一种采用三级立体式防控泥质粉细砂出砂泥的方法

技术领域

本发明涉及油气井开采工程技术领域，特别涉及海洋天然气水合物储层控砂除泥的一种采用三级立体式防控泥质粉细砂出砂泥的方法。

背景技术

油气井开采过程种，出砂现象时有发生。出砂现象有地层流砂，还有注水，气体开发过程中，地层胶结物质膨胀疏松，胶结强度下降，游离砂粒增多导致出砂。

由于水合物储集层通常属于未固结、弱固结或裂隙发育地层，水合物分解产出过程中储集层出砂现象不可避免。特别是中国南海水合物储集层为未固结超细粉砂储集层，出砂问题成为制约水合物资源有效开发的关键因素。机械防砂方法无法防治粒径较小的细粉砂、泥质和粘土类物质；防砂筛管易被细粉砂及泥质堵死，导致油气井降产或停产。

对于天然气水合物开采储层岩性为胶结强度较差的泥质粉细砂地层以及储层非均质、超低渗特点，常规水力充填与防砂工艺应用于水合物储层改造增产及防砂效果均不理想，尚无任何适用于天然气水合物储层地质流体特性开采增产-防砂兼顾的有效工艺方法。天然气水合物开采过程的出砂量与产能不仅与防砂方式、挡砂精度密切相关，还与砂粒粒径、泥质含量、泥质中粘土矿物组份以及流体粘度、流速、生产压差、压差的变化程度等一系列因素相关，因此是非常复杂的一个过程。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种采用三级立体式防控泥质粉细砂出砂泥的方法及应用，其技术方案如下：

一种采用三级立体式防控泥质粉细砂出砂泥的方法，包括如下步骤：

步骤一，在井筒内下入水力喷砂携砂与充填管柱；

步骤二，对井筒进行正洗，携砂前用洗井液洗井，达到进、出口的水质相同；将井筒附近的砂泥通过泡沫吞吐负压混排的方式冲洗出来，在近井地带形成空间通道；

步骤三，下层水力喷砂携砂初步充填：从油管注入携砂液，携砂时，携砂液由油套环空返回，直至完成下层套管及地层携砂，在近井地带产生微近井地带之后，关闭套管或筛管旋塞，从油套环空注入携砂液；同时，从油管注入携砂液，进行初步充填施工；

步骤四，下层防砂介质主充填：利用端部脱砂充填技术将微近井地带压开并延伸，通过注入前置液造缝并使近井地带长度达到要求后，使用大排量低砂比进行泵注，使得防砂介质不会在近井地带底部沉积而被携带到近井地带前端后脱砂沉积，迫使近井地带长度方向的延伸减缓或停止，近井地带在宽度方向增长，最终在低渗透储层内部形成多条短宽的高导流能力填砂缝带；

步骤五，防砂介质充填作业：当下层充填完成后，进行反循环洗井；洗井完成后，上提管柱，将水力喷射器提至需要携砂的上一层位置；接着以小于充填施工时的排量从油套环空中充填防砂介质，充填面至少高于下层携砂位置，水平井的充填面介于两携砂层的中间；充填完成后，用水力喷砂携砂与充填管柱测探充填面，直至充填至设计所需的位置；

步骤六，上层水力喷砂携砂、充填：测探砂面完成后，上提水力喷砂携砂与充填管柱，将水力喷射器提至需要携砂的上层位置，进行上层水力喷砂携砂、充填；

步骤七，冲砂作业：上层段充填完成后，进行反循环洗井；接着用所述的水力喷砂携砂与充填管柱进行冲砂作业，或者起出该管柱，换用冲砂钻具，边冲砂边探充填面，直至冲砂至充填改造的最下层，最后起出冲砂管柱。

进一步的，具体包括如下步骤：

步骤一，下入水力喷砂携砂与充填工艺管柱：使水力喷射工具到达需要携砂的储层位置；

步骤二，正洗：携砂前按设计所需排量用洗井液洗井，达到进、出口的水质相同；洗井排量在0.5-1m3/min之间；

步骤三，下层水力喷砂携砂初步充填：从油管注入携砂液，携砂施工排量和井口压力由水力喷射工具的喷嘴数目、孔径以及喷嘴与套管距离等确定，携砂时，携砂液由油套环空返回，直至完成最下层套管及地层携砂，在近井地带产生微近井地带；关闭旋塞，从油套环空注入携砂液，携砂液的注入排量依据设计执行，注入携砂液的压力范围不能超过套管及井口装置的承压限制；同时，从油管注入携砂液，进行初步充填施工，注入排量与油套环空的注入排量成一定的比例；水力喷射工具的喷嘴数目为6-8个，孔径为8-6mm，喷嘴呈对称排列；携砂液以盐水基清洁携砂液为主；携砂液的排量、注入携砂液的压力范围根据拟充填改造海域天然气水合物储层水下埋深、储层岩土力学参数等设计计算；

步骤四，下层防砂介质主充填：利用端部脱砂充填技术将微近井地带压开并延伸，通过注入前置液造缝并使近井地带长度达到要求后，使用大排量低砂比泵注，使得防砂介质不会在近井地带底部沉积而被携带到近井地带前端后脱砂沉积，迫使近井地带长度方向的延伸减缓或停止，近井地带主要在宽度方向增长，最终在低渗透储层内部形成多条短宽的高导流能力填砂缝带；近井地带中的防砂介质过滤体起到砾石充填的防砂效果；

步骤五，防砂介质充填作业：当下层充填完成后，进行反循环洗井；洗井完成后，上提管柱，将水力喷射器5提至需要携砂的上一层位置；接着以小于充填施工时的排量从油套环空中充填防砂介质，充填面要至少高于下层携砂位置一定高度，充填完成后，用水力喷砂携砂充填管柱测探充填面，直至充填至设计所需的位置；防砂介质一级立体层采用网格状树脂、纤维及钙粉组成的隔离层；二级立体层采用锯齿状支撑剂组成固定层；三级立体层采用覆膜砂组成的过滤层；防止细颗粒的运移，起到一定的稳砂固砂作用；

步骤六，上层水力喷砂携砂、充填：测探充填面完成后，上提水力喷砂携砂充填管柱，将水力喷射器5提至需要携砂的上层位置，进行上层水力喷砂携砂、充填；

步骤七，冲砂作业：上层段充填完成后，进行反循环洗井；接着用本管柱进行冲砂作业，或者起出本管柱，换用冲砂钻具，边冲砂边探充填面，直至冲砂至充填改造的最下层最后起出冲砂管柱。

更进一步的，所述防砂介质为多层，包括三级立体层、二级立体层、一级立体层。

一级立体层采用网格状树脂、纤维及钙粉组成的隔离层；二级立体层采用锯齿状支撑剂组成固定层；三级立体层采用覆膜砂组成的过滤层。

所述玻璃纤维和钙粉比例为1:1。

所述支撑剂的组分至少包括铝矾土，用陶瓷烧结而成。

所述覆膜砂以天然石英砂为原砂，加入塑性酚醛树脂，网状交联剂制备而成。

本发明适用于直井和水平井。

本发明的有益效果是：

本发明是一种低渗透储层天然气水合物储层改造增产与防砂合三为一的工艺方法，可以实现：①将储层改造增产与开采控砂结合。使用正反冲洗井技术将近井地带砂泥冲洗返出并延伸，大幅度增加充填过滤空间，同时用防砂介质充填其中在低渗透泥质储层内部形成多条短宽的高导流能力缝带，改善渗流条件提高产能；充填的材料的防砂介质过滤体起到砾石充填三级立体层的防控砂泥效果。水力喷射充填正反循环洗井技术结合。喷射水击作用可以有效清洗近井地层泥沙、准确形成三级立体层防控空间，保证低渗透泥质粉细砂层的储层改造，且无需机械封隔，可用于开采海洋水合物的裸眼、套管、防砂筛管完井的储层改造；水力喷射充填正反循环洗井将近井地带的储层实现人工的改造，改善渗流条件，达到控砂除泥，经济性开采天然气水合物的目的。

附图说明

图1是直井应用示意图；

图2是水平井应用示意图；

图3为水力喷砂携砂与充填管柱结构示意图；

图中：

1、直径井口，2、生产层，3、隔离层，4、过滤层，5、固定层，6、油管，7、安全接头，8、扶正器，9、喷射器，10、封隔器，11、水平井井口，12、单流阀，13、接箍，14、筛管，15、导向头。

具体实施方式

实施例一：

一种采用三级立体式防控泥质粉细砂出砂泥的方法，包括：

下入水力喷砂携砂与充填管柱：以生产层为天然气水合物的低渗透储层为例，在生产层中，通过套管下入水力喷射器，使水力喷射器到达需要携砂的下层位置；所述的管柱包括油管，及自上而下依次安装在油管上的安全接头、水力喷射器、单流阀和斜尖；

正洗：携砂前用洗井液洗井，达到进、出口的水质相同；将井筒附件的砂泥通过泡沫吞吐负压混排的方式冲洗出来，在近井地带形成空间通道。

下层水力喷砂携砂初步充填：从油管注入携砂液，携砂时，携砂液由油套环空返回，直至完成下层套管及地层携砂，在近井地带产生微近井地带；之后，关闭套管或筛管旋塞，从油套环空注入携砂液；同时，从油管注入携砂液，进行初步充填施工；下层防砂介质主充填：利用端部脱砂充填技术将微近井地带压开并延伸，通过注入前置液造缝并使近井地带长度达到要求后，使用大排量低砂比进行泵注，使得防砂介质不会在近井地带底部沉积而被携带到近井地带前端后脱砂沉积，迫使近井地带长度方向的延伸减缓或停止，近井地带主要在宽度方向增长，最终在低渗透储层内部形成多条短宽的高导流能力填砂缝带，近井地带中的三级防砂介质过滤体起到砾石充填的防砂效果。

防砂介质充填作业：当下层充填完成后，进行反循环洗井；洗井完成后，上提管柱，将水力喷射器提至需要携砂的上一层位置；接着以小于充填施工时的排量从油套环空中充填防砂介质，充填面至少高于下层携砂位置，水平井的充填面介于两携砂层的中间；充填完成后，用水力喷砂携砂与充填管柱测探充填面，直至充填至设计所需的位置。

上层水力喷砂携砂、充填：测探砂面完成后，上提水力喷砂携砂与充填管柱，将水力喷射器提至需要携砂的上层位置，进行上层水力喷砂携砂、充填。

冲砂作业：上层段充填完成后，进行反循环洗井；接着用所述的水力喷砂携砂与充填管柱进行冲砂作业，或者起出该管柱，换用冲砂钻具，边冲砂边探充填面，直至冲砂至充填改造的最下层，最后起出冲砂管柱。

实施例二：

一种采用三级立体层防控泥质粉细砂出砂泥的方法，应用于低渗透储层天然气水合物开采储层水力喷砂携砂充填与防砂正反循环洗井工艺方法，结合水力喷砂携砂与充填砾石充填工艺技术特点，使用安装在施工管柱上的水力喷射工具，通过水击作用在储层形成一个或多个喷携砂道，从而在近井地带产生微近井地带，再利用端部脱砂充填技术将微近井地带压开并延伸，同时用防砂介质充填其中并实现端部脱砂，在低渗透储层内部形成多条短宽的高导流能力缝带，同时近井地带中的防砂介质过滤体起到砾石充填的防砂效果。

本发明的水力喷砂携砂与充填管柱，通过油管自上而下依次连接安全接头、扶正器、喷射器、封隔器、扶正器、单流阀、接箍、筛管和导向头组成。

具体工艺步骤如下：

（1）下入水力喷砂携砂与充填工艺管柱：使水力喷射工具到达需要携砂的储层位置；

（2）正洗：携砂前按设计所需排量用洗井液洗井，达到进、出口的水质相同；洗井排量在0.5-1m

（3）下层水力喷砂携砂初步充填：从油管注入携砂液，携砂施工排量和井口压力由水力喷射工具的喷嘴数目、孔径以及喷嘴与套管距离等确定，携砂时，携砂液由油套环空返回，直至完成最下层套管及地层携砂，在近井地带产生微近井地带；关闭旋塞，从油套环空注入携砂液，携砂液的注入排量依据设计执行，注入携砂液的压力范围不能超过套管及井口装置的承压限制；同时，从油管注入携砂液，进行初步充填施工，注入排量与油套环空的注入排量成一定的比例；水力喷射工具的喷嘴数目为6-8个，孔径为8-6mm，喷嘴呈对称排列。携砂液以盐水基清洁携砂液为主。携砂液的排量、注入携砂液的压力范围根据拟充填改造海域天然气水合物储层水下埋深、储层岩土力学参数等设计计算。

（4）下层防砂介质主充填：利用端部脱砂充填技术将微近井地带压开并延伸，通过注入前置液造缝并使近井地带长度达到要求后，使用大排量低砂比泵注，使得防砂介质不会在近井地带底部沉积而被携带到近井地带前端后脱砂沉积，迫使近井地带长度方向的延伸减缓或停止，近井地带主要在宽度方向增长，最终在低渗透储层内部形成多条短宽的高导流能力填砂缝带。近井地带中的防砂介质过滤体起到砾石充填的防砂效果；

（5）防砂介质充填作业：当下层充填完成后，进行反循环洗井；洗井完成后，上提管柱，将水力喷射器5提至需要携砂的上一层位置；接着以小于充填施工时的排量从油套环空中充填防砂介质，充填面要至少高于下层携砂位置一定高度，充填完成后，用水力喷砂携砂充填管柱测探充填面，直至充填至设计所需的位置；防砂介质一级立体层采用网格状树脂、纤维及钙粉组成的隔离层；二级立体层采用锯齿状支撑剂组成固定层；三级立体层采用覆膜砂组成的过滤层。防止细颗粒的运移，起到一定的稳砂固砂作用；

（6）上层水力喷砂携砂、充填：测探充填面完成后，上提水力喷砂携砂充填管柱，将水力喷射器5提至需要携砂的上层位置，进行上层水力喷砂携砂、充填；

（7）冲砂作业：上层段充填完成后，进行反循环洗井；接着用本管柱进行冲砂作业，或者起出本管柱，换用冲砂钻具，边冲砂边探充填面，直至冲砂至充填改造的最下层最后起出冲砂管柱。

本发明的水力喷砂携砂充填与防砂正反循环洗井工艺方法，实现了水力喷射充填下层，在地层产生微近井地带并将微近井地带压开延伸，在低渗透储层内部形成多条短宽的高导流能力缝带，与此同时防砂介质过滤体充填于压开的近井地带空隙并达到砾石充填的防砂效果，填砂裂缝在低渗透储层中形成双线性流模式；之后，防砂介质填封下层及再进行上层段水力喷射充填、防砂介质充填施工的方法，保证下层的有效改造增产及防砂，可实施泥质低渗透储层水平井多段拖动充填，实现具有非均质性强及物性差异大储层改造，改善渗流条件，达到增产-控砂的目的。从而，用防砂介质充填其中并实现端部脱砂，近井地带中的起到砾石充填的防砂效果。

实施例三：

将井筒附件的砂泥通过泡沫吞吐、负压混排的方式冲洗出来，在近井地带形成空间通道，然后填入网状树脂组成隔离层，再次填入支撑剂形成固定层，最后充填地层中值粒径的4-6倍带有交联剂的过滤砂层。该方法既适用直井又适用水平井。组成三级以上的控砂除泥的屏障，形成空间立体过滤屏障，同时保证细小粒径的泥沙顺利排出，保证油气井经济性产能，提高控砂除泥的有效率，延长油气井生产周期，防止油层堵塞，生产一定时间后，渗透率下降影响正常生产，可以通过正反循环洗井的方式解堵，提高地层渗透率，保证油气井产能。

一级立体层采用网格状树脂、纤维及钙粉组成的隔离层；二级立体层采用锯齿状支撑剂组成固定层；三级立体层采用覆膜砂组成的过滤层。

所述的网格状树脂、纤维及钙粉组成的隔离层其中玻璃纤维和钙粉比例为1:1。

所述的二级立体层采用锯齿状支撑剂组成固定层；其组分由铝矾土等多种原材料，用陶瓷烧结而成。

所述的三级立体层采用覆膜砂组成的过滤层，其过滤层的覆膜砂由天然石英砂为原砂，加热塑性酚醛树脂，网状交联剂等制备而成。

一种采用三级立体式防控泥质粉细砂出砂泥的方法，既适用直井也适用于水平井。

利用直井底部脱落重材料，水平井利用端部脱落技术将微近井地带压开并延伸填充，同时用三级防砂介质充填其中并实现底端部脱落重质材料，在低渗透储层内部形成多条短宽的高导流能力缝带。保证下层的有效改造增产及控砂除泥，可实施泥质低渗透储层直井水平井多层多段拖动充填，实现具有非均质性强及物性差异大储层改造，改善渗流条件，达到控砂除泥，经济性开采天然气水合物的目的。

本发明的一种低渗透储层天然气水合物储层改造增产与防砂合三为一的工艺方法，以实现：①将储层改造增产与开采控砂结合。使用正反冲洗井技术将近井地带砂泥冲洗返出并延伸，大幅度增加充填过滤空间，同时用防砂介质充填其中在低渗透泥质储层内部形成多条短宽的高导流能力缝带，改善渗流条件提高产能；充填的材料的防砂介质过滤体起到砾石充填三级立体层的防控砂泥效果。水力喷射充填正反循环洗井技术结合。喷射水击作用可以有效清洗近井地层泥沙、准确形成三级立体层防控空间，保证低渗透泥质粉细砂层的储层改造，且无需机械封隔，可用于开采海洋水合物的裸眼、套管、防砂筛管完井的储层改造；水力喷射充填正反循环洗井将近井地带的储层实现人工的改造，改善渗流条件，达到控砂除泥，经济性开采天然气水合物的目的。

（1）微近井地带压开并延伸，携砂液将防砂介质充填地层近井地带形成多条短宽的高导流能力缝带，近井地带中的防砂介质过滤体既能满足储层改造增产要求，又能防止地层出砂。本发明可以满足低渗透储层天然气水合物开采水力喷射充填正反循环洗井控砂一体化作业要求，改善渗流条件、提高产气量、降低携砂速度，从而达到增产与防止地层出砂的双重目的。低渗透储层天然气水合物本发明的技术原理：结合水力喷射充填正反循环洗井工艺技术特点，通过井下水力喷射工具水击作用在储层形成一个或多个喷携砂道，从而在近井地带产生微近井地带，再利用端部脱砂技术充填近井地带的空间，形成三级立体防控空间：一级立体层采用网格状树脂、纤维及钙粉组成的隔离层；二级立体层采用锯齿状支撑剂组成固定层；三级立体层采用覆膜砂组成的过滤层。同时用防砂介质充填其中并实现端部脱砂，在低渗透储层内部形成多条短宽的高导流能力缝带，缝中的防砂介质过滤体起到砾石充填的防砂效果。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。