專利名稱：石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝。
背景技術(shù)：
國外從20世紀(jì)80年代初就開始了大斜度井、水平井礫石充填防砂的試驗(yàn)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(xué)建立了水平井礫石 充填試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠砟M充填過程，對水平井礫石充填進(jìn)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(yàn)得到，攜砂液的粘度是導(dǎo)致不完全充填的主要因素，特別是在篩管的 接頭處。在試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，使用低粘度的攜砂液如水或新開發(fā)攜砂液，充填過程分兩步進(jìn) 行，充填效果最好。并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到計(jì)算礫石充填長度公式。通過在100英尺的 模型中進(jìn)行驗(yàn)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(nèi)模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得到的結(jié)果具有一定的參考價(jià)值，礫石充填長度計(jì)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(jìn)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(jìn)行充填，得到了很好 的充填效果。英國Heriot-Watt大學(xué)在綜合試驗(yàn)測試的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)環(huán)空礫石充填效果取 決于很多施工參數(shù)，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(jié)構(gòu)特征對礫石充填效果也有影響，并根據(jù)篩套環(huán)空和沖篩環(huán)空壓力梯度相等， 提出了礫石充填的預(yù)測數(shù)學(xué)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(yàn)裝置，開展水平井礫石充填 機(jī)理試驗(yàn)研究，并建立水平井礫石充填數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行水平井礫石充填數(shù)值模擬、參數(shù)優(yōu)選 和防砂效果預(yù)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(fā)研究所的Gruesbeck在1979年提出， 模型用透明的有機(jī)玻璃管模擬井筒，模型的套管內(nèi)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(jù)室內(nèi)模擬試驗(yàn)觀測到的充填過程中首先從環(huán)空底部開始沉積的現(xiàn) 象并提出“平衡提”的概念，在傾斜度小于45°或直井內(nèi)，礫石在攜砂液的攜帶下在本身的 重力作用下，向下運(yùn)動，先充填井筒底部，再逐步向上充填，直至掩埋整個(gè)篩管；當(dāng)井筒傾斜 角大于45°或水平時(shí)，礫石充填過程很復(fù)雜，砂漿到達(dá)需要充填的井筒段時(shí)，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(qiáng)。當(dāng)砂丘增加到一定高度，流速達(dá)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(wěn)定的“平衡提”。Gruesbeck還通過試驗(yàn)分析了“平衡提”的高度與流體的粘度、礫石濃度 及流速有關(guān)，并根據(jù)篩套環(huán)空和沖篩環(huán)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(shù)學(xué)模型，并通過大尺寸的模型加以驗(yàn)證。Gruesbeck的數(shù)學(xué)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(shí)間無關(guān)，不能模擬礫石充填過程，只 是分析模型。1984年英國Heriot-watt大學(xué)石油工程系的Peden博士等人擴(kuò)展了 “平衡提”理 論。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果利用無因次分析和線性回歸方法得到了預(yù)測環(huán)空及井筒周圍三個(gè)不 同方向炮眼礫石充填率的半經(jīng)驗(yàn)公式，將這些公式與Gruesbeck的分析模型相結(jié)合，開發(fā) 了對話式的軟件程序包-GRAVLEPACK。Penden的數(shù)學(xué)模型及軟件包采用了大量的試驗(yàn)結(jié)果 統(tǒng)計(jì)得到的經(jīng)驗(yàn)公式，其計(jì)算的準(zhǔn)確性很大程度上依賴于試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際條件的代表性， 計(jì)算結(jié)果很不穩(wěn)定。1990年SPE年會上，F(xiàn)orrest發(fā)表了水平井礫石充填的模擬試驗(yàn)報(bào)告。 他在總結(jié)斜井試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對水平井礫石充填進(jìn)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(jìn)行了研究，認(rèn)為高粘度的攜砂液攜砂能力強(qiáng)，充填 距離長，排水能力弱，礫石到達(dá)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(jì)算方法，認(rèn)為解決砂橋的形成可以通過在有效攜砂長度范圍內(nèi)，減少攜砂液 粘度或降低礫石的密度，適當(dāng)降低砂漿濃度。水平井礫石充填研究在國內(nèi)屬起步較晚，“八五”期間，“水平井礫石充填物理模擬 研究”被列為國家“八五”重點(diǎn)攻關(guān)課題?！熬盼濉逼陂g，“水平井礫石充填數(shù)值模擬及應(yīng)用” 被列為國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目。我國勝利油田在20世紀(jì)90年代初開始了比較系統(tǒng)的 水平井、大斜度井的礫石充填研究工作，但也是定位于物理模擬手段為主。勝利油田采油 工藝研究院于1994年建立了防砂模擬試驗(yàn)室，裝備了一套設(shè)備先進(jìn)、功能齊全的水平井、 大斜度井礫石充填全尺寸模擬裝置。模擬井筒由透明的有機(jī)玻璃組成，井筒外徑為200mm， 內(nèi)徑160mm，全長30m。井筒內(nèi)配裝有外徑為89mm的繞絲篩管、沖管和礫石充填工具組合管 柱，井筒外部裝有數(shù)只壓力傳感器，井筒一側(cè)配裝攝像監(jiān)測裝置，井筒的斜度可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需 要由升降系統(tǒng)在0° 90°范圍內(nèi)任意調(diào)整。井筒底部帶有模擬炮眼，可模擬不同尺寸、不 同數(shù)量及分布的炮眼射孔情況。機(jī)泵組包括離心泵、砂漿攪拌罐和砂漿。胥銳一等人用該 試驗(yàn)裝置，以清水作為攜砂液，在一定充填排量、砂比和管柱結(jié)構(gòu)下，進(jìn)行了水平井內(nèi)砂漿 流動狀態(tài)和礫石沉積規(guī)律等試驗(yàn)研究。試驗(yàn)進(jìn)一步證明了水平井礫石充填過程中“平衡提” 的概念，并通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)平衡提的高度及運(yùn)移距離與流體的阻力系數(shù)、礫石直徑、流體流速 及流體密度等有關(guān)。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸，得到計(jì)算砂床高度的數(shù)學(xué)公式，并建立了水平井礫 石充填的數(shù)學(xué)模型。試驗(yàn)中沒有考慮攜砂液的濾失等問題，平衡提高度計(jì)算由試驗(yàn)數(shù)據(jù)回 歸得到，不具有普遍意思，試驗(yàn)結(jié)果具有宏觀的參考意義，但不能作為單井施工參數(shù)直接使 用。石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝中，充填階段泵入的砂漿中礫石含量 對水平井的充填完井效果有很大影響。如果礫石含量太低，充填同樣大小的空間需要的時(shí) 間過長，充填施工中對地層的傷害更大，一般在安全充填的情況下，盡量選擇較大的礫石含 量；但是，礫石含量超過一定數(shù)值后，充填過程中礫石沉積的幾率和數(shù)量越多，發(fā)生提前堵 塞的危險(xiǎn)性越大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種石油、天然氣水平井管 內(nèi)礫石充填完井工藝，該石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝能使水平井管內(nèi)達(dá)到 很好的充填效果，充填后的水平井產(chǎn)量得到大幅度提高，水平井的井口出砂率小，且能避免 充填過程中出現(xiàn)提前堵塞的情況。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工 藝，包括清洗階段、充填階段和頂替階段，其中(a)清洗階段向水平井管柱及水平井管筒內(nèi)泵入前置液，直到水平井管柱及水 平井管筒內(nèi)清洗干凈；(b)充填階段向水平井管筒內(nèi)泵入礫石含量為2% 6%的砂漿，直到礫石在水 平井管筒內(nèi)達(dá)到完全充填；(c)頂替階段向水平井管筒內(nèi)泵入頂替液，頂替水平井管筒內(nèi)的砂漿，并壓實(shí)礫 石充填層，整個(gè)石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝結(jié)束。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述充填階段泵入的砂漿中礫石含量為3%。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述充填階段泵入的砂漿中礫石含量為4%。作為本發(fā)明的第三種優(yōu)選方案，所述充填階段泵入的砂漿中礫石含量為5%。綜上所述，本發(fā)明的有益效果是能使水平井管內(nèi)達(dá)到很好的充填效果，充填后的 水平井產(chǎn)量得到大幅度提高，水平井的井口出砂率小，且能避免充填過程中出現(xiàn)提前堵塞 的情況。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于 此。實(shí)施例本發(fā)明涉及到一種石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝，包括清洗階段、充 填階段和頂替階段，其中(a)清洗階段向水平井管柱及水平井管筒內(nèi)泵入前置液，直到水平井管柱及水 平井管筒內(nèi)清洗干凈；(b)充填階段向水平井管筒內(nèi)泵入礫石含量為2% 6%的砂漿，直到礫石在水 平井管筒內(nèi)達(dá)到完全充填；(c)頂替階段向水平井管筒內(nèi)泵入頂替液，頂替水平井管筒內(nèi)的砂漿，并壓實(shí)礫 石充填層，整個(gè)石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝結(jié)束。上述充填階段泵入的砂漿中礫石含量對水平井的充填完井效果有很大影響。如果 礫石含量太低，充填同樣大小的空間需要的時(shí)間過長，充填施工中對地層的傷害更大，一般 在安全充填的情況下，盡量選擇較大的礫石含量；但是，礫石含量超過一定數(shù)值后，充填過 程中礫石沉積的幾率和數(shù)量越多，發(fā)生提前堵塞的危險(xiǎn)性越大。為了得出泵入的砂漿中礫 石的最佳含量，本發(fā)明進(jìn)行了不同礫石含量對水平井充填效果的影響實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下表所 示，礫石含量(％)1234567充填率(％)85. 0595. 4597. 8510098. 7595. 1586. 25從上表可以看出，當(dāng)砂漿中礫石含量在2% 6%時(shí)水平井的充填率處在一個(gè)較 好的值，當(dāng)砂漿中礫石含量為3%時(shí)，水平井的充填率為97. 85% ；當(dāng)砂漿中礫石含量為5% 時(shí)，水平井的充填率為98. 75% ；當(dāng)砂漿中礫石含量為4%時(shí)，水平井的充填率達(dá)到100%， 為最佳值，通過上述實(shí)驗(yàn)可以得知，為了使水平井管內(nèi)充填率高，充填后的水平井產(chǎn)量提 高，井口出砂率小，且不出現(xiàn)提前堵塞的情況，在石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工 藝中，砂漿中礫石含量應(yīng)盡量保證在2% 6%，且優(yōu)先選擇為4%。如上所述，便可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝，其特征在于，包括清洗階段、充填階段 和頂替階段，其中(a)清洗階段向水平井管柱及水平井管筒內(nèi)泵入前置液，直到水平井管柱及水平井 管筒內(nèi)清洗干凈；(b)充填階段向水平井管筒內(nèi)泵入礫石含量為2% 6%的砂漿，直到礫石在水平井 管筒內(nèi)達(dá)到完全充填；(c)頂替階段向水平井管筒內(nèi)泵入頂替液，頂替水平井管筒內(nèi)的砂漿，并壓實(shí)礫石充 填層，整個(gè)石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝，其特征在于，所 述充填階段泵入的砂漿中礫石含量為3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝，其特征在于，所 述充填階段泵入的砂漿中礫石含量為4%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝，其特征在于，所 述充填階段泵入的砂漿中礫石含量為5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝。該石油、天然氣水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝包括清洗階段、充填階段和頂替階段，且充填階段泵入的砂漿中礫石含量控制在2％～6％內(nèi)，優(yōu)先選擇為4％。本發(fā)明能使水平井管內(nèi)達(dá)到很好的充填效果，充填后的水平井產(chǎn)量得到大幅度提高，水平井的井口出砂率小，且能避免充填過程中出現(xiàn)提前堵塞的情況。
文檔編號E21B43/02GK102094602SQ200910216738
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者黃友華 申請人:武侯區(qū)巔峰機(jī)電科技研發(fā)中心