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一、曙光油田水平井概况
曙光油田位于辽河盆地西部凹陷西部斜坡区内断裂发育，地质条件复杂，油区内多种油层类型和各种油品共存。曙光油田稀油、稠油、超稠均有出砂严重的区块，其中比较典型的是曙三区、杜813兴隆台等。水平井是油田开发的一项革命性创新技术，水平井油藏接触面积是直井的5～10倍以上，它可以大幅度提高单井产量，实现油气田的高效开发。
由于区块油藏埋藏浅，压实作用弱，油藏出砂现象普遍。油层出砂使油水井频繁砂卡，使油水井被迫停产停注，造成油藏采油速度低，影响油藏采出程度和最终采收率。超稠油杜813-44-82井区曾经规划部署的40口新井因出砂严重暂停钻井，影响可采储量70万吨。油井出砂还导致套管损坏严重，杜813兴隆台区块套损率高达44.3%。
二、主要技术成果
针对上述问题，曙光采油厂经过三年的技术攻关，通过不锈钢精密微孔滤砂管、充填防砂装置等井下工具的研制，合作建立水平井循环充填物理模型，研究水平段填充机理，改进携砂液体系，优选充填砾石，改进完善了水平井高压填充防砂技术。研究改进了水平井砾石填充管柱，研究优选了水平井充填材料，建立了物理实验模型，保证能够在水平井段形成平衡堤式充填，有效指导提高水平井砾石充填防砂工艺。
1.水平井管内砾石充填防砂工艺
1.1不锈钢精密微孔滤砂管
不锈钢精密微孔滤砂管设计研究是水平井高压充填防砂工艺的重要环节，在设计中充分优选了高强度、高渗透性、挠度好、高孔/面率、高耐温及耐腐蚀能力强的系统结构。不锈钢精密筛管整体设计从内到外由基管、复合防砂过滤套及不锈钢外保护套等组成。
1.1.1结构组成
防砂过滤层采用不锈钢丝编织双层过滤网和三层导流功能层结构，采用先进焊接技术工艺与基管进行焊接。同现有的其它过滤元件相比，具有坚固的结构，高的拉拔强度，更大的抗挤压强度、抗腐蚀能力，在油层工作中不易堵塞，有精确的缝隙尺寸、较高孔/面率、容易反冲洗等特点。其延伸率、径向可变形量、扭曲变形量、弯曲变形量均大于 API油管。
1.1.2核心技术——复合防砂过滤层
1.1.2.1采用多层316L不锈钢精密微孔复合防砂过滤层，防砂可靠性高，抗破坏能力强。
1.1.2.2过滤面积大，分别为割缝筛管和绕丝筛管的6、3倍，流动阻力小。
1.1.2.3滤孔稳定，抗变形能力强，径向变形40%时，防砂能力不变，满足水平井使用要求。
1.1.2.4滤孔均匀，渗透率高，防堵能力强，便于反洗。
1.1.2.5外径小，重量轻，便于在长距离水平段上推动到位。
1.1.2.6过滤精度（μm） 80、 100、 120、 150 、180、200、 250、 300。
1.2悬挂充填及配套装置
1.2.1填砂丢手封隔器
填砂丢手封隔器是由送封工具、封隔、锚定、步进锁定等机构组成。打压座封时，当压力达到8Mpa时启动活塞右行，推动上锥体右行，将卡瓦胀出，卡瓦锚定于套管内壁，密封装置压缩封隔环腔，当压力达到16Mpa时，卡瓦锚定牢固，胀封完成。当压力达到20Mpa—22Mpa时，送封工具与工具丢开。
1.2.2充填防砂装置
充填防砂装置是由本体、内组合锁定、密封等机构组成。配合充填防砂施工中充填砾石的作用，当充填插管插入时开通下内腔，提出时关闭下内腔。
1.2.3密封插入管
密封插入管由密封塞、通管、引入开锁机构等组成，插入时封隔冲管与筛管环形间隙。
1.3砾石的优选
砾石的优选根据井深和地层砂的粒度中值，确定充填砾石的类型和粒径等参数。曙光油田出砂区块油层埋深600～1700m，压力梯度0.019MPa/m，经过计算，石英砂的强度即可满足现场需要。在稠油、超稠油热采区块优选耐高温的低密度陶粒。
砾石充填防砂设计中，选择合理的砾石尺寸是防砂成功的关键之一。较大的砾石尺寸有利于获得较高的产能，但会导致地层砂侵入砾石层；相反，较小的砾石尺寸挡砂效果好，但对油井产能的影响较大。因此需要从砂侵和产能两个方面综合考虑，优选出既能避免严重砂侵，又能获得较高产能的最佳砾石尺寸。
1.4携砂液体系的优选
水平井砾石充填工艺在填砂过程中易脱砂造成砂堵，因此携砂液主要技术要求是携砂性能好，粘度可调，易于充填密实；低残渣、低伤害，降低防砂带来油层的二次污染；具有较低的表面张力易返排。即不但要具有良好的流变性，而且要和地层配伍。如曙三区井岩芯敏感性评价为强水敏，针对上述曙光油田实际存在的客观特性问题，研制了可逆交联低伤害携砂液。
2.水平井管外砾石充填防砂工艺
水平井管外充填防砂技术，实际是将充填防砂管作为油层段完井管柱，之后再实施充填防砂。即指钻完井眼后，将底端带着防砂装置的防砂管接在套管底端，下到油层井段，然后采用分级固井的方式固井完井，或采用三开完井下防砂管柱方式完井。待钻盲板、通井、替浆后，下入防砂服务器，加压打开充填通道。进行充填施工时，施工的技术原理与管内的逆向充填类似。
三、现场应用分析
水平井高压充填防砂技术于2009年8月17日在曙3-H1井首次进行了现场试验并取得成功，截至目前累计实施30口井，一次实施成功率达100%，在已实施防砂的30口油井中，有4口为管内砾石充填防砂，是在完井后生产过程中出砂严重而实施的，井号为曙3-H1、曙4-H108新、曙4-H109、曙3-H302，主要集中在在曙三区等稀油出砂区块。有26口井为管外砾石充填防砂，是在钻完井过程中实施的，包括16口稀油水平井，10口超稠油水平井。
水平井应用改进后的高压充填防砂技术后，获得了良好的防砂效果，水平井出砂状况得到了明显的抑制，主要取得以下几方面成效：
一是水平井恢复了正常生产，检泵周期明显延长，生产时率得到提高。防砂后所有井施工井目前都正常生产，时间最长的曙3-H1油井已正常生产1380天。
二是取得了显著的增油效果。30口充填防砂水平，除正钻井的杜813-H207井，其余29口井累計产油3.49万吨，其中4口管内充填防砂工艺累计增产原油12718.2吨，25口直接充填完井的水平井对比同区块未实施措施投产的水平井，同比多产原油22156.2吨。
三是井段套管得到了有效的保护。实施砾石充填防砂的水平井均未出现套管损坏的问题。杜813-H204、杜813-H206、杜813-H208同是杜813兴隆台南区块的水平井，杜813-H204采用了砾石充填完井，，截至目前累计生产429天，生产时率达到79.4%，累计产液12651.8t，累计产油3946.2t，目前套管状态良好。
四、经济效益分析
水平井砾石充填技术累计实施30口井，措施投入4800万元，累计增油3.49万吨，增产获得经济效益2216万元。油井实施防砂措施后，有效延长了油井因出砂而作业的检泵周期，大幅度减少了油井冲砂检泵的作业次数，节约作业成本等费用375万元，获总经济效益2591万元，投入产出比达到1：1.54，取得了显著地经济及社会效益。
五、结论
1.实践表明，研究改进的专用逆向充填配套工具及相关理论的研究指导，解决了水平井砾石充填施工时易形成砂桥，施工后易卡管柱的难题，大大提高了水平井的防砂一次有效率，有效解决了水平井防砂的瓶颈性技术难题。
2.水平井采用高压充填防砂技术后，提高了近井地带的导流能力，增加了油井产能，取得了良好的增产效果。
3.改进后的水平井高压充填防砂技术为出砂油藏水平井正常开发，乃至提升油井的最终采收率提供了坚实的技术保障，应用前景广阔。
曙光油田位于辽河盆地西部凹陷西部斜坡区内断裂发育，地质条件复杂，油区内多种油层类型和各种油品共存。曙光油田稀油、稠油、超稠均有出砂严重的区块，其中比较典型的是曙三区、杜813兴隆台等。水平井是油田开发的一项革命性创新技术，水平井油藏接触面积是直井的5～10倍以上，它可以大幅度提高单井产量，实现油气田的高效开发。
由于区块油藏埋藏浅，压实作用弱，油藏出砂现象普遍。油层出砂使油水井频繁砂卡，使油水井被迫停产停注，造成油藏采油速度低，影响油藏采出程度和最终采收率。超稠油杜813-44-82井区曾经规划部署的40口新井因出砂严重暂停钻井，影响可采储量70万吨。油井出砂还导致套管损坏严重，杜813兴隆台区块套损率高达44.3%。
二、主要技术成果
针对上述问题，曙光采油厂经过三年的技术攻关，通过不锈钢精密微孔滤砂管、充填防砂装置等井下工具的研制，合作建立水平井循环充填物理模型，研究水平段填充机理，改进携砂液体系，优选充填砾石，改进完善了水平井高压填充防砂技术。研究改进了水平井砾石填充管柱，研究优选了水平井充填材料，建立了物理实验模型，保证能够在水平井段形成平衡堤式充填，有效指导提高水平井砾石充填防砂工艺。
1.水平井管内砾石充填防砂工艺
1.1不锈钢精密微孔滤砂管
不锈钢精密微孔滤砂管设计研究是水平井高压充填防砂工艺的重要环节，在设计中充分优选了高强度、高渗透性、挠度好、高孔/面率、高耐温及耐腐蚀能力强的系统结构。不锈钢精密筛管整体设计从内到外由基管、复合防砂过滤套及不锈钢外保护套等组成。
1.1.1结构组成
防砂过滤层采用不锈钢丝编织双层过滤网和三层导流功能层结构，采用先进焊接技术工艺与基管进行焊接。同现有的其它过滤元件相比，具有坚固的结构，高的拉拔强度，更大的抗挤压强度、抗腐蚀能力，在油层工作中不易堵塞，有精确的缝隙尺寸、较高孔/面率、容易反冲洗等特点。其延伸率、径向可变形量、扭曲变形量、弯曲变形量均大于 API油管。
1.1.2核心技术——复合防砂过滤层
1.1.2.1采用多层316L不锈钢精密微孔复合防砂过滤层，防砂可靠性高，抗破坏能力强。
1.1.2.2过滤面积大，分别为割缝筛管和绕丝筛管的6、3倍，流动阻力小。
1.1.2.3滤孔稳定，抗变形能力强，径向变形40%时，防砂能力不变，满足水平井使用要求。
1.1.2.4滤孔均匀，渗透率高，防堵能力强，便于反洗。
1.1.2.5外径小，重量轻，便于在长距离水平段上推动到位。
1.1.2.6过滤精度（μm） 80、 100、 120、 150 、180、200、 250、 300。
1.2悬挂充填及配套装置
1.2.1填砂丢手封隔器
填砂丢手封隔器是由送封工具、封隔、锚定、步进锁定等机构组成。打压座封时，当压力达到8Mpa时启动活塞右行，推动上锥体右行，将卡瓦胀出，卡瓦锚定于套管内壁，密封装置压缩封隔环腔，当压力达到16Mpa时，卡瓦锚定牢固，胀封完成。当压力达到20Mpa—22Mpa时，送封工具与工具丢开。
1.2.2充填防砂装置
充填防砂装置是由本体、内组合锁定、密封等机构组成。配合充填防砂施工中充填砾石的作用，当充填插管插入时开通下内腔，提出时关闭下内腔。
1.2.3密封插入管
密封插入管由密封塞、通管、引入开锁机构等组成，插入时封隔冲管与筛管环形间隙。
1.3砾石的优选
砾石的优选根据井深和地层砂的粒度中值，确定充填砾石的类型和粒径等参数。曙光油田出砂区块油层埋深600～1700m，压力梯度0.019MPa/m，经过计算，石英砂的强度即可满足现场需要。在稠油、超稠油热采区块优选耐高温的低密度陶粒。
砾石充填防砂设计中，选择合理的砾石尺寸是防砂成功的关键之一。较大的砾石尺寸有利于获得较高的产能，但会导致地层砂侵入砾石层；相反，较小的砾石尺寸挡砂效果好，但对油井产能的影响较大。因此需要从砂侵和产能两个方面综合考虑，优选出既能避免严重砂侵，又能获得较高产能的最佳砾石尺寸。
1.4携砂液体系的优选
水平井砾石充填工艺在填砂过程中易脱砂造成砂堵，因此携砂液主要技术要求是携砂性能好，粘度可调，易于充填密实；低残渣、低伤害，降低防砂带来油层的二次污染；具有较低的表面张力易返排。即不但要具有良好的流变性，而且要和地层配伍。如曙三区井岩芯敏感性评价为强水敏，针对上述曙光油田实际存在的客观特性问题，研制了可逆交联低伤害携砂液。
2.水平井管外砾石充填防砂工艺
水平井管外充填防砂技术，实际是将充填防砂管作为油层段完井管柱，之后再实施充填防砂。即指钻完井眼后，将底端带着防砂装置的防砂管接在套管底端，下到油层井段，然后采用分级固井的方式固井完井，或采用三开完井下防砂管柱方式完井。待钻盲板、通井、替浆后，下入防砂服务器，加压打开充填通道。进行充填施工时，施工的技术原理与管内的逆向充填类似。
三、现场应用分析
水平井高压充填防砂技术于2009年8月17日在曙3-H1井首次进行了现场试验并取得成功，截至目前累计实施30口井，一次实施成功率达100%，在已实施防砂的30口油井中，有4口为管内砾石充填防砂，是在完井后生产过程中出砂严重而实施的，井号为曙3-H1、曙4-H108新、曙4-H109、曙3-H302，主要集中在在曙三区等稀油出砂区块。有26口井为管外砾石充填防砂，是在钻完井过程中实施的，包括16口稀油水平井，10口超稠油水平井。
水平井应用改进后的高压充填防砂技术后，获得了良好的防砂效果，水平井出砂状况得到了明显的抑制，主要取得以下几方面成效：
一是水平井恢复了正常生产，检泵周期明显延长，生产时率得到提高。防砂后所有井施工井目前都正常生产，时间最长的曙3-H1油井已正常生产1380天。
二是取得了显著的增油效果。30口充填防砂水平，除正钻井的杜813-H207井，其余29口井累計产油3.49万吨，其中4口管内充填防砂工艺累计增产原油12718.2吨，25口直接充填完井的水平井对比同区块未实施措施投产的水平井，同比多产原油22156.2吨。
三是井段套管得到了有效的保护。实施砾石充填防砂的水平井均未出现套管损坏的问题。杜813-H204、杜813-H206、杜813-H208同是杜813兴隆台南区块的水平井，杜813-H204采用了砾石充填完井，，截至目前累计生产429天，生产时率达到79.4%，累计产液12651.8t，累计产油3946.2t，目前套管状态良好。
四、经济效益分析
水平井砾石充填技术累计实施30口井，措施投入4800万元，累计增油3.49万吨，增产获得经济效益2216万元。油井实施防砂措施后，有效延长了油井因出砂而作业的检泵周期，大幅度减少了油井冲砂检泵的作业次数，节约作业成本等费用375万元，获总经济效益2591万元，投入产出比达到1：1.54，取得了显著地经济及社会效益。
五、结论
1.实践表明，研究改进的专用逆向充填配套工具及相关理论的研究指导，解决了水平井砾石充填施工时易形成砂桥，施工后易卡管柱的难题，大大提高了水平井的防砂一次有效率，有效解决了水平井防砂的瓶颈性技术难题。
2.水平井采用高压充填防砂技术后，提高了近井地带的导流能力，增加了油井产能，取得了良好的增产效果。
3.改进后的水平井高压充填防砂技术为出砂油藏水平井正常开发，乃至提升油井的最终采收率提供了坚实的技术保障，应用前景广阔。