专利名称：一种水平井管内砾石充填完井工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水平井管内砾石充填完井工艺。
背景技术：
国外从20世纪80年代初就开始了大斜度井、水平井砾石充填防砂的试验研究工 作。为了提高大斜度井及水平井的砾石充填效果，国外各大公司和大学建立了水平井砾石 充填试验模型来模拟充填过程，对水平井砾石充填进行研究。美国的Chevron公司使用45 英尺和100英尺的全尺寸的砾石充填物理模型，模拟研究了高倾角的斜井(大于60° )砾 石充填过程，通过试验得到，携砂液的粘度是导致不完全充填的主要因素，特别是在筛管的 接头处。在试验中还发现，使用低粘度的携砂液如水或新开发携砂液，充填过程分两步进 行，充填效果最好。并通过试验数据回归得到计算砾石充填长度公式。通过在100英尺的 模型中进行验证，充填率由原来的83%增加到97%，充填效果显著增加。但是，此研究主要 是建立在室内模拟试验的基础上，得到的结果具有一定的参考价值，砾石充填长度计算公 式只在某种特定的条件下适用，具有片面性；Marathon公司通过在Giant Beaver和Santa Clara油田的两口高斜井(倾斜度分别为87°和84° )进行裸眼砾石充填，采用降低携砂 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进行充填，得到了很好 的充填效果。英国Heriot-Watt大学在综合试验测试的基础上，发现环空砾石充填效果取 决于很多施工参数，除携砂液的粘度、砾石尺寸及携砂液的滤失速度影响，井斜角、射孔相 位和井身结构特征对砾石充填效果也有影响，并根据筛套环空和冲筛环空压力梯度相等， 提出了砾石充填的预测数学模型。还有Halliburton、Baker-Hughes、Dowell Schlumberger 等公司都先后建立了大型尺寸斜井、水平井砾石充填模拟试验装置，开展水平井砾石充填 机理试验研究，并建立水平井砾石充填数学模型，进行水平井砾石充填数值模拟、参数优选 和防砂效果预测等研究，取得一些成果。最早的斜井砾石充填模型由Exxon油田开发研究所的Gruesbeck在1979年提出， 模型用透明的有机玻璃管模拟井筒，模型的套管内径为3英寸，筛管外径为1.9英寸，冲管 外径为0.5英寸，井筒长度为10英尺，井筒可以改变方向，这样可以方便的模拟斜井或水平 井砾石充填情况。他根据室内模拟试验观测到的充填过程中首先从环空底部开始沉积的现 象并提出“平衡提”的概念，在倾斜度小于45°或直井内，砾石在携砂液的携带下在本身的 重力作用下，向下运动，先充填井筒底部，再逐步向上充填，直至掩埋整个筛管；当井筒倾斜 角大于45°或水平时，砾石充填过程很复杂，砂浆到达需要充填的井筒段时，由于流通面积 的增大和携砂液的滤失，砂浆流速降低，砾石在管柱底部沉积，形成砂丘，上部砂浆的流动 面积减少，流速增大，携砂液的携带能力增强。当砂丘增加到一定高度，流速达到平衡流速， 砾石不再沉降，而是砂丘上部向前移动，使砂丘长度逐渐增加，而砂丘高度不再增加，形成 稳定的“平衡提”。Gruesbeck还通过试验分析了“平衡提”的高度与流体的粘度、砾石浓度 及流速有关，并根据筛套环空和冲筛环空压力梯度相等的原则，建立了斜井在完全充填情 况下的数学模型，并通过大尺寸的模型加以验证。Gruesbeck的数学模型描述的仅是完全充填的情况，不能用于提前堵塞的情况；另外，该模型与时间无关，不能模拟砾石充填过程，只 是分析模型。1984年英国Heriot-watt大学石油工程系的Peden博士等人扩展了 “平衡提”理 论。根据试验模拟结果利用无因次分析和线性回归方法得到了预测环空及井筒周围三个不 同方向炮眼砾石充填率的半经验公式，将这些公式与Gruesbeck的分析模型相结合，开发 了对话式的软件程序包-GRAVLEPACK。Penden的数学模型及软件包采用了大量的试验结果 统计得到的经验公式，其计算的准确性很大程度上依赖于试验数据和实际条件的代表性， 计算结果很不稳定。1990年SPE年会上，Forrest发表了水平井砾石充填的模拟试验报告。 他在总结斜井试验的基础上，对水平井砾石充填进行模拟。模型有两种长度，主要研究防止 形成砂桥的方法，特别对携砂液的性能进行了研究，认为高粘度的携砂液携砂能力强，充填 距离长，排水能力弱，砾石到达指定的位置后不易沉降，可能造成不完全充填；而低粘度的携砂液，充填 距离短，砾石沉积快，充填容易提前堵塞。因此他提出了先用高粘度携砂液，后用低粘度的 携砂液两步充填法。Gurlay等人分析了各种影响砾石桥堵的因素，给出了较合理的携砂液 的携砂长度计算方法，认为解决砂桥的形成可以通过在有效携砂长度范围内，减少携砂液 粘度或降低砾石的密度，适当降低砂浆浓度。水平井砾石充填研究在国内属起步较晚，“八五”期间，“水平井砾石充填物理模拟 研究”被列为国家“八五”重点攻关课题。“九五”期间，“水平井砾石充填数值模拟及应用” 被列为国家自然科学基金资助项目。我国胜利油田在20世纪90年代初开始了比较系统的 水平井、大斜度井的砾石充填研究工作，但也是定位于物理模拟手段为主。胜利油田采油 工艺研究院于1994年建立了防砂模拟试验室，装备了一套设备先进、功能齐全的水平井、 大斜度井砾石充填全尺寸模拟装置。模拟井筒由透明的有机玻璃组成，井筒外径为200mm， 内径160mm，全长30m。井筒内配装有外径为89mm的绕丝筛管、冲管和砾石充填工具组合管 柱，井筒外部装有数只压力传感器，井筒一侧配装摄像监测装置，井筒的斜度可根据实验需 要由升降系统在0° 90°范围内任意调整。井筒底部带有模拟炮眼，可模拟不同尺寸、不 同数量及分布的炮眼射孔情况。机泵组包括离心泵、砂浆搅拌罐和砂浆。胥锐一等人用该 试验装置，以清水作为携砂液，在一定充填排量、砂比和管柱结构下，进行了水平井内砂浆 流动状态和砾石沉积规律等试验研究。试验进一步证明了水平井砾石充填过程中“平衡提” 的概念，并通过试验发现平衡提的高度及运移距离与流体的阻力系数、砾石直径、流体流速 及流体密度等有关。通过试验数据回归，得到计算砂床高度的数学公式，并建立了水平井砾 石充填的数学模型。试验中没有考虑携砂液的滤失等问题，平衡提高度计算由试验数据回归 得到，不具有普遍意思，试验结果具有宏观的参考意义，但不能作为单井施工参数直接使用。在水平井管内砾石充填完井工艺中充填阶段的充填排量对水平井的充填完井效 果有很大影响。大的充填排量，携砂液的流速大，其携带砾石能力强，砾石不易沉积，充填过 程中发生提前堵塞的危险性小，充填率高，但是过高的充填排量不利于稳定充填，而且可能 压裂地层。
发明内容
本发明的目的为了克服现有技术的不足与缺陷，提供一种水平井管内砾石充填完井工艺，该水平井管内砾石充填完井工艺能使水平井管内达到很好的充填效果，充填后的 水平井产量得到大幅度提高，且水平井的井口出砂率小。本发明的目的通过下述技术方案实现一种水平井管内砾石充填完井工艺，包括 清洗阶段、充填阶段和顶替阶段，其中(a)清洗阶段向水平井管柱及水平井管筒内泵入前置液，直到水平井管柱及水 平井管筒内清洗干净；(b)充填阶段用800 900L/min排量，向水平井管筒内泵入含有砾石的砂浆，直 到砾石在水平井管筒内达到完全充填；(c)顶替阶段向水平井管筒内泵入顶替液，顶替水平井管筒内的砂浆，并压实砾 石充填层，整个水平井管内砾石充填完井工艺结束。作为本发明的一种优选方案，所述充填阶段的充填排量为850L/min。作为本发明的另一种优选方案，所述充填阶段的充填排量为820L/min。作为本发明的第三种优选方案，所述充填阶段的充填排量为870L/min。综上所述，本发明的有益效果是能使水平井管内达到很好的充填效果，充填后的 水平井产量得到大幅度提高，且水平井的井口出砂率小。
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于 此。实施例本发明涉及到一种水平井管内砾石充填完井工艺，包括清洗阶段、充填阶段和顶 替阶段，其中(a)清洗阶段向水平井管柱及水平井管筒内泵入前置液，直到水平井管柱及水 平井管筒内清洗干净；(b)充填阶段用800 900L/min排量，向水平井管筒内泵入含有砾石的砂浆，直 到砾石在水平井管筒内达到完全充填；(c)顶替阶段向水平井管筒内泵入顶替液，顶替水平井管筒内的砂浆，并压实砾 石充填层，整个水平井管内砾石充填完井工艺结束。上述充填阶段的充填排量对水平井的充填完井效果有很大影响。大的充填排量， 携砂液的流速大，其携带砾石能力强，砾石不易沉积，充填过程中发生提前堵塞的危险性 小，充填率高，但是过高的充填排量不利于稳定充填，而且可能压裂地层。为了得出泵入砂 浆的最佳排量，本发明进行了不同充填排量对水平井充填效果的影响实验，结果如下表所 示，
排量(L/min)750800820850870900950充填率(％)80. 3292. 4597. 7510098. 2593. 1581. 25
从上表可以看出，当充填排量在800 900L/min时水平井的充填率处在一个较好 的值，当充填排量为820L/min时，水平井的充填率为97. 75% ；当充填排量为870L/min时， 水平井的充填率为98. 25% ；当充填排量为850L/min时，水平井的充填率达到100%，通过 上述实验可以得知，为了使水平井管内充填率高，充填后的水平井产量提高，水平井的井口 出砂率小，在充填完井在水平井管内砾石充填完井工艺中，充填阶段的充填排量应尽量保 证在800 900L/min，且优先选择为850L/min。如上所述，便可较好的实现本发明。
权利要求
1.一种水平井管内砾石充填完井工艺，其特征在于，包括清洗阶段、充填阶段和顶替阶 段，其中(a)清洗阶段向水平井管柱及水平井管筒内泵入前置液，直到水平井管柱及水平井 管筒内清洗干净；(b)充填阶段用800 900L/min排量，向水平井管筒内泵入含有砾石的砂浆，直到砾 石在水平井管筒内达到完全充填；(c)顶替阶段向水平井管筒内泵入顶替液，顶替水平井管筒内的砂浆，并压实砾石充 填层，整个水平井管内砾石充填完井工艺结束。
2.根据权利要求1所述的一种水平井管内砾石充填完井工艺，其特征在于，所述充填 阶段的充填排量为850L/min。
3.根据权利要求1所述的一种水平井管内砾石充填完井工艺，其特征在于，所述充填 阶段的充填排量为820L/min。
4.根据权利要求1所述的一种水平井管内砾石充填完井工艺，其特征在于，所述充填 阶段的充填排量为870L/min。
全文摘要
本发明公开了一种水平井管内砾石充填完井工艺。该水平井管内砾石充填完井工艺包括清洗阶段、充填阶段和顶替阶段，且充填阶段的充填排量控制在800～900L/min内，优先选择为820L/min、850L/min和870L/min。本发明能使水平井管内达到很好的充填效果，充填后的水平井产量得到大幅度提高，且水平井的井口出砂率小。
文档编号E21B43/02GK102094603SQ200910216739
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者黄友华 申请人:武侯区巅峰机电科技研发中心