CN107620582B - 双层套管防砂完井工艺及双层防砂完井管柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层套管防砂完井工艺及双层防砂完井管柱，防砂完井工艺的步骤如下：钻井步骤；用钻头钻开水合物储层。割缝喷砂步骤；下水力割缝用套管，在泥线以下小于300m深度的储层井段进行割缝喷砂施工。预充填防砂、完井步骤；采用防砂封隔器悬挂预充填防砂施工管柱完井。本发明结合了双层套管组合结构及机械防砂技术，采用针对细粉砂储层试采设计的高挡砂精度的筛管，对地层的适应能力强，机械防砂成本低。不仅可预防深水超浅地层在生产测试过程中坍塌埋筛管的风险，还可以解决储层大量出砂造成堵塞生产测试管柱的风险，确保试采作业的持续性。

Description

双层套管防砂完井工艺及双层防砂完井管柱

技术领域

本发明属于海域天然气水合物试采技术领域，尤其涉及一种泥质粉砂岩水合物储层的防砂完井工艺及双层防砂完井管柱。

背景技术

油、气井出砂是石油开采过程中急需解决的难题之一。如果砂害得不到治理，油、气井出砂会越来越严重，使得出砂的油、气井不能有效的开发。出砂的危害主要表现在以下三个方面：1.减产或停产；2.腐蚀地面及井下设备；3.损坏套管，导致油井报废。目前，防砂是解决出砂问题的主要手段。

机械滤砂管和砾石充填防砂是应用较早的防砂方法。随着近年来理论、工艺及设备的不断完善，充填防砂被认为是目前防砂效果最好的方法之一，在国外约占所有防砂施工总量的近90％，在国内中海油海上油气井防砂施工中也得到了广泛应用。常规的深水油气开采主要是针对砂岩(粗砂岩和中砂岩)储层，深水油气资源埋藏深(泥线以下深度通常大于3000m)，且地层成岩有骨架结构，砂岩粒径大(粗砂粒径2～0.5mm，中砂粒径0.5～0.25mm)，挡砂精度只要控制在200μm就能有效防止地层出砂，而且一层防砂筛管即可满足防砂需求。

对于海域天然气水合物泥质粉砂岩储层来说，其储层特性、颗粒粒径、泥质含量等因素与深水油气开采的砂岩储层不同，将目前的充填防砂技术应用于水合物试采上仍存在困难，原因如下：

1、储层埋藏浅：泥线以下深度小于300m，地层疏松未固结、易坍塌易漏失；

2、泥质含量高：地层砂粒径极小，中值粒径分布7.55-16.75，D50平均值11.56，为黏土质粉砂，粉砂含量70.8％，黏土含量24.8％；

3、挡砂精度选择困难：要求防砂精度高，但高精度防砂会阻碍地层流体流动；

4、井壁失稳风险大：水合物储层在水合物分解过程中易导致井壁坍塌；

5、人工举升过程中存在水合物的二次生成：水合物是高压低温状态下由水和天然气组成的冰态物，管道中同时存在气、水，天然气解析过程为吸热过程，生产的天然气与水温度低，因此在井筒、管道中存在二次生成水合物的风险，在输送管道中产生水合物后，若不及时采取措施，水合物可能会堵塞管道，造成管道停输，带来经济损失。

综上所述，由于深水油气领域完井防砂经验无法直接应用于天然气水合物储层，需根据泥质粉砂岩水合物储层的特性，研发相适应的完井防砂工艺。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于海域天然气水合物泥质粉砂岩储层试采的防砂完井工艺及双层防砂完井管柱。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

双层套管防砂完井工艺，步骤如下：

钻井步骤；用钻头钻开水合物储层；

割缝喷砂步骤；下水力割缝用套管，在泥线以下小于300m深度的储层井段进行割缝喷砂施工；

预充填防砂、完井步骤；采用防砂封隔器悬挂预充填防砂施工管柱完井。

更具体的，将水合物储层段分为多个施工层，割缝喷砂的施工顺序为：钻井完成后替完井液→下水力割缝的施工管柱→投球→进行第一层割缝→上提割缝施工管柱→进行下一层割缝→上提施工管柱→重复割缝及上提施工管柱的步骤并完成对后续层位的割缝施工→起出割缝施工管柱→下通井冲砂管柱→冲砂→起出冲砂管柱。

更具体的，割缝喷砂时，割缝套管内的施工管柱包括自下而上依次连接的洗井球座、喷枪、调整短节、喷枪、调整短节、喷枪、动力总成、扶正器、变扣接头、变扣接头、变扣接头、钻杆变扣接头和钻杆。

更具体的，割缝喷砂时的割缝携砂液使用密度与三开钻井液的密度一致的完井液。

更具体的，割缝喷砂时冲砂的研磨材料采用40～70目的石英砂。

更具体的，预充填防砂的施工工序为：下入套管刮管管柱洗井→下入防砂筛管→连接防砂封隔器下钻→循环完井液洗井→坐封→上提防砂封隔器→防砂封隔器坐封工具脱手→起钻甩防砂封隔器坐封工具。

更具体的，预充填防砂施工管柱包括自下而上依次连接的引鞋、洗井密封筒、防砂筛管和盲管，在所述引鞋和洗井密封筒外围设置有短盲管，短盲管与水力割缝套管相连，所述防砂筛管位于水力割缝套管内，所述盲管与防砂封隔器相连，所述防砂封隔器设置于盲管的外壁和水力割缝套管的内壁之间。

更具体的，所述防砂筛管采用挡砂精度为44μm的双层筛管，筛管的环空中间填充有涂料砂或压裂陶粒砂固结或砾石或树脂颗粒。

双层防砂完井管柱，包括自下而上依次连接的引鞋、洗井密封筒、防砂筛管和盲管，在所述引鞋和洗井密封筒外围设置有短盲管，短盲管与水力割缝套管相连，所述防砂筛管位于水力割缝套管内，所述盲管与防砂封隔器相连，所述防砂封隔器设置于盲管的外壁和水力割缝套管的内壁之间。

更具体的，所述防砂筛管采用挡砂精度为44μm的双层筛管，筛管的环空中间填充有涂料砂或压裂陶粒砂固结或砾石或树脂颗粒。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明的防砂完井工艺结合了由割缝套管和预填充防砂筛管构成的双层套管组合结构及机械防砂技术，预充填防砂完井时采用针对细粉砂储层试采设计的高挡砂精度的筛管，双层冲缝套管过滤组成的过滤结构稳定，配合高精度的防砂充填物，使得积累砂砾形成孔渗结构，渗透率高，对地层的适应能力强，无论产层薄厚、渗透率高低、夹层多少都能有效实施，且机械防砂成本低。本发明不仅可预防深水超浅地层在生产测试过程中坍塌埋筛管的风险，还可以解决储层大量出砂造成堵塞生产测试管柱的风险，确保试采作业的持续性，适用于煤层气、页岩气等能源的开发。

附图说明

图1为本发明实施例水力割缝套管施工管柱的结构示意图。

图2为本发明实施例防砂管柱的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述。

天然气水合物储层埋藏较浅，且储层胶结疏松、地层砂粒径小、泥质含量高，导致底层容易发生蠕动，出砂挤压易产生超高压外挤力，试采时井套管容易被挤变形或挤毁，不仅影响生产，额外增加了修井费用，严重时甚至会造成试采井报废。因此，需要采取先期防砂措施，提高井底气水流动性，避免大量出砂。本发明针对天然气水合物储层的特点，提出了一种新的采用双层预充填筛管的防砂完井工艺，步骤如下：

钻井步骤；采用钻头钻开水合物储层，本实施例中采用12-1/4"钻头钻开水合物储层。

割缝喷砂步骤；下水力割缝用套管，在泥线以下小于300m深度的储层井段进行割缝喷砂施工。本发明通过割缝施工对水合物储层段进行改造，改变近井筒附近围岩的几何形态，从而改善井筒周围储层的渗透率。对水合物的测试开采来说，割缝喷砂可以扩大压力传导接触面积，有效破碎近井筒的储层，加快水合物的分解速度，改善近井带的渗流阻力。水力割缝施工下套管时，将套管悬挂在井口，不进行水泥固井。本发明采用水力割缝物理开孔的方式，与使用炸药爆炸射孔的方式相比，可以避免在井筒中产生巨大能量冲击、破坏套管，安全可靠，并能解决射孔深度不足、射孔压实带及近井筒污染问题。

本实施例水力割缝施工时所采用的套管为9-5/8"套管，通过钻杆携带喷砂割缝工具进行切割。如图1所示，割缝套管内的施工管柱包括自下而上依次连接的2-3/8"洗井球座101、2-3/8"喷枪102、2-3/8"调整短节103、2-3/8"喷枪104、2-3/8"调整短节105、2-3/8"喷枪106、2-3/8"动力总成107、2-3/8"扶正器108、2-3/8"PAC*2-7/8"EUE变扣接头4#109、2-7/8"EUE*3-1/2"EUE变扣接头3#110、3-1/2"EUE*NC50变扣接头2#111、NC50*钻杆变扣接头1#112和钻杆113。

将水合物储层段分为多个施工层(段)，水力割缝的施工顺序为：钻井完成后替完井液→下水力割缝的施工管柱→投球→进行第一层割缝→上提割缝施工管柱→进行下一层割缝→上提施工管柱→重复割缝及上提施工管柱的步骤并完成对后续层位的割缝施工→起出割缝施工管柱→下通井冲砂管柱→冲砂→起出冲砂管柱。

以本实施例的施工管柱为例，一次携带3节水力喷枪，相位角60°，每次切割可完成3m、18条缝的切割，通过逐次上提施工管柱3m，实现对整个储层段均匀改造的目的。单次水力割缝施工的加砂量为1.5～1.8m³，施工排量为1.35m³/min(8.5BPM)，施工压力在35MPa(5075psi)以内。

在割缝施工过程中，割缝携砂液优选使用完井液，完井液的密度与三开钻井液的密度一致。通过保持适当正压，即完井液穿过储层段的割缝后，套管内的压强大于套管所在区域水合物的压强，保持水合物状态稳定，避免污染水合物储层。冲砂的研磨材料优选采用40～70目(212～420μm)的高纯度石英砂，起到切割及支撑地层的作用。防砂筛管时选用的粒径一致的填充物。

防砂、完井步骤；采用防砂封隔器悬挂预充填防砂施工管柱完井，如图2所示，本实施例的预充填防砂施工管柱，即双层防砂完井管柱包括自下而上依次连接的5-1/2"双阀式引鞋201、5-1/2"洗井密封筒203、5-1/2"防砂筛管204和5-1/2"盲管205。在5-1/2"双阀式引鞋201和5-1/2"洗井密封筒203外围设置有短盲管202，短盲管202与水力割缝套管1相连，5-1/2"防砂筛管204位于入9-5/8″水力割缝套管1内，盲管205与防砂封隔器3相连，防砂封隔器3设置于盲管205的外壁和水力割缝套管1的内壁之间，起到密封阻隔的作用，可以防止流体从水力割缝套管1与盲管205之间的空间向上流动。上部的完井工具通过防砂封隔器的密封筒回插进入下部完井管串。

预充填防砂的施工工序为：下入9-5/8″套管1(该套管与割缝喷砂步骤中的采用的水力割缝套管相同)刮管管柱洗井→下入5-1/2"防砂筛管→连接防砂封隔器下钻→循环完井液洗井→坐封→上提防砂封隔器→防砂封隔器坐封工具脱手→起钻甩防砂封隔器坐封工具。

本实施例双层防砂完井管柱中的防砂筛管采用尺寸为5-1/2"的内外层绕丝的双层筛管，筛管的挡砂精度为44μm，筛管的内、外层套管的环空中间填充有填充物206，填充物可为高渗透性的涂料砂或压裂陶粒砂固结或砾石或树脂颗粒。防砂筛管由内、外两层套管加高精度的防砂充填物组成，筛管的外层套管管壁上的侧向开缝可以改变从外层套管穿过内层套管的流体(包括含砂流体)的流向，从而提高了筛管的防砂、抗冲蚀、抗堵塞能力，即使局部堵塞也不影响生产，而且兼具防砂有效期长、防砂精度高、整体抗拉强度高、温度压力适用范围广等特点。高精度的筛管缝隙还可以有效起到防砂和保护介质的作用，避免井壁坍塌导致充填层下降，基管直接裸露在地层。

前述实施例中，使用了5-1/2"筛管和9-5/8"割缝用套管进行防砂完井，保证了筛管和割缝用套管之间有足够的空间，用于地层出砂的沉降，即使在生产测试周期中局部的沉砂堵塞也不影响生产测试，使防砂有效期大大延长，可以满足试采的时间要求，并可防止在生产测试过程中浅地层井眼坍塌埋筛管的风险，从而有效控制储层大量出砂造成堵塞生产测试管柱的风险。筛管和割缝用套管还可以采用其他尺寸，筛管除了可用双层绕丝筛管外，还可以用割缝筛管、钻孔筛管、桥式筛管、复合筛管等。割缝用套管也可以替换为预割缝衬管或者套管射孔等。并可同时配合固井施工工艺或者砾石填充工艺进行完井施工。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.双层套管防砂完井工艺，其特征在于，步骤如下：

钻井步骤；用钻头钻开水合物储层；

割缝喷砂步骤；下水力割缝用套管，在泥线以下小于300m深度的储层井段进行割缝喷砂施工，水力割缝施工下套管时，将套管悬挂在井口，不进行水泥固井；

预充填防砂、完井步骤；采用防砂封隔器悬挂预充填防砂施工管柱完井。

2.根据权利要求1所述的双层套管防砂完井工艺，其特征在于：将水合物储层段分为多个施工层，割缝喷砂的施工顺序为：钻井完成后替完井液→下水力割缝的施工管柱→投球→进行第一层割缝→上提割缝施工管柱→进行下一层割缝→上提施工管柱→重复割缝及上提施工管柱的步骤并完成对后续层位的割缝施工→起出割缝施工管柱→下通井冲砂管柱→冲砂→起出通井冲砂管柱。

3.根据权利要求1或2所述的双层套管防砂完井工艺，其特征在于：割缝喷砂时，割缝套管内的施工管柱包括自下而上依次连接的洗井球座、第一喷枪、第一调整短节、第二喷枪、第二调整短节、第三喷枪、动力总成、扶正器、第一变扣接头、第二变扣接头、第三变扣接头、钻杆变扣接头和钻杆。

4.根据权利要求1或2所述的双层套管防砂完井工艺，其特征在于：割缝喷砂时的割缝携砂液使用密度与三开钻井液的密度一致的完井液。

5.根据权利要求2所述的双层套管防砂完井工艺，其特征在于：割缝喷砂时冲砂的研磨材料采用40～70目的石英砂。

6.根据权利要求1所述的双层套管防砂完井工艺，其特征在于：预充填防砂的施工工序为：下入套管刮管管柱洗井→下入防砂筛管→连接防砂封隔器下钻→循环完井液洗井→坐封→上提防砂封隔器→防砂封隔器坐封工具脱手→起钻甩防砂封隔器坐封工具。

7.根据权利要求6所述的双层套管防砂完井工艺，其特征在于：预充填防砂施工管柱包括自下而上依次连接的引鞋、洗井密封筒、防砂筛管和盲管，在所述引鞋和洗井密封筒外围设置有短盲管，短盲管与水力割缝套管相连，所述防砂筛管位于水力割缝套管内，所述盲管与防砂封隔器相连，所述防砂封隔器设置于盲管的外壁和水力割缝套管的内壁之间。

8.根据权利要求6或7所述的双层套管防砂完井工艺，其特征在于：所述防砂筛管采用挡砂精度为44μm的双层筛管，筛管的环空中间填充有涂料砂或压裂陶粒砂或砾石或树脂颗粒。

9.双层防砂完井管柱，其特征在于：包括自下而上依次连接的引鞋、洗井密封筒、防砂筛管和盲管，在所述引鞋和洗井密封筒外围设置有短盲管，短盲管与水力割缝套管相连，所述防砂筛管位于水力割缝套管内，所述盲管与防砂封隔器相连，所述防砂封隔器设置于盲管的外壁和水力割缝套管的内壁之间，水力割缝套管的管壁上具有侧向开缝。

10.根据权利要求9所述的双层防砂完井管柱，其特征在于：所述防砂筛管采用挡砂精度为44μm的双层筛管，筛管的环空中间填充有涂料砂或压裂陶粒砂或砾石或树脂颗粒。