新型防砂筛管的研究及在特稠油油藏中的应用.doc

新型防砂筛管的研究及在特稠油油藏中的应用摘要 以往的机械防砂管柱，由于部分过滤单元垫片、外罩以及筛管本体内挡环等强度不够而脱落，致使油井防砂无效，特别是稠油、超稠油油藏在热采开发中造成油井出砂，甚至导致套管损坏等，最终影响到油气井的产能发挥。为防止油井出砂、保护套管、延长筛管防砂有效期，减少大修井次。经过室内试验和现场应用，研究开发出一种油井新型防砂筛管防砂技术，实践表明该技术具有良好的保护套管和防砂效果，为稠油、超稠油油藏出砂井正常生产创造安全、可靠的工作条件，具有良好的应用前景。主题词 防砂筛管的研制 室内实验 现场应用前言某油田地质结构复杂，断层异常发育，油品类型多，同时多套油气层并存，油层埋藏浅，尤其是油田进入开发中后期以来，油井工况复杂、生产中出砂严重，造成油层近井地带地层亏空大；特别是油层出砂井各层位开发时间、地层压力、生产能力、渗透率各不相同，再加上随着稠油多轮次注、采工艺技术的成功应用，致使套管径向应力发生明显变化，造成大部分油井套管变形、错断，损伤，导致油井出砂。由于常规的油井防砂生产管柱在套损出砂井中应用，筛管无法正常起下作业(套管变形、错断)，区块大修施工井次逐渐增加。例如：某油田特油公司的杜84、杜32块均为超稠油油藏注蒸汽吞吐区块，高温高压注蒸汽开采，吞吐轮次频繁，随吞吐轮次的增加，套损井的数量逐年增多，油井出砂严重，到2002年底特油公司共有生产井数620口，套损井累积达到385口，占总井数的62.10%，严重制约了油井的正常生产以往的机械防砂管柱，由于部分过滤单元垫片、外罩以及筛管本体内挡环等强度不够而脱落，致使油井防砂无效；为减少大修井次，保护套管、提高施工一次成功率，降低作业成本，机械防砂技术必须有针对性地研制开发出新型防砂筛管，保证防砂有效期长及其安全性的目的，为稠油出砂井正常生产创造安全、可靠的工作条件。1防砂原理新型筛管完井防砂工艺技术是利用丢手封隔器与防砂筛管组成防砂管柱在油井作业后下入井下，使筛管正对生产油层段，通过封隔器坐封丢手，使筛管留在油层段，形成一个井下防砂管柱系统。筛管是以钢管为基管，采用激光在基管上按一定规则割成若干条缝，从而形成滤砂屏蔽。当携砂流体流经滤砂屏蔽时，该筛管能使原油及小于0.1mm的细粉砂通过，并随油流排出井筒，起到防砂过滤的作用。2割缝筛管的研制割缝筛管是以钢管为基管，并按一定规则进行割缝，形成的防砂筛管。由于防砂工艺技术及保护套管的需要，要求承受井下高温、高压的恶劣条件，其中管柱承压能力是一项重要的技术指标，同时筛管的过流能力是关系到油层防砂后油井产能的一个关键的技术参数，因此筛管的参数设计，关系到防砂效果的好坏。2.1割缝的设计2.1.1筛管割缝方向的选择室内研究着重从筛管的布缝方式、布缝长度、布缝宽度、布缝数量等方面进行理论计算和实验，以确保最佳的筛管布缝参数。在套管上割缝方式可分为轴向(纵向)割缝、斜向割缝和周向(横向)割缝三种，最终选择了轴向(纵向)割缝。割缝筛管割缝的几何分布形式主要有直线平行排列，交错排列和螺旋排列三种（见图1），从实验数据表明：承受轴向拉力和周向应力最大的为平行割缝，故选择平行割缝，即轴向平行割缝筛管。2.1.2.筛管材质的优选防砂施工中井下管柱承受压力，对管柱强度要求是首要的。针对以往出现的普通材质筛管在井下易损坏的问题，优选材质为P110的139.7mm套管作为割缝管基管。2.2.筛管强度的实验通过轴向压力和径向压力实验，检验布缝数、缝间距以及布缝方式对筛管强度的影响，确定布缝方式。从表1、2实验数据中可以看到，轴向压力、布缝数对筛管强度影响较小，缝间距和布缝方式对筛管强度影响大，平行缝筛管比交错缝筛管强度高。因此在满足生产要求的前提下选择平行布缝筛管。表1 平行布缝割缝筛管室内强度试验数据表样件周向布缝缝长mm缝间距样件长度缝排数缝宽壁厚轴向压力变形尺寸径 向压力变形尺寸124703033030.39.230t基本不变12t裂断236802032030.39.230t基本不变7.2t裂断324502525030.39.230t基本不变9.3t裂断424802032030.39.230t基本不变7.5t裂断550502525030.39.230t基本不变9.6t裂断636703032030.39.230t基本不变12t裂断736502525030.39.230t基本不变9.2t裂断表2交错布缝割缝筛管室内强度试验数据表样件周向布缝缝长mm缝间距样件长度缝排数缝宽壁厚轴向压力变形尺寸径向压力变形尺寸124703033030.39.230t弹性形变7.1t管瘪236802032030.39.230t弹性形变4.8t管瘪324502525030.39.230t弹性形变6.5t管瘪424802032030.39.230t弹性形变5.0t管瘪550502525030.39.230t弹性形变6.2t管瘪636703032030.39.230t弹性形变7.3t管瘪736502525030.39.230t弹性形变6.1t管瘪割缝筛管结构示意图见图2。图2 割缝筛管结构示意图其实物照片见图3图3 割缝筛管实物照片最终经过室内试验确定：1) 割缝筛管外径139.7mm，2) 缝宽0.1-0.3mm，3) 缝长：70mm，4) 每周布缝24个；5) 筛管内通径120mm，6) 防砂粒径大于0.1mm。7) 抗拉强度：1960KN，8) 抗挤压强度381.3 kg/cm29) 耐温：35010) 过流面积：50.40cm22.3割缝筛管的技术特点 a)单层整体结构，强度高、刚度小能够对生产套管起到一定的保护作用；筛管的通径大，便于采油生产与后期打捞作业。b)采取轴向布缝，不会因弯曲而导致筛逢尺寸不均。c)采用最先进的割缝技术，缝宽均匀一致，精度高，公差±0.05mm。d)在缝的表面被“淬火”，所以可形成0.3mm厚的高强度耐腐蚀表面，使缝的强度提高，有利于长期生产。e)可根据现场实际需要，加工成任意几何形状的缝。f)可应用在各种变形井中，极大地提高了防砂的成功率，不易对油气井产生淤堵现象，渗透性好，挡砂能力强。g)易打捞，对地层无污染，施工周期短，有效期长，成功率高，适用的范围广，是一项经济实用型防砂技术。3典型井例3.1油藏特点杜32块开发层系为S1+2、兴、组，油藏埋深平均8001100m，地层结构疏松，渗透率12002400×10-3m2，粒度中值0.20.38 mm，泥质含量4.6%，原油粘度高10×104mPa·S，属于极易出砂地层。3.2、出砂情况特油公司杜84、杜32块随蒸汽吞吐轮次的增加，油井出砂严重，套损井的数量逐年增多，到2002年共有生产井数620口，套损井累积达到385口，占总井数的62.10%，严重制约了油井的正常生产。3.3.现场试验杜32-46-56井，生产层位为兴组，完井日期：1999年12月11日，完钻井深1052.00m，需防砂井段：901.2943.9m ,厚度为27.5 m/2层，套管规范：177.8 mm；共吞吐完10轮，累计注汽22764吨，累计产油13273吨，累计产水17309方，油气比0.58，回采水率1.3。2001年8月22日8轮转抽下154铅印打印至909.78米，铅模底部刮掉一角，周围有多道刮痕154铅模变形直径125155mm，印痕显示套管错断。该井出砂严重，停产，转大修作业。经过对油井砂样的筛选，分析，通过粒度中值曲线，确定该井粒度中值为0.243mm，于2003年8月21日进行现场施工，该井采用材质为P110，139.7mm割缝筛管防砂技术防砂，防砂粒径0.2mm。管柱下入一次成功，施工过程顺利。目前该井施工后一直连续生产，无因砂卡检泵现象发生，生产正常，日产油：5.7吨，含水39.9%，截止2003年底累计产油：615.9吨，防砂效果明显。图4 杜32-46-56井粒度中值曲线图4结论（1）新型防砂筛管技术将油井防砂与套管加固，预防套变有机结合，降低成本，防砂增产，技术国内领先。（2）适应于稠油注汽开采、出砂严重区块的油井防砂和套损井、套损修复井、侧钻井的防砂。（3）该技术性能可靠,有效期长，经济效益高，是目前解决套损井防砂的主要技术。（4）根据套损修复井防砂生产现场实际应进一步加强室内试验研究，在保证筛管各项技术指标的前提下，降低筛管加工成本。参考文献1孔祥言，高等渗流力学，中国科学技术大学出版社19992小乔治.O.苏曼等编著 钱武鼎 朱遂远 翻译 防砂手册 石油工业出版社3张琪 油藏工程与采油工艺基础（上、下册） 石油大学出版社4李宾元 油层出砂机理研究 西南石油学院学报 1994.2作者简介：吴志勇（1966-），男，工程师，1987年毕业于某石油学校石油及天然气开采专业，中国石油大学（华东）在读研究生，现从事油井防砂研究及推广工作。电话：0427-7803940。