采油井出砂原因及防砂技術(shù)

沙漠鋼板2023年3月27日采油井出砂原因及防砂技術(shù)一概述防砂方法與技術(shù)目錄CONTENTS三出砂機(jī)理二出砂是由于油氣井開(kāi)采和作業(yè)等綜合因素造成井底附近地層破壞，導(dǎo)致剝落的地層砂隨地層流體進(jìn)入井筒，而對(duì)油氣井生產(chǎn)造成不利影響的現(xiàn)象。

骨架砂地層砂可以分兩種：

填隙物

概述一、定義構(gòu)造應(yīng)力的影響

二、影響地層出砂因素，三大類(lèi)：

1、地質(zhì)因素

2、開(kāi)采因素

3、完井因素人為因素自然因素顆粒膠結(jié)性質(zhì)流體性質(zhì)地層壓降及生產(chǎn)壓差對(duì)出砂的影響流速對(duì)出砂的影響含水上升或注水對(duì)出砂的影響地層傷害的影響射孔孔道填充物對(duì)出砂的影響射孔參數(shù)對(duì)出砂的影響概述1、砂?？赡茉诰畠?nèi)沉積并形成砂堵，產(chǎn)量降低；2、砂粒將磨損井內(nèi)和地表設(shè)備，卡抽油泵進(jìn)出口凡爾、活塞、襯套等；3、出砂嚴(yán)重的井還可能引起井壁坍塌而損壞套管和襯管、砂埋油層導(dǎo)致油氣井停產(chǎn)，使采油的難度和成本都顯著提高等等。4、降低地面設(shè)備的處理效果，增加工作量。5、污染環(huán)境，尤其是海洋油氣田。

三、出砂的危害概述出砂地層根據(jù)地層砂膠結(jié)強(qiáng)度大小分成三種類(lèi)型，每一類(lèi)型有各自出砂特征。1.流砂地層指沒(méi)有膠結(jié)的地層砂。流砂地層僅靠很小的流體附著力和周?chē)h(huán)境圈閉的壓實(shí)力來(lái)聚集。這種地層一旦開(kāi)井投產(chǎn)便連續(xù)不斷出砂，但產(chǎn)出液含砂量相對(duì)穩(wěn)定，基本是一常數(shù)。特征：雖然累計(jì)出砂量不斷增大，但套管周?chē)粫?huì)出現(xiàn)地層空穴，只是地層越來(lái)越松。四、出砂地層類(lèi)型及特征概述2.部分膠結(jié)地層含膠結(jié)物量少，膠結(jié)力弱，地層強(qiáng)度低。投產(chǎn)后地層砂會(huì)在炮眼附近剝落，逐漸發(fā)展成空穴，剝落的地層砂進(jìn)入井筒極易添滿井底，堵塞炮管。特征：其產(chǎn)出液含砂量變化很大。概述3、脆性砂地層也稱(chēng)易碎砂地層，較多膠結(jié)物，中等膠結(jié)強(qiáng)度砂巖。開(kāi)始投產(chǎn)時(shí)出砂幾天或幾周，隨后出砂量大減，幾乎無(wú)砂產(chǎn)出，到一定可能重新出砂。因出砂過(guò)程中套管外部地層沖蝕空穴突然增大，過(guò)流面積成倍增長(zhǎng)，地層流體流速大幅下降，導(dǎo)致出砂量明顯下降。當(dāng)單位面積流體流速達(dá)到一定值時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)地層砂大塊坍塌，過(guò)流面積倍增而停止出砂，出現(xiàn)另一個(gè)周期。周而復(fù)始任其發(fā)展，洞穴將越來(lái)越大，最終形成災(zāi)難性地層坍塌，使套管變形而報(bào)廢。概述1、拉伸破壞機(jī)理

出砂機(jī)理與預(yù)測(cè)隨內(nèi)外壓差增大，流體流向井內(nèi)的流速也增大，對(duì)巖石的拖曳力增大，巖石承受拉伸力也增大，當(dāng)該力超過(guò)巖石抗拉伸強(qiáng)度時(shí)，巖石就會(huì)遭受拉伸破壞。一、地層出砂機(jī)理2、剪切破壞

上覆巖層壓力由孔隙壓力與骨架應(yīng)力共同平衡。隨開(kāi)采進(jìn)行，油藏壓力逐漸降低，施加在巖石骨架上的壓力越來(lái)越大，當(dāng)該力超過(guò)巖石的抗剪切應(yīng)力，巖石就會(huì)被剪切破壞。一、地層出砂機(jī)理出砂機(jī)理與預(yù)測(cè)地層中存在諸如粘土之類(lèi)精細(xì)顆粒，會(huì)隨產(chǎn)出液一起運(yùn)移，造成井壁周?chē)鷿B透率降低（地層損傷的一種），增加了流體的拖曳力，導(dǎo)致出砂。3、精細(xì)顆粒的影響一、地層出砂機(jī)理出砂機(jī)理與預(yù)測(cè)油井防砂方法有以下幾種：1、機(jī)械防砂法2、化學(xué)防砂法3、焦化防砂法4、復(fù)合防砂法5、其他防砂法僅下機(jī)械防砂管柱的方法

降低流速法

防砂管柱礫石充填的方法

人工膠結(jié)地層法

人工井壁法

增大油層徑向應(yīng)力

向地層擠入樹(shù)脂砂漿液、乳化水泥、預(yù)涂層礫石、水帶干灰砂等

向地層通入熱能，使原油在砂粒表面焦化，形成具有膠結(jié)力的薄膠結(jié)層

機(jī)械防砂法

化學(xué)防砂法+

增加射孔段長(zhǎng)度、增加射孔密度；控制產(chǎn)量。裸眼產(chǎn)層膨脹式封隔器防砂方法與技術(shù)1、機(jī)械防砂（1）濾砂器防砂原理

地層砂產(chǎn)出后，經(jīng)過(guò)濾砂器才可到達(dá)地面，濾砂器具有高滲透性，但可以阻擋地層砂通過(guò)。A、繞絲篩管B、割縫襯管不銹鋼繞絲筋板基板C、雙層預(yù)充填礫石繞絲篩管防砂D、金屬棉濾砂管防砂E、陶瓷濾砂管F、樹(shù)脂石英砂濾砂管防砂防砂方法與技術(shù)B、割縫襯管套管割線

垂直于軸線的(L=20-50mm)

平行于軸線的（L=50-300mm）C、雙層預(yù)充填礫石繞絲篩管防砂

內(nèi)外繞絲篩管礫石中心管

D、金屬棉濾砂管防砂

帶孔基管金屬棉保護(hù)管

防砂方法與技術(shù)E、陶瓷濾砂管

外管陶瓷管密封

F、樹(shù)脂石英砂濾砂管防砂

濾砂管引鞋中心管G、多孔冶金粉末濾砂管

由鐵粉或銅粉燒結(jié)而成，然后用銅合金包覆金屬粉末。

防砂方法與技術(shù)（2）篩管礫石充填防砂機(jī)理

首先將篩管或割縫襯管下到出砂層段，用一定質(zhì)量流體將一定粒度礫石攜帶到防砂段，充填在篩管與地層之間或篩管與套管之間，將地層砂擋在礫石層外，形成一個(gè)由粗到細(xì)的砂拱，良好流通能力，又能阻止油層出砂。1、先期裸眼繞絲篩管礫石充填防砂

2、套管完井篩管礫石充填防砂濾砂器管柱礫石填充油管套管水泥環(huán)油藏濾砂器管柱礫石填充射孔防砂方法與技術(shù)（1）人工膠結(jié)固砂方法2、化學(xué)防砂的機(jī)理適用在早期防砂先期、早期防砂方法苯酚甲醛催化劑

柴油作為增孔劑

+

防砂方法與技術(shù)①酚醛樹(shù)脂膠結(jié)砂層②酚醛溶液地下合成防砂（2）人工井壁防砂法①預(yù)涂層礫石人工井壁②水泥砂漿人工井壁③樹(shù)脂核桃殼人工井壁④樹(shù)脂砂漿人工井壁+

施工簡(jiǎn)單成功率高膠結(jié)后的礫石的抗折強(qiáng)度大滲透率可在原滲透率的90%以上

水泥石英砂水油+

出砂部位粉碎的核桃殼顆粒酚醛樹(shù)脂柴油+

+

中性水油固化劑早期防砂后期防砂酚醛樹(shù)脂+

石英砂+

柴油后期防砂防砂方法與技術(shù)（1）物理方法固砂

原油中重質(zhì)部分尤其瀝青，在低溫下可凝固成半固態(tài)物質(zhì)，不再溶于原油，可以將疏松砂巖膠結(jié)在一起，形成具有一定滲透性的擋砂屏障。

（2）低溫氧化固砂

低溫氧化：指氧氣和烴類(lèi)物質(zhì)在300度以下條件中化學(xué)反應(yīng)。低溫氧化固砂：利用原油和氧氣在低溫下反應(yīng)，使原油中的瀝青質(zhì)析出，把地層膠結(jié)在一起。（3）瀝青石油固砂3、焦化防砂的機(jī)理油井填砂用瀝青石油飽和砂粒注溶劑注蒸汽使瀝青固化防砂方法與技術(shù)（2）高滲壓裂充填防砂4、復(fù)合防砂機(jī)理化學(xué)劑在出砂層位固結(jié)地層后，再下機(jī)械防砂管柱（一般為雙層預(yù)充填繞絲篩管）高滲疏松砂巖地層既水力壓裂，又礫石充填，兩工藝有機(jī)結(jié)合，油井既高產(chǎn)又控砂最佳效果。

防砂方法與技術(shù)（1）常規(guī)機(jī)械-化學(xué)復(fù)合防砂法（1）壓后地層流體流動(dòng)特征徑向流雙線流（2）水力裂縫可以避免和緩解巖石的破壞（3）裂縫可以降低流動(dòng)沖刷攜帶砂粒的能力（4）裂縫內(nèi)充填的礫石對(duì)地層砂粒有阻擋作用雙線流生產(chǎn)壓差降低流動(dòng)壓力梯度降低+雙性流裂縫表面積流速大幅度降低+防砂方法與技術(shù)5、其他方法－砂橋形成與穩(wěn)定（1）砂橋：地層砂?；虺涮钌傲Ｔ谂谘壑?chē)鷺?gòu)成的圓拱結(jié)構(gòu)。（2）砂橋形成：流速低于臨界流速時(shí)，自然形成砂橋，高于臨界流速會(huì)大量出砂，不能形成砂橋。為保證沙橋穩(wěn)定性，最簡(jiǎn)單方法是把產(chǎn)量控制在臨界流速以下；在一定采液流速下，可增大出油面積，降低生產(chǎn)壓差，如增大射孔密度，增大孔徑，甚至裸眼完井。（3）砂橋穩(wěn)定性：砂橋形成前會(huì)出砂，形成后出砂漸少，甚至不出砂，即形成穩(wěn)定砂橋。砂橋穩(wěn)定性主要受砂粒間摩擦力和孔隙間毛管力支配。生產(chǎn)中，一旦流速過(guò)大，超過(guò)臨界流速，流動(dòng)壓力大于砂粒間摩擦力和毛細(xì)管力，使得砂橋垮塌，油井出砂。防砂方法與技術(shù)5、其他方法－投產(chǎn)與管理（3）合理生產(chǎn)壓差防砂后適當(dāng)關(guān)井候凝或壓力擴(kuò)散，及時(shí)開(kāi)井，盡快排液生產(chǎn)。投產(chǎn)初期，控制產(chǎn)液量，使地層砂在礫石充填體外沿形成“砂拱”或“砂橋”。較大砂粒能阻止外面較小地層砂，在