挤压充填防砂完井工艺技术及配套工具研究

刘言理（大港油田公司 石油工程研究院，天津 300280）

挤压充填防砂完井工艺技术及配套工具研究

刘言理（大港油田公司 石油工程研究院，天津 300280）

文章主要针对直井及小斜度井挤压充填防砂完工艺技术及其适用的工况井下了分析研究，提出了优化的管柱结构。同时文章对配套的防砂完井工具组成及原理进行了介绍。通过现场应用表明，该工艺能有效解决油井开采过程中出砂问题，防砂有效率100%，防砂时间长，能有效地保证油井开发效果。

小斜度井；挤压充填；防砂；完井工具

很多疏松砂岩油藏，本身相对容易出砂，如果开发期间采用潜油电泵进行强采，地层出砂就会更加严重，井眼附近地层亏空，这就大大增加了防砂的难度和防砂有效期。

某陆地油田在上世纪六七十年代就进行了大规模的开发，该油田属于疏松砂岩油藏，油层岩石胶结强度差。该开始开发阶段，主要采用悬挂筛管防砂完井、循环砾石充填防砂完井、渗透性人工井壁防砂完井和组合式防砂完井等工艺，其中筛管又分为组合缝筛管、绕丝筛管、精密复合筛管等多种分类。每种防砂完井工艺根据不同的工况要求进行应用。

油田区块的油层经过多年的开发，油层情况极为复杂，同时由于上述防砂完井工艺只是在井筒内进行防砂，不具有改造井筒附近甚至油层的能力，所以其防砂效果也愈发不理想。对于出砂特别严重的地层，井筒附近亏空严重，即使使用管内砾石充填防砂完井，砾石层也堆积疏松，防砂效果不理想。所以有必要对具有改造油井井眼附近地层功能的新型防砂工艺进行研究，也就是挤压充填防砂完井工艺，该工艺在挤压充填结束后转循环充填，能够形成多层挡砂屏障，有效防砂，满足复杂油层的防砂需求。

1 挤压充填防砂完井工艺原理

挤压充填防砂完井工艺原理，首先将挤压充填防砂完井工具下连筛管串、安全接头和丝堵下至井中预定位置，充分洗井畅通后投球憋压坐封工具，使卡瓦张开咬住套管，限制防砂完井管柱的上下移动，同时胶筒压缩，封隔油套环空上下空间。稳压一段时间后继续打高压至压力突降为零，打开充填通道。此时用两辆压裂车将砂浆打入地层，砂子选用渗透性、硬度相对较好的陶粒砂，这样就在井筒附近甚至更深处建立了高渗透性的挡砂屏障，同时也对地层进行改造，油气出流通道更加顺畅。挤压充填结束后转循环充填，在筛管和套管之间用陶粒砂填充，增加一道防砂屏障，充分保证防砂效果。循环充填结束后立刻倒管线进行反洗井，将油管内多余的砂子洗出，洗井结束后正转油管实现丢手，起出丢手管柱下泵开采。

2 挤压充填防砂完井工具分析

挤压充填防砂完井工具是该工艺顺利实现的关键所在。挤压充填防砂完井工具主要组成部分为：液压部分、锚定部分、锁紧部分、封隔部分、解封部分、打捞部分、丢手部分。

2.1 液压部分

该部分主要由液压缸、中心管、密封圈和活塞组成。中心管上钻有进液孔，打压时液体进入液缸，当压力达到一定值时推动活塞向下运动，挤压胶筒和卡瓦。密封圈对应的密封槽在设计时充分考虑密封圈的过盈量，所以能够啊保证打高压时充填口的顺利开启。

2.2 锚定部分

锚定部分主要有卡瓦、弹簧复位片、上锥体和下锥体组成。该部分的关键部件是卡瓦，卡瓦在设计过程中采用表面渗碳加淬火处理，充分保证其牙齿的锋利，以便顺利咬入套管实现锚定。上下锥体角度经过精心设计，能够有效避免在工具在坐封过程中出现自锁现象。

2.3 锁紧部分

锁紧部分是整个防砂完井工具的较为重要的部分，锁紧部分的有效工作是保证胶筒、卡瓦有效工作的前提。锁紧部分若失效或者效果不好，则会直接影响胶筒的封隔效果和卡瓦的张开锚定效果。锁紧部分采用马牙环结构，能够实现锁紧机构单向运动、反向锁紧的功能。锁紧机构的强度通过力学公式校核计算，并且留足了安全余量。

2.4 封隔部分

封隔部分由胶筒、上压环和下压环组成，该部分看似简单却是不能忽略的重要部分。该部分一般采用橡胶材料设计，对于非高温井一般采用丁腈橡胶即可实现，对于高温高压井建议用氟橡胶材料制作。制作过程中要保证模型的尺寸精度，在运送过程中避免胶筒表明划伤。也可根据不同的井况采用多胶筒组合式设计。

2.5 解封部分

解封部分由解封剪钉、解封套组成。剪钉可以根据不同情况选择铜剪钉或者钢剪钉，在解封力设计较大时可能存在工具尺寸排布困难的情况，此时一般采用钢剪钉，可以节省空间。剪钉在工具设计过程中经过剪切强度校核，剪钉的材料选用优质材料。解封套的设计要保证其抗拉强度，且剪断剪钉后能顺畅移动，带动锁环与锁紧部分顺利分离。

2.6 打捞部分

打捞部分上端打捞扣采用平式油管扣，打捞时用对扣式分瓣捞矛下压实现螺纹的对接，然后上提管柱，此时螺纹会随着上提力的增加咬合愈发紧密。

2.7 丢手部分

丢手结构种类繁多，这里考虑直井或者小斜度井，因此可以采用最简单的正转倒扣丢手，一般正转三十圈即可实现丢手。

3 挤压充填防砂完井工艺特点

该工艺可以实现一趟管柱坐封、砾石充填、正洗、反洗和丢手的过程，大大节省了施工时间，提高了施工效率。该工艺将对地层填砂和对筛套环空填砂等工序有效结合在一起，大大提高了施工效果，节省施工资金。该工艺在施工过程中挤压充填和循环充填是一次性形成的，形成的砂体屏障连续且作用面广泛，能够充分保证防砂效果。

4 管柱结构设计分析

挤压充填防砂完井管柱串结构由下至上为：丝堵+油管短节+筛管串（中间带安全接头）+油管短节+油管变扣+挤压充填工具+提升短节+油管串至井口。挤压充填工具下端配接有小直径管柱直至筛管末端，以此引导砂浆流动，充分保证砾石的压实充填效果。

5 现场应用情况与结论

该工艺现场应用一有十余口井，施工过程顺利，防砂效果良好，防砂有效率达到100%，该工艺通过对地层改造性地进行防砂，能够充分保证其效果及有效期。因此，该工艺也值得在易出砂油田地区进行推广应用。