Spe 31147 翻译.doc

Spe 31147翻译摘要水平井砾石填充是一种可行的完井方法，并已经成功实施了超过80井次大量的现场试验有力地支持了该技术的现场推广和操作规范用于水平井砾石填充设计的软件也已开发出来为了顺利地施工/作业，该完井技术要求有配套的工具系统，因为完井井段的钻进和顶替、保持井壁的稳定性、工具的选择与操作以及在砾石填充作业过程中的持续返排所有这些方面都必须统归于完井计划中现场实践表明，在某些情况下，砾石填充完井方式要比预充填筛管和割缝衬管更有利于保持油井的产量介绍砾石填充是一项从产层流体中去除地层砂并延长油井寿命的完井技术作业过程为：将砾石阻挡装置（如绕丝筛管）置于井中正对生产层段，然后循环砾石，在砾石阻挡装置外形成一个高渗透过滤层砾石填充方法已经应用于各种射孔和裸眼完井的直井和斜井中用于砾石填充的携带液既可用聚合物稠化的盐水，也可用非稠化盐水通常多选择非稠化盐水，因为使用非稠化盐水形成的砾石充填层更致密、无空洞（低孔隙度、连续）一些学者已经对影响砾石填充、产量和完井有效期的因素进行了研究图1展示了一个在井斜角在0—45度范围内的砾石填充例子，用水作为携砂液开始时，砾石被填充入井底，并随即向上继续填充。

在井斜角超过60度时，超过了砾石的堆积角度，所以在刚开始填充时，砾石就沉降到井筒低的一面并堆积在那，除非有足够的流速能够带动砾石再次运动60度井斜角在砾石的填充过程中是一个临界值，因为在斜度较低的井筒中，砾石会沉降在井筒的底部在高井斜角井眼中，要将砾石充填入井筒底部需要较高的泵速，并且井筒的完井几何尺寸也与直井略有不同在筛管中用较大直径的冲管可以提高填充的质量与在筛管/冲管环空内转变流动方向的方法相比，可以使更多的流体沿筛管外表面流动较高的筛/套环空流速有利于砾石的输送，并且可以防止砾石在到达井底之前过早的失速当所用的筛管与冲管尺寸合适时，砾石沉积过程包括一个起始或“alpha”阶段，即由井筒上部向底部填充的过程，形成顶部空余的砾石沙堤当填充至底端时，马上开始与第一段方向相反的第二或“beta”阶段填充（由井底向上部填充），直到整个完井井段被填充完为止图2中展示了高井斜井的填充过程该项技术已经成功应用于许多井斜角为80度或更高的油井，填充长度为数百英尺截止目前（1997），在较长水平井段中进行砾石填充作业还没有被作为一项完井技术投入使用，显然是由于考虑到该项技术并没有被完全掌握相反，预填充筛管和割缝衬管作为独立的防砂工具已投入使用，尽管在常规油井中的使用情况并不尽如人意。

与在直井中的应用情况相比较，在水平井中的单位长度（每英尺）流速更低，这也许是在水平井中筛管/衬管的应用效果有所提高的原因在水平井中，筛管和衬管的初始产能都很好，但它们的趋势却是逐渐被堵塞和产能下降，尤其是在清洁不彻底的砂岩内，当含水或油气比升高，或者是在稠油油藏的条件下时，下降速度更明显毋庸质疑，筛管和衬管在清洁、高导流能力的砂岩中的应用效果要更好一些但筛管和衬管的效果好坏是由特定的工作环境决定的经过现场的研究和实际应用，水平井砾石填充技术被证明是成功的已经在80多口井中应用实施，填充井段长度由600英尺到3300英尺不等试验和现场应用的结果表明，即使是在更长的井段内进行砾石填充也是可行的下面的章节说明了长段水平井筒进行砾石填充的试验和应用情况这对于完井工作具有指导意义现场试验测试大多数模拟砾石填充的现场试验都是在清洁的塑料模型中进行的截至目前，砾石填充的模型长度都没有超过100英尺，多数都是25英尺左右在这些模型中的实验结果由于其实验井筒长度太短而不能对长段水平井筒的填充情况提高有意义的参考尽管也可以用数值模拟方法进行研究，但由于模拟软件没有针对性，所以其设计有很大的风险性，结果也不可信。

综合以上原因，设计并组装出了一个实际尺度大小的模型以用于模拟水平井砾石填充模型描述该水平井模型（图3）长1500英尺，外径4’1/2（内径4’），中心筛管为2’1/16(割缝宽度0.006’)，冲管外径1.315’，冲筛环空0.75’该模型安装有由透明、高强度的塑料制成的观测窗，抗压强度1000psi，沿模型分布有6个，可以观察整个填充过程沿模型还安装有滑动sleeves，停泵后可以观察到砾石在模型中的沉降过程流体的漏失通过400支孔管来模拟，这些管子长1英尺，直径1/2英寸，填充满40/60目粒径的包树脂颗粒在关键位置处安装了5块压力表进口和出口处的流量表可以测量进入和返排的流量泵以现场实际的排量运转数据的收集包括流速、压力、混合比与时间的关系图3是模型的示意图，图4和图5是观测窗和炮眼的布局图 Fig. 5-Photograph of model showing the pertoratlone.Fig. 4-Photograph of clear plastic showing the placement of the alpha wave. 在先前实验的基础上，选择水作为携带液，因为粘稠流体有强烈的搭桥趋势，并在长段高井斜角的井筒中使砾石过早的失水发生沉降。

试验结果初始的试验为一次水平段砾石填充，泵速为1bbl/min，砂比为0.3751bm/gal炮眼的流体漏失开始为0.50bbl/min，后来情况稳定后（由冲管返排的流速为0.75bbl/min）减至0.25bbl/min在这种条件下，1500英尺长的模型被完全填充图6中显示的是第一和第二阶段沉降与时间的变化关系，说明在长段水平井筒中进行砾石填充是可行的随后的实验测定了流体滤失、泵入和返排循环的速度、砂比和完井几何尺寸的极限，这些都会导致砾石沉降失速实验证实，通过冲管返排的流体流速必须高于一个最小值，否则第一阶段会发生失速在图7中显示，当实验出现失速时，流体滤失开始逐渐增加可以注意到，只要返排速度高于最小值，第一阶段的沉降速度会有微小变化对这个实验特例而言，在填充长度为1200英尺的条件下，返排流速约为0.17bbl/min（返排表观流速为0.31ft/sec）时会引起第一阶段的失速这里的表观流速定义为返排流速与筛套环空横截面积的比值 水平段砾石填充的长度与砾石浓度和返排速度相关数据显示，低密度填充效率要远高于高密度填充提高泵速可以克服高密度所带来的负面影响但典型的水平段砾石填充主要是发生在混砂比为1 lbm/gal的时候。

这意味着这是一个在操作上可以接受的折衷措施超过20次的试验已经证实，对于一个给定的砾石浓度，如果返排速度足够高（表观流速为0.8到1.0ft/sec），整个模型能够被完全填充低于这个临界流速，模型的填充就会不完整对于给定的泵速，增加砾石密度会降低最终的填充长度，提高返排速度或者降低砾石密度则会增加填充长度在以上情况下，所得到的砾石填充质量都是很好的无论是使用40/60目砾石，还是20/40、12/20目的砾石，影响“alpha”阶段填充长度或是质量的情况都没有发生，但在沉降过程中，粗粒砾石的前缘会更陡一些图4显示了通过其中一个透明窗口观察到的20/40目砾石在实验过程中的“alpha”阶段填充情况试验结果陆续地证实，沿水平井眼进行砾石填充的“alpha”阶段砂堤高度并不是保持不变的，这与前人已经进行过的研究结果是一致的众多的测试结果证实，砂堤是向上倾斜（正坡）指向完井段顶端图8显示，“alpha”阶段的砂堤高度随着填充长度的增加而增高，并与返排速度和其他因素相关由于液体漏失，沿着完井井段方向的流速不断降低，因而相成了倾斜坡面漏失同时也造成了砾石密度增加因此，泥浆漏失的结果造成了“alpha”段的倾斜坡面，并且随着“alpha”阶段的砂堤向前推移，所输送的砾石密度也逐渐升高。

砂堤的坡度，水平位置plot是由返排速度和砾石浓度控制的，与低返速和高密度的填充结果相比，高返速和低密度填充的砂堤高度较低，填充的距离更长任何特殊实验所能够得到的理论填充长度都可以通过在图8中将砂堤高度外延至4in.的方法而估算得到，4in.是套管的内径beta”阶段的沉降过程起始于“alpha”阶段的砂堤填充到套管顶端时多次试验表明，可能达到的砾石填充长度实际上要比模型中的长度还要更长些alpha”阶段填充结束，“beta”阶段的填充过程开始后，将开始向完井段底部的反向填充因此，对于那些没有足够返排速度的砾石填充作业，水平井段的下半部能够得到有效的充填，但在顶端处则会出现如图9所示的未填充状况图8中的分析显示，只要表观速度不低于1.0f/sec，所有1500英尺的模型井段都能够被充填完整对于沿水平井段分布的高渗透层（滤失区域）所造成的影响，实验也进行了测定在模型的起始处，长度约400英尺的一段长管上，安装了40个6英寸长、填充满20/40目砾石的炮眼，用来模拟滤失区域每个高渗透的炮眼提供了4倍于填充了40/60目砾石炮眼的滤失量可以通过调节每个炮眼上的阀门而得到所要求的滤失量滤失的液量汇集于一个manifold中，并由流量表来测定。

结果显示，对于滤失层0.3bbl/min的滤失速度和1bbl/min的入口速度，必须将返排速度保持在0.4bbl/min以上，以防在“alpha”阶段砾石过早失速造成沉降高渗层的滤失会导致炮眼对面处的砂堤高度增加这会在砂堤顶部干扰砾石的输送同时，高渗透层滤失的结果还会引起砾石很快地脱水发生沉降沉降聚集区的不断增加对向井眼末端输送砾石造成了干扰，使均匀的砂堤高度发生高于正常值的趋势面对高渗透层的地方将会是“alpha”段潜在的发生失速的区域图10中给出了一个实验实例，高渗透区的滤失速度为0.5bbl/min，泵压为1.5bbl/min，返排速度为0.7bbl/min可以看到，在这样是条件下，模型的填充很成功无论如何，在现场实际操作中保持较高的返排速度不存在什么问题，只要地层不被压裂开就可以，后面将会对此进行讨论在水平井填充过程中，压力数值起到了很好的指示作用图11中给出了一个典型的压力数据实例可以看出，在砾石填充的过程中，与初始条件相比较，over the top of “alpha”段较高的压力降的结果是各条压力曲线间出现差异压力/时间曲线中以不同速度开始增加的那点表明，“alpha”段已填充到井筒的末端，“beta”段填充将由该点开始。

各处传感器压力开始下降的那个时间点表明，“beta”段填充已通过了该处压力、砂堤高度与填充时间的预测为了有助于水平井砾石填充的设计,编写了相关的程序以预测井底作业压力和与泵速相关的填充时间、砾石尺寸以及在用水作为携砂液时以砂堤高度为参数的砂比通过这些计算可以避免将地层压开，并可以对填充效果进行估算对于一个给定的完井参数尺寸，如井眼直径、长度、筛管和冲管的尺寸等，预测出的结果是唯一的由于砾石的不断沉积，筛管—井眼间的尺寸也是不断变化的这会影响到压力和水的携砂能力在“alpha”阶段的砂堤高度是由砾石的临界传输速度决定的整个模型系统的压力降取决于流动区域内的形状和长度以及流体的性质此外，沿流程各处的流速也是不断变化的水也会从泥浆中滤失进入地层中，引起砾石密度的增加在筛管的外面，水流入筛管的缝口，砾石存留在筛管外的环空中表1中列出了使用该模型得到的时间和压力的计算值与实际观测值的对比情况在附录中给出了描述这些填充实验的公式现场试验结果 到目前，进行水平井砾石填充的作业已经超过80井次，这些都是在裸眼井筒内进行的表2和3中列出了已经完成和正在进行的、数据具有代表性的井为了在钻进和完井过程中保持井眼的稳定性，详细的钻进和位移过程是整个完井过程中的一个完整部分。

表中列出的在大多数井中所使用的钻井流体是一种专用的钙—多烃体系，可以产生1mm厚的滤饼，在砾石填充过程中表现出较。