解决卡封压裂砂堵的新办法（新）

研究解决卡封压裂砂堵的新方法 1 前 言 通过多年的开发，濮城油田油井套管老化问题严重，同时油藏补孔合采情况比较突出，纵向上含油井段长、油层多、层间差异大，采用卡封护套、卡封分层压裂工艺可以保护套管免受损伤、实现层层压开的目的，充分挖潜次主力层的生产潜力。在卡封压裂过程中，由于近井摩阻高、 裂缝发育形态复杂 等问题，会造成压裂时砂堵导致施工失败。多年来，我们油田一直采用先活动管柱解封，无效后用大修工艺的方法来处理砂堵问题，虽然砂堵 问题能够得到解决，但是存在着施工周期长、作业成本高等诸多问题。随着油田作业成本日益紧张，研究解决卡封压裂砂堵问题的新方法亟待得到实施。 砂堵是由于地层天然微裂缝发育，滤失严重或近井筒弯曲摩阻大而造成压裂砂无法全部进入地层，沉积在管柱内，增加下步工序的施工难度，影响压裂后的及时见效。 2 一、小组概况 1 二、选题理由 2 三、设定目标 3 四、对策方案的提出并确定最佳方案 3 五、制定对策 7 六、对策实施 8 七、效果检查 14 八、标准化 16 九、总结和今后的打算 17 目 录 1 一、小组概况 （表 1） 小 组 概 况 小组名称 工艺所 组 注册编号 采二 题名称 研究解决卡封压裂砂堵 的新方法 成立时间 2006 年 10 月 课题类型 创新型 活动时间 2007 年 1 月 12 月 小组人数 10 人 当年活动次数 20 次 活动出勤率 100% 育学时 110 学时 /人 获奖情况 中原油田 果一等奖 （表 2） 组成员简介 序号 姓名 年龄 文化程度 职务 （职称） 组内分工 备注 1 刘 伟 34 大学 厂长 组长、全面负责 2 陈传东 40 大学 副厂长 方案策划、组织协调 3 史长平 39 大学 所长 方案策划、研制设计 4 李 丽 34 大专 工程师 资料收集整理 5 郭 东 33 大专 工程师 研制设计、现场实施 6 吕栓柱 39 大学 副所长 现场实施、研制设计 7 方玉斌 36 大学 高工 现场实施 8 刘 涛 36 成专 助理 现场实施 9 张宗轩 32 成专 助理 效果检查 10 李 健 35 大学 工 程师 现场实施 2 二、选题理由 濮城油田 2006 年 1 口卡封压裂井出现砂堵问题后上大修处理： （表 3） 2006 年卡封压裂砂堵井调查统计表 序号 井号 施工日期 压裂方式 设计砂量 (管柱余砂 (处理方式 处理时间 (小时 ) 费用 （万元） 1 封分层 修 168 封分层 修 216 封护套 修 190 7封分层 修 144 封分层 修 192 计 910 均 182 制表时间： 2007 年 1 月 制表人：李丽 图 1 选题理由折线图 生产现状 存在问题 调查得知， 2006 年解决卡封压裂砂堵增加作业费用 元，平均单井增加作业时间 182 小时。随着油井套管老化、层间矛盾的日益突出，卡封压裂工作量会逐年增多，因此，处理卡封压裂砂堵的方法急待解决。 课 题 目前应用的解决方法，作业时间长、成本高，急需寻找一种高效率、低成本的解决方法，来更好地解决卡封压裂砂堵问 题。 研究解决卡封压裂砂堵的新方法 3 三、设定目标 活动前通过大修方法来解决卡封压裂砂堵问题时，一口井大概需要 182 小时。研究解决卡封压裂砂堵新方法，力求能大大缩短解决卡封压裂砂堵的时间。根据濮城油田压裂现状， 8 小时内是处理卡封压裂砂堵的最佳时机，若超过 8 小时则大大增加了处理难度，因此小组成员设定课题目标值如下： 图 2 小组活动目标 四、对策方案的提出并确定最佳方案 （一） 对策方案的提出 通过在油田内和外部市场调研，未见有实际应用的新方法，没有可直接借鉴的经验。于是小组召开会议，对形成 卡封压裂砂堵问题的182小时 8小时 活动前 活动目标 8小时内解决 卡封压裂砂堵问题，将管柱内余砂清理干净。 课题目标 4 主要原因进行了深入分析，主要因素有： 地下原因：由于地层发育形态复杂、近井 摩阻大使高密度压裂砂不能进入地层而沉积在管柱内； 工具原因：我油田应用的卡封压裂工具结构单一，沉积在管柱内的压裂砂不能及时得到处理； 管柱原因：当压裂砂沉积在管柱内封隔器无法解封，压裂管柱重量增加，在反复活动管柱无效的情况下只能采用大修工艺处理。小组成员运用“头脑风暴法”针对“解决卡封压裂砂堵”这一主题，集思广益，大胆创新地提出 三套具体方案： 方案一：减少压裂砂用量法。 改进压裂施工方案， 减少压裂砂用量。将压裂砂用量由 2006年的平均单井加砂量降低 10% 12%， 通过在主压裂中延长低 密度 加砂时间， 使携砂液在近井地带的摩阻降低，同时 消除多裂缝 产生 ， 这样携砂液比较容量的进入地层，保证压裂的顺利进行。 方案二：研制反洗井装置法。 研制一套 可以在卡封压裂管柱上使用的反洗井装置。在压裂状态下反洗井装置是关闭的，当卡封压裂过程中压裂砂不能进入地层，沉积在管柱内时，从套管反洗，反洗井装压裂砂用量比例大时 压裂砂用量比例减少后压裂砂用量比例大时 压裂砂用量比例减少后方案一 减少压裂砂用量法 5 置打开，建立起循环 通道，反洗井将沉积在管柱内 的余砂洗出。 方案三：降低压裂管柱重量法。 在活动解卡无效的情况下，采用倒扣法倒开卡封压裂油管（目前在濮城油田应用的外径为 89外加厚油管），起出倒开的压裂油管后，再下外径为 73油管进行打捞，这样管柱重量减轻了，被卡管柱就容易活动起出。依据测量两种油管每米重量相差 斤。 安装反洗井装置前 安装反洗井装置后安装反洗井装置前 安装反洗井装置后砂堵时原井管柱 小直径解堵管柱砂堵时原井管柱 小直径解堵管柱小直径解堵管柱方案三 降低压裂管柱重量法 方案二 研制反洗井装置法 6 （二）确定最佳 方案 通过小组成员以及与专业技术人员的讨论，形成了一致的评估意见如下： （表 4） 方案评估表 项 目 方案一 方案二 方案三 方案 内容 减少压裂砂用量 研制反洗井装置 降低压裂管柱重量 设计 思路 需要编写压裂方案的人员熟练掌握压裂工艺及理论，并对压裂层段的地层特性了解清楚，才能把握好降低砂量，保证压裂顺利施工。 小组需自行研制反洗装置及管柱，施工过程操作程序简单，遇到砂堵后水泥车开泵反洗井，反洗井装置打开反循环洗井将管柱内的余砂洗出。 用倒扣法倒开卡封管柱，再进行打捞，要求现场操作倒扣的施工人员技术要求高，经验丰富。 经济性 元。 预计研制费用 5 万元 。 需增加作业成本 8 万元。 预计 工期 在编写压裂方案时进行，不占用作业时间。 在压裂过程中就可进行，增加施工时间预计8时。 增加作业工期 72 效果 预测 经采油院压裂专家用计算机模拟计算，可以实现在压裂过程中解决砂堵的目的。 可以实现砂堵的及时处理，而且管柱内余砂清理干净。 可以实现解决砂堵的目的，但在管柱无法打捞彻底的情况下，仍然需要上大修解决。 不利 因素 砂量降低，压裂规模也相应降低，减少了压裂层的控油面积，同时被压开地层缝隙支撑能力减弱，导流能力变 差。 没有可以借鉴的经验。 增加多趟起下油管工序，工人劳动强度增大，作业周期长，影响油井压裂后的及时投产。 7 组员设计思路经济性效果预测不利因素设计思路经济性效果预测不利因素设计思路经济性效果预测不利因素2研制反洗装置105 采用备注： 5分 3分 1分3降低管柱重量78 不采用是否采用项目1减少压裂砂用量74 不采用刘涛张宗轩综合得分序号李健对策方案评估刘伟陈传东史长平李丽郭东吕栓柱方玉斌经过小组成员对三个方案的评估打分，最终确定方案二 ： 研制 反洗井装置 为实施方案。 五、制定对策 确定方案后，制定如下实施对策： （表 5） 对 策 表 要因 对策 目 标 措 施 地 点 完成 日期 负责人 卡封压裂砂堵 研制反洗井装置 1、在 8 小时内 解 决 卡 封压 裂 砂 堵 问题； 2、管柱内余砂清理干净； 1、研制反洗井装置； 2、组配卡封压裂管柱进行试验 ； 3、选 井实施； 濮城油田 2007 年5 月 史长平 吕栓柱 郭 东 方玉斌 8 六、对策实施 实施一、研制反洗井装置 小组从濮城油田注水井分层注水管柱 隔器可反洗井这一功能上得到启示，提出设想。 设计思路：反洗井装置在正常状态下是关闭的，在压裂过程中如果出现压裂砂不能进入地层的情况，可以立即从套管反洗，这时反洗井装置打开，将油管中余砂立即从管柱中洗出，防止砂沉形成砂桥而增加后续作业困难。 设计数据：小组根据压裂施工的实际需要并参考多种 井下管柱，对反洗井装置提出以下技术要求： （表 6） 反洗井装置技术要求 参 数 数值 长度 (400径（ 110 114 内通径 (38 50 密封元件最高耐温温度（） 140 孔道个数 6 孔道位置 均匀分布中心位置 孔道总过流面积 (450 两端丝扣 母扣 2 扣 2 用套管（ 级 9 按照技术要求，由中原油田 总机厂加工反洗井装置。反洗井装置主要由本体、阀芯、密封胶件、上接头、下接头等组成。 图 3 反洗井装置结构图 图 4 反洗装置实物图 实施二、组配卡封压裂管柱进行试验 1、 组配卡封压裂管柱 在反洗井装置设计制作后，小组将它与原卡封压裂管柱组配，主要由反洗阀、水力锚、 隔器组成。 下下 接接 头头 阀阀 芯芯 上上 接接 头头 本本 体体 密密 封封 胶胶 件件 10 图 7 组配后的卡封管柱实物图 工作原理：压裂前旋转管柱座封（上提解封），压裂时在液压作用下水力锚锚爪张开卡在套管内壁上，防止管柱 蠕动。压 裂 过程中出现砂堵情况，立即从套管反洗井，反洗装置打开，洗出管柱内部余砂。 图 8 反洗井装置工作原理示意图 正常情况：正向大排量注入液体，在连通孔处因节流使环空和油管之间产生压差，使阀芯下行关闭连通孔 。 出现砂堵：通过环空打压，水力压力作用在阀芯上，使阀芯向上运动打开洗井通道。 反洗井 装置 封隔器 水力锚 11 2、试验验证 卡封压裂管柱组配后，在我厂工艺所的 10m 深试验井 ,在模拟压裂状态下进行试验验证。 试验目的：验证反洗井装置开关的灵活性；高压状态下密封件密封性能。 将单体工具，按图 9 连接，下入试验井内，座封后装好井口。 图 9 反洗装置试验流程图 试验过程： （ 1）反洗井装置开关灵活性试验分析： 试验步骤 试验结果 结论 将试验泵与套管闸门连接，油管闸门接放空管线同时打开放空闸门； 试验泵开泵，每升 1泵稳压； 对每个停泵稳压点做记录，包括压力、稳压时间、压降及出现的问题。 压力升至 7，放空闸门出水。 反洗井装置开关打开灵活 试验时间： 2007 年 2 月 27 日 试验地点：工艺所实验室 试验人：史长平 郭东 3 4 1 6 2 5 试压泵 放空闸门 12 （ 2）反洗井装置密封性能试验分析： 试验步骤 试验结果 结论 将试验泵与油管闸门连接，套管闸门接放空管线，同时打开放空闸门； 试验泵开泵，每升 5泵稳压，最高压力 30 对每个停泵稳压点做记录，包括压力、稳压时间、压降及出现的问题； 重复步骤 2 4 二次。 压力升至 5芯关闭通孔，升至 25空闸门出水。 反洗井装置密封件耐高压性能低 试验时间： 2007 年 2 月 27 日 试验地点：工艺所实验室 试验人：史长平 郭东 经过 2007 年 2 月 27 日的模拟试验，小组认为 反洗装置开关的灵活性达到试验目的；存在问题是：密封件耐高压性能低，满足不了压裂的高压要求。 3、改进措施 小组各从江汉采油院和西安石油学院引进两种胶件，在同等条件下进行胶体变形试验： 图 10 胶体变形试验流程图 结论：对比两种胶体试验结果，小组决定采用江汉采油院胶件做为反洗装置的密封件。 温度 130、 柴油介质、 浸泡 50小时 江 汉 采油院胶件 西安石油 学院胶件 微变形 变形严重 使用 700 型水泥车 结果 结果 13 S 3 中53272.1 m 34 30 m 3057. 0 m 桥 塞 321 2 m 喇叭口 3210 m 3208 m 水 力 锚 3206 m Y 221 封隔器 反洗装置 4、再次验证 以江汉采油院胶件为密封件制作反洗井 装置，再次进行密封性能试验分析： 试验步骤 试验结果 结论 按第一次进行反洗井装置密封性能试验步骤进行。 压力升至 30，稳定 15 分钟，放空闸门不出水。 反洗井装置密封件密封性能良好 试验时间： 2007 年 3 月 5 日 试验地点：工艺所实验室 试验人：史长平 郭东 试验结果：反洗井装置开关灵活，座封后密封件密封性能良好，达到试验目的。 实施三：选井实施 组配的卡封压裂管柱试验后，小组在 35 355两口井压裂顺利没有出现砂堵情况，卫355出 现砂堵，检验了反洗井装置的性能。 14 图 11： 压裂管柱示意图 图 12 卫 355压裂施工曲线图 从该井施工曲线图可以看出， 15 时 15 分压裂车组开泵，随着泵压上升，从套管打 15力平衡油、套管压差， 15 时 20 分地层压开，破裂压力 时套压监测仪器显示套压稳定在 15明反洗装置密封性能良好； 15 时 35 分按照泵注程序加砂， 15 时47 分油压迅速上升， 30 秒内由 至 80现砂堵。随后调整管线反洗井， 17 时 15 分，反洗井 16洗出管柱内余砂 明反洗装置开关灵活。 试验结果：反洗井装置在卫 355压裂时有效的解决了砂堵问题，说明解决卡封压裂砂堵的新方法应用成功。 七、效果检查 1、目标检查 2007 年 6，在濮城油田共有 40 口卡封压裂井使用反洗井装置，其中有 6 口井出现砂堵： 压力 曲线 15 （表 7） 2007 年 6反洗井装置应用情况统计表 序号 井号 压裂方式 设计砂量 (管柱余砂 (处理时间 (小时 ) 应用效果 1 封分层 6 时 05 分 17 时 15 分 反洗出砂 7封护套 3 时 25 分 15 时 07 分 反洗出砂 43封分层 40 1 时 30 分 14 时 42 分 反洗出砂 51封分层 23 7 时 08 分 19 时 20 分 反洗出砂 153封分层 18 2 时 20 分 16 时 08 分 反洗出砂 3封分层 29 7 时 50 分 21 时 14 分 反洗出砂 均 调查时间： 2007 年 12 月 5 日 调查人：李丽 从统计表中看出，通过现场应用反洗井装置，平均处理卡封压裂砂堵时间 时，该新方法能够在 8 小时内完全解