專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝。
背景技術(shù)：
國(guó)外從20世紀(jì)80年代初就開(kāi)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(guó)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?lái)模擬充填過(guò)程，對(duì)水平井礫石充填進(jìn)行研究。美國(guó)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(guò)程，通過(guò)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(kāi)發(fā)攜砂液，充填過(guò)程分兩步進(jìn) 行，充填效果最好。并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到計(jì)算礫石充填長(zhǎng)度公式。通過(guò)在100英尺的 模型中進(jìn)行驗(yàn)證，充填率由原來(lái)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(zhǎng)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(guò)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(guó)Heriot-Watt大學(xué)在綜合試驗(yàn)測(cè)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(duì)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(cè)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(kāi)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(cè)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(kāi)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(zhǎng)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(cè)到的充填過(guò)程中首先從環(huán)空底部開(kāi)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(dòng)，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(guò)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(dòng) 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(dòng)，使砂丘長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(wú)關(guān)，不能模擬礫石充填過(guò)程，只 是分析模型。1984年英國(guó)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(wú)因次分析和線性回歸方法得到了預(yù)測(cè)環(huán)空及井筒周?chē)齻€(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(kāi)發(fā) 了對(duì)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(lài)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(huì)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(duì)水平井礫石充填進(jìn)行模擬。模型有兩種長(zhǎng)度，主要研究防止 形成砂橋的方法，特別對(duì)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(zhǎng)，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(zhǎng)度計(jì)算方法，認(rèn)為解決砂橋的形成可以通過(guò)在有效攜砂長(zhǎng)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(guó)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(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目。我國(guó)勝利油田在20世紀(jì)90年代初開(kāi)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(zhǎng)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(cè)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(dòng)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(guò)程中“平衡提” 的概念，并通過(guò)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(guò)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(méi)有考慮攜砂液的濾失等問(wèn)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。在水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝中充填階段的充填排量對(duì)水平井的充填完井效 果有很大影響。大的充填排量，攜砂液的流速大，其攜帶礫石能力強(qiáng)，礫石不易沉積，充填過(guò) 程中發(fā)生提前堵塞的危險(xiǎn)性小，充填率高，但是過(guò)高的充填排量不利于穩(wěn)定充填，而且可能 壓裂地層。

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，提供一種水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝，該水平井管內(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，且水平井的井口出砂率小。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種水平井管內(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)充填階段用800 900L/min排量，向水平井管筒內(nèi)泵入含有礫石的砂漿，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)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，所述充填階段的充填排量為850L/min。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述充填階段的充填排量為820L/min。作為本發(fā)明的第三種優(yōu)選方案，所述充填階段的充填排量為870L/min。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，且水平井的井口出砂率小。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說(shuō)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)充填階段用800 900L/min排量，向水平井管筒內(nèi)泵入含有礫石的砂漿，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)水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝結(jié)束。上述充填階段的充填排量對(duì)水平井的充填完井效果有很大影響。大的充填排量， 攜砂液的流速大，其攜帶礫石能力強(qiáng)，礫石不易沉積，充填過(guò)程中發(fā)生提前堵塞的危險(xiǎn)性 小，充填率高，但是過(guò)高的充填排量不利于穩(wěn)定充填，而且可能壓裂地層。為了得出泵入砂 漿的最佳排量，本發(fā)明進(jìn)行了不同充填排量對(duì)水平井充填效果的影響實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下表所 示，
排量(L/min)750800820850870900950充填率(％)80. 3292. 4597. 7510098. 2593. 1581. 25
從上表可以看出，當(dāng)充填排量在800 900L/min時(shí)水平井的充填率處在一個(gè)較好 的值，當(dāng)充填排量為820L/min時(shí)，水平井的充填率為97. 75% ；當(dāng)充填排量為870L/min時(shí)， 水平井的充填率為98. 25% ；當(dāng)充填排量為850L/min時(shí)，水平井的充填率達(dá)到100%，通過(guò) 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，水平井的井口 出砂率小，在充填完井在水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝中，充填階段的充填排量應(yīng)盡量保 證在800 900L/min，且優(yōu)先選擇為850L/min。如上所述，便可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種水平井管內(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)充填階段用800 900L/min排量，向水平井管筒內(nèi)泵入含有礫石的砂漿，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)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所述的一種水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝，其特征在于，所述充填 階段的充填排量為850L/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝，其特征在于，所述充填 階段的充填排量為820L/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝，其特征在于，所述充填 階段的充填排量為870L/min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝。該水平井管內(nèi)礫石充填完井工藝包括清洗階段、充填階段和頂替階段，且充填階段的充填排量控制在800～900L/min內(nèi)，優(yōu)先選擇為820L/min、850L/min和870L/min。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，且水平井的井口出砂率小。
文檔編號(hào)E21B43/02GK102094603SQ200910216739
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)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(qǐng)人:武侯區(qū)巔峰機(jī)電科技研發(fā)中心