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疏松砂岩油藏储层在石油开采过程中极易出砂，需进行防砂完井，开发井防砂作业和后期出砂治理费用巨大[1]。常用防砂方式主要为优质筛管防砂和砾石充填防砂。其中，优质筛管防砂操作简便，综合成本低，且对于均质储层效果良好，已在海上油气田大量使用[2]。但是对于非均质性强、泥质含量高的泥质砂岩油藏储层来说，优质筛管易发生微粒堆积堵塞而逐渐减小油井产量，随含水量上升而引起出砂量增加，导致防砂单元磨蚀破坏而失效。实践发现，对于这种储层，砾石充填防砂效果远好于常规的独立防砂管防砂。为克服砾石充填完井作业工艺限制[3-4]，联合中国石油大学(北京)等石油高校研发了一种新型预充填防砂筛管，并在渤海QHD32-6油田试验井进行了应用。
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新型预充填防砂筛管是在室内充填砾石后，直接下入完井井段，依靠充填砾石层实现高效防砂。该筛管主要由3层结构组成(图1)，分别为基管、砾石层、外护套。这里选择的砾石为表面活性处理的轻质陶粒，充填层中的陶粒不固结(传统预充填防砂筛管均采用陶粒固结方式)通过陶粒粒径变化和充填密实度来控制过滤孔隙的大小，实现精准防砂。
图 1 新型预充填筛管示意图
Figure 1. Sketch of a new type of pre-packed screen
预充填防砂筛管优点：(1)在车间完成陶粒充填，节省现场充填作业时间及成本，同时保证充填质量，提高大斜度井和水平井防砂有效性；(2)预充填的低密度陶粒(视密度1.04 g/cm3)在完井液中可漂浮，降低筛管整体重力，有利于其在大斜度井和长水平井中下入；(3)采用亲油疏水改性陶粒，油流阻力低且具有部分控水功能；(4)预充填层的陶粒不固结，在压力作用下可微小移动，使防砂陶粒层孔隙结构变化，部分微小泥质砂粒(小于44 μm)可通过陶粒防砂层的微运动实现自清洁；(5)防砂管金属外壳表面进行不粘泥活性处理，较大程度降低胶质及泥质在表面的粘结力，减少油泥糊死筛管状况发生。
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试验井为QHD32-6油田J平台调整井，开发层位为馆陶组N1gⅡ。该油组储层分布较稳定，平均孔隙度31.2%，平均渗透率3 681.0×10−3 μm2，属高孔、高渗储层。储层粒度中值170 μm，非均匀系数22，泥质含量8.2%，埋深1 200~1 500 m，开采过程中出砂严重。地下原油黏度3.3~22.5 mPa · s，地层水为NaHCO3型，平均矿化度4 500 mg/L。
QHD32-6油田J平台同批次同油组的新增调整井为3口水平井，原设计均采用Ø215.9 mm裸眼+砾石充填防砂完井。作为试验区块，3口水平井防砂方式分别调整为3种不同模式：J42H井采用Ø215.9 mm裸眼+ICD控水筛管+连续分割体充填防砂、J44H井采用Ø215.9 mm裸眼+新型预充填防砂筛管防砂；J47H井采用Ø215.9 mm裸眼+金属网布优质筛管+砾石充填防砂，对比检验新型预充填防砂筛管与在用2种防砂方式的下入阻力、防砂效果、抗堵性能、控水能力及生产情况。各井井眼参数、防砂方式及防砂精度、下入参数及生产日期见表1。J44H井从2019年9月24日开始投产，已累计生产8个月，生产压差低，产液量稳定，防砂效果好。
表 1 QHD32-6油田J平台试验井及对比井防砂方式及防砂参数
Table 1. Sand control modes and parameters of the test well at J Platform of QHD32-6 Oilfield and its offset well
井名 J42H J44H J47H 最大造斜/
(°) · (30 m)−14.94 4.93 5.85 最大井斜角/° 92.0 90.42 89.27 终点方位/° 57.57 67.16 64.82 斜深/m 2 450.0 2 374.0 2 300 垂深/m 1 524 1 536 1 178.7 完井油组 N1gⅡ 完井方式 Ø215.9 mm裸眼+防砂 防砂方式 ICD控水筛管+连续分割体充填 预充填筛管 金属网布筛管+砾石充填+砾石充填 防砂管长度/m 182.27 201.99 122.36 防砂精度 200 μm+
20~40目20~40目 200 μm+
20~40目防砂管外径/mm
(基管Ø139.7 mmBTC扣)152.4 177.8 142.9 电潜泵下入垂深/m 1360 1384 976 泵口初始压力/MPa 12.9 13.2 8.6 防砂作业时间/h 14.25 3.25 13.5 下入到位后大钩上提下放载荷差值/kN 280 180 230 启泵开始生产时间 2019/12/01
23:002019/09/24
19:002019/11/23
8:00注：下入到位后大钩上提下放载荷差相当2倍的下入阻力。 -
使用预充填筛管的试验井QHD32-6-J44H井产液稳定，没有发生堵塞现象。在初期6个月电泵频率30 Hz (生产压差约为0.25 MPa)下，产液量由180 m3/d增加到200 m3/d，将电泵频率提高到38 Hz后，产液量上升到500 m3/d，生产压差仅为1.02 MPa，表现出优异的抗堵性能。采用砾石充填防砂完井的J47H井在电泵频率50 Hz下产液量525 m3/d (生产压差5.6 MPa)，采用ICD筛管加连续分割体防砂的J42H井在电泵频率34 Hz下产液量为280 m3/d (生产压差2.6 MPa)，预充填筛管完井在同样产液量下生产压差仅为其他2种砾石充填完井的20%~25%。
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预充填筛管米采液指数为2.0~3.0 m3/(d · m)，且有增大趋势(含水量增加导致)。2口砾石充填对比井的米采液指数0.5~0.7 m3/(d · m)，预充填筛管的米采液指数是现场砾石充填防砂井的3倍以上。说明预充填筛管具有较低的过流阻力，而现场砾石充填将导致附加的过流阻力，使生产压差增大。
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采用预充填筛管的试验井见水时间推迟，含水率上升速度接近ICD+连续分割体的控水防砂完井方式，说明预充填筛管的疏水陶粒具有部分控水功能，而现场砾石充填井含水率则偏高。
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预充填筛管下入井在筛管长度较长、外径较大的情况下，其下入摩擦阻力明显小于其他筛管(超轻陶粒漂浮作用)，预充填筛管与砾石充填完井防砂相比，下入阻力降低约50%，对于在大斜度井、大位移井、水平井中下入优势明显，可以解决这类井的现场砾石充填作业难题。
此外，表1中的防砂作业时间的数据表明，预充填筛管完井与现场砾石充填完井相比，作业时间可以节省约10 h，每口井可节约防砂成本120万元以上，在提速增效降低成本方面有明显优势。
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(1)预充填防砂管由于使用超轻陶粒，在完井液中具有漂浮作用，其下入阻力与其它优质筛管相比，降低1倍，在大斜度井、大位移井、水平井中使用具有明显的优势。
(2)由于预充填防砂管是在车间充填超轻陶粒，不需要占用井口时间来进行砾石充填作业，与现场砾石充填防砂完井对比，具有更加可靠的充填质量，均匀度和密实程度可查验，综合作业成本低。
(3)使用亲油疏水陶粒，油流阻力减小，水流阻力增大，推迟油井见水时间，具有部分控水功能。试验井的含水率变化结果表明：预充填筛管的控水能力与ICD+连续分割体控水防砂完井方式相接近。
(4)鉴于油田应用时间还不够久，对于预充填筛管的自清洁能力和防砂寿命评价，目前还不能够有效对比分析，随着新型预充填筛管的进一步推广应用，其优势必将会逐渐显现出来。
Application of a new type of pre-packed screen in the Bohai QHD32-6 Oilfield
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摘要: 砾石充填完井作业时间长，质量控制难度大，充填效率难以保证，用于海上油田综合成本较高，工艺应用受限。研发一种新型预充填筛管，并在渤海QHD32-6油田调整井中使用。新型预充填防砂筛管是在车间充填砾石后，直接下入生产井完井防砂井段，依靠充填砾石层实现高效防砂，与传统预充填筛管相比，预充填的砾石不固结，密度低，亲油疏水，具有强自洁能力。现场使用表明：新型预充填筛管在挡砂精度、抗堵能力、下入阻力方面有显著优势，且具有部分控水功能，是可部分替代现场砾石充填防砂完井的新型防砂工具，可用于提速增效、增油控水，大位移水平井的高效防砂。Abstract: The completion operation of gravel packing takes long time, its quality control difficulty is high and its packing efficiency can be hardly ensured. When it is applied to offshore oilfields, its comprehensive cost is higher and its process application is limited. A new type of pre-packed screen was developed and applied in the adjustment well of Bohai QHD32-6 Oilfield, which could directly run into the sand control hole section of production well after it was packed with gravels at the workshop. It provided efficient sand control by virtue of gravel packing zone. Compared with the traditional pre-packed screen, the pre-packing gravel is unconsolidated, lipophilic and hydrophobic with low density and has strong self-cleaning ability. Its field application shows that this new type of pre-packed screen is remarkably advantageous in terms of sand retention accuracy, anti-plugging capacity and running resistance and it has the function of partial water control. Therefore, it is a new type of sand control tool that can partially replace the field gravel packing for sand control completion, and it can be used for the rate of penetration (ROP) and efficiency improvement, the oil production increase and water production control, and the efficient sand control in extended reach horizontal wells.
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Key words:
- well completion /
- sand control screen /
- gravel packing /
- pre-packed /
- Bohai Oilfield
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表 1 QHD32-6油田J平台试验井及对比井防砂方式及防砂参数
Table 1. Sand control modes and parameters of the test well at J Platform of QHD32-6 Oilfield and its offset well
井名 J42H J44H J47H 最大造斜/
(°) · (30 m)−14.94 4.93 5.85 最大井斜角/° 92.0 90.42 89.27 终点方位/° 57.57 67.16 64.82 斜深/m 2 450.0 2 374.0 2 300 垂深/m 1 524 1 536 1 178.7 完井油组 N1gⅡ 完井方式 Ø215.9 mm裸眼+防砂 防砂方式 ICD控水筛管+连续分割体充填 预充填筛管 金属网布筛管+砾石充填+砾石充填 防砂管长度/m 182.27 201.99 122.36 防砂精度 200 μm+
20~40目20~40目 200 μm+
20~40目防砂管外径/mm
(基管Ø139.7 mmBTC扣)152.4 177.8 142.9 电潜泵下入垂深/m 1360 1384 976 泵口初始压力/MPa 12.9 13.2 8.6 防砂作业时间/h 14.25 3.25 13.5 下入到位后大钩上提下放载荷差值/kN 280 180 230 启泵开始生产时间 2019/12/01
23:002019/09/24
19:002019/11/23
8:00注：下入到位后大钩上提下放载荷差相当2倍的下入阻力。 
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[1] 邓金根, 李萍, 周建良, 等. 中国海上疏松砂岩适度出砂井防砂方式优选[J]. 石油学报, 2012, 33(4):676-680. DENG Jin’gen, LI Ping, ZHOU Jianliang, et al. Sand control optimization applied to moderately sanding wells in offshore loose sandstone reservoirs[J]. Acta Petrolei Sinica, 2012, 33(4): 676-680. [2] FATTAHPOUR V, MAHMOUDI M, WANG C, et al. Comparative study on the performance of different stand-alone sand control screens in thermal wells[C]. SPE International Conference and Exhibition on Formation Damage Control, 2018. [3] 李萍. 弱固结砂岩机械防砂优化设计研究[D]. 北京: 中国石油大学(北京), 2012. LI Ping. Study on optimum design of mechanical sand control for weakly consolidated sandstone[M]. Beijing: China University of Petroleum, 2012. [4] 王利华. 疏松砂岩油藏防砂优化设计技术及防砂井产能评价研究[D]. 北京: 中国石油大学(北京), 2011. WANG Lihua. Study on sand control optimization design technology and productivity evaluation of sand control well in unconsolidated sandstone reservoir[D]. Beijing: China University of Petroleum (Beijing), 2012. -
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