提高填砂作业一次成功率的有效措施

提高填砂作业一次成功率的有效措施

吕先果

中国石化西南石油工程公司井下作业分公司  四川 德阳 618000

摘要：近几年来，采油工艺技术增产措施的越来越多,油水井的稳产、增产措施工作量逐步增加, 套管填砂堵层井施工越来越多，填砂工艺施工已经成为了作业常见工序。由于填砂工艺的不完善,井下情况的日趋复杂, 与之配套的工艺施工标准和规定较少，一直无一套科学的方法，有时夹层很小,砂面的精确度要求也高,因此施工中经常出现填砂一次不合格的现象,导致二次填砂或三次填砂.导致填砂成功率不高，造成无用工序，甚至造成了环境污染等恶性事故，对油田造成了重大损失。因此，针对填砂井作业，找出影响其成功率的主要因素，并采取针对性的因对策略很关键。基于此，本文结合修井填砂作业实践，就提高填砂作业一次成功率的有效措施进行了详细阐述。

关键词：填砂作业；一次成功率；影响因素；有效措施

0引言

修井作业填砂作为油田开发中暂时封隔油水层，保护目的层的一项施工技术，已在施工中广泛应用，它的最大优点是不污染油水层。大大降低了职工的劳动强度,缩短施工周期,为原油上产提供了保障。广泛使用于负压井无法建立循环的情况下进行打塞、封堵施工，具有简单易操作，施工投入小的特点。随着油田开发的中后期，填砂施工井的增多，不断发生填砂施工事故，统计分析某年度填砂井顺利作业完的仅占80%，有五分之一的井或多或少存在一定问题，在实践中某井填砂管柱砂埋，施工32天才处理完毕，施工费用百万元之多。填砂施工已经成为制约施工有效率的一个瓶颈。

近几年来，通过施工填砂井的增多，不断进行了一些有益的探索，本文中对漏失严重、井口溢流等复杂井况下填砂作业不做讨论，通过近20口井的施工验证，填砂成功率不断提高，取得了比较好的效果，填砂施工的成功率总结为对软硬两个方面的控制，软指的是井筒及管柱、施工排量、填砂比、一次填砂长度、沉砂时间五方面，硬指的是改进更新填砂设备。

1井筒及管柱的影响

1.1井筒的影响

井筒的质量影响填砂效果，井底的准确深度、井筒内径的变化程度、井筒的清洁程度直接影响填砂效果。未探清井底深度，填砂时造成计算错误：探清了井底深度，未发现套管内径的变化，造成填砂计算不准和下部处理的不确定性；井筒不清洁，造成砂粒在套管壁上的粘附，易造成砂桥和砂埋管柱。在某一年度有5口填砂井不成功与井筒有关，通过以上分析，逐步确定了填砂前对井筒采取通井、刮管、彻底洗井措施，取得了比较好的效果。

1.2填砂管柱的影响

填砂管柱主要是管柱内径的通畅度和管柱的密封性，管柱内壁脏，填砂时砂粒粘附在管壁上上造成砂堵管柱；管柱内径有突起，砂粒易堆积，造成砂堵；管柱有洞缝，砂粒易短路，造成砂埋管柱。因管柱问题，去年共造成3口填砂失败，通过数次失败的教训，现在我们填砂前都采取洗井、通管、管柱提前试压等措施有效地避免了管柱问题。

2排量的影响

排量是影响填砂成功率的关键，多大排量填砂合适呢？通过不断摸索，逐步确定了以砂粒沉降速度为依据排量确定方式。由于目前应用漏斗填砂，排量控制在水不溢出漏斗为宜，无法大排量填砂，因此近似将填砂到底时油套砂粒不上返速度确定为最高排量。

以填砂时石英砂粒径为0.5mm，在内径为D124mm，填砂管为D73mm油管为例，它的沉降速度为0.53m/s，要返出地面液体的上升速度采取的是v液＝2v降，即v液=20×0.053=0.106m/s,

那么砂粒不上返最大排量为

Q不＝36×10-3×3.14/4×（1242-732）×0.053＝15m3/h，

可以看出排量小于15m3/h，沉到底的砂粒不上返，一般采取15m3/h的排量，这是大套管井理论依据，在此排量下，基本未发生事故。这也符合作业现场常用的填砂排量＜200L/min的论述。

以某水平井为例：小套管内径为D82.3mm,油管采用D60mm油管，填砂采用0.5mm的石英砂，在Q不＝36×10-3×3.14/4×（82.32-602）×0.053＝4.8m3/h，沙粒不上返；在Q返＝36×10-3×3.14/4×（1242-732）×0.106＝9.6m3/h，沉到底的砂粒能上返到地面。填砂时我们不希望砂粒上返卡管柱，又希望提高填砂排量来提高填砂速度，于是在本井采取50m一段，几种排量下的填砂速度和安全情况试验，如下表1所示：

表1

在采取几种排量填砂过程中，不断活动管柱，在6.8m3/h排量下，上提下放无异常，在7.8m3/h，有轻微遇阻显示，认为在6.8m3/h，填砂速度快，安全。超过6.8m3/h排量，存在卡管柱的危险。以后采用此排量施工近20口井，未发生一起卡钻事故，效果明显。

3填砂比的确定

采取多大的填砂比呢？砂比大，填砂时稍有不注意就堵泵，造成事故，砂比小，填砂速度慢，时间长，效果差。根据《振动砾石充填防砂工艺》标准8.3.6c项规定排量350-450L/min砂比控制在50-100Kg/m3为参考标准，填砂排量为15m

3/h时，考虑到石英砂直径小，砂比应选择不超过上限采取40 Kg/m3左右（换算成质量比等于4%），在现场施工中采取30 Kg/m3左右（换算成质量比等于3%）砂比是比较合适的，也符合作业现场常用的填砂比＜10%的论述。考虑到井下情况的复杂性，在某井我们根据排量采取30 Kg/m3左右砂比填砂施工，速度快，施工方便，以后在许多井采用，均取得成功，实践证明是比较优选的参数。

4填砂井段长度的确定

井场施工填砂时井段从0m-300m不等，多长井段填砂为合适呢？在现场施工中，以前经常采取不分井段长短，均一次填砂，效果较差，尤其是井段长时，填砂在井筒中易形成砂桥或形成段塞砂，填砂不匀，达不到填砂的要求并常常形成事故。在我厂现场使用漏斗填砂的前提下，泵车排量近似为6-12m3/h，达不到将砂子冲起上返的排量要求，砂子在井内处于加速沉降状态，填砂前计算好套管容积换算成砂子体积，通过近20口井的实验，在大套管采取50m为一段的填砂方案，填完一段后在上提50m，逐段填砂，直至填完。但是在侧钻小套管井，50m一段可以，填砂时尾管与砂面的高度提高到100m，否则存在卡管柱的危险。

在该井，采用50m一段，预提高度100m的方式填砂126m，均顺利填完，以后在十几口井均采用此方式，效果较好，未发生一起事故。

5沉砂时间

填砂完后，沉砂多长时间合适呢？沉砂时间短，砂粒未完全沉降，造成探砂面错误，甚至造成卡管柱事故；沉砂时间长，延长了作业时间，降低了作业速度。

在大套管井，在15m3/h的排量下砂粒在油管内下行速度＝15÷0.00301÷3600＝1.38m/s，（砂子自由沉降速度为0.053m/s较小忽略不计），依2000m井深为例砂粒至底时间＝2000÷1.38÷60＝25min,就是说填砂完后继续打液体理论上25min砂粒沉降完毕，在小套管6.8m3/h的排量下砂粒在油管内下行速度＝6.8÷0.00196÷3600＝0.96m/s，依2000m井深为例砂粒至底时间＝2000÷0.96÷60＝34min,就是说填砂完后继续打液体理论上不到34min砂粒沉降完毕，实践中井内情况是非常复杂。根据《井下冲砂工艺技术规程》冲砂完后沉砂3h探砂面的标准，我们一直采取大于标准1h，也就是4h探砂面的规定。

在小套管井我们做了多次试验：

在该井现场施工中，填砂井段1160-1286m,填砂完后沉砂探砂面情况如下：

表2 填砂井段1160-1286m填砂完后沉砂探砂面情况

在另外一口井现场施工中，填砂井段2140-2241m,填砂完后沉砂探砂面情况如下：

表3 填砂井段2140-2241m填砂完后沉砂探砂面情况

从以上可以看出，沉砂4小时后到5小时之间，砂面稍有增加，超过5小时砂面不再增加，探出砂面准确无误。在以后十几口小套管井的试验中基本验证5小时后砂面基本不再增加。大套管井沉砂4小时，小套管侧钻井可采用5小时，现场应用效果较好。