CN102094602A

CN102094602A - 石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺

Info

Publication number: CN102094602A
Application number: CN2009102167380A
Authority: CN
Inventors: 黄友华
Original assignee: WUHOU DISTRICT DIANFENG ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY R&D CENTER
Current assignee: WUHOU DISTRICT DIANFENG ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY R&D CENTER
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明公开了一种石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺。该石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺包括清洗阶段、充填阶段和顶替阶段，且充填阶段泵入的砂浆中砾石含量控制在2％～6％内，优先选择为4％。本发明能使水平井管内达到很好的充填效果，充填后的水平井产量得到大幅度提高，水平井的井口出砂率小，且能避免充填过程中出现提前堵塞的情况。

Description

石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺

技术领域

本发明涉及一种石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺。

背景技术

国外从20世纪80年代初就开始了大斜度井、水平井砾石充填防砂的试验研究工作。为了提高大斜度井及水平井的砾石充填效果，国外各大公司和大学建立了水平井砾石充填试验模型来模拟充填过程，对水平井砾石充填进行研究。美国的Chevron公司使用45英尺和100英尺的全尺寸的砾石充填物理模型，模拟研究了高倾角的斜井(大于60°)砾石充填过程，通过试验得到，携砂液的粘度是导致不完全充填的主要因素，特别是在筛管的接头处。在试验中还发现，使用低粘度的携砂液如水或新开发携砂液，充填过程分两步进行，充填效果最好。并通过试验数据回归得到计算砾石充填长度公式。通过在100英尺的模型中进行验证，充填率由原来的83％增加到97％，充填效果显著增加。但是，此研究主要是建立在室内模拟试验的基础上，得到的结果具有一定的参考价值，砾石充填长度计算公式只在某种特定的条件下适用，具有片面性；Marathon公司通过在Giant Beaver和Santa Clara油田的两口高斜井(倾斜度分别为87°和84°)进行裸眼砾石充填，采用降低携砂液粘度、低的砂比(3-5ppg)和增大充填排量，并使用井下充填工具进行充填，得到了很好的充填效果。英国Heriot-Watt大学在综合试验测试的基础上，发现环空砾石充填效果取决于很多施工参数，除携砂液的粘度、砾石尺寸及携砂液的滤失速度影响，井斜角、射孔相位和井身结构特征对砾石充填效果也有影响，并根据筛套环空和冲筛环空压力梯度相等，提出了砾石充填的预测数学模型。还有Halliburton、Baker-Hughes、Dowell Schlumberger等公司都先后建立了大型尺寸斜井、水平井砾石充填模拟试验装置，开展水平井砾石充填机理试验研究，并建立水平井砾石充填数学模型，进行水平井砾石充填数值模拟、参数优选和防砂效果预测等研究，取得一些成果。

最早的斜井砾石充填模型由Exxon油田开发研究所的Gruesbeck在1979年提出，模型用透明的有机玻璃管模拟井筒，模型的套管内径为3英寸，筛管外径为1.9英寸，冲管外径为0.5英寸，井筒长度为10英尺，井筒可以改变方向，这样可以方便的模拟斜井或水平井砾石充填情况。他根据室内模拟试验观测到的充填过程中首先从环空底部开始沉积的现象并提出“平衡堤”的概念，在倾斜度小于45°或直井内，砾石在携砂液的携带下在本身的重力作用下，向下运动，先充填井筒底部，再逐步向上充填，直至掩埋整个筛管；当井筒倾斜角大于45°或水平时，砾石充填过程很复杂，砂浆到达需要充填的井筒段时，由于流通面积的增大和携砂液的滤失，砂浆流速降低，砾石在管柱底部沉积，形成砂丘，上部砂浆的流动面积减少，流速增大，携砂液的携带能力增强。当砂丘增加到一定高度，流速达到平衡流速，砾石不再沉降，而是砂丘上部向前移动，使砂丘长度逐渐增加，而砂丘高度不再增加，形成稳定的“平衡堤”。Gruesbeck还通过试验分析了“平衡堤”的高度与流体的粘度、砾石浓度及流速有关，并根据筛套环空和冲筛环空压力梯度相等的原则，建立了斜井在完全充填情况下的数学模型，并通过大尺寸的模型加以验证。Gruesbeck的数学模型描述的仅是完全充填的情况，不能用于提前堵塞的情况；另外，该模型与时间无关，不能模拟砾石充填过程，只是分析模型。

1984年英国Heriot-watt大学石油工程系的Peden博士等人扩展了“平衡堤”理论。根据试验模拟结果利用无因次分析和线性回归方法得到了预测环空及井筒周围三个不同方向炮眼砾石充填率的半经验公式，将这些公式与Gruesbeck的分析模型相结合，开发了对话式的软件程序包-GRAVLEPACK。Penden的数学模型及软件包采用了大量的试验结果统计得到的经验公式，其计算的准确性很大程度上依赖于试验数据和实际条件的代表性，计算结果很不稳定。1990年SPE年会上，Forrest发表了水平井砾石充填的模拟试验报告。他在总结斜井试验的基础上，对水平井砾石充填进行模拟。模型有两种长度，主要研究防止形成砂桥的方法，特别对携砂液的性能进行了研究，认为高粘度的携砂液携砂能力强，充填距离长，排水能力弱，

砾石到达指定的位置后不易沉降，可能造成不完全充填；而低粘度的携砂液，充填距离短，砾石沉积快，充填容易提前堵塞。因此他提出了先用高粘度携砂液，后用低粘度的携砂液两步充填法。Gurlay等人分析了各种影响砾石桥堵的因素，给出了较合理的携砂液的携砂长度计算方法，认为解决砂桥的形成可以通过在有效携砂长度范围内，减少携砂液粘度或降低砾石的密度，适当降低砂浆浓度。

水平井砾石充填研究在国内属起步较晚，“八五”期间，“水平井砾石充填物理模拟研究”被列为国家“八五”重点攻关课题。“九五”期间，“水平井砾石充填数值模拟及应用”被列为国家自然科学基金资助项目。我国胜利油田在20世纪90年代初开始了比较系统的水平井、大斜度井的砾石充填研究工作，但也是定位于物理模拟手段为主。胜利油田采油工艺研究院于1994年建立了防砂模拟试验室，装备了一套设备先进、功能齐全的水平井、大斜度井砾石充填全尺寸模拟装置。模拟井筒由透明的有机玻璃组成，井筒外径为200mm，内径160mm，全长30m。井筒内配装有外径为89mm的绕丝筛管、冲管和砾石充填工具组合管柱，井筒外部装有数只压力传感器，井筒一侧配装摄像监测装置，井筒的斜度可根据实验需要由升降系统在0°～90°范围内任意调整。井筒底部带有模拟炮眼，可模拟不同尺寸、不同数量及分布的炮眼射孔情况。机泵组包括离心泵、砂浆搅拌罐和砂浆。胥锐一等人用该试验装置，以清水作为携砂液，在一定充填排量、砂比和管柱结构下，进行了水平井内砂浆流动状态和砾石沉积规律等试验研究。试验进一步证明了水平井砾石充填过程中“平衡堤”的概念，并通过试验发现平衡堤的高度及运移距离与流体的阻力系数、砾石直径、流体流速及流体密度等有关。通过试验数据回归，得到计算砂床高度的数学公式，并建立了水平井砾石充填的数学模型。试验中没有考虑携砂液的滤失等问题，平衡堤高度计算由试验数据回归得到，不具有普遍意思，试验结果具有宏观的参考意义，但不能作为单井施工参数直接使用。

石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺中，充填阶段泵入的砂浆中砾石含量对水平井的充填完井效果有很大影响。如果砾石含量太低，充填同样大小的空间需要的时间过长，充填施工中对地层的伤害更大，一般在安全充填的情况下，尽量选择较大的砾石含量；但是，砾石含量超过一定数值后，充填过程中砾石沉积的几率和数量越多，发生提前堵塞的危险性越大。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术的不足与缺陷，提供一种石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺，该石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺能使水平井管内达到很好的充填效果，充填后的水平井产量得到大幅度提高，水平井的井口出砂率小，且能避免充填过程中出现提前堵塞的情况。

本发明的目的通过下述技术方案实现：石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺，包括清洗阶段、充填阶段和顶替阶段，其中：

(a)清洗阶段：向水平井管柱及水平井管筒内泵入前置液，直到水平井管柱及水平井管筒内清洗干净；

(b)充填阶段：向水平井管筒内泵入砾石含量为2％～6％的砂浆，直到砾石在水平井管筒内达到完全充填；

(c)顶替阶段：向水平井管筒内泵入顶替液，顶替水平井管筒内的砂浆，并压实砾石充填层，整个石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺结束。

作为本发明的一种优选方案，所述充填阶段泵入的砂浆中砾石含量为3％。

作为本发明的另一种优选方案，所述充填阶段泵入的砂浆中砾石含量为4％。

作为本发明的第三种优选方案，所述充填阶段泵入的砂浆中砾石含量为5％。

综上所述，本发明的有益效果是：能使水平井管内达到很好的充填效果，充填后的水平井产量得到大幅度提高，水平井的井口出砂率小，且能避免充填过程中出现提前堵塞的情况。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

本发明涉及到一种石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺，包括清洗阶段、充填阶段和顶替阶段，其中：

上述充填阶段泵入的砂浆中砾石含量对水平井的充填完井效果有很大影响。如果砾石含量太低，充填同样大小的空间需要的时间过长，充填施工中对地层的伤害更大，一般在安全充填的情况下，尽量选择较大的砾石含量；但是，砾石含量超过一定数值后，充填过程中砾石沉积的几率和数量越多，发生提前堵塞的危险性越大。为了得出泵入的砂浆中砾石的最佳含量，本发明进行了不同砾石含量对水平井充填效果的影响实验，结果如下表所示，

砾石含量(％)	1	2	3	4	5	6	7
								充填率(％)	85.05	95.45	97.85	100	98.75	95.15	86.25

从上表可以看出，当砂浆中砾石含量在2％～6％时水平井的充填率处在一个较好的值，当砂浆中砾石含量为3％时，水平井的充填率为97.85％；当砂浆中砾石含量为5％时，水平井的充填率为98.75％；当砂浆中砾石含量为4％时，水平井的充填率达到100％，为最佳值，通过上述实验可以得知，为了使水平井管内充填率高，充填后的水平井产量提高，井口出砂率小，且不出现提前堵塞的情况，在石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺中，砂浆中砾石含量应尽量保证在2％～6％，且优先选择为4％。

如上所述，便可较好的实现本发明。

Claims

1.石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺，其特征在于，包括清洗阶段、充填阶段和顶替阶段，其中：

2.根据权利要求1所述的石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺，其特征在于，所述充填阶段泵入的砂浆中砾石含量为3％。

3.根据权利要求1所述的石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺，其特征在于，所述充填阶段泵入的砂浆中砾石含量为4％。

4.根据权利要求1所述的石油、天然气水平井管内砾石充填完井工艺，其特征在于，所述充填阶段泵入的砂浆中砾石含量为5％。