渤海中部區塊儲集層埋藏淺, 成巖作用較弱, 儲層砂巖疏松, 物性好, 屬于高孔、高滲儲層。2014年7月19日, F井機組故障停井。該井與周圍注水井連通性較好, 綜合地質油藏情況并結合動態分析, 認為大修后能夠恢復到原來的產能, 于2015年中旬進行礫石充填大修作業。F井是一口定向生產井, 井深1935.53m, 最大井斜64.3°, 設計采用7"套管+4"優質篩管礫石充填完井方式。本次礫石充填防砂作業, 累計充填陶粒4646磅, 充填系數58.36磅/英尺, 盲管埋高12英尺 (理論計算值) , 順利完成作業。但在投產2個月后, 檢泵發現有出砂現象。經過取樣實驗分析, 得出樣本D50為273.86μm (如圖1所示) , 且均為地層砂。
該儲層埋藏淺, 上覆巖層壓實效果不明顯, 導致地層膠結程度疏松, 成巖巖性差, 是其出砂的根本原因[1,2]。大修前F井采用優質篩管簡易防砂, 擋砂精度為120μm。大修再完井選定擋砂精度為120μm的4"金屬網布篩管加礫石充填防砂, 在擋砂精度不變的情況下, 增加了二級過濾陶粒層, 理論擋砂能力優于簡易防砂, 因此, 完井方式選擇符合設計要求;大修再完井后采用20~40 礫石充填防砂, 其礫石粒度中值為640μm, 依據礫石粒徑與地層砂粒徑5~6倍匹配擋砂原則, 理論上可以阻擋粒度中值大于128μm的粒度中值, 而產出砂的粒度中值為276.86μm, 遠大于篩管擋砂精度120μm, 從砂樣粒度中值角度分析, 防砂參數選擇符合防砂需求。經過分析, 該井短期內防砂失敗的原因可能有:
(1) 封隔器以上套管有破損;
(2) 充填滑套關閉不合格;
(3) 生產制度控制不當;
(4) 篩管破損。
1 封隔器以上套管有破損
F井建井已經超過10年, 屬于老井, 巖石在復雜應力、高溫高壓下會產生蠕變、膨脹、滑坡以及斷層復活等復雜情況, 均有可能使其在非均勻外力下擠壓產生破壞。期間多次酸化解堵加速套管破損:2011 年11 月4 日, 進行過酸化作業。酸化會對套管產生一定的腐蝕, 以及酸化對地層產生溶洞和小孔, 使圍壓不均勻, 破壞套管平衡, 損傷套管。
大修前最后一次檢泵 (2014年9月11日) , 檢泵時發現地層出砂, 洗井后正常生產13天后再次機組故障。說明地層已經出砂, 不能夠排除破壞了周圍巖石的壓力平衡, 甚至發生坍塌, 導致套管擠毀的可能。
2 充填滑套關閉不合格
充填滑套是礫石充填必須的通道, 開啟關閉的控制要求比較嚴格, 一般情況下作業結束需要對充填滑套進行驗證。充填滑套打開或者關閉不嚴經常在海上的防砂作業中碰到, 根據中海油內部統計資料, 2014 年~2015 年期間, 綏中區塊不少于五口存在充填滑套打開或關閉不嚴導致出砂的問題。
硬卡導致關閉不嚴。本井在2015 年4 月8 日12 點45 分開始充填, 大約100分鐘后, 突然起脫砂壓力, 管柱內還有大量的陶粒。作業結束后, 上提管柱關閉滑套過程中, 很可能有陶粒等雜質, 卡住滑套, 使滑套關閉不嚴, 或者未關閉。同時, 在提交的完工報告中, 為發現有驗充填滑套的報告。
磕碰導致意外開啟。本井的最大井斜達到63.4°, 管柱在井筒內傾斜嚴重, 檢泵過程或者起初管柱的同時, 對滑套進行磕碰, 有可能使滑套意外開啟。
3 生產制度控制不當
油井的生產制度不合理, 打破原有的生產平衡, 尤其是生產初期, 在沒有形成穩固砂橋, 可能導致油氣井提前出砂并促進防砂失效, 在防砂失效的情況下, 便可能進入到油井當中[3]。
大修前, F井投產檢泵均下入泵排量100m3/d, 揚程1000m的電泵, 平均產液量在70~80m3/d之間。大修后, 油藏預計大修作業后日產液量120~150m3/d, 日產油25~35m3/d。選擇電泵的額定排量為150m3/d, 揚程為1200m。4月22日提頻至50Hz生產, 地層產液130m3/d, 生產初期沒有形成穩固的砂橋, 過快的提高泵的頻率, 會使生產過程中抽吸嚴重, 生產壓差過大, 井眼周圍巖石骨架應力變大, 儲層結構破壞, 同時油層中流體的流動阻力增大, 容易導致油井出砂。
另外, 油井的工作制度的突然發生變化 (如近期的頻繁檢泵、開關井等) 使油層巖石受力情況頻繁的發生變化, 破壞裂縫內穩定的砂拱結構, 容易引起油井的非預見性出砂。
4 篩管破損
防砂篩管破損是海上油井防砂失敗的主要原因。根據中國海洋石油總公司統計, 約占到總防砂失效的三分之二 (2010年數據) 。篩管破損主要可以分為篩管沖蝕破損和篩管腐蝕破損兩類。
篩管沖蝕破損。第一, 篩管在打砂過程中, 高速且帶陶粒的完井液, 充填篩套環空、炮眼以及地層裂縫的同時也對篩管產生一定的沖擊, 在控制返出速度不合理的情況下, 有可能使其發生沖蝕破損;第二, 控制生產壓差不合理, 使產液量過大, 沖蝕篩管嚴重, 致使破損;第三, F井最大井斜超過60°, 下入過程中不可避免的會對篩管進行磕碰、磨損或者刮傷, 極有可能對篩管的機械性能產生一定的影響, 甚至破損。
篩管腐蝕破損。該段地層水水型為NaHCO3型, 礦化度平均約4500mg/L。有實驗證明, 存在Cl~的情況下, 管線鋼在Na HCO3溶液中會發生了點腐蝕, 而且隨著溶液中Cl~含量增加, 腐蝕坑的數量增多, 腐蝕坑的直徑增大?，F場使用的完井液中, 很大一部分為海水, 不可避免的會帶有氯根, 因此篩管肯定受到腐蝕。
篩管破損也存在其他的誘因。例如充填不合格導致篩盲管空間陶粒充填不均勻, 甚至沒有充填, 金屬網布篩管缺少陶粒的保護, 間接性的導致篩管破損等復雜情況, 地層砂可能透過篩管進入井筒。同時, 為了封隔水層, 在1778.26m增加一個隔離封隔器, 封隔器的位置正處于射孔段 (1757.8~1787.8m) , 膠皮正坐在射孔孔眼上。由于前期地層出砂、固井質量等原因, 可能使炮眼之間連通, 充填過程中, 可能會有一部分充填到下部封隔的地層甚至盲管段中, 又因為充填砂橋等原因起脫砂壓力停止加砂。完工報告中, 篩管埋高、充填系數均用充填量進行估算, 可能存在一定的誤差。因此, 存在充填不合格的可能。
5 認識與建議
油藏從建井到現在已經有十余年, 目前已進入高含水階段, 油藏預計產出含水達到70%~85%, 存在大段水淹情況, 地下油藏地質情況復雜難以預測, 不確定因素眾多, 很難得到一個準確的結論。而且現場出砂量比較大, 可能陶粒沉降到口袋中被地層砂掩埋, 而且取樣具有隨機性, 因此取樣為地層砂并不能說明出砂中不含陶粒。因此, 根據分析有如下認識與建議:
(1) 礫石充填井防砂封隔器位置應選擇固井質量較好、套管無變形、避開接箍的位置, 保障封隔器的封隔能力, 增加油井壽命;
(2) 礫石充填結束后, 進行驗滑套, 保證滑套關閉, 并能承接壓力, 如果條件允許, 生產管柱上增加隔離密封與定位密封配合封隔充填滑套, 增加生產周期;
(3) 選擇合適施工程序, 避免封隔器與射孔段, 套管接箍接觸, 并驗充填, 減少充填不合格, 生產過程中的篩管破損;
(4) 選擇合理的生產制度, 既能保證產量又能減少篩管的破壞;
合理的篩盲管選擇, 滿足不同井況下的需求。
摘要：渤海中部區塊物性較好, 極易出砂, 通常選擇礫石充填作為防砂增產手段。文中以渤海中部某礫石充填井 (F井) 為例, 探討礫石充填成功, 卻在短期內防砂失效的主要原因, 并從封隔器以上套管破損、充填滑套關閉不合格、生產制度控制不當、篩管破損等方面, 逐一進行了分析。最終提出了綜合預防措施的建議與認識, 并研討防砂完井作業改進方向。
關鍵詞：渤海中部,礫石充填,防砂失敗,原因分析
參考文獻
[1] 何生厚, 張琪.油氣井防砂理論及其應用[M].北京:中國石化出版社, 2003.30~34.
[2] 張琪.采油工程原理與設計[M].東營:石油大學出版社, 2000.333~336.
[3] 萬仁溥.采油技術手冊防砂分冊[M].北京:石油工業出版社, 1991.132~138.