[發明專利]石油、天然氣水平井管內礫石充填完井工藝

無效

• 申請號: 200910216738.0
• 申請日: 2009-12-14
• 公開（公告）號: CN102094602A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 黃友華
• 申請（專利權）人: 武侯區巔峰機電科技研發中心
• 主分類號: E21B43/02
• 分類號: E21B43/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種石油、天然氣水平井管內礫石充填完井工藝。

背景技術

國外從20世紀80年代初就開始了大斜度井、水平井礫石充填防砂的試驗研究工作。為了提高大斜度井及水平井的礫石充填效果，國外各大公司和大學建立了水平井礫石充填試驗模型來模擬充填過程，對水平井礫石充填進行研究。美國的Chevron公司使用45英尺和100英尺的全尺寸的礫石充填物理模型，模擬研究了高傾角的斜井(大于60°)礫石充填過程，通過試驗得到，攜砂液的粘度是導致不完全充填的主要因素，特別是在篩管的接頭處。在試驗中還發現，使用低粘度的攜砂液如水或新開發攜砂液，充填過程分兩步進行，充填效果最好。并通過試驗數據回歸得到計算礫石充填長度公式。通過在100英尺的模型中進行驗證，充填率由原來的83％增加到97％，充填效果顯著增加。但是，此研究主要是建立在室內模擬試驗的基礎上，得到的結果具有一定的參考價值，礫石充填長度計算公式只在某種特定的條件下適用，具有片面性；Marathon公司通過在Giant?Beaver和Santa?Clara油田的兩口高斜井(傾斜度分別為87°和84°)進行裸眼礫石充填，采用降低攜砂液粘度、低的砂比(3-5ppg)和增大充填排量，并使用井下充填工具進行充填，得到了很好的充填效果。英國Heriot-Watt大學在綜合試驗測試的基礎上，發現環空礫石充填效果取決于很多施工參數，除攜砂液的粘度、礫石尺寸及攜砂液的濾失速度影響，井斜角、射孔相位和井身結構特征對礫石充填效果也有影響，并根據篩套環空和沖篩環空壓力梯度相等，提出了礫石充填的預測數學模型。還有Halliburton、Baker-Hughes、Dowell?Schlumberger等公司都先后建立了大型尺寸斜井、水平井礫石充填模擬試驗裝置，開展水平井礫石充填機理試驗研究，并建立水平井礫石充填數學模型，進行水平井礫石充填數值模擬、參數優選和防砂效果預測等研究，取得一些成果。

最早的斜井礫石充填模型由Exxon油田開發研究所的Gruesbeck在1979年提出，模型用透明的有機玻璃管模擬井筒，模型的套管內徑為3英寸，篩管外徑為1.9英寸，沖管外徑為0.5英寸，井筒長度為10英尺，井筒可以改變方向，這樣可以方便的模擬斜井或水平井礫石充填情況。他根據室內模擬試驗觀測到的充填過程中首先從環空底部開始沉積的現象并提出“平衡堤”的概念，在傾斜度小于45°或直井內，礫石在攜砂液的攜帶下在本身的重力作用下，向下運動，先充填井筒底部，再逐步向上充填，直至掩埋整個篩管；當井筒傾斜角大于45°或水平時，礫石充填過程很復雜，砂漿到達需要充填的井筒段時，由于流通面積的增大和攜砂液的濾失，砂漿流速降低，礫石在管柱底部沉積，形成砂丘，上部砂漿的流動面積減少，流速增大，攜砂液的攜帶能力增強。當砂丘增加到一定高度，流速達到平衡流速，礫石不再沉降，而是砂丘上部向前移動，使砂丘長度逐漸增加，而砂丘高度不再增加，形成穩定的“平衡堤”。Gruesbeck還通過試驗分析了“平衡堤”的高度與流體的粘度、礫石濃度及流速有關，并根據篩套環空和沖篩環空壓力梯度相等的原則，建立了斜井在完全充填情況下的數學模型，并通過大尺寸的模型加以驗證。Gruesbeck的數學模型描述的僅是完全充填的情況，不能用于提前堵塞的情況；另外，該模型與時間無關，不能模擬礫石充填過程，只是分析模型。

1984年英國Heriot-watt大學石油工程系的Peden博士等人擴展了“平衡堤”理論。根據試驗模擬結果利用無因次分析和線性回歸方法得到了預測環空及井筒周圍三個不同方向炮眼礫石充填率的半經驗公式，將這些公式與Gruesbeck的分析模型相結合，開發了對話式的軟件程序包-GRAVLEPACK。Penden的數學模型及軟件包采用了大量的試驗結果統計得到的經驗公式，其計算的準確性很大程度上依賴于試驗數據和實際條件的代表性，計算結果很不穩定。1990年SPE年會上，Forrest發表了水平井礫石充填的模擬試驗報告。他在總結斜井試驗的基礎上，對水平井礫石充填進行模擬。模型有兩種長度，主要研究防止形成砂橋的方法，特別對攜砂液的性能進行了研究，認為高粘度的攜砂液攜砂能力強，充填距離長，排水能力弱，

礫石到達指定的位置后不易沉降，可能造成不完全充填；而低粘度的攜砂液，充填距離短，礫石沉積快，充填容易提前堵塞。因此他提出了先用高粘度攜砂液，后用低粘度的攜砂液兩步充填法。Gurlay等人分析了各種影響礫石橋堵的因素，給出了較合理的攜砂液的攜砂長度計算方法，認為解決砂橋的形成可以通過在有效攜砂長度范圍內，減少攜砂液粘度或降低礫石的密度，適當降低砂漿濃度。