CN102852507B - 连续油管精确填砂分层优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连续油管精确填砂分层优化设计方法。它主要采用“欠顶替使填砂支撑剂在隔离液中的有效沉降形成砂塞”的方法，配合连续油管试挤砂塞探砂面方法实现并准确判断一次性填砂的有效性。即先准确计量填砂支撑剂量，在顶替阶段前的打砂塞前注入2-3方隔离液，通过欠顶替使填砂支撑剂在隔离液中沉降4小时以形成砂塞，最后配合连续油管探砂面确定砂塞的有效封隔性，达到一次性填砂分层成功的目的，为连续油管通过填砂分层实现分层改造的推广应用奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及油气田勘探和开发领域中通过填砂分层实现层间封隔的一种方法，特别适合于小井眼直井多层压裂改造的一种连续油管精确填砂分层优化设计方法。
背景技术
连续油管水力喷射填砂分层压裂技术在压后通过欠顶替形成砂塞实现层间封隔。其封隔的有效性主要受填砂砂塞量的精确计算及在井筒中的有效保留、沉降的影响。
通过调研，连续油管填砂压裂工艺其砂塞的形成有两种方法。其一为原始填砂方法，在主压裂施工后顶替到位，通过环空填砂实现层间封隔，但是该方法操作复杂，施工时间长；其二，正常主压裂施工后通过欠顶替形成砂塞实现层间封隔，但方法由于主压裂施工末期砂浓最大，单位支撑剂量占据携砂液体积小，欠顶替形成砂塞阶段由于欠顶替时间、液量不好控制，可能导致过顶替无法封堵已施工层位；或者由于欠顶替而封堵已施工层位，造成二次填砂或者冲砂，达不到连续油管快速有效施工的优越性。
分析认为，现有的两种填砂方法或者由于工序繁琐，或者达不到连续油管精确填砂分层的需要。通过不断探索，目前我公司已形成连续油管精确填砂分层优化设计方法，现场应用一口井，填砂分层一次性成功。
发明内容
本发明的目的是：为连续油管填砂分层压裂工艺提供一种精确填砂实现一次性填砂成功的连续油管精确填砂分层优化设计方法。该方法通过精确计算有效填砂砂量，通过欠顶替使填砂支撑剂在隔离液中的有效沉降形成砂塞，配合试挤砂塞探砂面方法，实现上下施工层之间的有效分层压裂。该方法解决了现有连续油管填砂工艺填砂费时费力，一次性填砂效率低等问题，节约了施工时间，一定程度上为连续油管的高效压裂及推广应用奠定了基础。
本发明的技术方案是：连续油管精确填砂分层优化设计方法，其特征是：该设计方法包括下列步骤：
步骤1，填砂砂面位置的确定
当射孔段间距大时，则设计砂面位置在已施工层段以上20米；当射孔间距小时，需保证上射孔段下界以下5米口袋；
步骤2，计算填砂支撑剂量
1）计算套管内容积/米；
2）第一层施工后填砂量为：人工井底至设计砂面位置所占套管容积；
3）其它层间封隔砂塞量为：上一层填砂砂面位置至设计砂面位置所占套管容积；
步骤3，填砂浓度设计为15-20%；
步骤4，计算填砂液量
填砂液量=填砂支撑剂量/填砂浓度；
步骤5，填砂泵注程序前降排量泵注隔离液2-3方；
步骤6，填砂泵注程序
根据填砂砂量，填砂浓度，采用与泵注隔离液相同的排量进行
泵注；
步骤7，欠顶替形成砂塞
1）计算隔离液与填砂携砂液量，找出携砂液顶界位置；
2）根据1）初步判断连续油管破压试验后上提高度；
3）根据2）计算连续油管体积；
4）计算射孔段下界距井口的套管容积；
5）计算欠顶替量：欠顶替量=射孔段以上套管容积+地面管线容积-连续油管外容积-隔离液体积-填砂携砂液体积。
步骤8，探砂面
欠顶替后，沉降4小时通过试挤砂塞探砂面确定砂塞封隔有效性；多次油套同注2次或两次以上，若压力上升至已施工层破裂压力以上10Mpa，则确定砂塞到位；下放连续油管上层射孔段以下5米探不到砂面则证明填砂成功。
所述的泵注隔离液阶段，填砂泵注程序阶段以及欠顶替形成砂塞阶段，全程泵注破胶剂APS，避免反胶现象造成填砂支撑剂挂于套管内壁，造成填砂不准确。
所述的隔离液为清水。
本发明具有如下效果：本发明采用上述技术方案，发明了一种适合连续油管填砂分层压裂中尤为重要的环节即连续油管精确填砂分层方法，改变了以往顶替结束后通过套管填砂带来的施工工序复杂、耗时的问题；同时也避免了现有常规欠顶替形成砂塞方法造成过顶替或者欠顶替使得填砂失败的风险。
该精确填砂方法利用欠顶替形成砂塞，在泵注砂塞前泵注2-3方清水隔离液，其砂塞泵注采用小砂浓，以解决射孔段间距小、砂塞量小现场控制困难的问题，从打隔离液至欠顶替形成砂塞全程泵注破胶剂，以避免反胶现象，保证填砂砂量全部留在井筒。该方法作为一种精确填砂优化设计方法，目前尚未发现国内有相关理论研究，通过精确填砂方法，同时配合连续油管试挤砂塞探砂面方法，在一定程度上为连续油管填砂分层压裂工艺的填砂分层可靠性中提供了依据，为连续油管填砂工艺在直井定向井中的推广应用起到一定的促进作用。
附图说明
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定：
图1是本发明实施例2的井筒填砂分层情况示意图。
图中：1、人工井底；2、壁厚为9.17mm的51/2”套管；3、下射孔段；4、上射孔段；5、设计砂塞砂面位置；6、隔离液顶界位置；7、填砂携砂液顶界位置；8、上射孔段下界；9、连续油管。
具体实施方式
实施例1
连续油管精确填砂分层优化设计方法，包括下列步骤：
步骤1，填砂砂面位置的确定
当射孔段间距大时，则设计砂面位置在已施工层段以上20米；当射孔间距小时，需保证上射孔段下界以下5米口袋；
步骤2，计算填砂支撑剂量
1）计算套管内容积/米；
2）第一层施工后填砂量为：人工井底至设计砂面位置所占套管容积；
3）其它层间封隔砂塞量为：上一层填砂砂面位置至设计砂面位置所占套管容积；
步骤3，填砂浓度设计为15-20%；
步骤4，计算填砂液量
填砂液量=填砂支撑剂量/填砂浓度；
步骤5，填砂泵注程序前降排量泵注隔离液2-3方；
步骤6，填砂泵注程序
根据填砂砂量，填砂浓度，采用与泵注隔离液相同的排量进行
泵注；
步骤7，欠顶替形成砂塞
1）计算隔离液与填砂携砂液量，找出携砂液顶界位置；
2）根据1）初步判断连续油管破压试验后上提高度；
3）根据2）计算连续油管体积；
4）计算射孔段下界距井口的套管容积；
5）计算欠顶替量：欠顶替量=射孔段以上套管容积+地面管线容积-连续油管外容积-隔离液体积-填砂携砂液体积。
步骤8，探砂面
欠顶替后，沉降4小时通过试挤砂塞探砂面确定砂塞封隔有效性；多次油套同注2次或两次以上，若压力上升至已施工层破裂压力以上10Mpa，则确定砂塞到位；下放连续油管上层射孔段以下5米探不到砂面则证明填砂成功。
所述的步骤2、4、6是决定连续油管填砂分层工艺分层改造的基础。其一，填砂支撑剂量的精确设计量，特别对射孔间距小的施工层间的有效封隔起决定性作用，填砂支撑剂量设计不合适可能造成已施工层不能被有效封堵，或者待改造层被砂埋，增加了填砂或者冲砂等额外施工工序。所述的步骤5，填砂泵注程序前降排量泵注隔离液是为了确保填砂砂塞不进地层的前提下，使填砂支撑剂在清水隔离液中尽快沉降，减少沉砂时间，一定程度上实现连续油管的高效压裂。所述的，欠顶替形成砂塞，通过步骤7欠顶替形成砂塞，其顶替量的精确计算尤为关键。确定欠顶替量需要确定连续油管在井筒的位置，而具体位置必须考虑到连续油管不能处在欠顶替后的砂塞所在的携砂液中。因此欠顶替形成砂塞必须包括三个知识点，其一是隔离液量的确定，其二是填砂携砂液量的确定，其三连续油管上提高度，然后根据欠顶替量计算公式（欠顶替量=射孔段以上套管容积+地面管线容积-连续油管外容积-隔离液体积-填砂携砂液体积）来精确计算顶替量。
所述的步骤8，沉砂4小时后探砂面。为辅助判断填砂分层有效性的方法。进一步证实精确填砂的精确性。
实施例2
2012年5月对苏里格气田一口开发井SD3-69xx井开展了连续油管填砂分层压裂新工艺试验，施工前采用精确填砂优化设计方法，即在填砂注入前降排量泵注2-3方清水隔离液，通过欠顶替使填砂支撑剂在隔离液中迅速沉积形成砂塞实现层间分隔。现场试验填砂分层一次性成功。
如图1所示，该井施工三层，两次填砂分层，山2下主压裂施工结束后欠顶替填砂分层山2下、山2上；山2上主压裂施工结束后填砂分层山2上、盒8层。
现以该井山2下、山2上两层间通过精确填砂优化设计方法应用于现场，一次性砂塞封隔成功试验对本发明作以说明。
表1
（1）
（2）填砂砂面位置的确定
若射孔段间距大，则设计砂面位置在已施工层段以上20米左
右；若射孔间距小，需保证上射孔段下界8以下5米口袋。
山2下射孔段3与山2上射孔段4间距为：2981.5-2964.5=17
米，改造层段间距小，设计填砂砂面位置为2969.5米。
（3）填砂支撑剂量确定。
壁厚为9.17mm的51/2”套管2内容积：
3.14*（51/2*25.4-9.17*9.17）/（4*1000000）=0.001156m3/m。
山2下为该井的第一施工层，设计填砂砂量为：
（人工井底1-设计砂塞砂面位置5）*套管容积/米
=（3009.24-69.5）*0.001156=0.459m3
（3）填砂液量
填砂液量=填砂支撑剂量/填砂浓度=0.459/18*100=2.55m3
填砂携砂液量=填砂液量+填砂支撑剂真体积=2.55+0.459*1.76*3.33=2.79m3
（4）泵注清水隔离液2-3方。
主压裂施工排量3.5m3/min，填砂泵注前泵注隔离液2.8方，泵
注排量3.0m3/min。
（5）填砂泵注程序
根据计算，填砂泵注携砂液砂比18%的携砂液2.79方，泵注排量3.0 m3/min，现场实际排量2.99 m3/min，其中支撑剂0.459 m3。
（6）欠顶替形成砂塞
欠顶替阶段以隔离液刚到达射孔段位置为止。则欠顶替后：
隔离液顶界位置6为：山2射孔段下-隔离液量/（套管容积/米）=2982-2.8/0.001156=2740米。
填砂携砂液顶界位置7为：隔离液顶界位置-填砂携砂液量/（套管容积/米）=2740-2.79/0.001156=2499米。
连续油管9引鞋位置必须满足：位于填砂携砂液顶界以上，以免连续油管处在携砂液中产生砂卡的风险。
设计连续油管9上提位置为：2982-100-500=2382米。
欠顶替量（实际顶替）
=2982*0.001156+1-2382*0.00203-2.8-2.79=25.06方。
现场施工实际顶替25.56方。考虑到两射孔段间距和第一射孔段距离人工井底距离短，填砂量小，为防止顶替不够（砂塞埋住上射孔段），按设计顶替量后，小排量微顶替0.5方，确保了主压裂砂完全顶入地层，填砂支撑剂全留在井筒中，理论上保证了填砂的可靠性。
（7）探砂面。
沉砂4小时后，两次试挤砂塞，压力上升至已施工段山2下破裂压力以上10MPa，试压合格，山2下已被砂塞封堵；连续油管下放探砂面至2969.5米未遇砂面，山2上未被砂塞埋住，精确填砂分层一次性成功。
表2 填砂泵注程序表
所述的泵注隔离液阶段，填砂泵注程序阶段以及欠顶替形成砂塞阶段，全程泵注破胶剂APS，避免反胶现象造成填砂支撑剂挂于套管内壁，造成填砂不准确。 所述的隔离液为清水。破胶剂APS公知产品，市场上均有销售。
本发明的精确填砂分层优化设计方法主要采用“欠顶替使填砂支撑剂在隔离液中的有效沉降形成砂塞”的方法，配合连续油管试挤砂塞探砂面方法实现并准确判断一次性填砂的有效性。即先准确计量填砂支撑剂量，在顶替阶段前的打砂塞前注入2-3方隔离液，通过欠顶替使填砂支撑剂在隔离液中沉降4小时以形成砂塞，最后配合连续油管探砂面确定砂塞的有效封隔性，达到一次性填砂分层成功的目的，为连续油管通过填砂分层实现分层改造的推广应用奠定基础。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (3)
1.连续油管精确填砂分层优化设计方法，其特征是：该设计方法包括下列步骤：
步骤1，填砂砂面位置的确定
当射孔段间距大时，则设计砂面位置在已施工层段以上20米；当射孔间距小时，需保证上射孔段下界以下5米口袋；
步骤2，计算填砂支撑剂量
1）计算套管内容积；
2）第一层施工后填砂量为：人工井底至设计砂面位置所占套管容积；
3）其它层间封隔砂塞量为：上一层填砂砂面位置至设计砂面位置所占套管容积；
步骤3，填砂浓度设计为体积百分比15-20%；
步骤4，计算填砂液量
填砂液量=填砂支撑剂量/填砂浓度；
步骤5，填砂泵注程序前降排量泵注隔离液2-3方；
步骤6，填砂泵注程序
根据填砂砂量，填砂浓度，采用与泵注隔离液相同的排量进行
泵注；
步骤7，欠顶替形成砂塞
1）计算隔离液与填砂携砂液量，找出携砂液顶界位置；
2）根据1）初步判断连续油管破压试验后上提高度；
3）根据2）计算连续油管在套管内的外体积；
4）计算射孔段下界距井口的套管容积；
5）计算欠顶替量：欠顶替量=射孔段以上套管容积+地面管线容积-连续油管外容积-隔离液体积-填砂携砂液体积；
步骤8，探砂面
欠顶替后，沉降4小时通过试挤砂塞探砂面确定砂塞封隔有效性；多次油套同注2次或两次以上，若压力上升至已施工层破裂压力以上10Mpa，则确定砂塞到位；下放连续油管上层射孔段以下5米探不到砂面则证明填砂成功。
2.根据权利要求1所述的连续油管精确填砂分层优化设计方法，其特征是：所述的泵注隔离液阶段，填砂泵注程序阶段以及欠顶替形成砂塞阶段，全程泵注破胶剂APS，避免反胶现象造成填砂支撑剂挂于套管内壁，造成填砂不准确。
3.根据权利要求1所述的连续油管精确填砂分层优化设计方法，其特征是：所述的隔离液为清水。
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