新型多功能预充填筛管研制及试验.pdf

收稿日期 作者简介 阳俊龙()男重庆开县人中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司工程师主要从事海上完井工艺研究:./.新型多功能预充填筛管研制及试验阳俊龙(中海油能源发展股份有限公司 工程技术湛江分公司广东 湛江)摘 要为满足某些油井难以实施砾石充填防砂、同时需要控水的需求提出一种新型多功能预充填筛管能够同时实现预充填和控水防砂 预充填筛管是一种在筛管内部预置砾石层的筛管常应用于防砂层段长、浅层大位移、地层非均质等难以实施砾石充填作业的油井 该新型多功能预充填筛管在结构设计上采用金属网布作为筛管过滤层采用轻质陶粒作为砾石过滤层采用轻质亲油疏水颗粒、或 控水阀实现控水功能 经过地面试验验证:新型多功能预充填筛管结构强度高抗内压约 、抗外压约 、骨架抗拉大于 同排量同介质条件下不同型号 控水阀节流压差超过 倍关键词预充填筛管砾石充填防砂控水中图分类号 文献标识码 文章编号()目前中国绝大部分疏松砂岩油藏类型油田防砂井应用的防砂工艺为机械防砂 机械防砂又分为独立筛管防砂和砾石充填防砂在独立筛管防砂中预充填筛管专门设计用于难以实施砾石充填的防砂井例如某些油井防砂层段长、浅层大位移、地层非均质等工况 预充填筛管可实现不充填防砂其充填步骤在筛管下入前完成代替井下砾石充填此时相比应用优质筛管防砂预充填筛管更能满足油井防砂需要可有效解决充填难度大的问题但是目前常规预充填筛管存在流通面积小、缝隙易堵塞、抗变形能力差等缺点 针对油藏条件是高含水疏松砂岩、需要稳油控水的油井尤其是非均质油藏水平井需要进行砾石充填满足地层防砂要求同时也要解决控制边底水锥进的问题 国内一些油田应用了带有控水阀的/控水筛管搭配砾石充填工艺进行稳油控水 但是针对有控水需求同时又难以实施砾石充填防砂的油井中国尚未有预充填筛管搭配控水工艺的应用 新型多功能预充填筛管新型多功能预充填筛管结构从上至下依次由提升短节、连接套、基管、砾石层及过滤层、外连接筒、控水阀、端环和紧定螺钉构成(图)提升短节连接套基管砾石层及过滤层外连接筒控水阀端环紧定螺钉图 新型多功能预充填筛管新型多功能预充填筛管的结构设计具有如下特点:金属网布过滤层与冲缝板支撑层组合与预充填砾石层配合防砂效果好挡砂性能可靠不易堵塞过滤层抗弯曲强度高抗变形能力强适用于直斜井或裸眼水平井耐腐蚀耐酸碱筛管整体的抗冲蚀腐蚀性能高填充砾石可保护内层筛网减少冲蚀各过滤层材质选择 不锈钢控水阀材质选用碳化钨合金结合控水单元部件可实现控水功能 年 月山东石油化工学院学报.第 卷 第 期 .筛管过滤段结构设计国内外预充填筛管结构各不相同其相同之处是利用内外两层挡砂层在基管外侧建立预充填环空内部充填砾石从而形成预充填防砂层表 是国内外常用预充填筛管类型及其优缺点比较情况目前常用的挡砂结构设计大致分为以下几种:双层割缝挡砂层、双层绕丝挡砂层、双层冲缝挡砂层、绕丝冲缝挡砂层 双层割缝挡砂层是在基管上利用激光割缝作为挡砂结构激光割缝需要较高的材料厚度其优点是强度高、结构简单缺点是抗弯能力差、精度差、重量较重双层绕丝挡砂层是利用双层绕丝管形成预充填环空其优点是绕丝管加工简单、具有自洁能力缺点是外径较大抗弯能力较差双层冲缝挡砂层是利用双层冲缝管建立预充填环空其优点是冲压成型成本低、冲缝可较少流体对挡砂层的冲蚀缺点是精度较差、抗变形能力差表 国内外常用预充填筛管类型及其优缺点类型优点缺点割缝预充填筛管结构简单预充填易成型基管通径大流通面积相对小割缝开口率范围为保证强度常宜选用 缝隙易堵塞精度误差较大绕丝预充填筛管制作简单易加工绕丝过流面积一般在 绕丝可以梯形缝隙形状设计提高抗堵塞性能绕丝筛管抗弯曲强度差/抗变形能力差大斜度井、水平井绕丝筛套易出现失效或损坏冲缝预充填筛管外冲缝套过流面积 以上利用冲缝套保护充填层减轻重量冲缝层立体缝隙设计减小流体的直接冲损冲缝套强度低抗腐蚀、冲蚀能力差冲缝精度误差大抗变形、冲击能力差易损坏 提出的新型多功能预充填筛管其过滤段以金属网布作为挡砂层其结构为基管外侧布置双层金属网布挡砂层双层金属网布挡砂层中间用端环隔开形成预充填环空(图)该设计的优点是:金属网布过滤精度误差更小弯曲变形不会对过滤精度产生影响材质为不锈钢 耐腐蚀能力强外护套设计抗冲击能力强不易损坏外护套精密不锈钢编织网支撑层预充填砾石层图 预充填筛管过滤段结构 预充填砾石层选择为了减轻预充填筛管重量预充填砾石层选择非胶结超轻砾石 常用普通砾石密度约为 /超轻砾石的密度为 /为常规砾石的/可有效降低筛管整体的重量目前使用的超轻砾石为非金属材质具有很好的耐腐蚀性能且具有很高的破碎强度超轻质砾石颗粒性能参数如表 所示由于胶结砂的抗弯曲能力较差在弯曲度较大时胶结砂易被破坏从而不能保证过滤精度故可选用非胶结砂 非胶结砾石在筛管受到弯曲时不会被破坏结构可以保证过滤精度其体积密度为 /表 超轻质砾石性能参数球度圆度酸溶解度/破碎率/渗透率/体积密度/()视密度/()此外预充填砾石层还可选择覆有亲油疏水涂层的控水颗粒 研究表明阻水颗粒/亲油疏水支撑剂/选择性控水颗粒等具备具有亲油、疏水的性能其中超轻亲 油疏水支撑剂的粒 径 合 格 率 约 为、圆球度约为 、体积密度约为 /、视密度约为 /、酸溶解度小于、下的破碎率约为 为了使得预充填筛管的砾石层也有一定的控水能力可采用此类控水颗粒 控水阀的选择新型多功能预充填筛管控水单元设计采用 喷嘴式控水阀如图 所示 研究表明在强边底水和高液量的油井开采情况下下部完井防砂管柱可通过 实现不同层段的附加压降实现抑制高渗层段产液均衡各层段产液剖面防止水锥等问题达到稳油控水的目的 控 水 阀 喷 嘴 由 高 强 度 碳 化 钨 合 金()制成可应用于高磨损、高腐蚀环境喷嘴尺寸设计为 新型多功能预充填筛管结构上可带 个孔位方便现场调节 控水阀的数量和尺寸满足油井产层不同层段的控水需要第 卷 山东石油化工学院学报 年 第 期图 喷嘴式控水阀设计 新型多功能预充填筛管试验 抗内压、抗外压试验筛管的抗内压、抗外压强度是一项非常关键的参数因为在砾石充填或者采油等作业中筛管会承受一定的节流压差如果筛管因此而破损则导致防砂失效()试验方案 用管线将试压工装和柱塞泵连接通过试验工装上的压力计记录压力变化 该试验方案参考标准/筛管技术规范 第 部分:金属网布筛管提供了参考值抗内压不小于 抗外压不小于 试验混合液体为固体颗粒(地层砂和黏土混合物)、清水()抗内压试验 将配制好的试验液体从筛管内侧泵入试验液体中的固体颗粒会慢慢堵塞筛管的过滤层从而产生压力直至筛管过滤层损坏(图)图 筛管抗内压试验方案()抗外压试验 将配制好的试验液体从筛管外侧泵入试验液体中的固体颗粒会慢慢堵塞筛管的过滤层从而产生压力直至筛管过滤层损坏(图)图 筛管抗外压试验方案()试验结果 筛管抗内压压力升至 压力突降取出筛管观察筛网刺漏筛管抗外压压力升至 无压力突降状况取出筛管检查完好无破损 由此可得出新型多功能预充填筛管的抗内压、抗外压能力符合“/”标准要求 外护套及过滤层抗拉试验()试验方案 按新型多功能预充填筛管结构制作试验样品其设计抗拉值为 将试验样品的两端分别夹持在拉力机上使用压力机对筛管试验样品进行抗拉测试直到压力机显示拉力超过计算强度值或筛管样品损坏为止读取拉力机的试验数据抗拉试验样品示意图见图 图 抗拉试验样品示意图()试验结果 持续增加拉力达到预计拉力 时筛管完好继续增加拉力当拉力达到 时有筛网钢丝断裂声音继续拉伸拉力不再上升峰值为 (图)拆卸后除夹持部位变形外其余骨架管、外护管均无明显变化 由此可得预充填筛管中除基管外骨架管及外护套能满足 拉力强度图 筛管抗拉曲线 控水阀试验()试验方案 测试 控水阀的节流效果测试条件不同原油黏度、清水条件下 控水阀板的控水性能得到流量与节流压差间的关系曲线 控水阀流阻试验流程见图 测试范围:清水、黏度工业白油 控水阀水嘴直径设计:型 型 型 型 型 型 阳俊龙:新型多功能预充填筛管研制及试验图 控水阀流阻试验流程记录同排量同介质条件下不同型号 控水阀节流压差并在不同介质:纯工业白油、含水的混合白油、纯水条件下记录不同型号 控水阀节流压差 对于 控水设计想要实现稳油控水的理想目标需要综合考虑渗透率、含水饱和度等油藏物性、产液量及生产压差等各方面进行考虑因此 控水阀实现的阻流压差越大越能满足现场实际应用需要 为此笔者整理出在相同排量相同介质中取 种不同规格的控水阀进行节流压差对比(表)()试验结果 型对比 型可以实现阻流压差 倍 型对比 型可以实现阻流压差 倍表 取相同排量(/)下不同规格控水阀压力情况对比介质/规格 型()压差/型()压差/型()压差/纯油.含水.含水.含水.含水.含水.现场应用南海西部文昌油田群为典型的高孔高渗疏松海相砂岩油藏油藏类型以层状边水为主主力油层的驱动类型以边、底水驱动为主 该油田群经济效益评价较低属于边际油田因此主要为水平井防砂完井由于裸眼长水平段压力窗口较窄、井眼不规则、易发生井壁坍塌等原因使得管柱下入及防砂难度大砾石充填防砂效率很难保证 为了解决上述问题有效提高采收率在文昌油田群选取 口 水平段超过 的长水平井下入这种新型多功能预充填筛管并进行相应的 控水方案设计最终采用、视密度约为 /超轻亲油疏水颗粒作为砾石过滤层并带 型 控水阀的新型多功能预充填筛管这种筛管抗内压能力、抗外压能力、抗拉能力及其他性能参数满足完井设计要求 口井一次性成功下入生产一年后平均含水率仅为 较其他常规筛管完井含水率低 以上平均产液量及产油量均高于该平台其他生产井超过 有效实现了含水率的下降采油量的上升 结 论()设计一种新型多功能预充填筛管采用双层金属网布作为筛管过滤层采用轻质陶粒作为砾石过滤层同时采用 控水阀实现控水功能其中砾石过滤层可采用轻质亲油疏水颗粒增强控水作用()通过对新型多功能预充填筛管的性能测试试验预充填筛管的抗内压、抗外压能力、抗拉能力均满足使用要求()通过对 控水阀进行地面试验验证同排量、同介质条件下不同型号的 控水阀可实现 倍以上节流压差为实际应用提供更大可选控水设计范围()新型多功能预充填筛管在南海西部多个油田现场成功应用为难以充填防砂、有控水需求的完井难题提供了可行的解决方案 此外从防砂控水工艺上考虑可选择自膨胀封隔器对地层分层为有分层需求的防砂控水完井作业提供可行思路参考文献 周思宏.疏松砂岩油藏膨胀筛管裸眼防砂技术.石油矿场机械():.文敏.预充填防砂筛管在海上砂岩油藏适应性评价.石油矿场机械():.宋显民.水平井调流控水完井技术及优化设计方法.西南石油大学学报(自然科学版)():.强晓光.调流控水筛管在冀东油田水平井的应用研究石油矿场机械():.李进.基于可充填 筛管的防砂控水一体化技术.石油机械():.单彦魁.控水防砂一体化工艺技术研究与应用.中国海上油气():.吴绍伟.连续封隔体控水工艺技术在海上油田的应用.钻采工艺():.赵旭.水平井砾石充填调流控水筛管完井技术.石油钻探技术():.单彦魁.南海东部油田 控水完井工艺.西部探矿工程():.李中.金属网布型筛管抗内外压能力研究与探讨.钻采工艺():.责任编辑 温丽萍第 卷 山东石油化工学院学报 年 第 期