專利名稱：一種水平井管內礫石充填完井工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水平井管內礫石充填完井工藝。
背景技術：
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 充填試驗模型來模擬充填過程，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，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。并通過試驗數據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 是建立在室內模擬試驗的基礎上，得到的結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Santa Clara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上，發(fā)現環(huán)空礫石充填效果取 決于很多施工參數，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 位和井身結構特征對礫石充填效果也有影響，并根據篩套環(huán)空和沖篩環(huán)空壓力梯度相等， 提出了礫石充填的預測數學模型。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學模型，進行水平井礫石充填數值模擬、參數優(yōu)選 和防砂效果預測等研究，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。他根據室內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 象并提出“平衡提”的概念，在傾斜度小于45°或直井內，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“平衡提”。Gruesbeck還通過試驗分析了“平衡提”的高度與流體的粘度、礫石濃度 及流速有關，并根據篩套環(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 況下的數學模型，并通過大尺寸的模型加以驗證。Gruesbeck的數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，不能模擬礫石充填過程，只 是分析模型。1984年英國Heriot-watt大學石油工程系的Peden博士等人擴展了 “平衡提”理 論。根據試驗模擬結果利用無因次分析和線性回歸方法得到了預測環(huán)空及井筒周圍三個不 同方向炮眼礫石充填率的半經驗公式，將這些公式與Gruesbeck的分析模型相結合，開發(fā) 了對話式的軟件程序包-GRAVLEPACK。Penden的數學模型及軟件包采用了大量的試驗結果 統(tǒng)計得到的經驗公式，其計算的準確性很大程度上依賴于試驗數據和實際條件的代表性， 計算結果很不穩(wěn)定。1990年SPE年會上，Forrest發(fā)表了水平井礫石充填的模擬試驗報告。 他在總結斜井試驗的基礎上，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，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”重點攻關課題?！熬盼濉逼陂g，“水平井礫石充填數值模擬及應用” 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200mm， 內徑160mm，全長30m。井筒內配裝有外徑為89mm的繞絲篩管、沖管和礫石充填工具組合管 柱，井筒外部裝有數只壓力傳感器，井筒一側配裝攝像監(jiān)測裝置，井筒的斜度可根據實驗需 要由升降系統(tǒng)在0° 90°范圍內任意調整。井筒底部帶有模擬炮眼，可模擬不同尺寸、不 同數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、砂比和管柱結構下，進行了水平井內砂漿 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“平衡提” 的概念，并通過試驗發(fā)現平衡提的高度及運移距離與流體的阻力系數、礫石直徑、流體流速 及流體密度等有關。通過試驗數據回歸，得到計算砂床高度的數學公式，并建立了水平井礫 石充填的數學模型。試驗中沒有考慮攜砂液的濾失等問題，平衡提高度計算由試驗數據回歸 得到，不具有普遍意思，試驗結果具有宏觀的參考意義，但不能作為單井施工參數直接使用。在水平井管內礫石充填完井工藝中充填階段的充填排量對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，礫石不易沉積，充填過 程中發(fā)生提前堵塞的危險性小，充填率高，但是過高的充填排量不利于穩(wěn)定充填，而且可能 壓裂地層。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的為了克服現有技術的不足與缺陷，提供一種水平井管內礫石充填完井工藝，該水平井管內礫石充填完井工藝能使水平井管內達到很好的充填效果，充填后的 水平井產量得到大幅度提高，且水平井的井口出砂率小。本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現一種水平井管內礫石充填完井工藝，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泵入前置液，直到水平井管柱及水 平井管筒內清洗干凈；(b)充填階段用800 900L/min排量，向水平井管筒內泵入含有礫石的砂漿，直 到礫石在水平井管筒內達到完全充填；(c)頂替階段向水平井管筒內泵入頂替液，頂替水平井管筒內的砂漿，并壓實礫 石充填層，整個水平井管內礫石充填完井工藝結束。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達到很好的充填效果，充填后的 水平井產量得到大幅度提高，且水平井的井口出砂率小。
具體實施例方式下面結合實施例，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)明涉及到一種水平井管內礫石充填完井工藝，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泵入前置液，直到水平井管柱及水 平井管筒內清洗干凈；(b)充填階段用800 900L/min排量，向水平井管筒內泵入含有礫石的砂漿，直 到礫石在水平井管筒內達到完全充填；(c)頂替階段向水平井管筒內泵入頂替液，頂替水平井管筒內的砂漿，并壓實礫 石充填層，整個水平井管內礫石充填完井工藝結束。上述充填階段的充填排量對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，礫石不易沉積，充填過程中發(fā)生提前堵塞的危險性 小，充填率高，但是過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)明進行了不同充填排量對水平井充填效果的影響實驗，結果如下表所 示，
排量(L/min)750800820850870900950充填率(％)80. 3292. 4597. 7510098. 2593. 1581. 25
從上表可以看出，當充填排量在800 900L/min時水平井的充填率處在一個較好 的值，當充填排量為820L/min時，水平井的充填率為97. 75% ；當充填排量為870L/min時， 水平井的充填率為98. 25% ；當充填排量為850L/min時，水平井的充填率達到100%，通過 上述實驗可以得知，為了使水平井管內充填率高，充填后的水平井產量提高，水平井的井口 出砂率小，在充填完井在水平井管內礫石充填完井工藝中，充填階段的充填排量應盡量保 證在800 900L/min，且優(yōu)先選擇為850L/min。如上所述，便可較好的實現本發(fā)明。
權利要求
1.一種水平井管內礫石充填完井工藝，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泵入前置液，直到水平井管柱及水平井 管筒內清洗干凈；(b)充填階段用800 900L/min排量，向水平井管筒內泵入含有礫石的砂漿，直到礫 石在水平井管筒內達到完全充填；(c)頂替階段向水平井管筒內泵入頂替液，頂替水平井管筒內的砂漿，并壓實礫石充 填層，整個水平井管內礫石充填完井工藝結束。
2.根據權利要求1所述的一種水平井管內礫石充填完井工藝，其特征在于，所述充填 階段的充填排量為850L/min。
3.根據權利要求1所述的一種水平井管內礫石充填完井工藝，其特征在于，所述充填 階段的充填排量為820L/min。
4.根據權利要求1所述的一種水平井管內礫石充填完井工藝，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)明公開了一種水平井管內礫石充填完井工藝。該水平井管內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，優(yōu)先選擇為820L/min、850L/min和870L/min。本發(fā)明能使水平井管內達到很好的充填效果，充填后的水平井產量得到大幅度提高，且水平井的井口出砂率小。
文檔編號E21B43/02GK102094603SQ200910216739
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權日2009年12月14日
發(fā)明者黃友華 申請人:武侯區(qū)巔峰機電科技研發(fā)中心