06 水平井砾石充填防砂完井技术
水平井裸眼砾石充填防砂完井工艺在胜利海上油田的应用
生产为代表 的水平井 大泵提 液综合配套技 术。 目前该 井采用 Ｏ ｌ ６ｉｌ ｌｎ油嘴生产 ， 日产液 １４ｔ 日产油 ９ ． ｔ含水 １ ％， ０ ， １ ， ５ ２ 提液增
第３ ２卷 第 ２期
２ １ 年 ３月 ００
石 油 钻 采 工 艺
ＯＩ ＤＲＩ ＬＩ Ｌ Ｌ ＮＧ ＆ ＰＲＯＤＵＣＴ１ ０Ｎ ＴＥＣＨＮＯＬＯＣＹ
Ｖｏ． ２ １ ３ Ｎｏ ２ ． Ｍａ ．２ ０ ｔ ０１
文章 编 号 ： ０ ０ ３ ３ ２ １ ０ —０ ０ １０ —７ ９ （ ０ ０） ２ １６—０ ３
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水平井筛管防砂完井及砾石充填防砂新工艺的研究与应用
术 。该技术利 用裸 眼封 隔器 、分级 箍 、盲板 、洗井阀等特殊完井工具 在 水平井 造斜段实现注水泥 ，根据油藏情况利用裸眼封隔器和 大通径 筛管对 油层部位进行分段完井 。完井时 ，首先对造斜段注水泥 固井 ， 然 后钻除固井盲板 ，最后下入洗井酸化胀封管柱 ， 对油层进行洗井 和
（ ） ８ １ 沾ｌ 块水平井完井方法优选 。
完 井方式 裸 眼 预充 填砾 石筛 管完 井 裸 眼金 属 纤堆 筛管 完井 裸 眼烧 蛄 陶瓷 筛管 完井 裸 眼金 属毡 缔管 完井 裸 眼 井下砾 石充 填 完井 开 井产量 （ ／ 经 济效益 ｆ 吨 天） 万元１ ５ ３ ２ ０ ５ ３ ４ ４ ５ ３９ ６ ５ ４６ ７ ６ ８６ ５ １８ １ ｏ ４１ ３ １５ ２ ８ ５０ ０ １２ ７ ４ ５８ ２ １ ５４ ３ ５９ Ｓ １３ ３ ２ ９６ ６ 生产 时 闻（ 天） ９ ２ １６ ０ ０ ９ ２ １６ ０ Ｏ ９ ２ １６ ０ Ｏ ９ ２ １６ ０ Ｏ ９ ２ １６ ０ ０
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匡 匿
图 ９ 井段 ２ ８￣２６ ｍ页 岩段 地 层 厚度 校 正 ４８ ５ ４
本 井在井段２８ ～ ５ ４ 录取页岩层 ，录取地层厚度为７ ｍ， （ ４８ ２６ｍ ６ 见 图９ ）井段换算 成垂深２ ０ ～ ４ ０ ４ ０ ２ ２ ｍ，垂厚为２ ｍ，其实这个 厚度仅仅 ０ 为一 个视厚度 ，在图 中表 现为Ｈ ＡＨ 与 的和 ，如果要求 出真实地层 厚 度还 得消除地层 倾角带来 的影响 ，本层在轨 迹方 向地 层倾角为３ ， 。 那 么就 得用地层倾 角消 除地层下倾带来地层 增厚影响 。ＡＨ＝ （ 层底 水平位移一 层顶 水平位 移 ）× ｇ 。 ，ＡＨ＝５ ×ｔ 。 ＝２ ｍ，得 出 ｔ３ ２ ｇ ３ ． ７ 地层 真实厚 度为１ ．ｍ。 ７３ （ ）引入特殊 录井手段 。非常规 油气勘探打破 了常规油气 录井 ５ 石油地质理论 ，引入一些特殊的录井方法尤其 重要 ，本井在录井过程 （ １４ ） 接 ０ 页 粘度 。根据砾 石充填机理 与固液两相 流理论 ，建立了水 平井砾石充填数模 ，研究 各参数对砾 石充填的影响 ，以达到充填防砂 施工 各参数 的最优 。沾 ｌ 块方案设 计用２ ８ ％防膨 抑砂剂配 成２ ｍ ８ ℃ ５ ） （ 以上本地 热污水溶 液挤前置液 ，携 砂液为 １０ 防膨清洁压 裂液 ，设 ８ ｍ
完井与砾石充填设计[谷风建筑]
![完井与砾石充填设计[谷风建筑]](https://img.taocdn.com/s3/m/0ad6270b011ca300a7c39042.png)
以平衡压力、欠平衡压力的方法钻开油层，有利于保 护油层。此外这种完井方式可以减少套管重量和油井
水泥的用量，从而降低完井成本。目前较深的油气井
大多采用此方法完井。
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完井方式
射孔完井方式 ※裸眼完井方式 割缝衬管完井方式 砾石充填完井方式
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裸眼完井方式分先期裸眼完井方式、复合型完 井方式和后期裸眼完井方式。
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砾石充填设计
• 砾石设计
砾石设计主要包括砾石尺寸设计、砾石质量 控制、砾石用量计算三方面的内容。
砾石用量计算
砾石充填防砂所用的砾石数量要根据充填 部位的体积来确定。为了保证施工质量，设计 用量时要考虑足够的附加量。一般以多挤入为 好，这样可提高防砂效果。
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砾石充填设计
• 管柱设计
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水平井完井技术
目的常见的水平井完井方式主要有裸眼完井、割缝 衬管完井、带管外封隔器(ECP)的割缝衬管完井、射孔完 井和砾石充填完井五类，各种完井方式的优缺点见表所示。
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防砂
• 地层出砂原因
开采因素 地层压降及生产压差 流速 含水上升及注水 地层伤害 蒸汽吞吐开采 其他
填物 射孔参数
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29
防砂
• 地层出砂机理
剪切破坏 拉伸破坏 岩石破坏准则
拉伸破坏准则 库仑—纳维尔准则 德鲁克—普拉格准则
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防 砂 方 法 分 类
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砾石充填设计
• 基本原则
（1）注重防砂效果，正确选用防砂方法，合理 设计工艺参数和步骤，达到阻止地层出砂目的 （2）采用先进工艺技术，减少对油井产能影响 （3）注重综合经济效益，提高设计质量和施工 成功率，降低成本
水平井裸眼分段挤压充填防砂完井工艺
第37卷第2期2015年3 月石 油 钻 采 工 艺OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGYVol. 37 No. 2Mar. 2015文章编号：1000 – 7393（2015 ） 02 – 0047 – 04 doi:10.13639/j.odpt.2015.02.013水平井裸眼分段挤压充填防砂完井工艺杜 丙 国1， 2（1.中国石油大学，北京 102249；2.中国石化股份胜利油田分公司，山东东营 257001）引用格式：杜丙国.水平井裸眼分段挤压充填防砂完井工艺研究及应用［J］.石油钻采工艺，2015，37（2）：47-50.摘要：为解决出砂油藏水平井管外均衡改造的难题，研制了裸眼管外分段挤压充填防砂完井工艺。
其原理是通过管外隔离封隔器和可重复开关充填滑套将水平段进行分段封隔，利用防砂服务管柱实现分段挤压充填防砂。
与水平井底部砾石挤压充填防砂相比，新工艺可根据水平段物性差异分段优化防砂施工参数，水平段改造更均衡。
生产实践表明，采用裸眼分段挤压充填防砂完井的井，防砂后产量高，防砂效果好，为水平井防砂完井工艺提供了新的技术思路。
关键词：水平井；分段挤压充填；防砂完井；隔离封隔器中图分类号：TE257 文献标识码：ASand control completion technology by staged squeeze packingin openhole horizontal wellsDU Bingguo1, 2（1.China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. Shengli Oilfield Company, Dongying 257001, China）Abstract: In order to address the difficulty in equilibrium modification outside the pipe string of horizontal wells in sand producing reservoirs, the sand control completion technology by staged squeeze packing behind the string in openhole has been developed. Its principle is that, by isolating the horizontal section in stages with isolating packer behind the pipe and packing the sliding sleeve with repeatable switch, the sand-control service pipestring is used to realize sand control by staged squeeze packing. Compared with gravel packing at the bottom of horizontal wells, the sand-control parameters can be optimized in stages according to the differences of physical properties in horizontal section, so the horizontal section can be serviced in more equilibrium. Production practice shows that, in wells completed by staged squeeze packing in openhole section, the production after sand control is even high and sand control effect is favorable, providing a new concept for sand-control completion technology for horizontal wells.Key words: horizontal well; staged squeeze packing; sand control completion; isolating packer2013年胜利油田实施水平井滤砂管裸眼完井217口，其中裸眼底部砾石笼统挤压充填防砂完井89口，占裸眼防砂完井数的41%。
水平井裸眼砾石充填防砂完井技术研究
水平井裸眼砾石充填防砂完井技术研究摘要：高孔高渗储层在全球占有较大比例，对高孔高渗油藏实施防砂完井能够大大延长油井的开采有效期，提高油井采收率。
目前水平井的开发是实现油井高产稳产的有效手段，水平井的开采一般采用潜油电泵强采，液量大，油井开采后近井地带亏空，地层骨架松散，会造成油井大量出砂；水平井、大针度井的砾石充填完井可以将防砂有效期延长至十年。
笔者对砾石充填完井技术进行了相应管柱结构及配套工具性能的研究，对各项施工参数进行了设计，为相关技术人员的现场应用和技术研究提供了有意义的参考。
关键词：水平井；裸眼砾石充填防砂完井1、前言为实现疏松砂岩水平井的有效开发，笔者对水平井裸眼充填完井技术进行了研究，研究了配套的防砂完井管柱、筛管和配套工具的结构与性能，对完井过程中的施工过程中的泵压、排量、砂比等重要参数进行了优化。
在现场进行砾石充填的过程中，由于影响砾石充填效果的因素比较多，所以在实际的防砂完井设计中需要加强对井径数据、完井液、管柱结构、防砂工具等的优化分析。
在现场的应用过程中，采用的砾石充填砂比保持在5%-10%，排量保持在500-1000L/min。
通过采用循环充填方式进行筛管与裸眼之间的砾石充填，挡住了有层中的砂子讲入井筒。
2、水平井裸眼砾石充填完井技术特点分析对于水平井而言，为了在最短的时间内获得最大的经济回报，较好的开采方式是电泵强采，但这也会造成油井过早出砂，检泵作业频繁，生产成本大大增加。
较为理想的完井方式是采用筛管外充填挡砂砾石的方式，裸眼完井方式保证了油层与井筒的接触面积，同时在筛管外部采用挡砂砾石，不仅能够起到筛管和砾石多级挡砂屏障的效果，还可以机械支撑井壁，避免井壁在开采一段时间后因骨架松散发生坍塌。
在油井生产出去，细粉砂能够随液体流人井筒，有了砾石充填层的保护能够降低液体对筛管的直接冲刷，提高了筛管的挡砂有效期。
因此采用裸眼+筛管+砾石充填层的完井方式大大提高了油井防砂时间，能够满足日产液100方以上的生产需求。
砾石充填完井
防砂工艺1生产过程中地层出砂的判断油气井出砂会造成井下设备、地面设备及工具(如泵、分离器、加热器、管线)的磨蚀和损害，也会造成井眼的堵塞，降低油气井产量或迫使油气井停产。
所以，弄清油气井出砂机理及正确地判断地层是否出砂，对于选择合理的防砂完井方式及搞好油气田的开发开采是非常重要的。
1.1地层出砂机理及出砂的影响因素对于出砂井，地层所出的砂分为两种，一种是地层中的游离砂，另一种是地层的骨架砂。
石油界对防砂的观点也随着技术的进步和认识的深化在不断变化。
在此之前，一些防砂的理论主要是针对地层中的游离砂，防砂设计也是为了能阻挡地层中的游离砂产出来。
但是，近儿年来，特别是国外的看法有了较大的变化，认为地层产出游离砂并不可怕，反倒能疏通地层孔隙喉道，对提高油井产量有利。
真正要防的是地层骨架砂的产出，因为一旦地层出骨架砂，可能导致地层的坍塌，使油井报废。
那么，什么时候地层将产出骨架砂呢?按岩石力学观点，地层出砂是由于井壁岩石结构被破坏所引起的。
而井壁岩石的应力状态和岩石的抗张强度(主要受岩石的胶结强度，也就是压实程度低、胶结疏松的影响)是地层出砂与否的内因。
开采过程中生产压差的大小及地层流体压力的变化是地层出砂与否的外因。
如果井壁岩石所受的最大张应力超过岩石的抗张强度，则会发生张性断裂或张性破坏，其具体表现在壁岩石不坚固，在开发开采过程中将造成地层出骨架砂。
影响地层出砂的因素归结起来主要有:(1 )地层岩石强度一般说来，地层岩石强度越低，地层出砂的可能性就越大。
(2)地层压力的衰减随着地层压力的下降，井壁岩石所受的应力就会增大，地层出砂的可能性就会随着增大。
(3)生产压差一般说来，生产压差(或生产速度)越大，地层出砂的可能性就越大。
(4)地层是否出水和含水率的大小生产过程中，随着地层的出水和含水率的上升，地层出砂的可能性增大。
(5)地层流体粘度地层流体粘度越大，地层出砂的可能性就越大。
(6)不适当的措施或管理不当的增产措施(如酸化或压裂)或管理(如造成井下过大的压力激动)都会引起地层出砂。
砾石充填技术(3)
ONE-柱
DURAL-TRIP防砂管柱（以三层为例）
三层防砂管柱
座封管柱
顶部封隔器
充填滑套
密封筒
盲管
筛管
隔离封隔器
密封筒
充填滑套
锚定密封及延伸
沉砂封隔器
隔离封隔器 液压座封工具
顶部 液压座封工具
隔离密封段
脱砂压力 —— 保证筛管顶部以上有合适的砾石高度
筛管尺寸、筛缝—— 能否有效阻挡砾石
充填液—— 清洁度、与地层和外来液体配伍性
砾石质量 —— 能否挡住地层砂
技 术 水 平
已经吸收消化了“洋”技术，实现了防砂地面设备国产化和井下工具操作人员的“本地化”
目前渤海9 5/8” 套管和7”套管防砂井应用了ONE-TRIP和DUAL-TRIP防砂技术，取得了卓著的成效。尤其是ONE-TRIP技术的应用，大大缩短了完井周期，以往一口三层的井用STACK-PACK技术防砂完井需9天，现在用ONE-TRIP技术仅需4天左右。
砾石充填示意图
P s i
泵压
时间，t
脱砂压力
砾石充填特点
工艺简单，易于操作，节约作业费用
适用于大斜度井、水平井
成功率高，有效期长
可根据每个防砂层段的实际情况选择相应的充填方式，避免窜层；若采用微压裂充填方式，可有效解除近井地带的油层污染，提高油井产量。
技 术 指 标
充填系数 —— 反映炮眼内充填的砂量
防砂完井逐步形成配套的综合技术如：隐形酸完井液体系、TCP射孔工艺、一趟管柱多层防砂技术、一变多控技术等。
ONE-TRIP和DUAL-TRIP防砂技术已在JZ9-3油田47口井、QK17-2油田30口井、SZ36-1-II期186口井和QHD32-6油田74口井中得到成功应用。
水平井砾石充填防砂工艺技术的研究与应用
收稿日期：２０１８－１１－２２；修回日期：２０１９－０５－０５ 基金项目：“十三五”国家重大专项“胜利油田特高含水期提高采收率技术”（编号：２０１６ＺＸ０５０１１）部分研究内容。 该管柱已申请发明专利，申请号 ２０１６１００３４９２２．３。 作者简介：谢金川（１９６２－），高级工程师，本科，毕业于胜利油田职工大学机械工程专业，２００３年深造于石油大学石油工程，现从事油田 开发技术研发工作。地址：（２５７０００）山东省东营市西三路 ３０６号胜利油田分公司石油工程技术研究院，电话：（０５４６）８７７８６５９，１８５０５４６３１８５， Ｅｍａｉｌ：ｘｉｅｊｉｎｃｈｕａｎ．ｓｌｙｔ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ｃｏｍ
二、充填过程中影响充填密实的 因素以及解决措施
１．施工中携砂液排量的影响及解决措施 携砂液的排量，决定了携砂液在筛套环空的水
平流速，这是影响砾石充填密实的首要因素。当携 砂液携带砾石如图 １箭头所示，从泵车→油管→工 具充填口→进入筛套环空，从近工具端 Ａ靶点到达 后尾部 Ｂ靶点，经筛管过滤，砾石留在筛套环空，过 滤后的携砂液从冲管底部进入冲管，经转换进入工 具顶部的油套环空，回到地面形成循环。
上世纪 ９０年代，胜利油田石油工程技术研究院 防砂中心做过一套外径 １７７．８ｍｍ、内径 １６０ｍｍ水 平井充填 模 拟 装 置，也 得 出 了 相 同 的 实 验 结 果［３］。 这个结论在当时的施工装备和充填参数下是正确 的，为当时的水平井防砂做出了理论性的指导。后 来随着技术的进步，为提高产量和防砂有效期，采用 大排量地层挤压填砂 ＋循环充填。α波 －β波理论 不能解释施工中出现的现象，为搞清理论问题，２０１４ 年笔者重新做了简易的水平井充填物理模拟实验。 １．１ 实验过程
二属于疏松砂岩油藏，该类油藏的出砂问题是制约水平井正常生产的第一因素。在诸多防砂工艺中，砾石充填既 能改造地层提高产量，又有较长的有效期，成为最有效的防砂方式。
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山东普瑞思德石油技术有限公司
2014年3月5日星期三
目
录
一、水平井完井技术概况 二、水平井裸眼充填防砂完井技术
三、水平井管内充填防砂完井技术
一、水平井完井技术概况
目前水平井完井方式有裸眼完井、尾管悬挂滤砂管完井、 带管外封隔器滤砂管完井、射孔完井和砾石充填完井五类。
自2003年开始，我公司开始进行水平井充填防砂完井技
鲁胜油公司
楼平4
96
60
673
29
3941.5
6.6
河南油田
欢迎各位领导和专家 提出宝贵意见 谢谢！
（一）技术原理
（二）技术特点及适用范围
使地层充填砂与环空充填砂形成连续稳定的高强度砂体，达到防
砂施工的最佳效果； 具有压裂解堵作用，提高近井地带的导流能力，增加油井产量； 采用高孔隙度、抗堵塞的不锈钢精密滤砂管，延长防砂有效期。
适用于特超稠油油藏、普通稠油油藏、低孔低渗油藏。
（三）应用效果
坨826－P1基本数据
人工井底 套管规范 射孔井段(m) 厚度(m) 渗透率10-3μ m2 1744m 联 入 4.92m
TP110-177.8mm×9.19mm 1584-1734 150 500-1000 孔隙度% 泥质含量% 28-35 5-8-15
坨826块属于底水超稠油油藏，坨826-P1井为该区块的第一口
井
号
完井 方式
备
注
草109-平2
压裂充填
郑411-平49
压裂充填
81
70
1430
14.6
59538.6
31255.6
27.8
第四周期
郑411-平53
压裂充填
91
65
1405
4.5
48437.2
7610.2
4.2
第二周期
单113-平1
循环充填
5
15
1216
30
38314
14859
6
第六周期
三、水平井管内充填防砂完井技术
生产时间d 1520
累计产量t 产液 33137 产油 22181
目前产量t/d 日产液 32 日产油 16.5
同区块水平井不同完井方式效果对比
截至2012年2月底
完井 方式 裸眼 充填 裸眼 充填 渗透率 10-3um2 1-36 1-36
井号
充填 砂量 t
49 95
最高 砂比 %
52 50
采油 周期 d
1463.7-1634.95 1-36 孔隙度%
水平段长（m) 3.83-13.74
171
完钻井深1672.0m
丝堵1645.29m
Φ 138增阻器
Φ 89油管
安平2井施工投产参数
排量:2m3/min
最高砂比:50% 最高压力:22MPa 累计加砂:95t
投产初期产量t/d 日产液 59 日产油 32
（四）应用效果
一开Φ 444.5mm钻头×351.0m
安平2井防砂管柱示意图
充填防砂装置1636.99m 防砂管底界1634.95m 防砂管顶界1463.7m
二开Φ 244.5mm钻头×1667.0m 分级箍1243.47m
油层
完井日期
2007年11月22日
完钻井深（m）
1672
充填井段(m) 渗透率10-3μ m2
术的自主研发和产品配套，并进行了大量现场试验，现已拥 有成熟的水平井裸眼/管内循环充填和挤压充填防砂完井技 术。
二、水平井裸眼充填防砂完井技术
（一）技术原理
（二）技术特点
渗流面积大，导流能力强，可形成大半径
面积流，实现增产。 形成的高渗透挡砂屏障直接与井壁紧密接
触，可阻止地层骨架砂运移。
防砂有效期长，增产效果好。
（三）适用范围
埋藏浅、压实程度差，高孔高渗、胶结疏松易出砂的储层。
油砂粒度中值低、泥质含量高、遇水易膨胀松散；储层敏感性
强保护难度大，水敏速敏严重的储层。
稠油密度大、粘度高、悬浮力强、流动性差、拖拽力大、携砂
能力强的特、超稠油油藏。
低孔低渗、易污染堵塞、 长期低产低效难动用的储层。
平均日油量
t
周期油汽比
第一周期
1651
120
2128
17.7
1.29
第二周期 第三周期
第四周期 第五周期 第六周期
1509 1501
2004 2001 2060
184 149
196 203 115
2668 2254
2352 2752 2716
14.5 15.1
12 13.56 23.6
1.77 1.5
1.17 1.32 --
部分水平井管内充填情况与生产效果
截至2012年2月底
充填 砂量
t
井
号
最高 砂比
%
采油 周期
d
措施后 日产油
t/d
累计 产油
t
目 前 日产油
t/d
隶 属
河口采油厂 河口采油厂 河口采油厂
沾18-平8 沾18-平4 沾18-平3
35 42 38
40 40 50
1538 1500 1619
7-30
50
1199
1203
5484.9
946.4
3.8
1.2
特超稠油裸眼水平井防砂情况与生产效果
截至2012年2月底
充填 砂量 t 120 最高 砂比 % 68 采油 周期 d 1645 措施后 日产油量 t 27 累计 产液量 t 34921.7 累计 产油 t 17708.1 目前 日产油 t/d 13
水平井，该井在完井后，因离底水太近，一直未投产，后经过多次
方案讨论，决定实施上相位射孔、管内充填防砂方案。
坨826-P1管内充填防砂施工数据
该井施工排量2.5m3/min，最高砂比50%，最高压力24MPa, 累计 加砂83t。
坨826-P1井防砂后热采效果
注汽量
t
注汽周期
采油周期
d
周期采油量
t
1561 1520
措施后 日产油 t
30.9 32
累计 产液 t
66272.1 33136.5
累计 产油 t
15408.7 22180.8
目前 日产油 t
3.6 16.5
备注
安平1 安平2
裸眼 挂滤
安平5 裸眼 充填 安平4 套管 射孔
70
7-30
1.1 6
0.8
充填前 10544.4
2157.9
50
16 32 15
28668 39173 12533
4.3 9.8 10.3
郑411-平7 草109-平7 胜2-平102
胜3-平103
60 85 91
64
60 70 50
50
1820 1795 1590
1520
14 11 16
15
8162 5091 12000
6900
2.2 2.9 2.1
3.2
石油开发中心 石油开发中心 鲁胜油公司