防砂技術(shù)概述

防砂技術(shù)概述2012年8月

目錄出砂類型出砂的危害出砂機(jī)理及影響因素防砂目的防砂方法管內(nèi)礫石充填防砂工藝Baker公司單層礫石充填防砂基本概念巖石：由一種或幾種造巖礦物所組成具有一定結(jié)構(gòu)構(gòu)造的固體結(jié)合體巖石分類：按其成因可分為沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖三大類與油氣田關(guān)系密切的巖石主要是沉積巖，而沉積巖中又以砂巖、石灰?guī)r、泥巖為主沉積巖是在地表常溫、常壓條件下由任何早先形成的巖石（巖漿巖、變質(zhì)巖和先成的沉積巖）遭受風(fēng)化剝蝕作用破壞的產(chǎn)物、有機(jī)物質(zhì)、火山物質(zhì)以及宇宙物質(zhì)等，在原地或經(jīng)外力搬運(yùn)、沉積及成巖作用形成的巖石。99%以上的石油和天然氣都儲(chǔ)集在沉積巖中沉積巖以巖石的成因作為分類的主要?jiǎng)澐忠罁?jù)，以巖石的礦物成分作為分類的輔助依據(jù)，以巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征作為次一級(jí)類型劃分的依據(jù)。以此分類依據(jù)可把沉積巖劃分為三大類：即碎屑巖類、泥質(zhì)巖類、化學(xué)巖與生物化學(xué)巖類。基本概念碎屑巖主要包括各種砂巖、砂礫巖、礫巖、粉砂巖等碎屑沉積巖，是我國(guó)目前最重要的儲(chǔ)集層類型。碎屑巖的物質(zhì)成分主要由顆粒、基質(zhì)和膠結(jié)物三部分組成。砂巖：在碎屑巖中，粒度為2~0.05mm的碎屑物含量占50%以上，由膠結(jié)物膠結(jié)起來(lái)的巖石。砂分類：0.004～0.0625mm屬于粉砂；0.0625～0.125mm屬于極細(xì)砂；0.125～0.25屬于細(xì)砂；0.25～0.5mm屬于中砂；0.5～1mm屬于粗砂；1～2mm屬于極粗砂；泥巖：由泥巴及黏土固化而成的沉積巖?；靖拍顜r石中存在著未被固體物質(zhì)充填的空間稱為巖石的孔隙，這種可供流體儲(chǔ)存的空間的特性稱為巖石的孔隙性。孔隙度：巖石中孔隙的體積與巖石總體積的百分比絕對(duì)孔隙度：巖石中全部孔隙的體積與巖石總體積之比有效孔隙度：巖石中相互連通的孔隙的體積與巖石總體積之比在一定壓差條件下，巖石允許流體通過(guò)的能力稱為巖石的滲透性。巖石孔隙喉道：巖石中連通不同類型儲(chǔ)集空間的狹窄通道。巖石孔隙喉道是流體流動(dòng)的通道,是決定儲(chǔ)層儲(chǔ)滲性能的關(guān)鍵因素膠結(jié)類型：在碎屑巖中，膠結(jié)物或填隙物的分布狀況及其與碎屑顆粒的接觸關(guān)系基本概念膠結(jié)類型按照膠結(jié)物成分可分為：泥質(zhì)膠結(jié)、鈣質(zhì)膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)、鐵質(zhì)膠結(jié)…等，常見的是前三種。按接觸關(guān)系可分為四類基底式膠結(jié)是指基質(zhì)或膠結(jié)物的含量較多，碎屑顆粒孤立地散布于膠結(jié)物與基質(zhì)中，彼此不相接觸或很少接觸?？紫妒侥z結(jié)是指碎屑顆粒緊密相連，膠結(jié)物填充在粒間孔隙中，膠結(jié)物含量少。接觸式膠結(jié)是指膠結(jié)物含量極少，碎屑顆?；ハ嘟佑|，膠結(jié)物僅存在于顆粒的接觸處，粒間孔隙內(nèi)大部分地方無(wú)膠結(jié)物充填。溶蝕膠結(jié)是指膠結(jié)物溶蝕并交代碎屑的邊緣，使碎屑邊緣呈港灣狀?；靖拍钔献ЯΓ河蜌饬鲃?dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生拖拽砂粒運(yùn)動(dòng)的力生產(chǎn)壓差：在采油和生產(chǎn)過(guò)程中，地層壓力總大于井筒液柱壓力，地層壓力與井筒液柱靜壓力之差。層流：液體質(zhì)點(diǎn)作有條不紊的運(yùn)動(dòng)，彼此不相混摻的形態(tài)紊流：液體質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)、互相混摻、軌跡曲折混亂的形態(tài)基本概念套管射孔+優(yōu)質(zhì)篩管套管射孔+礫石充填出砂的類型出砂的類型1、游離砂的析出游離砂是地層巖石中含有的未能很好膠結(jié)的砂粒，在巖石孔隙中呈現(xiàn)游離狀態(tài)。其被采出的油氣流帶出巖石進(jìn)入井筒，形成出砂。當(dāng)近井筒的地層中的游離砂?；颈粠С龊?，遠(yuǎn)離井筒的巖石中的砂粒會(huì)被巖石孔隙所阻擋，不能出砂，井的出砂會(huì)逐漸停止。所以，只要加強(qiáng)排液，促使近井巖石中游離砂粒的排出即可，不必采取防砂措施。2、弱膠結(jié)砂巖層的出砂砂巖層的強(qiáng)度除了與組成砂巖的砂粒的強(qiáng)度有關(guān)外，還與砂粒之間的膠結(jié)強(qiáng)度有關(guān)。砂粒的強(qiáng)度不是取決于砂粒礦物的強(qiáng)度，而是取決于膠結(jié)物的膠結(jié)強(qiáng)度。常見砂巖膠結(jié)物，膠結(jié)強(qiáng)度最強(qiáng)的是硅質(zhì)和鐵質(zhì)膠結(jié)，其次是鈣質(zhì)膠結(jié)，最弱的是泥質(zhì)膠結(jié)。還有的砂巖儲(chǔ)層的膠結(jié)很弱，是靠油的黏度將砂粒粘結(jié)在一起的。出砂的類型2、弱膠結(jié)砂巖層的出砂疏松砂巖（弱膠結(jié)低強(qiáng)度砂巖）：當(dāng)流體對(duì)砂粒的拖拽力超過(guò)砂粒之間的黏結(jié)強(qiáng)度時(shí)，砂粒就會(huì)隨流體移動(dòng)，形成出砂。疏松砂巖出砂的特點(diǎn)：只要有流體的流動(dòng)，就會(huì)出砂，出砂量隨流體流量的增加而增大，隨采液時(shí)間的延長(zhǎng)而加劇。疏松砂巖出砂產(chǎn)生的影響：會(huì)使近井地帶成為一個(gè)大洞，引起巖層的垮塌，堵塞射孔孔道，擠毀套管，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使井報(bào)廢（如同井噴后果）。3、砂巖骨架破碎出砂一些巖石膠結(jié)有一定強(qiáng)度，能承受一定范圍內(nèi)的流體的沖擊和巖石壓力的變化，生產(chǎn)初期不出砂。但由于各種原因引起巖石承受壓力變化或巖石的膠結(jié)物強(qiáng)度變小，使巖石的膠結(jié)物被壓碎，砂粒失去膠結(jié)出砂。這種出砂具有不可逆性出砂的危害出砂的危害1、出砂引起降低油氣井產(chǎn)量或迫使油氣井停產(chǎn)A、出砂堵塞射孔孔道，橋堵井筒B、出砂造成油層砂埋、油管砂堵，停產(chǎn)修井C、出砂使地面管匯和儲(chǔ)油罐積砂，不得不進(jìn)行沖洗清理工作，使生產(chǎn)周期變短，降低了油氣產(chǎn)量D、粉細(xì)砂現(xiàn)在還沒(méi)有有效的防砂措施，只能依靠控制產(chǎn)量的方法來(lái)抑制地層出砂，勢(shì)必較少油氣產(chǎn)量出砂的危害A、地層出砂會(huì)使地層形成空洞，隨著出砂量的增加，套管外地層空穴變大，導(dǎo)致突發(fā)性地層坍塌，對(duì)套管產(chǎn)生擠壓力，使套管被擠扁甚至被擠短、錯(cuò)位，使井報(bào)廢B、地層出砂對(duì)油氣流沖擊防砂篩管，造成篩管穿孔C、地層出砂造成油氣相對(duì)密度增大，增加了電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，致使電機(jī)過(guò)熱而損壞。D、由于油、氣井產(chǎn)出的流體中含有主要成分是二氧化硅的地層砂，二氧化硅硬度高，是一種破壞性很強(qiáng)的磨蝕劑，使電泵葉輪、分離器受到極大的磨損，降低了其使用期限。2、出砂引起井下套管、防砂篩管和井下工具（泵、分離器等）損壞出砂的危害4、出砂造成環(huán)境污染出砂也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。地層砂被帶到地面，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，尤其是海洋油氣田更為環(huán)境保護(hù)法所制約，所以油氣井的防砂不僅是油氣開采本身的需要，也是環(huán)境保護(hù)的需要。同2（D）中所述，含砂油氣同樣會(huì)造成地面設(shè)備的強(qiáng)烈磨損，使地面管線磨損穿孔、地面閘門失靈、輸油泵葉輪嚴(yán)重磨蝕，增大維修費(fèi)用并帶來(lái)危險(xiǎn)。3、出砂引起地面設(shè)備、管線的損壞出砂機(jī)理及影響因素1、出砂機(jī)理地層應(yīng)力超過(guò)地層強(qiáng)度就有可能出砂：（1）地層強(qiáng)度決定于膠結(jié)物的膠結(jié)力、流體的粘著力、地層顆粒之間的摩擦力以及地層顆粒本身的重力。（2）地層應(yīng)力包括地層結(jié)構(gòu)應(yīng)力、上覆壓力、流體流動(dòng)時(shí)對(duì)地層顆粒施加的推力，還有地層孔隙壓力和生產(chǎn)壓差形成的作用力。出砂機(jī)理及影響因素2、出砂的影響因素1）巖石強(qiáng)度低A、砂巖的強(qiáng)度主要取決于砂粒間膠結(jié)物的強(qiáng)度，而不取決于砂粒礦物的強(qiáng)度。B、砂巖按膠結(jié)物的強(qiáng)度分為膠結(jié)強(qiáng)度高的砂巖和膠結(jié)強(qiáng)度弱的疏松砂巖。C、疏松砂巖抗壓強(qiáng)度低，在低流速?zèng)_擊下，砂粒會(huì)脫離巖石母體，形成出砂。出砂機(jī)理及影響因素2）地層壓力的衰減A、巖石層在地下要承受上覆巖層的壓力，在此壓力下巖石被壓實(shí)，密度變大，孔隙縮小，巖石的體積變小。在壓實(shí)的過(guò)程中，孔隙不與外界連通，孔隙內(nèi)的流體也要承受壓力，抵抗部分上覆巖層的壓力，使孔隙內(nèi)的流體壓力升高，巖層成為異常高壓層。B、上覆壓力=巖石孔隙壓力（地層壓力）+砂粒之間的接觸應(yīng)力C、在采油生產(chǎn)過(guò)程中，隨油流的采出，地層的自然壓力會(huì)逐漸下降。砂粒之間的接觸應(yīng)力相應(yīng)增強(qiáng)，當(dāng)其超過(guò)巖石膠結(jié)物的強(qiáng)度極限時(shí)，膠結(jié)物被壓碎，巖石的骨架破裂，就有可能出砂。出砂機(jī)理及影響因素3）生產(chǎn)壓差或生產(chǎn)速度過(guò)大、地層流體粘度大A、生產(chǎn)壓差用來(lái)克服巖石孔隙的阻力，使流體從孔隙中流出。同一地層，生產(chǎn)壓差作用在地層巖石的孔隙壁上，最終作用在砂粒的表面上，這個(gè)力就是流體的黏滯阻力，它是指向井筒的，有攜帶砂粒向井筒中移動(dòng)的趨勢(shì)。B、流體的黏滯阻力與流體的性質(zhì)有關(guān)，如流體的黏度越高，流動(dòng)越困難，在流動(dòng)時(shí)對(duì)砂粒施加的拖拽力也就越大，因此稠油極易引起出砂。C、黏滯阻力還與流體的流動(dòng)速度有關(guān)，速度越快，造成的拖拽力就越大。D、生產(chǎn)壓差增大，生產(chǎn)速度過(guò)大導(dǎo)致黏滯阻力增大，對(duì)砂粒施加的拖拽力增大，當(dāng)超過(guò)膠結(jié)物膠結(jié)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出砂。出砂機(jī)理及影響因素4）油氣井含水量的增大采油過(guò)程中，地層壓力下降，一般用注水來(lái)補(bǔ)充地層壓力的降低。但是在水相環(huán)境中沉積的砂巖，其膠結(jié)物多是親水的。用水驅(qū)替油后，水更易和膠結(jié)物親和。水浸泡泥質(zhì)的膠結(jié)物后，膠結(jié)物中的黏土粉化，強(qiáng)度降低，或黏土吸水膨脹，從砂粒上脫離下來(lái)，使膠結(jié)強(qiáng)度降低，在流體的帶動(dòng)下容易出砂。5）不適當(dāng)?shù)脑霎a(chǎn)措施（酸化或壓裂）酸化或壓裂等增產(chǎn)措施降低了膠結(jié)物的強(qiáng)度，易引起出砂。6）操作管理措施不當(dāng)（如壓力激動(dòng)）。A、激動(dòng)壓力：下油管（或鉆桿）過(guò)快，造成井底突然增大的壓力，其可能降低膠結(jié)強(qiáng)度，引起出砂。B、抽吸作用：起底帶大直徑工具的油管（或鉆桿）時(shí)，起管速度過(guò)快，容易引起井底壓力降低，產(chǎn)生抽吸作用，易引起疏松巖層的砂粒從地層中進(jìn)入井筒，造成出砂。防砂目的防砂目的1）延長(zhǎng)油井的生產(chǎn)壽命；2）保護(hù)地面生產(chǎn)設(shè)備；3）減少油井的維護(hù)費(fèi)用；防砂方法無(wú)論那一種防砂方法，都應(yīng)該有效地阻止地層的砂粒隨著流體流向井筒；一、防砂方法分類1）砂拱防砂；2）機(jī)械防砂；3）化學(xué)防砂；4）焦化防砂。防砂方法砂拱防砂

機(jī)械防砂降低流速

增大地層徑向應(yīng)力防砂管柱

防砂管柱+充填增大射孔段長(zhǎng)度，增加射孔密度

控制產(chǎn)量裸眼產(chǎn)出膨脹式封隔器樹脂膠結(jié)人工井壁其他化學(xué)法樹脂注入法，樹脂地下合成預(yù)涂層礫石樹脂砂漿水泥砂漿水袋干灰砂樹脂核桃殼乳化水泥焊接玻璃固砂氫氧化鈣固砂四氯化硅固砂水泥-碳酸鈣混合液固砂聚乙烯固砂氧化有機(jī)化合物固砂法化學(xué)防砂焦化防砂注熱空氣固砂

短期火燒油層固砂割縫襯管，繞絲篩管，雙層或多層篩管，膠結(jié)濾砂管篩管或襯管+礫石充填篩管或襯管+預(yù)涂層礫石或預(yù)涂層陶粒充填篩管或襯管+粒狀塑料或玻璃球、陶粒充填防砂方法防砂方法二、防砂方法概述1、砂拱防砂機(jī)理：砂拱防砂機(jī)理如同拱橋承載一樣，許多砂粒擋住地層砂隨液產(chǎn)出。防砂成敗的關(guān)鍵因素：砂拱的穩(wěn)定性。要想保持砂拱的穩(wěn)定性必須考慮兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：一是降低并穩(wěn)定地層流體產(chǎn)出速度；二是保持或提高井筒周圍地層的徑向應(yīng)力。適用范圍：適合射孔后形成小孔徑和高孔密的炮眼。因地層流體的速度不穩(wěn)定，特別是使用大排量抽油時(shí)，在炮眼里會(huì)造成十分嚴(yán)重的紊流，易使炮眼處砂拱坍塌，因此，其應(yīng)用有限，不適用與海上油氣井。防砂方法2、機(jī)械防砂1）濾砂管防砂；

將濾砂管下入井內(nèi)，濾砂管正對(duì)產(chǎn)層，濾砂管上部用封隔器封隔上部井段，迫使產(chǎn)層的流體經(jīng)過(guò)濾砂管過(guò)濾，將砂擋在濾砂管外，流體流入井筒內(nèi)。常用的是：

將濾砂管和封隔器聯(lián)成防砂管柱，用鉆桿送入產(chǎn)層，座封丟后后，封隔器將濾砂管永久性地固定于井下，然后在封隔器以上下入生產(chǎn)管柱(自噴或機(jī)采)。防砂方法濾砂管結(jié)構(gòu)與用途序號(hào)濾砂管結(jié)構(gòu)流通孔縫，mm用途1割縫襯管以油管或套管經(jīng)割縫而成0.3～0.6直井、斜井、水平井、分支井當(dāng)尾管。中粗粒砂地層2石英砂濾砂管由基管和石英砂固結(jié)的外砂管構(gòu)成0.06～0.15直井防砂容易破碎，不宜用于海上生產(chǎn)井3單層/多層繞絲管由基管、縱向筋條、外層繞絲層構(gòu)成0.15～0.75直井、斜井、水平井、分支井防砂?，F(xiàn)在一般用于配合礫石充填防砂4雙層繞絲預(yù)充填礫石濾砂管由基管、縱向筋條、繞絲層樹脂膠結(jié)的礫石充填層外繞絲層構(gòu)成繞絲縫：

0.15～0.75

礫石層：0.06～0.15單獨(dú)或配合礫石充填，使用直、斜、分支井。當(dāng)代常用的濾砂管5雙層開孔/預(yù)充填礫石篩管由基管、筋條、繞絲層、樹脂膠結(jié)的礫石充填層、外層保護(hù)鋼管構(gòu)成0.06～0.15單獨(dú)用于直斜、分支、水平井裸眼段防砂6金屬絲編織濾砂管由基管、粗金屬絲網(wǎng)層，細(xì)金屬絲網(wǎng)（多層）、螺紋管保護(hù)層構(gòu)成0.01～0.190年代產(chǎn)品。可單獨(dú)用于任何井眼的油氣井防砂7不銹鋼碎粒燒結(jié)濾砂管由基管金屬碎粒（不銹鋼）燒結(jié)層構(gòu)成0.01～0.0890年代產(chǎn)品?？蓡为?dú)用于各類套管井眼防砂8金屬絲編織層+多層金屬碎粒燒結(jié)層濾砂管由基管、內(nèi)金屬絲編織層、多層細(xì)網(wǎng)與金屬碎粒燒結(jié)層、外螺紋保護(hù)管構(gòu)成0.01～0.0890年代產(chǎn)品?？蓡为?dú)用于各類井眼的油氣井目前常用濾砂管如下圖所示防砂方法割縫管割縫管割縫管與繞絲管相比：優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜缺點(diǎn)：1、割縫的流入面積受限制（且易于被堵塞）2、流體對(duì)割縫的腐蝕，在某種情況下，腐蝕使割縫增寬，以至于割縫襯管不能再擋砂防砂方法繞絲篩管繞絲篩管是由不銹鋼絲盤旋纏繞在一基管外襯套上制成。單層繞絲篩管1、耐腐蝕、工作壽命長(zhǎng)；2、外窄內(nèi)寬的篩縫具有一定的自潔作用，輕微的堵塞可被產(chǎn)出流體疏通3、連續(xù)繞絲形成連續(xù)縫隙，流通面積大，篩管內(nèi)外幾乎沒(méi)有壓力降，其流通能力大大超過(guò)割縫篩管4、在制造工藝上，繞絲篩管還能最大限度地滿足縫隙尺寸的設(shè)計(jì)要求，最小縫隙可達(dá)0.1mm，任何工業(yè)礫石都能選配到合適的篩管縫隙尺寸繞絲篩管的優(yōu)點(diǎn)：繞絲篩管使用了三角形（斷面）的不銹鋼絲，三角形的頂點(diǎn)朝里面，這樣就形成了一個(gè)梯形斷面的開口縫隙。梯形斷面的開口縫隙較少了縫隙被堵塞的趨勢(shì)。同時(shí)，極大地增大了流體流入面積防砂方法石英砂濾砂管防砂方法雙層繞絲預(yù)充填礫石篩管預(yù)充填礫石篩管防砂方法雙層開孔/預(yù)充填礫石篩管防砂方法金屬絲編織濾砂管防砂方法不銹鋼碎粒燒結(jié)濾砂管防砂方法2）礫石充填防砂

礫石充填防砂是目前最有效的防砂方法，它是在油氣井中下入濾砂管后，再進(jìn)行濾砂管柱外(包括射孔炮眼和地層近井地帶)礫石充填，建立人工防砂屏障。礫石充填防砂有四種方法低密度充填法：用低粘度的攜砂液或鹽水，用低的攜砂比將礫石攜帶至防砂井段和防砂管柱外高密度充填法：用凝膠做攜砂液，并用高的攜砂比將礫石攜帶至防砂井段和防砂管柱外振動(dòng)充填法：井下充填工具中帶有振動(dòng)裝置，在礫石充填過(guò)程中引發(fā)濾砂管、盲管等擋砂管柱振動(dòng)，迫使礫石趨向緊密堆積壓裂充填法：將產(chǎn)層用水力壓出裂縫后向裂縫擠入礫石，造成離井眼更遠(yuǎn)的礫石充填，進(jìn)一步降低近井帶的流動(dòng)阻力和流速防砂方法3、化學(xué)防砂將化學(xué)原料注入地層，膠結(jié)地層砂或?qū)⒒瘜W(xué)膠結(jié)劑預(yù)先涂在固體顆粒表面，然后將其擠進(jìn)套管外形成人工井壁以達(dá)到防砂的目的化學(xué)防砂優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：對(duì)細(xì)粉砂地層的防砂效果優(yōu)于機(jī)械防砂。因?yàn)槟壳皺C(jī)械防砂的最小孔隙只達(dá)到防0.01mm以上的砂粒，0.01mm以下的粉狀砂就只有依靠化學(xué)防砂方法。缺點(diǎn)：化學(xué)防砂的膠結(jié)劑進(jìn)入地層，降低地層滲透率；膠結(jié)劑易老化，壽命不長(zhǎng)；一般化學(xué)膠結(jié)劑價(jià)格昂貴，成本高；颙成功率低于機(jī)械防砂防砂方法主要防砂方法優(yōu)缺點(diǎn)序號(hào)防砂方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)建議1控制生產(chǎn)壓差1）費(fèi)用低1）無(wú)井下檢測(cè)出砂儀器，難以準(zhǔn)確操作2）影響產(chǎn)量（3）砂拱穩(wěn)定性差4）容易發(fā)生砂堵管柱一般不選用2濾砂管防砂1）施工成功率高

2）對(duì)井眼形狀適應(yīng)性強(qiáng)

3）方法可靠，有效期較長(zhǎng)

4）可用于多層完井

5）作業(yè)簡(jiǎn)便，有補(bǔ)救方法

6）可進(jìn)行酸化解堵（7）適用油氣井1）濾砂管易被砂堵，影響產(chǎn)能

2）濾砂管易受磨蝕

3礫石水充填防砂1）成功率高達(dá)95%以上

2）方式可靠，有效期10年以上3）作業(yè)相對(duì)簡(jiǎn)單，費(fèi)用中等

4）材料來(lái)源廣（5）適用油氣井1）不適用于細(xì)粉砂地層防砂

2）對(duì)異常高壓井不選用

3）一定程度上影響產(chǎn)能

4）多層防砂費(fèi)用較高建議應(yīng)用（海上）4礫石膠液充填防砂1）成功率高達(dá)95%以上

2）方式可靠，有效期10年以上

3）作業(yè)相對(duì)簡(jiǎn)單，費(fèi)用中等

4）材料來(lái)源廣

5）適用油氣井1）目前不太適用于水平井、分支井和多底井2）不適用于細(xì)粉砂巖

3）作業(yè)相對(duì)復(fù)雜

4）不適用于高溫高壓井

5）一定程度上影響產(chǎn)能建議應(yīng)用（海上）5礫石振動(dòng)充填（與水充填相近）防砂1）成功率高達(dá)95%以上（2）方式可靠，有效期10年以上（3）作業(yè)相對(duì)簡(jiǎn)單，費(fèi)用中等（4）材料來(lái)源廣（5）用油氣井（6）充填密實(shí)1）同礫石水充填

2）井下工具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易出故障

6壓裂法礫石充填防砂1）井眼附近滲透性高，流動(dòng)壓差低，防砂效果好（2）防砂可靠，有利于高產(chǎn)，有效期長(zhǎng)3）適用于油氣井，特別適宜細(xì)粉砂疏松地層的氣井防砂1）目前不適用于水平井，分支井，多井底2）動(dòng)用設(shè)備多，作業(yè)相對(duì)復(fù)雜

3）施工時(shí)間長(zhǎng)（4）不適用于高溫高壓井5)費(fèi)用高適用于油氣井，特別是疏松砂巖、粉細(xì)砂巖氣層防砂7化學(xué)防砂

目前水平下不適宜海上適用

管內(nèi)礫石充填防砂工藝油氣層射孔后，將礫石充填在射孔炮眼內(nèi)，篩管/套管、盲管/套管環(huán)形空間的一種機(jī)械防砂方法。管內(nèi)礫石充填防砂1、礫石的選擇砂樣收集方法1）鉆井過(guò)程中用橡膠取心筒取心，該方法最能真是反映地層砂的情況2）若無(wú)完整的巖心可采用井壁取心，該方法因井壁取心工具打入地層使部分地層砂破碎，使砂樣的細(xì)砂含量增加導(dǎo)致砂樣粒度分析正確性受到影響，但仍具有相當(dāng)好的參考價(jià)值3）若前兩者樣都不可得，只能采集隨流體產(chǎn)出的砂子或井底撈砂得到的地層砂樣，但是產(chǎn)出砂偏細(xì)撈出砂偏粗，這兩者砂樣只有一定的參考價(jià)值假如得不到砂樣，我們可以借鑒相同區(qū)域其它井在防砂時(shí)所使用的礫石尺寸和經(jīng)驗(yàn)。若該地區(qū)也沒(méi)有其它井進(jìn)行過(guò)礫石充填作業(yè)，那么，最好的辦法就是使用最小尺寸的礫石。管內(nèi)礫石充填防砂工藝地層砂粒度中值d50把篩目號(hào)與對(duì)應(yīng)的地層砂樣累積質(zhì)量百分比描繪到半對(duì)數(shù)紙上，得到一條S形曲線。在此曲線上找出累積質(zhì)量百分比為50％這點(diǎn)上所對(duì)應(yīng)的篩目尺寸，即為地層砂粒度尺寸，定義為該砂樣粒度中值d50注意：有時(shí)候，所獲得的砂樣是取自相同層段的幾個(gè)不同的部位，在這種情況下，必須對(duì)每個(gè)不同部位樣品作出“S”形曲線。通常這些“S”形曲線都繪制在同一張圖表下，而且每個(gè)“S”形曲線都應(yīng)標(biāo)出50％點(diǎn)處的粒度值。為了計(jì)算出合適的礫石尺寸，不能取它們?cè)?0％點(diǎn)處的平均值，只能以在50％點(diǎn)處粒度值最小的那根“S”形曲線為標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)選擇礫石尺寸。地層的均勻系數(shù)從“S”形曲線上，可得到兩個(gè)很有意義的點(diǎn)，即40％和90％(d40和d90)點(diǎn)處的值。這兩個(gè)點(diǎn)的比值(d40／d90)定義為地層砂不均度系數(shù)C。C<3地層砂均勻C>5地層砂不均勻C>10地層砂很不均勻管內(nèi)礫石充填防砂工藝防砂礫石的選擇經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明，索西埃(Saucier)方法是目前防砂礫石選擇應(yīng)用最普遍的經(jīng)驗(yàn)方法，其計(jì)算公式：D50=（5～6）d50，即選用的工業(yè)礫石的粒度中值為防砂井地層砂粒度中值的5～6倍。工業(yè)礫石參數(shù)表標(biāo)準(zhǔn)篩目顆粒直徑，in顆粒直徑，mm粒度中值D50，in粒度中值D50，mm滲透率，x10-3μm2孔隙度，%3～40.265～0.1876.73～4.750.2265.748100-4～60.187～0.1324.75～3.350.1604.063700-6～80.132～0.0.0943.35～2.390.1132.871900-6～100.132～0.0793.35～2.010.1062.68--8～100.094～0.0792.39～2.010.0862.191150-8～120.094～0.0662.39～1.680.0802.031745①36①10～140.079～0.0562.01～1.420.0681.71800-10～160.079～0.0472.01～1.190.0631.6--10～200.079～0.0332.01～0.840.0561.423253210～300.079～0.0232.01～0.580.0511.301913316～300.047～0.0231.19～0.580.0350.89

20～400.033～0.0170.84～0.420.0250.641213530～400.023～0.0170.58～0.420.0200.50110

40～500.017～0.0120.42～0.300.0140.3666

40～600.017～0.0100.42～0.250.0130.33453250～600.012～0.0100.30～0.250.0110.2843

60～700.010～0.0080.25～0.210.0090.2331

①為棱角礫石管內(nèi)礫石充填防砂工藝防砂礫石厚度選擇在實(shí)際礫石充填中，礫石厚度應(yīng)在76.2mm（3in）以上。對(duì)于裸眼篩管礫石充填井來(lái)說(shuō)，篩管與地層之間的半徑上應(yīng)有76.2mm（3in）的空間。對(duì)于套管井進(jìn)行礫石充填時(shí)，由于礫石可進(jìn)入炮眼，若使用20/40目或更小的礫石，篩管/套管環(huán)空間隙尺寸為19mm（3/4in)～25.4mm(1in)就可以。防砂礫石用量計(jì)算防砂礫石用量由礫石充填系數(shù)來(lái)確定，其設(shè)計(jì)用量為理論用量加附加量。根據(jù)套管內(nèi)徑、篩管外徑、篩管長(zhǎng)度、盲管外徑、盲管長(zhǎng)度及射孔段長(zhǎng)度，來(lái)計(jì)算每口井每一層防砂使用礫石的用量。

V總＝Vl+V2+V3十V附V1=л(D2-d12）·L1/4V2=л(D2-d22）·L2/4V3=f·h式中V總--總填充砂，m3D--套管內(nèi)徑，md1--盲管外徑，m

d2--篩管外徑，mL1--盲管長(zhǎng)度，mL2--篩管長(zhǎng)度，mh--射孔段長(zhǎng)度，mf--充填系數(shù)，新井取0.028m3/m，老井取0.047

m3/m；V附----附加量，m3（在情況不明的地方，第一次充填作業(yè)時(shí)，其附加量至少為理論設(shè)計(jì)的100%）管內(nèi)礫石充填防砂工藝攜砂液要求與分類攜砂液分為四類：A、低粘度攜砂液：攜砂液要求：清潔：液體中含有的固相顆粒尺寸與數(shù)量應(yīng)減小到一定程度，使得這些固相顆粒隨著液體進(jìn)入地層時(shí)不會(huì)堵塞地層孔隙配伍性：入井液體進(jìn)入地層后不與地層液、地層礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)新的沉淀物堵塞地層孔隙B、高粘度攜砂液C、中粘度攜砂液D、泡沫攜砂液管內(nèi)礫石充填防砂工藝攜砂液性能、優(yōu)點(diǎn)及適用范圍攜砂液類型性能優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用范圍備注粘度mPa·s攜砂能力kg/m3排量m3/min低粘度

50～1000.47～0.981、充填密實(shí)；2、充填砂面沉降少；3、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單；4、作業(yè)時(shí)間短；5、經(jīng)濟(jì)；6、不污染地層1、用液量大；2、因泵量較大，礫/砂易互混；

3、因泵量較大，礫石易破碎1、低密度常規(guī)充填作業(yè)2、振動(dòng)充填作業(yè)

3、適用于長(zhǎng)井段充填和裸眼井充填

4、適用于高斜井、低滲透地層5、適用于高粘油地層海水（鹽水）50～100200～4000.3～0.6稠化鹵水（鹽水）高粘度500～7001000～18000.08～0.31、用液量少2、礫石受高粘液保護(hù)破碎少

3、礫/砂不易互混4、容易充填套管以外地區(qū)1、工藝相對(duì)復(fù)雜2、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)3、礫石充填砂面沉降大4、稠化劑的殘?jiān)鼘?duì)地層有傷害

5、井底破膠粘度難以控制1、主要用在高密度擠壓充填作業(yè)中

2、適用于流砂地層

中粘度300～400400～5000.15～0.31、攜砂能力較低粘度攜砂液強(qiáng)，可以用于循環(huán)充填或高壓擠壓充填2、經(jīng)濟(jì)3、充填砂面沉降小

1、適用于高斜度井礫石充填2、可用于裸眼井

泡沫

1、含液少，不存在低壓漏失問(wèn)題2、充填砂面沉降少3、對(duì)地層污染小1、工藝相對(duì)復(fù)雜1、適用于低壓漏失井、高斜井2、適用于低滲透地層、高粘油地層

管內(nèi)礫石充填防砂工藝防砂工具的選擇1、繞絲篩管和割縫管的選擇在選擇繞絲篩管或割縫襯管時(shí)，應(yīng)考慮防砂井的具體條件和綜合經(jīng)濟(jì)效果。如果井液腐蝕性弱，地層砂較粗，產(chǎn)能又偏低的地層可以適當(dāng)選擇割縫襯管；反之，應(yīng)選用繞絲篩管。井段超過(guò)30m的產(chǎn)層，海上油、氣天宜考慮使用繞絲篩管。此外，針對(duì)特殊油、氣井的條件，還可以選用特殊的材質(zhì)和設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)制造繞絲篩管。2、繞絲篩管和割縫襯管縫隙大小的選擇篩縫尺寸原則上應(yīng)能滿足擋住最小充填礫石的要求，具體計(jì)算應(yīng)等于最小充填礫石尺寸的1\2～2/3。舉例：20/40目礫石尺寸為0.495～0.84mm，它的最小尺寸為0.495mm。則篩管縫隙尺寸應(yīng)在下列兩個(gè)數(shù)值之間：0.495×1/2=0.248mm0.495×2/3=0.330mm

取圓整值為0.3mm。管內(nèi)礫石充填防砂工藝3、繞絲篩管長(zhǎng)度的選擇生產(chǎn)篩管的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)產(chǎn)層射孔段上、下界各1.0～1.5m；裸眼完井的篩管長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)擴(kuò)眼產(chǎn)層上、下界各1m以上。以確保篩管對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)層，獲得篩管的最大利用率，有利于提高產(chǎn)量。通常篩管的公稱長(zhǎng)度有9m、6m、3m（30ft、20ft、10ft）數(shù)種

礫石與篩縫尺寸對(duì)應(yīng)配合表礫石尺寸篩縫尺寸目mminmm40～600.419～0.2490.0060.1520～400.838～0.4190.0120.3016～301.190～0.5840.0140.3510～202.010～0.8380.200.5010～162.010～1.1900.200.508～122.390～1.6800.0300.80管內(nèi)礫石充填防砂工藝4、繞絲篩管直徑的選擇設(shè)計(jì)篩管直徑的原則是既要盡可能增加過(guò)流面積，又要在套管與篩管之間留出足夠的環(huán)形空間以保證充填層有足夠的厚度，使之具有良好的擋砂能力和穩(wěn)定性。充填層太薄不利于防砂，地層流體很容易沖開單薄的礫石層直接沖刺篩管，致使篩管破壞，防砂失敗。篩管直徑過(guò)大容易在窄小處形成砂拱，使充填率下降，造成防砂失敗。對(duì)于裸眼礫石充填完井，篩管外徑應(yīng)等于或小于裸眼井徑減去100mm，也就是說(shuō)礫石充填環(huán)形空間的徑向厚度不小于50mm。套管內(nèi)礫石充填的篩管外徑應(yīng)等于或小于套管內(nèi)徑減去50mm，即礫石充填環(huán)形空間的徑向厚度不小于19mm。裸眼和套管內(nèi)礫石充填完井各種井徑與篩管直徑配合原則上應(yīng)符合礫石尺寸越大，充填厚度也相應(yīng)加大的規(guī)律。管內(nèi)礫石充填防砂工藝5、盲管直徑和長(zhǎng)度的選擇盲管是一般油管或套管，位于生產(chǎn)篩管與信號(hào)篩管之間或生產(chǎn)篩管與充填工具之間。盲管的作用是在它與井筒的環(huán)形空間里儲(chǔ)備充填礫石。施工結(jié)束后，充填礫石會(huì)發(fā)生密實(shí)性沉降，也有可能通過(guò)炮眼進(jìn)入地層，這就會(huì)使礫石充填的高度下降。這些儲(chǔ)備礫石起到補(bǔ)充的作用，以防止生產(chǎn)篩管裸露而使防砂失效。儲(chǔ)備的礫石在環(huán)形空間中還起到了阻止地層流體沿著環(huán)形空間向上運(yùn)動(dòng)的作用。盲管的內(nèi)、外徑與繞絲篩管的中心管內(nèi)、外徑可以不相同。其長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)充填方法不同有所差別。通常，低密度循環(huán)充填的盲管為20～30m，特殊情況下，也可不下人盲管，而在下部延伸管／套管環(huán)空儲(chǔ)備礫石。高密度擠壓充填的盲管長(zhǎng)度至少應(yīng)等于20m(60ft)，裸眼完井的盲管段不應(yīng)設(shè)計(jì)在套管里，因?yàn)榕c裸眼井段相比，盲管與套管環(huán)形空間儲(chǔ)存的礫石量相對(duì)較少，所以應(yīng)在產(chǎn)層以上蓋層中適當(dāng)加長(zhǎng)擴(kuò)充段，以容納較多的儲(chǔ)備礫石。管內(nèi)礫石充填防砂工藝6、信號(hào)篩管信號(hào)篩管的作用是向地面施工人員提供井下充填情況的信號(hào)。如上部信號(hào)篩管的作用是充填礫石堆積到生產(chǎn)篩管頂部后，地面充填壓力可相對(duì)穩(wěn)定，直到礫石把盲管段環(huán)形空間全部填滿達(dá)到信號(hào)篩管后，壓力又開始上升，且上升速度較快，當(dāng)信號(hào)篩管全部被礫石埋死后，壓力劇增，表明井筒內(nèi)礫石儲(chǔ)備量已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，充填停止，可以轉(zhuǎn)入下一個(gè)工序。下部信號(hào)篩管的作用是強(qiáng)迫高密度砂漿向井底運(yùn)動(dòng)，攜砂液不能在篩管上部進(jìn)入篩管，避免礫石堆積在產(chǎn)層上部井筒中形成砂拱堵塞環(huán)形空間，造成下部充填不實(shí)，而導(dǎo)致充填失敗。當(dāng)?shù)[石砂漿到達(dá)底部，礫石把下部信號(hào)篩管埋住，地面施工壓力就會(huì)明顯上升，操作人員便可轉(zhuǎn)入下道工序，使工具進(jìn)入擠注狀態(tài)。擠注過(guò)早會(huì)把大量完井液擠入地層造成地層傷害；擠注太晚，攜砂液無(wú)法進(jìn)入已經(jīng)被礫石擋住的炮眼。使用下部信號(hào)篩管，可以提供準(zhǔn)確的開始擠注時(shí)間。信號(hào)篩管的縫隙和直徑尺寸與生產(chǎn)篩管相同，長(zhǎng)度一般為1～2m。由于技術(shù)的發(fā)展，目前低密度水充填防砂不必采用信號(hào)篩管。管內(nèi)礫石充填防砂工藝7、沖洗管沖洗管用于延長(zhǎng)旁通工具的回流端口，其選擇原則是：沖洗管外徑與篩管內(nèi)徑的最佳比值為0.8.比值越大，沖洗管與篩管的環(huán)空越小，回流慢，壓差大，礫石難沉淀，充填困難；比值越小，環(huán)空越大，回流過(guò)快，容易形成砂橋，影響充填效果。沖洗管最后一根下端口應(yīng)是斜面，以增大端口流通面，沖洗管柱下端面應(yīng)距離篩管底部約1m。8、沖洗管插入密封段沖洗管插入密封段用來(lái)封隔上、下二層的防砂地層，以阻止在礫石充填全過(guò)程中完井液漏失進(jìn)入非作業(yè)層，確保作業(yè)層的循環(huán)流程暢通。9、扶正器使用扶正器可使防砂管柱在井內(nèi)處于井筒中心位置，以便礫石均勻地充填到篩管四周，形成良好的擋砂屏障。如果不使用扶正器或使用數(shù)量不夠，防砂管柱就可能偏向一邊，使這一邊充填礫石減少，甚至完全得不到礫石，地層流體從炮眼里出來(lái)就會(huì)直接沖蝕篩管而造成穿孔，導(dǎo)致防砂過(guò)早失敗。Baker公司單層礫石充填防砂

目前渤海常用的和最有效的防砂方法是：管內(nèi)礫石充填防砂（BAKER公司）。它是在油井生產(chǎn)層段的套管上射孔后，將礫石充填在射孔炮眼內(nèi)及篩管/套管、盲管/套管環(huán)形空間的一種機(jī)械防砂方法(BAKER公司”Mini-Beta”防砂系統(tǒng)）。單層防砂則是其中的一種。一、簡(jiǎn)述Baker公司單層礫石充填防砂根據(jù)射孔數(shù)據(jù)及盲管磅級(jí)確定所需要的各封隔器及篩盲管的數(shù)量,規(guī)格對(duì)所需的打砂器材的準(zhǔn)備和檢查(打砂泵,動(dòng)力源,混砂罐,沉砂池,方井口,水柜)準(zhǔn)備所需要的便扣及手工具仔細(xì)測(cè)量所有下井工具的內(nèi)外徑仔細(xì)分析方井口實(shí)現(xiàn)正，反循環(huán)的可行性和便捷性二準(zhǔn)備工作Baker公司單層礫石充填防砂三、管柱結(jié)構(gòu)1、防砂工具外管柱Baker公司單層礫石充填防砂2、防砂工具內(nèi)管柱封隔器充填滑套總成剪切接頭沖管篩管插入錨定密封橋塞密封筒底部延伸筒滑套開、關(guān)工具單流閥密封圈旁通短節(jié)中心管反循環(huán)孔頂部磨銑延伸筒Baker公司單層礫石充填防砂Baker公司單層礫石充填防砂1配管原則：

A篩管覆蓋油層段3ft-5ft

橋塞座封在射孔段一下5ft-8ft

頂部封隔器座封在射孔段以下3ft-5ft(當(dāng)隔離封隔器用)

頂部封隔器下配盲管20米左右(最上油層)B底部隔離密封的反循環(huán)孔在snap-latch以下的2ft四、單層防砂工藝Baker公司單層礫石充填防砂2、下入并座封沉砂封隔器井斜小--電纜座封,

井斜大--鉆桿座封,Baker公司單層礫石充填防砂3、下防砂管柱準(zhǔn)備合適尺寸的篩管架、篩管、盲管和沖管提升短節(jié)，并按下列順序連接、下入防砂管柱定位密封總成（SNAPLATCH）篩管（下入時(shí)防止磕碰）盲管內(nèi)層管柱：沖管（注意打牢安全卡瓦）頂部封隔器。Baker公司單層礫石充填防砂4、下鉆，插入錨定密封

下鉆時(shí)，嚴(yán)禁猛提猛放，控制下鉆速度；到位前（1柱）測(cè)上提、下放懸重并記錄。下壓2T，試插入，并在管柱上作標(biāo)記，再上提管柱，如果上提負(fù)荷超過(guò)正常上提懸重4-5噸，則證明管柱已插入到位。Baker公司單層礫石充填防砂5、座封頂部封隔器

插入錨定密封后，上提至中和位置，做好安全卡瓦；投1-7/16“座封球。連接好地面管線，試壓，按如下步驟座封：鉆桿打壓500psiX5min，穩(wěn)壓2min；

1300psiX5min，放壓至O；

1800psiX5min，放壓至O；

2500psiX5min，放壓至O；Baker公司單層礫石充填防砂6、驗(yàn)封驗(yàn)卡瓦:上提超過(guò)正常上提10T，下壓4T，驗(yàn)封；驗(yàn)?zāi)z皮:關(guān)BOP，環(huán)空打壓2000psiX10min,壓力不降，合格。7、服務(wù)工具脫手正轉(zhuǎn)15圈，上提，服務(wù)工具脫手8、剪切球座

上提管柱2-3米左右，鉆桿打壓3600-4000psi，剪切球座。Baker公司單層礫石充填防砂

正循環(huán)

第一種方法:下入位置，上提2ft，做正循環(huán)測(cè)試選擇最佳打砂位置第二種方法:先找反循環(huán)位置,在向上丈量7ft

反循環(huán)

環(huán)空打壓,上提管柱至壓力開始下降.1確定正、反循環(huán)位置五打砂環(huán)節(jié)

2循環(huán)測(cè)試及參數(shù)選擇在正循環(huán)位置(打砂位置)泵入bbl鉆桿壓力psi環(huán)空返出bbl環(huán)空壓力psi11000.55022001.352033501.95304