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压裂充填防砂的表皮因数通常只有2~5，不仅有防砂的作用，可替代增产作业措施[1-3]。2014年在蓬莱油田进行了高速水充填防砂与压裂充填防砂现场试验，现场应用表明，压裂充填防砂井初期产油量更高，米采油指数更高，月递减率更低[4]，具有更好的防砂和增产效果[5]，截至2018年10月，蓬莱油田已经压裂充填作业的生产井为281口，生产效果良好。压裂充填防砂正逐步成为渤海油田包括自营油田在内的绝大部分油田生产井的主推完井方式，应用前景广泛。
侧钻井是老油田最有效的增产和稳产措施，渤海油田大部分侧钻井生产套管为Ø177.8 mm套管。鉴于压裂充填防砂应用在疏松砂岩地层有更好的经济效益和防砂效果，且能提高油井生产寿命[6]，要求能实现Ø177.8 mm套管压裂充填完井。
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Ø177.8 mm套管充填工具主要为哈里伯顿公司的系列化产品，本文主要以哈里伯顿公司的Ø177.8 mm套管充填工具系列为例，对各工具的技术参数进行分析对比，见表1。
表 1 哈里伯顿公司Ø177.8 mm套管充填工具技术参数
Table 1. Technical parameters of Halliburton Ø177.8 mm casing packing tool
参数 Ø177.8 mm StackPack Ø177.8 mm DTMZ Ø177.8 mm STMZ Ø177.8 mm ESTMZ 每层最高累计砂量/t 131.54 308.45 每套工具最高累计砂量/t 131.54 13.61 362.88 支撑剂/目 20/40 20/40 20/40 20/40 冲管外径/mm 73 73、48.26 73、48.26 60.33 最高测试排量/m3 3.18 1.27 1.27 3.97 最高测试砂比/(kg · m−3) 997.8 99.78 99.78 ＞997.8 工具最小内径/mm 76.2 82.55 82.55 69.85 最大井斜角(渤海应用)/° 70.98 74 68.77 60 层间距要求(最小)/m 15 13.72 13.72 最大服务工具总成长度/m 200 225 747 服务工具小环空截面积 /cm2 11.87 11.87 16.13/13.55 可否压裂 是 否 否 是 可否分采 否 否 否 是 缺点 时效低 时效一般 优势不明显 价格昂贵 2018年前蓬莱油田主要采用的是哈里伯顿公司的充填工具Halliburton Ø177.8 mm Stack Pack System和Halliburton Ø177.8 mm DTMZ System，前者为逐层压裂充填服务工具，后者为两趟多层充填服务工具。另外哈里伯顿公司还有两种比较成熟的充填工具：Halliburton Ø177.8 mm STMZ System和Halliburton Ø177.8 mm ESTMZ System，前者为一次多层充填工具，后者是增强型(双基管)一次多层压裂充填工具。哈里伯顿公司Ø177.8 mm套管充填工具目前存在的问题如下。
(1)Halliburton Ø177.8 mm Stack Pack System可以实现压裂充填，但是由于采取逐层射孔和逐层压裂充填的作业模式，该工艺作业时效较低，极大地增加了完井工期和费用，其完井工期和费用甚至超过了钻井工期费用。该工艺是最早得以应用的Ø177.8 mm套管压裂充填工具，工具安全稳定可靠，至今在蓬莱油田已应用了167口井。
(2)Halliburton Ø177.8 mm DTMZ System可以实现两趟多层充填防砂，节省完井工期和费用，但是由于该工艺采用的冲管尺寸较小，为Ø 73 mm冲管和Ø48.26 mm冲管，在极端情况下，可能会由于提前脱砂后无法建立反循环而出现砂卡管柱的风险。
(3)Halliburton Ø177.8 mm DTMZ & STMZ System的最高测试排量仅为1.27 m3/min，无法满足疏松砂岩地层压裂充填作业的高排量的要求(通常不低于1.59 m3/min)。由于该工艺的局限性，只在2014年试验应用了9口井。
(4)Halliburton Ø177.8 mm ESTMZ System可以实现层间有效封隔和压裂充填作业，但是需要使用特制的双基管筛管，充填服务工具及筛管均需要采用进口器材，采办周期长，费用昂贵，目前还未引进到国内，在常规井中使用无优势。
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受到Ø177.8 mm套管尺寸小的限制，其内径有限，传统的Ø177.8 mm套管充填工具主要存在如下3个方面的问题：
(1)能进行压裂充填的工具只能采取一层冲管的设计，从而只能进行逐层压裂充填，该类型充填工具的典型代表为Halliburton Ø177.8 mm Stack Pack System。
(2)能实现多层充填的工具均需要小环空，要求采用两层冲管设计，服务工具的小环空截面积较小，限制了施工排量且反循环摩阻高，极端情况下，极易造成砂卡，因此无法满足压裂充填作业的高排量和高砂比要求，该类型充填工具的典型代表为Halliburton Ø177.8 mm DTMZ & STMZ System。
(3)传统的Ø177.8 mm套管充填工艺的防砂管柱内通径均较小，无法实现分采。
基于以上问题，对传统的Ø177.8 mm套管压裂充填工具进行改进，有3个方向：(1)增大冲管尺寸；(2)增大井眼(生产套管)尺寸；(3)将小环空移至筛管上，采用双层基管筛管，见图1。前两个方向目前国产化研制均有尝试，但只有第一个方向研制出成熟产品，且得到现场应用。Ø177.8 mm套管增强型(双层基管筛管)一次多层压裂充填工具目前还未进行国产化研究，该项技术优势明显，应用前景广阔，值得在后期的研究中予以重点关注。
图 1 一次多层压裂充填服务工具国产化研制思路
Figure 1. Development idea for localizing one-trip multistage frac-packing service tools
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Ø177.8 mm套管一次多层压裂充填防砂工具主要包括外层防砂管柱和配套的充填服务工具，Ø88.9 mm充填服务管柱见图2。研制了专用的DGB顶部防砂封隔器总成、DIP隔离封隔器总成、DSP沉砂封隔器总成，与传统工具相比，增大了整个防砂管柱内通径，国产Ø177.8 mm套管一次多层压裂充填防砂工具内通径由76.2 mm增至98.55 mm，提高了29.3%。防砂服务管柱由Ø88.9 mm冲管+Ø60.33 mmHYDril511 P110中心管组成，小环空截面积16.77 cm2，传统Ø177.8 mm套管两趟多层充填服务工具由Ø73 mm冲管+Ø48.26 mm中心管组成，小环空截面积只有11.87 cm2，比Ø177.8 mm套管两趟多层充填服务管柱的小环空截面积提高了41.3%。充填服务管柱技术指标：冲筛比0.877，压力等级57.2 MPa，最小抗压强度790 kN,温度等级135 ℃。
图 2 Ø88.9 mm充填服务工具总成
Figure 2. Ø88.9 mm packing service tool assembly
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国产Ø177.8 mm套管一次多层压裂充填工具的最高测试排量达到2.86 m3/min，满足压裂充填防砂施工排量不低于1.59 m3/min的要求，因此该工艺可以实现压裂充填，以3层防砂为例，其作业步骤如下：
(1)刮管洗井，SBT测井测固井质量；
(2)下入Ø114.3 mm TCP射孔枪对第1、2、3层进行平衡射孔作业；
(3)再次刮管洗井；
(4)钻杆/电缆下入并坐封沉砂封隔器；
(5)下入1、2、3层一趟多层防砂管柱及服务工具；
(6)进行第1、2、3层压裂充填/高速水充填作业；
(7)下入电泵生产管柱；
(8)拆防喷器，安装井口，交井。
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国产Ø177.8 mm套管一次多层压裂充填工具与传统工艺的对比，其最大的特点有：作业时效高、作业成本低、供货周期短、管柱通径大、可实现分采，见表2。
表 2 国产Ø177.8 mm套管一次多层压裂充填系统与传统工艺的对比
Table 2. Comparison between one-trip multistage frac-packing system in Ø177.8 mm casing and conventional technique
项目 哈里伯顿公司 国产Ø177.8 mm套管一次
多层压裂充填工具Ø177.8 mm StackPack Ø177.8 mm DTMZ Ø177.8 mm ESTMZ 冲管外径/mm 73 73、48.26 60.33 88.9、60.33 最高测试排量/(m3·min−1) 3.18 1.27 3.97 2.86 最高测试砂比/(kg·m−3) 997.8 99.78 ＞99.78 798.24 系统最小内径(通径)/mm 76.2 82.55 69.85 98.55 服务工具小环空截面积/cm2 0 11.87 16.13/13.55 16.77 适用套管磅级/(kg·m−1) 10.43~13.15 10.43~13.15 13.15~14.52 11.79~13.15 作业时效 低 较高 高 高 作业成本 高 高 高 较低 防砂方式 压裂/高速水充填 高速水充填 压裂/高速水充填 压裂/高速水充填 实现分采 否 是 是 是 供货周期/d 140 140 ＞183 30 蓬莱油田应用情况 大规模应用 2014年应用9口井 费用较高未引进 2018年应用24口井 -
(1)全井筒通径由82.55 mm增至98.55 mm，可实现单井分采分注，并可为后续增产增注措施的实施提供通道。
(2)充填工具内部配有耐冲蚀合金衬套，可保护充填工具本体；最高测试压裂排量2.86 m3/min，最高测试过砂量90.72 t，可满足压裂要求。
(3)采用Ø88.9 mm冲管+Ø60.33 mm HYDril511 P110中心管的服务管柱，小环空截面积为16.77 cm2，过流面积较大，摩阻较小，反循环压力可以控制在20.69 MPa以内；设计备用反循环位置，防止已压裂地层漏失大导致返砂困难，设计负重显示器，找位置方便准确。
(4)可下压200 kN进行压裂，避免管柱上窜。
(5)可减少起下钻次数，减少等天气时间，时效高；使用普通筛管，费用低，供货周期短。
(6)复杂情况处理能力强。自动灌浆，下入时可循环压井；采用Ø88.9 mmP110冲管，最小抗拉强度达到789 kN，比Halliburton Ø177.8 mm DTMZ & Stack Pack System服务工具的最小抗拉强度提高1.39倍，提高了处理砂卡等复杂情况的过提服务管柱的余量。
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该工具于2018年1月首次在蓬莱19-3油田D36ST02井中开始试用[7]，截至2018年12月31日共作业24口井，应用效果良好，正在大规模推广应用。
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2018年国产Ø177.8 mm套管一次多层压裂充填防砂技术已在蓬莱油田成功应用17口井，共计完成86层压裂充填作业，压裂充填砂比598.7~798.2 kg/m3，压裂充填泵入排量1.91~2.86 m3/min，平均充填系数为1 428 kg/m，最大充填系数为2 461 kg/m，压裂防砂效果良好。17口井的初期日产油量基本超过油藏配产，实际平均日产油量134 m3，油藏配产日产油量95 m3，投产初期实际的平均日产油量超过油藏平均配产的40.86%，现场应用效果良好。
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截至2018年12月31日，国产Ø177.8 mm套管井一次多层压裂充填防砂技术在渤海自营油田已应用7口井，平均井深2 367.3 m，平均防砂段数3.4段，完井方式均为Ø177.8 mm尾管射孔+Ø114.3 mm优质筛管压裂充填，平均完井工期为11.72 d，比传统作业模式大幅度提高完井效率，节省了完井工期。7口井均实现了分采生产管柱的下入，解决了传统作业模式无法下入分采管柱的弊端。
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(1)针对传统Ø177.8 mm套管井完井只能采用时效较低的逐层压裂充填的作业模式，提出Ø177.8 mm套管压裂充填工具的改进方向：增大冲管尺寸；增大井眼(生产套管)尺寸；将小环空移至筛管上，采用双层基管筛管。采用增大冲管尺寸的方法成功研制出了国产Ø177.8 mm套管一次多层压裂充填工具。
(2)国产Ø177.8 mm套管一次多层压裂充填工具既能用于高速水充填防砂作业施工，也能用于压裂充填防砂作业施工，且可以满足油水井分采分注的需求。
(3)国产Ø177.8 mm套管一次多层压裂充填工具应用效果良好，提效降本明显，截至2018年12月31日已现场应用24口井，目前正在大规模推广应用。
Application of one-trip multistage frac-packing technology in Ø177.8 mm cased hole
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摘要: 渤海油田Ø177.8 mm套管内通径较小，其一次多层充填防砂服务管柱的双层内管尺寸较小，无法满足压裂充填高排量的要求，只能进行逐层射孔逐层压裂充填，完井时效低，工期费用高，且不能下入分采管柱。分析了传统Ø177.8 mm套管充填防砂工具应用中存在的问题，提出了Ø177.8 mm套管一次多层压裂充填工具的国产化研制方向，即增大冲管尺寸。该套工具将防砂管柱的内通径由76.2 mm增至98.55 mm，可以下入分采管柱；服务管柱冲管外径由73.0 mm增至88.9 mm，小环空截面积达16.77 cm2，过流面积较大，摩阻较小，反循环压力可以控制在20.69 MPa以内，可以实现一次多层压裂充填。该套工具2018年在渤海油田现场应用24口井，取得了较好的经济效益，现正在渤海油田大规模推广应用。Abstract: In the Bohai Oilfield, small-sized double-layered inner pipes for one-trip multistage frac-packing string inside small-bore Ø177.8 mm casing cannot ensure the required large pump rate for frac-packing. In this case, perforations and frac-packing can only be performed stage by stage. This delivers a low completion time-effectiveness but high operation costs and failures to running production strings. After the application of conventional sand control packing tools in Ø177.8 mm casing was analyzed, a guideline for localizing a one-trip multistage frac-packing tool in Ø177.8 mm casing was put forward: increasing the wash pipe size. The I.D. of the sand control pipe string was increased from 76.2 mm to 98.55 mm, allowing for the running of a production string. The O.D. of the wash pipe in the service string was increased from 73.0 mm to 88.9 mm, delivering a sectional area up to 16.77 cm2 in small annulus. This sectional area allows for a large open area and small friction. The reverse circulation pressure can be controlled within 20.69 MPa, allowing for one-trip multistage frac-packing. This tool was applied in 24 wells in the Bohai Oilfield in 2018 and delivered great economic benefits. At present, this tool is widely promoted in the Bohai Oilfield.
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Key words:
- sand control /
- Ø177.8 mm cased hole /
- frac-packing /
- one-trip multistage /
- large bore size /
- production
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图 1 一次多层压裂充填服务工具国产化研制思路
Figure 1. Development idea for localizing one-trip multistage frac-packing service tools
表 1 哈里伯顿公司Ø177.8 mm套管充填工具技术参数
Table 1. Technical parameters of Halliburton Ø177.8 mm casing packing tool
参数 Ø177.8 mm StackPack Ø177.8 mm DTMZ Ø177.8 mm STMZ Ø177.8 mm ESTMZ 每层最高累计砂量/t 131.54 308.45 每套工具最高累计砂量/t 131.54 13.61 362.88 支撑剂/目 20/40 20/40 20/40 20/40 冲管外径/mm 73 73、48.26 73、48.26 60.33 最高测试排量/m3 3.18 1.27 1.27 3.97 最高测试砂比/(kg · m−3) 997.8 99.78 99.78 ＞997.8 工具最小内径/mm 76.2 82.55 82.55 69.85 最大井斜角(渤海应用)/° 70.98 74 68.77 60 层间距要求(最小)/m 15 13.72 13.72 最大服务工具总成长度/m 200 225 747 服务工具小环空截面积 /cm2 11.87 11.87 16.13/13.55 可否压裂 是 否 否 是 可否分采 否 否 否 是 缺点 时效低 时效一般 优势不明显 价格昂贵 
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表 2 国产Ø177.8 mm套管一次多层压裂充填系统与传统工艺的对比
Table 2. Comparison between one-trip multistage frac-packing system in Ø177.8 mm casing and conventional technique
项目 哈里伯顿公司 国产Ø177.8 mm套管一次
多层压裂充填工具Ø177.8 mm StackPack Ø177.8 mm DTMZ Ø177.8 mm ESTMZ 冲管外径/mm 73 73、48.26 60.33 88.9、60.33 最高测试排量/(m3·min−1) 3.18 1.27 3.97 2.86 最高测试砂比/(kg·m−3) 997.8 99.78 ＞99.78 798.24 系统最小内径(通径)/mm 76.2 82.55 69.85 98.55 服务工具小环空截面积/cm2 0 11.87 16.13/13.55 16.77 适用套管磅级/(kg·m−1) 10.43~13.15 10.43~13.15 13.15~14.52 11.79~13.15 作业时效 低 较高 高 高 作业成本 高 高 高 较低 防砂方式 压裂/高速水充填 高速水充填 压裂/高速水充填 压裂/高速水充填 实现分采 否 是 是 是 供货周期/d 140 140 ＞183 30 蓬莱油田应用情况 大规模应用 2014年应用9口井 费用较高未引进 2018年应用24口井
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[1] 范白涛, 邓建明. 海上油田完井技术和理念[J]. 石油钻采工艺, 2004, 26(3):23-26. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2004.03.007 FAN Baitao, DENG Jianming. Offshore oilfield completion technology and concept[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2004, 26(3): 23-26. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2004.03.007 [2] 王彬, 许红林, 文敏, 等. 在渤海湾多层薄互层稠油油藏防砂实践分析[J]. 石油钻采工艺, 2018, 40(6):818-822. WANG Bin, XU Honglin, WEN Min, et al. Analysis on the practical sand control of heavy oil reservoirs with multiple thin interbeds in the Bohai Bay Oilfield[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2018, 40(6): 818-822. [3] 周思宏. 拖动式分层压裂防砂管柱的研究与应用[J]. 石油机械, 2017, 45(9):101-105. doi: 10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2017.09019 ZHOU Sihong. Drag-type multistage fracturing sand control string[J]. China Petroleum Machinery, 2017, 45(9): 101-105. doi: 10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2017.09019 [4] 车争安, 修海媚, 孟召兰, 等. 压裂及高速水充填防砂在蓬莱油田侧钻井中的应用[J]. 重庆科技学院学报(自然科学版), 2016, 18(3):86-89. doi: 10.3969/j.issn.1673-1980.2016.03.024 CHE Zheng’an, XIU Haimei, MENG Zhaolan, et al. The stage fracture and high rate water pack in sidetrack wells of Penglai Oilfield[J]. Journal of Chongqing University of Science and Technology(Natural Sciences Edition), 2016, 18(3): 86-89. doi: 10.3969/j.issn.1673-1980.2016.03.024 [5] 张浩, 刘洪杰, 王佩文, 等. 蓬莱油田压裂充填井产液量递减成因及控制因素分析[J]. 非常规油气, 2017, 4(6):64-69. doi: 10.3969/j.issn.2095-8471.2017.06.011 ZHANG Hao, LIU Hongjie, WANG Peiwen, et al. Analysis on the declining causes and controlling factors of Penglai oilfield frac-packing wells’ liquid-producing capacity[J]. Unconventonal Oil & Gas, 2017, 4(6): 64-69. doi: 10.3969/j.issn.2095-8471.2017.06.011 [6] 车争安, 修海媚, 孟召兰, 等. 渤海蓬莱油田防砂历程及机理研究[J]. 钻采工艺, 2016, 39(1):56-59. doi: 10.3969/J.ISSN.1006-768X.2016.01.16 CHE Zheng’an, XIU Haimei, MENG Zhaolan, et al. Analysis of sand control history and mechanism in Penglai Bohai oilfield[J]. Drilling & Produciton Technology, 2016, 39(1): 56-59. doi: 10.3969/J.ISSN.1006-768X.2016.01.16 [7] 巩永刚, 修海媚, 陈增海, 等. 新型一趟多层防砂工艺在海上油田的首次应用[J]. 石油化工应用, 2018, 37(5):101-104. GONG Yonggang, XIU Haimei, CHEN Zenghai, et al. The first application of single trip multiple zone technology in Bohai oilfields[J]. Petrochemical Industry Application, 2018, 37(5): 101-104. -
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