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1、八面河油田常用防砂工艺及选井条件,工艺研究所措施室 二O一一年九月,一、出砂的机理及影响因素分析 二、八面河油田防砂形势简介 三、八面河油田主要防砂工艺介绍 四、防砂方式的选择及影响效果的因素,提 纲,1、减产或停产作业 油井出砂最容易造成砂埋油层、砂堵油管、地面管汇和贮油罐积砂。 2、地面和井下设备磨蚀 由于油井产出流体中含有地层砂，主要成分是SiO2，硬度高，能使抽油泵阀座磨损而不密封、阀球点蚀、柱塞和泵缸拉伤、地面闸门失灵、输油泵叶轮严重冲蚀。 3、套管损坏、油井报废 最严重的情况是随着地层出砂量的不断增加,套管外的地层孔穴越来越大，到一定程度往往会导致突发性的地层坍塌。套管坍塌部位由于
2、受力失去平衡产生变形或损坏。严重时会导致油井报废。,防砂是保障出砂油田正常生产必须的措施！,1、出砂的危害,一般油层的出砂可分为充填砂和骨架砂，当流体的流速达到一定值时，首先使得充填于油层孔道中的未胶结砂粒发生移动，油井开始出砂，随着流速的增加、油井受力发生变化，油井出砂量增加，当流体的流速和生产压差达到某一定值时，油井发生剪切破坏，造成岩石结构损坏，使骨架砂变为自由砂，被流体带动着移动，引起油井大量出砂。,2、出砂的机理,A、剪切破坏机理,上覆岩层压力由孔隙压力与骨架应力共同平衡。随开采进行，油藏压力逐渐降低，施加在岩石骨架上的压力越来越大，当该力超过岩石的抗剪切应力，岩石就会被剪切破坏。,
3、剪切破坏的主要因素是油藏压力的衰减或生产压差过大，如果油藏能量得不到及时补充或注水效果差或生产压差超过岩石强度，都会造成地层的应力平衡失稳，形成剪切破坏。,B、拉伸破坏机理,在开采过程中，流体由油藏渗流至井筒，沿程会与地层颗粒发生摩擦，流速越大，摩擦力越大，施加在岩石颗粒表面的拖曳力越大，即岩石颗粒前后的压力梯度越大，岩石就会遭受拉伸破坏。,与过高的开采速度和过大的流体速度有关。流体对岩石的拉伸破坏主要集中在炮眼周围，因为炮眼周围的流速远大于地层内部，另外，近井地带流体易脱气，粘度增大，对岩石颗粒的拖曳力也会增大。,两种机理同时作用并相互影响,剪切引起地层破坏后，地层颗粒更容易在产液拖曳力作用
4、下发生运移。,3、影响出砂的因素,（1）地质因素,（2）开采因素,（3）完井因素,自然因素,人为因素,a、地层压降及生产压差对出砂的影响,b、流速对出砂的影响,a、射孔孔道填充物对出砂的影响,b、射孔参数对出砂的影响,b、颗粒胶结强度,a、构造应力的影响,c、流体性质,c、含水上升或注水对出砂的影响,d、蒸汽吞吐对出砂的影响,断层附近和构造顶部区域原构造应力最大，是地层强度最弱的部位，局部内部骨架已经被破坏，是最容易也是出砂最严重的地区。,地层埋藏越深，压实作用越强，胶结强度越高，越不易出砂。 孔隙式胶结孔隙-接触式胶结接触式胶结,1、含油饱和度越高，胶结越好。 2、原油粘度越高，越易出砂（a
5、、粘度高，毛细管力小，胶结强度弱。b、粘度高，作用在岩石颗粒上的拖曳力大,e、日常管理不当导致压力激动,1、压降过大导致岩石颗粒负荷大，形成剪切破坏。 2、压降引起脱气导致原油粘度增大 3、压降需要放大生产压差，作用在岩石上的拉伸作用力增大，更易出砂。,1、含水上升导致毛细管力下降，地层强度降低 2、胶结物被水溶解 3、注水对地层的冲刷作用加剧出砂,1、高温高压蒸汽将环空充填砂挤入地层或溶蚀，井筒内砾石充填带被破坏；放喷时大量地层砂回吐从绕丝管导致出砂。 2、热采采油速度高，导致近井地带地层压降大，,射孔后各种填充物导致孔道堵塞，孔道压降是生产压差的主要组成部分（80%）,应采取大孔道、高密度
6、射孔方式降低流动阻力，降低流速。,一、出砂的机理及影响因素分析 二、八面河油田防砂形势简介 三、八面河油田主要防砂工艺介绍 四、防砂方式的选择及影响效果的因素,提 纲,八面河油田分区分层出砂状况表,八面河油田储层性质：普遍埋藏较浅，原油粘度较高，岩心疏散，孔隙度较高，胶结疏松，胶结物含量低，储层易出砂。 总体上看：1、除广北区出砂轻微外，其它区块均不同程度出砂。 2、所有区块沙三段普遍出砂严重，沙四段较轻。 3、八面河油田地层砂的粒径中值在0.1-0.3mm之间。,南区出砂尤为严重，防砂井数比例高达82.3%，沙三上、沙三中油井基本上都需要防砂，沙四段大部分井需要防砂。,近五年来主要防砂效果对
7、比,比例,时间,以绕防为主的机械防砂阶段,八面河油田历年防砂方式构成图,绕防和化学防砂互补阶段,解堵类防砂和复杂结构井防砂阶段,八面河油田防砂工艺技术的发展经历了三个阶段：,近年来，随着开发的深入，含水上升、蒸汽吞吐热采、井身轨迹复杂对防砂提出了更高要求，循环充填、预充填绕防、水平井防砂等新工艺得到广泛推广应用，呈逐年增加的趋势。,一、出砂的机理及影响因素分析 二、八面河油田防砂形势简介 三、八面河油田主要防砂工艺介绍 四、总结,提 纲,八面河油田常用防砂工艺技术：,一、绕丝筛管砾石充填防砂技术 二、化学防砂技术 三、复合防砂技术 四、解堵类防砂技术 五、复杂结构井防砂技术 六、热采井防砂技术
8、,一、绕丝筛管砾石充填防砂技术,原理：利用选定缝隙尺寸的绕丝筛管下入油井正对出砂油层，然后在绕丝筛管周围填入一定粒度的砾石，形成一个二级拦截过滤体系，较细的地层砂在充填砾石面上被阻留，而砾石本身比筛缝大又被阻隔在筛管周围，以保证让流体流过而阻挡地层砂进入井中，使油井既能获得产能又可控制出砂。,绕丝筛管,充填砾石,绕丝筛管,按索西公式D=（56）d50。实际地层砂粒度分布范围广，采用：D=（4 8）d50。 筛缝尺寸应等于最小充填砾石尺寸的1/22/3。 八面河油田地层砂平均粒径中值为0.1mm，则充填砂砾石直径为0.40.8mm，筛缝尺寸为0.3mm，选择石英砂和陶粒作为充填砾石。,充填砾石及
9、筛管尺寸选择,砾石的质量要求： 超大或过小尺寸的颗粒含量不得超过砾石总质量的2%； 砾石的圆、球度不低于0.6； 在标准土酸中的酸溶度小于1%； 砾石试样水浊度不大于50度； 显微镜观察不能发现两个或两个以上的颗粒结晶快； 抗破碎试验产生的细颗粒砂质量应符合要求。,适用范围：,1、不宜用于粉细砂岩（地层砂粒径中值0.07mm）和高泥质含量的地层。因为要防止粉细砂，则要求小砾石尺寸，这样砾石层渗透率低，影响产能；粉细砂容易侵入砾石层，使砾石层渗透率严重下降，影响产能；粘土容易将砾石层堵塞，降低产量。 2、不适用于高压井。压力及产量太高时，高速液流冲刷作用容易使砾石破碎，产生层产生粉细砂，堵塞通道
10、，降低产量。 3、套管直径小于5in的小井眼施工困难，应慎用或不用。 4、对于多层系油藏，若要经常调层开采的油井应慎用。 5、进行火烧油层开采的特稠油油藏不适合。 除了以上条件外，绝大部分油气井和地层有适宜采用砾石充填防砂技术。,施工过程,绕防管柱示意图,井筒处理,（刮管、通井、洗井）,下入管柱,地层预处理,（解堵、粘土稳定处理）,洗井座封,加砂充填砾石,顶替压力至12MPa,反洗井丢手,施工管柱设计,工作原理：将砂浆从油管内泵入，到达充填工具经转换内管自皮碗下方的转换孔流出，由于皮碗（朝下）的单向密封作用，迫使砂浆沿筛管/套管环形空间下行，并在环形空间内逐渐堆积，而脱砂液通过筛缝进入筛管，通
11、过冲管返至充填工具内、外管之间的夹壁腔，并从皮碗上方旁通孔流出进入油管/套管环形空间，继续上行至井口，完成砾石的循环充填。,扶正器的作用：使防砂管柱在井内处于中心位置，以使砾石均匀地充填到筛管周围，形成良好的挡砂屏障。,信号筛管的作用：向地面施工人员提供井下充填情况的信号。当充填砾石堆积到生产筛管顶部，地面充填压力相对稳定，直到砾石把光管段环形空间全部填满达到信号筛管后，压力开始上升，当信号筛管全部被砾石填满后，压力剧增，表明井桶内砾石储备量已达到设计要求，充填停止，可进行下步工序。,光管的作用：在光管与套管的环空内储备一部分充填砾石，因为防砂结束后，砾石会发生沉降、或溶蚀导致环空砾石损失，充
12、填高度下降，光管周围储备的砾石可以补偿损失砾石，保证筛管不裸露，使防砂持续有效。此外，环空内的较多的储备砾石还阻止地层流体（包括产出砂）沿着环空向上窜流,生产筛管：长度应超过射孔井段上、下界各1.01.5m，以便确保筛管对准生产层，获得筛管的最大利用率。长度规格2.6m、4.6m、6.6m（热采筛管2.8/4.8/6.6m）。,冲管：与充填工具配合形成充填通道。,常用绕防工具： 1、FS-WT砾石充填工具（旋转油管丢手，用于斜度小的井）,充填通道,挡砂皮碗,正循环通道出口,将配好的混砂液泵入油管，到达工具经转换内管自皮碗下方的转换孔流出，由于皮碗的单向密封作用，迫使砂浆沿筛管与套管环形空间向下
13、运动，并逐渐堆积，而脱砂液通过筛缝流入返至转换工具内、外管之间的夹壁腔，并从皮碗上方旁通孔流出到达上部环形空间继续向上直至井口，完成砂浆的正循环充填。 筛管周围空间全部被砾石填满后，泵压急剧上升，停止顶替，地面改反循环流程，洗井液从油套环形空间泵入，进入工具转换孔经内管向上流入油管内，将管内多余的砂冲出。反洗后按设计值上提管柱，正转油管15-25圈，则丢手接头处的左旋螺纹被松开，即可实现丢手，将筛管及工具部分零件留井，起出工具其余部分及冲管。,正旋转后丢手,2、FS-PT砾石充填工具（投球打压丢手，用于斜度大不能旋转油管的井）,3、 YFS热采可循环充填工具（封隔器充填工具，用于热采井）,封隔
14、胶筒,支撑卡瓦,充填通道,循环通道出口及反洗通道入口,旋转丢手,施工步骤： 1、下防砂管柱：按防砂管柱组合及管柱示意图下到设计位置，装好井口； 2、反洗井：排量400-500L/min，将井内脏物洗出，观察出口是否畅通； 3、坐封：从油管投入38mm钢球，打压8-10-12-15MPa，各稳压3min，坐封后继续打压16-20MPa，打开充填通道进行充填； 4、充填砾石：排量300-400L/min，砂比8%，最终顶替泵压15.0MPa； 5、反洗井：排量400-500L/min，返出液不含砂后停止洗井； 6、丢手：上提管柱至悬重，正转油管10-20圈丢手，丢手后起出防砂管柱。,影响绕丝筛管防
15、砂失效因素分析：,1、施工过程中出现的各种问题导致环空未充填好（负压、砂桥、防砂管柱不居中等现象）。导致二级防砂屏障只剩下绕丝筛管一级防砂屏障。 2、防砂管柱质量问题导致穿孔（盲管生锈穿孔、筛管被砂砾击穿）。 3、注蒸汽吞吐热采时蒸汽对环空砂的冲刷、溶蚀导致砂量大幅减少，挡砂屏障失效，极易引起出砂。,八面河油田常用防砂工艺技术：,一、绕丝筛管砾石充填防砂技术 二、化学防砂技术 三、复合防砂技术 四、解堵类防砂技术 五、复杂结构井防砂技术 六、热采井防砂技术,二、化学防砂技术,1、水带干灰砂防砂技术（水防） 2、树脂涂敷砂防砂技术（涂防） 3、高分子聚合物抑砂技术（固砂） 4、HY化学防砂技术,
16、1、水带干灰砂防砂技术（水防）,原理：以水泥为胶结剂，以石英砂为支撑剂，按比例在地面搅拌均匀，用携砂液携至井下挤入套管外已出砂地层，凝固后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，防止地层出砂。,适用范围： 适用于已出砂的油、水井防砂； 适用于多油层、高含水油井防砂； 适用于防砂井段在50m以内的油、水井防砂； 适用于低压油、水井后期防砂。,缺点： 造成的堵塞较为严重，对单层产量的制约可达50%，目前主要用于水井防砂。,1、用料设计 A、配方：油井水泥：石英砂=1：（1.52.5）（重量比，根据地层情况而定） B、用量：每米射孔井段按2t设计。,井筒处理,（刮管、通井、洗井）,下入管柱,试挤加砂,顶替,关井72h,冲钻,2、施工过程,（砂比10%）,1999-2010年水防施工工作量统计表,水防具有在效期长、成功率高的特点，并且井下不留防砂管柱，可以满足分注、测试、洗井需要，减少大修拔机械防砂
