CN104420857A - 砾石充填方法及定向井的砾石层 - Google Patents

砾石充填方法及定向井的砾石层 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种砾石充填方法及定向井的砾石层。所述砾石充填方法，用于向定向井中充填砾石形成砾石层，所述砾石充填方法包括：向所述定向井注入具有第一砾石的第一充填浆，所述第一砾石具有第一密度；当所述定向井内沉积的所述第一砾石的最高高度与所述定向井的直径之比达到预定值时，停止向所述定向井注入所述第一充填浆，向所述定向井注入具有第二砾石的第二充填浆，所述第二砾石具有第二密度，所述第二密度小于所述第一密度。本发明提供的所述砾石充填方法及砾石层，通过向所述定向井内注入就有不同密度的所述第一砾石和所述第二砾石，有效的延长了所述定向井的砾石充填长度。

Description

砾石充填方法及定向井的砾石层
技术领域
本发明涉及能源矿产领域，特别涉及一种砾石充填方法。
本发明涉及能源矿产领域，特别涉及一种定向井的砾石层。
背景技术
地层出砂是指在油田开采过程中，地层中的沙粒随着流体从地层中运移至井底或随着流体携带出井口的现象。地层出砂容易会导致油层砂埋、油管砂堵，从而降低油井产量，甚至使油井停产。
为了防止地层出砂，技术人员研究出套管外砾石充填防砂技术，其利用选定尺寸的筛管下入油井，正对出砂地层，然后用流体携带经过优选的合适粒径的砾石，将其充填于筛管和地层之间，砾石本身尺寸比筛管的空隙大，使得砾石被阻挡在筛管周围，使得在筛管外围形成了由砾石组成的砾石层，该砾石层能够有效拦截地层中的砂粒，同时也具备流体的流通能力，从而解决了地层出砂的问题。
套管外砾石充填防砂技术在定向井中得到了较广泛的应用。定向井分为二段型、三段型和五段型。请参阅图1，以三段型为例，其分为垂直段6、造斜段7和稳斜段8。在进行砾石充填时，砾石随着充填浆进入井内，在进入稳斜段8之后，砾石在自身重力的作用下，有向下沉积的趋势，随着充填浆进入井内越深，充填浆向前移动的推力逐渐减小，而砾石的重力作用越发的明显，砾石沉积的速度越快。近些年来，随着定向井开发工艺的发展，定向井的长度不断增加，往往砾石还没有到达井的末尾，就已经大量沉积而将井筒堵死，在所述井筒堵死之后注入的砾石，会逐渐将所述定向井填满。截止至所述砾石将所述井筒堵死的位置，即为砾石充填的最大长度，而剩余没有砾石沉积的井段，便无法形成砾石层，无法防止地层出砂，显然现有的套管外砾石充填防砂技术无法满足定向井的使用需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能够延长砾石充填长度的砾石充填方法。
本发明提供一种砾石充填方法，用于向定向井中充填砾石形成砾石层，所述砾石充填方法包括：向所述定向井注入具有第一砾石的第一充填浆，所述第一砾石具有第一密度；当所述定向井内沉积的所述第一砾石的最高高度与所述定向井的直径之比达到预定值时，停止向所述定向井注入所述第一充填浆，向所述定向井注入具有第二砾石的第二充填浆，所述第二砾石具有第二密度，所述第二密度小于所述第一密度。
优选地，所述预定值的取值范围为0.7至0.9。
优选地，所述第一密度的取值范围为2.5g/cm3至2.8g/cm3。
优选地，所述第一充填浆中所述第一砾石占所述第一充填浆的体积比为8%至12%。
优选地，所述第二密度的取值范围为1.9g/cm3至2.0g/cm3。
优选地，所述第二充填浆中所述第二砾石占所述第二充填浆的体积比为3%至5%。
优选地，所述定向井的井斜角在60度以上。
优选地，在向所述定向井完成所述第二充填浆的充填形成所述砾石层之后，向所述定向井内注入顶替液，以挤压所述砾石层。
本发明还提供一种定向井的砾石层，所述砾石层包括：具有第一密度的第一砾石；具有第二密度的第二砾石；所述第二密度小于所述第一密度。
优选地，所述第一密度的取值范围为2.6g/cm3至2.7g/cm3，所述第二密度的取值范围为1.9g/cm3至2.0g/cm3。
本发明提供的所述砾石充填方法及砾石层，通过首先向所述定向井内注入密度较高的所述第一砾石，当所述第一砾石沉积的高度与井筒直径的比值达到预定值时，再注入具有密度较低的所述第二砾石，由于所述第二砾石的密度小，沉积速度相对较慢，使得所述第一砾石和所述第二砾石混合后形成的砾石床在高度上增长较慢，而可以向着所述定向井的井底移动更长的距离，由此实现的延长定向井的砾石充填长度。
附图说明
图1是现有技术提供的定向井的示意图；
图2是本发明实施方式提供的定向井的剖面示意图。
具体实施方式
本发明实施方式提供一种砾石充填方法，用于向定向井中充填砾石以形成砾石层。
请一并参阅图2，所述砾石充填方法包括以下步骤。
步骤S10：向所述定向井注入具有第一砾石13的第一充填浆，所述第一砾石13具有第一密度。
在本实施方式中，所述定向井开设在所述地层10内，所述定向井的井壁11内设置有筛管12，在所述筛管12与所述井壁11之间形成了第一环空14，所述第一充填浆沿着所述第一环空14注入所述定向井，并沿着所述第一环空14向所述定向井的井底方向流动。所述砾石层即形成在所述第一环空14中。
所述筛管12具有缝隙，用于在后续石油开采过程中，所述地层10中的流体能够通过所述缝隙进入所述筛管12内，进而被石油开采设备从所述定向井内将所述流体抽出。
所述第一充填浆为将所述第一砾石13与充填液混合形成。所述第一砾石13随着所述第一充填浆进入所述定向井，并沿着所述第一环空14向着所述定向井的井底方向移动。所述第一砾石13的尺寸略大于所述筛管12的缝隙，使得所述第一砾石13能够沉积在所述筛管12的表面，而不会随着所述地层10内的流体进入所述筛管12的内部。所述第一砾石13在所述第一环空14内沉积形成第一砾石床，所述第一砾石床用于形成所述砾石层。
所述第一砾石13具有第一密度，所述第一密度与所述地层10的密度相接近，如此使得由所述砾石充填方法形成的所述砾石层的密度与所述地层的密度接近，使得所述砾石层会具有与所述地层相近的应力强度，当石油开采导致地层内的应力变化时，不会致使所述砾石层与所述井壁11分离，从而确保所述定向井结构的稳定。优选地，所述第一密度与所述地层10的密度相同。
步骤S20：当所述定向井内沉积的所述第一砾石13的最高高度与所述定向井的直径之比达到预定值时，停止向所述定向井注入所述第一充填浆，向所述定向井注入具有第二砾石15的第二充填浆，所述第二砾石15具有第二密度，所述第二密度小于所述第一密度。
随着所述第一充填浆向着所述定向井的井底方向移动，所述第一充填浆与所述定向井的井口的距离逐渐变大，其受到的向着所述定向井的井底方向移动的推力逐渐减小，在所述第一砾石13的重力作用下，所述第一砾石13沉积的数量变大，距离所述井口越远，所述第一砾石13沉积的越多，从而使所述第一砾石床的高度越高，所述第一砾石床的最高高度即为所述定向井内沉积所述第一砾石13的最高高度。所述第一砾石床会随着所述第一充填浆的注入而向着所述定向井的井底方向移动，同时其高度也不断的增加。
在本实施方式中，在所述定向井内设置有传感器，以感测所述第一砾石床的高度，进而判断所述第一砾石床的最高高度与所述定向井的直径之比是否达到所述预定值。当然本领域技术人员还可以采用其它的技术手段获知所述第一砾石床的高度，但只要其功能和效果与本发明相同或相似均应涵盖于本发明保护范围内。
当所述第一砾石床的最高高度与所述定向井的直径之比达到预定值时，将所述第二砾石15随所述第二充填浆注入所述定向井中，所述第一砾石13与所述第二砾石15混合并形成第二砾石床。由于所述第二砾石15的所述第二密度小于所述第一砾石13的所述第一密度，所述第二砾石15的沉积速度慢于所述第一砾石13，并且所述第二砾石15的重力相对较小更易于移动，使得所述第二砾石床的高度的增长速度变慢，从而使所述第二砾石床在将所述定向井堵死之前可以向着所述定向井的井底移动的距离增长，由此所述充填方法实现延长所述定向井的砾石充填的长度。
在本发明的一个实施方式中，所述预定值的取值范围为0.7至0.9。所述预定值的选取，会影响所述定向井的砾石充填的长度，影响通过形成的所述砾石层的应力强度，影响所述砾石充填方法花费的时间。
当所述预定值较小时，则较早的停止注入所述第一充填浆，开始注入所述第二充填浆，此时所述定向井的砾石充填的长度可以较长，在不考虑所述定向井的长度的情况下，所述预定值越小，采用所述砾石充填方法进行砾石充填的长度越接近单独使用所述第二充填浆进行砾石充填的长度；对于所述砾石层的应力强度，由于所述第二砾石15的密度小于所述第一砾石13的密度，所述预定值的取值越小，使得所述砾石层中混入的所述第二砾石15越多，导致所述砾石层的应力强度越差，当所述地层10的应力变化时，所述砾石层容易与所述井壁11之间分离，影响所述定向井的使用寿命；针对花费的时间，由于所述第二砾石15的所述第二密度小于所述第一砾石13的所述第一密度，使得所述第二砾石15较容易在所述第二充填浆的携带下移动而不易沉积，使得所述预定值越小，花费的时间越多，投入的成本也就越大。
当所述预定值较大时，则开始注入所述第二充填浆的时间较晚，此时由所述第一砾石13形成的砾石床已经快将所述定向井堵死，即使此时注入所述第二充填浆，所述定向井也会很快被堵死，延长的充填距离较短；针对所述砾石层的应力强度，由于注入的所述第二砾石15较少，使得形成的所述砾石层具有接近所述地层10的应力强度，当所述地层10的应力变化时，所述砾石层不易于所述地层10分离，使所述定向井具有较佳的结构稳定性；针对花费的时间，所述预定值越大，花费的时间越少。
在本实施方式中，所述预定值较佳的取值范围为0.75至0.85。如下表所示的数据。
预定值的取值 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9
延长比例 23.5% 23.2% 22.6% 21.5% 14.2%
作业时间（小时） 124 95 84 80 74
当所述预定值的取值为0.7时，由上表可以明显看出，延长砾石充填的比例为23.5%，相较于所述预定值为0.75时的23.2%，只多出0.3%，而时间多用29小时，显然为了多延伸出0.3%，投入的成本较高，所以较佳的所述预定值的取值在0.75以上；当所述预定值的取值为0.9时，延长砾石充填的比例为14.2%，相较于所述预定值为0.85时的21.5%，减少了7.3%，显然，当所述预定值大于0.85时，延长砾石充填的比例减少非常快速，所以较佳的所述预定值的取值在0.85以下。
在本发明的一个实施方式中，所述第一砾石13的所述第一密度的取值范围为2.5g/cm3至2.8g/cm3，使得所述第一砾石13的所述第一密度较为接近所述地层10的密度，实现最终形成的砾石层的密度与所述地层的密度较为接近，使得所述砾石层与所述地层有着相近的应力强度，有效的避免了应力变化导致的所述砾石层与所述地层分离的情况出现。
在本实施方式中，所述第一充填浆中所述第一砾石13占所述第一充填浆的体积比为8%至12%，此时所述第一充填浆能够就相对较好的流动性，以及较好的充填效果。当所述体积比的比值过大使得所述第一充填浆内的所述第一砾石13含量过多，所述第一充填浆的流动性下降，并使得所述第一砾石13容易沉积，导致砾石充填的距离较短；若所述体积比的比值过小，则所述第一充填浆内的所述第一砾石13含量少，会延长作业时间，花费过多的成本。
在本实施方式中，所述第二砾石15的所述第二密度的取值范围为1.9g/cm3至2.0g/cm3。此时，注入所述第二充填浆之后能够有效的延长所述定向井充填的距离。所述第二砾石15占所述第二充填浆的体积比为3%至5%，同理，此时所述第二充填浆具有较佳的流动性以及较好的充填效果。
在本发明的一个实施方式中，所述定向井的井斜角在60度以上。所述定向井具有中心线，在所述定向井延伸过程中会发生倾斜，此时所述中心线也偏离竖直方向，所述中心线上任一点的切线与该点的重力方向存在夹角，则所述中心线上的点的切线与重力方向形成的所述夹角的最大值，即为所述井斜角。所述井斜角为所述定向井在延伸过程中，重力对所述第一砾石13的影响可分为使所述第一砾石13向着所述定向井的井底方向移动的第一分力，以及使所述第一砾石13沉积在所述井壁11或所述筛管12上的第二分力。当所述定向井的井斜角较小时，所述第一分力较大，此时所述第一砾石13容易向着所述定向井的井底方向移动；随着所述井斜角逐渐增大，所述第一分力逐渐减小，所述第二分力逐渐增大，使得所述第一砾石13更加容易沉积。当所述井斜角在60以上时，所述砾石充填方法所述砾石充填方法逐渐展示出较佳的充填效果，所述砾石充填方法能够明显延长所述定向井的砾石充填长度。优选地，所述砾石充填方法应用至所述井斜角为85度至90度的定向井。当然，本发明的砾石充填方法并不限于井斜角在60度以上的定向井，所述井斜角小于60度的定向井也可以应用，如55度、57度或58度等，在此限于篇幅不在一一列举，本领域技术人员在本发明的技术精髓启示下，只要其功能和效果与本发明相同或相似，均应涵盖于本发明保护范围内。
在本发明的一个实施方式中，在步骤S20之后，还包括步骤S30：在向所述定向井完成所述第二充填浆的充填形成所述砾石层之后，向所述定向井内注入顶替液，以挤压所述砾石层。
在完成所述第二充填浆向所述定向井中注入之后，在所述第一环空14中充满了混合的所述第一砾石13和所述第二砾石15，即藉由所述第一砾石13和所述第二砾石15在所述筛管12与所述井壁11之间形成了所述砾石层。但所述砾石层为所述第一砾石13和所述第二砾石15沉积而成，内部结构不够紧密，需要外力进行挤压，使内部结构更加紧密。再者，在对所述定向井进行充填的过程中，不论所述第一砾石13还是所述第二砾石15，均会含有小颗粒的杂质，该些杂质会通过所述筛管12的缝隙进入所述筛管12内，需要进行清理。在注入所述顶替液之后，所述顶替液会挤压所述砾石层，使所述砾石层的结构更加紧密，再者会将所述筛管12内的所述杂质带出所述定向井。
在本实施方式中，在所述筛管12的中心设置有冲管16，在所述冲管16与所述筛管12之间形成第二环空18，所述杂质位于所述第二环空18内。通过向所述冲管内注入所述顶替液，使得从所述定向井的井底流入所述第二环空18，随着所述顶替液的不断注入，在液体的压力和重力之下，所述砾石层被所述顶替液挤压而变得更加紧密，而所述杂质随着所述顶替液向着所述定向井的井口方向移动，最后移动出所述定向井。
在本发明的一个实施方式中，所述充填液的成分包括水、清洗剂、低浓度酸、增粘剂和消泡剂等，所述充填液的密度范围为1.0g/cm3至1.05g/cm3，粘度范围为20mpa.s至50mpa.s。所述充填液与所述第一砾石13或所述第二砾石15混合后形成所述第一充填浆和所述第二充填浆。
本发明实施方式还提供一种定向井的砾石层，所述砾石层包括：具有第一密度的第一砾石13；具有第二密度的第二砾石15；所述第二密度小于所述第一密度。所述第一密度的取值范围为2.6g/cm3至2.7g/cm3，所述第二密度的取值范围为1.9g/cm3至2.0g/cm3。
本发明提供的所述砾石充填方法及砾石层，通过首先向所述定向井内注入密度较高的所述第一砾石13，当所述第一砾石13沉积的高度与井筒直径的比值达到预定值时，再注入具有密度较低的所述第二砾石15，由于所述第二砾石15的密度小，沉积速度相对较慢，使得所述第一砾石13和所述第二砾石15混合后形成的砾石床在高度上增长较慢，而可以向着所述定向井的井底移动更长的距离，由此实现的延长定向井的砾石充填长度。
在本发明的技术精髓启示下，本领域技术人员不需要进行创造性劳动便可以对所述砾石充填方法进行修改，然而只要其实现的功能和效果与本发明相同或相似，均应涵盖于本发明保护范围内。

Claims (10)

1.一种砾石充填方法，用于向定向井中充填砾石形成砾石层，其特征在于，所述砾石充填方法包括：
向所述定向井注入具有第一砾石的第一充填浆，所述第一砾石具有第一密度；
当所述定向井内沉积的所述第一砾石的最高高度与所述定向井的直径之比达到预定值时，停止向所述定向井注入所述第一充填浆，向所述定向井注入具有第二砾石的第二充填浆，所述第二砾石具有第二密度，所述第二密度小于所述第一密度。
2.如权利要求1所述的砾石充填方法，其特征在于：所述预定值的取值范围为0.7至0.9。
3.如权利要求1所述的砾石充填方法，其特征在于：所述第一密度的取值范围为2.5g/cm3至2.8g/cm3。
4.如权利要求3所述的砾石充填方法，其特征在于：所述第一充填浆中所述第一砾石占所述第一充填浆的体积比为8%至12%。
5.如权利要求1所述的砾石充填方法，其特征在于：所述第二密度的取值范围为1.9g/cm3至2.0g/cm3。
6.如权利要求5所述的砾石充填方法，其特征在于：所述第二充填浆中所述第二砾石占所述第二充填浆的体积比为3%至5%。
7.如权利要求1所述的砾石充填方法，其特征在于：所述定向井的井斜角在60度以上。
8.如权利要求1所述的砾石充填方法，其中，在向所述定向井完成所述第二充填浆的充填形成所述砾石层之后，向所述定向井内注入顶替液，以挤压所述砾石层。
9.一种定向井的砾石层，其特征在于，所述砾石层包括：具有第一密度的第一砾石；具有第二密度的第二砾石；所述第二密度小于所述第一密度。
10.如权利要求9所述定向井的砾石层，其特征在于：所述第一密度的取值范围为2.6g/cm3至2.7g/cm3，所述第二密度的取值范围为1.9g/cm3至2.0g/cm3。
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