砂。

地层出砂较多,套管与筛管环空会被地层砂填住部分空间,使得实际充填砂量较设计砂量少,因而在未打完设计砂量之前就出现脱砂压力。

∃储层物性差异大、层间压力异常。

有些射孔层段内包含了若干小层,各小层间储层物性存在较大差异,主要表现在储层厚薄不均,孔隙度、渗透性存在差异造成各小层吸水能力不同,泵砂时砂浆将主要往渗透性好、吸水能力强的储层泵入,而其他储层泵入砂浆很少,此时就容易造成泵砂期间出现砂桥,提前出现脱砂压力。

另外,各射孔层间压力梯度存在异常,如Ax 井存在∀上吐下泻#问题,若按常规思路进行充填作业将会因下部防砂层段滤失量大使得泵砂过程控制困难而出现砂桥或砂堵,上部层段充填时因地层容易反吐砂造成泵入砂浆不够设计量而出现脱砂压力。

2 2 2 防止提前脱砂技术措施(1)优化筛管、盲管与充填服务工具内外径尺寸。

!适当增大冲管 筛管比例(冲管外径与筛管内径比)。

充填效率与冲管 筛管关系试验表明:冲管 筛管比例在0 8以上,充填效率会大大提高(图1)。

南堡35 2油田Ax 井压裂充填防砂时用 139 7m m 基管的筛管和盲管,其内径为124 3mm ,配套选用 101 6mm 冲管[2],这样缩小了冲管 筛管环行空间过流面积,增大了流动阻力,迫使携砂液尽可能在筛管 套管环行空间内运动沉积,从而获得理想的充填效率。

∃优化防砂服务工具组合,选用内外径尺寸满足充填作业、反循环作业的服务工具。

Ax 井单层防砂充填作业时,与一趟多层防砂服务工具不同,单层防砂服务工具总成结构原理相对较简单,服务工具内径大于101 6mm,工具总成(至充填孔)长度约为3m,故充填作业时摩阻损失较小,摩阻损失主要为钻杆内水力损失。

而上部2层均采用一趟多层防砂作业时,防砂服务工具结构要复杂得多,防砂管串分外管柱(包括封隔器总成、筛管、盲管、锚定插入密封)和内管柱(主要为防砂服务工具和冲管),冲管有2种,即 101 6mm 冲管和 73 0m m 中心管,充填作业时防砂服务工具内水力损失主要在 73 0mm 中心管内,反循环作业时水力损失主要在 101 6m m 冲管和 73 0m m 中心管环空内。

采用 73 0m m 的中心管时,因钻杆内摩阻较小,钻杆压力可以控制的范围较大,在进行砾石充填作业时,保证了有足够的压力对砾石进行运移和压实。

同时环空摩阻小,反循环作业比较彻底,防砂服务工具砂卡的可能性大大减小。

图1 Ax 井充填防砂试验充填效率与冲管 筛管比例关系曲线48 中国海上油气2011年(2)获取可靠的泵砂参数并实时修正。

南堡35 2油田Ax 井在压裂充填防砂主施工前进行了循环测试、反循环测试、挤注测试、小型压裂测试[3]。

通过施工前循环测试、反循环测试落实了防砂服务工具充填位置及反循环位置是否正确,同时也了解了循环水力摩阻参数等;将通过挤注测试、小型压裂测试获取的施工参数,以及结合根据原井声波测井资料获取的参数如地层杨氏模量、泊松比、压缩系数、地层破裂梯度等,输入压裂软件模拟计算取得地层破裂压力、裂缝闭合压力、滤失系数、液体效率、摩阻等参数;再将上述计算出的参数和射孔段长度输入软件模型计算出前置液用量,设计出砂浆泵送程序和所需砂量,模拟出压裂后形成裂缝的长度、宽度和高度。

有了裂缝的模拟数据后,最后结合射孔数据中的油层厚度和隔层厚度来校核模型中的边界条件,验证数据的合理性。

在Ax 井压裂充填泵砂施工期间还实时动态跟踪施工情况并及时、正确地调整施工参数,如调节砂浆浓度、泵速、环空返速等。

(3)研制了暂堵抑砂液,全井筒使用暂堵抑砂液来平衡储层间矛盾,以降低储层物性差异大、压力梯度不一致等给泵砂带来的不利影响。

暂堵抑砂液的应用效果表现在:!能对储层进行暂堵,抑制出砂。

Ax 井作业期间使用自行研制的暂堵抑砂液,有效地降低了下部储层的漏失,静漏失由原来的约10m 3/h 降低至小于0 5m 3/h;同时抑制了上部储层出砂,在泵入暂堵抑砂液前,每趟管柱下钻会在顶部射孔层段以上位置遇阻,纯冲砂时间至少4h,且有压力激动时若放压稍快就会使地层又大量出砂;而泵入暂堵抑砂液后,有效地解决了地层易出砂问题。

∃与压裂充填液、地层流体配伍性好,作业中没有发生乳化、分层现象,没有造成地层污染,保证了作业顺利进行。

%有一定抗压强度,在压裂充填作业泵砂完后进行反循环期间确保了正常循环冲砂。

2 3 泵砂控制井斜角的大小不仅影响到循环摩阻的大小,而且影响到防砂作业的成功与否。

充填效率与井斜角关系试验结果表明,对于井斜角小于60 的定向井,井斜角对砾石充填效率影响不大,可以按常规的作业程序进行施工;但当井斜角大于60 时,若仍按常规的作业程序进行施工,则压裂充填效率会急剧下降(图2)。

这是由于大斜度定向井中重力作用的方向与砾石流动方向不一致造成的,当砾石未达到油图2 充填效率与井斜角关系曲线层部位就开始沉降于油井环空低边,逐渐堆积形成∀沙丘#。

这些∀沙丘#在砂浆冲击下不断朝井底延伸升高,表现为防砂由油层顶部开始自上而下充填,而不象常规的自下而上,这样会过早地堵塞环行空间,形成坚实而无法解除的砂桥,导致防砂井段下部无法充填满砾石而使防砂施工失败。

为了降低井斜角过大(大于60 )对砾石充填造成的影响,在Ax 井压裂充填防砂作业中采取了以下泵砂控制措施:!提高施工排量。

综合考虑井下防砂管柱和服务工具的安全性,以及前期循环、挤注测试压力情况和压裂充填效果等,A x 井施工时排量选取1 908m 3/min,既增加了对裂缝面的冲刷,又增加了缝内净压力,促使裂缝增宽。