專利名稱：利用礫石充填水平井管的施工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用礫石充填水平井管的施工工藝。
背景技術(shù)：
最早的斜井碌石充填模型由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O. 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“平衡堤”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(fù)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(wěn)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(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)學模型，并通過大尺寸的模型加以驗證。Gruesbeck的數(shù)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(guān)，不能模擬礫石充填過程，只是分析模型。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?zāi)Ｐ蛠砟M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(fā)現(xiàn)，使用低粘度的攜砂液如水或新開發(fā)攜砂液，充填過程分兩步進行，充填效果最好。并通過試驗數(shù)據(jù)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(nèi)模擬試驗的基礎(chǔ)上，得到的結(jié)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SantaClara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(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)環(huán)空碌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 5樂石充填的預(yù)測數(shù)學模型。還有 Hal I iburton、Baker-Hughes、Dowe11 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(shù)學模型，進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。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(jù)試驗?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)空及井筒周圍三個不同方向炮眼碌石充填率的半經(jīng)驗公式，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)學模型及軟件包采用了大量的試驗結(jié)果統(tǒng)計得到的經(jīng)驗公式，其計算的準確性很大程度上依賴于試驗數(shù)據(jù)和實際條件的代表性，計算結(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報告。他在總結(jié)斜井試驗的基礎(chǔ)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(nèi)，減少攜砂液粘度或降低礫石的密度，適當降低砂漿濃度。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基金資助項目。我國勝利油田在20世紀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室，裝備了一套設(shè)備先進、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玻璃組成，井筒外徑為200_，內(nèi)徑160mm,全長30m。井筒內(nèi)配裝有外徑為89mm的繞絲篩管、沖管和碌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)實驗需要由升降系統(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。機泵組包括離心泵、砂漿攪拌罐和砂漿。胥銳一等人用該試驗裝置，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)律等試驗研究。試驗進一步證明了水平井礫石充填過程中“平衡堤”的概念，并通過試驗發(fā)現(xiàn)平衡堤的高度及運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)。通過試驗數(shù)據(jù)回歸，得到計算砂床高度的數(shù)學公式，并建立了水平井礫石充填的數(shù)學模型。試驗中沒有考慮攜砂液的濾失等問題，平衡堤高度計算由試驗數(shù)據(jù)回歸得到，不具有普遍意思，試驗結(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。利用礫石充填水平井管的施工工藝中，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，提供一種利用礫石充填水平井管的施工工藝，該施工工藝能很好的充填水平井管，充填后的水平井產(chǎn)量得到大幅度提高，且能避免充填過程中出現(xiàn)提前堵塞的情況，水平井的井口出砂率小。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)利用礫石充填水平井管的施工工藝，包括以下步驟(a)首先，對水平井管柱及管筒進行清洗，直至清洗干凈為止；(b)然后，向水平井管筒內(nèi)填充砂漿，直至水平井管筒被完全填充；(c)最后，向水平井管筒內(nèi)泵入頂替液頂替砂漿，施工工藝結(jié)束。所述步驟(a)具體為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。所述充填階段泵入的砂漿中礫石含量為3%。所述步驟(b)具體為向水平井管筒內(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)達到完全充填.所述充填階段泵入的砂漿中礫石含量為4%。所述步驟(C)具體為向水平井管筒內(nèi)泵入頂替液，頂替水平井管筒內(nèi)的砂漿，并壓實礫石充填層，整個利用礫石充填水平井管的施工工藝結(jié)束。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)明的有益效果是能很好的充填水平井管，充填后的水平井產(chǎn)量得到大幅度提高，且能避免充填過程中出現(xiàn)提前堵塞的情況，水平井的井口出砂率小。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步地的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例本發(fā)明涉及到一種利用礫石充填水平井管的施工工藝，包括以下步驟(a)首先，對水平井管柱及管筒進行清洗，直至清洗干凈為止；(b)然后，向水平井管筒內(nèi)填充砂漿，直至水平井管筒被完全填充；(C)最后，向水平井管筒內(nèi)泵入頂替液頂替砂漿，施工工藝結(jié)束。所述步驟(a)具體為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。所述充填階段泵入的砂漿中礫石含量為3%。所述步驟(b)具體為向水平井管筒內(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)達到完全充填.所述充填階段泵入的砂漿中礫石含量為4%。所述步驟(C)具體為向水平井管筒內(nèi)泵入頂替液，頂替水平井管筒內(nèi)的砂漿，并壓實礫石充填層，整個利用礫石充填水平井管的施工工藝結(jié)束。所述充填階段泵入的砂漿中礫石含量為5%。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)明進行了不同礫石含量對水平井充填效果的影響實驗，結(jié)果如下表所
不，
權(quán)利要求
1.利用礫石充填水平井管的施工工藝，其特征在于，包括以下步驟(a)首先，對水平井管柱及管筒進行清洗，直至清洗干凈為止；(b)然后，向水平井管筒內(nèi)填充砂漿，直至水平井管筒被完全填充；(C)最后，向水平井管筒內(nèi)泵入頂替液頂替砂漿，施工工藝結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用礫石充填水平井管的施工工藝，其特征在于，所述步驟(a)具體為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。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用礫石充填水平井管的施工工藝，其特征在于，所述充填階段泵入的砂漿中礫石含量為3%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用礫石充填水平井管的施工工藝，其特征在于，所述步驟(b)具體為向水平井管筒內(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)達到完全充填.
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用礫石充填水平井管的施工工藝，其特征在于，所述充填階段泵入的砂漿中礫石含量為4%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用礫石充填水平井管的施工工藝，其特征在于，所述步驟 (C)具體為向水平井管筒內(nèi)泵入頂替液，頂替水平井管筒內(nèi)的砂漿，并壓實礫石充填層， 整個利用礫石充填水平井管的施工工藝結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用礫石充填水平井管的施工工藝，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)明公開了一種利用礫石充填水平井管的施工工藝，包括步驟(a)首先，對水平井管柱及管筒進行清洗，直至清洗干凈為止；(b)然后，向水平井管筒內(nèi)填充砂漿，直至水平井管筒被完全填充；(c)最后，向水平井管筒內(nèi)泵入頂替液頂替砂漿，施工工藝結(jié)束。本發(fā)明能很好的充填水平井管，充填后的水平井產(chǎn)量得到大幅度提高，且能避免充填過程中出現(xiàn)提前堵塞的情況，水平井的井口出砂率小。
文檔編號E21B37/08GK102996098SQ20111029026
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者唐宿彬 申請人:唐宿彬