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1、 渤海油田油井出砂防砂机理 目 录 油井出砂的危害油井出砂的危害 防砂的方法与技术防砂的方法与技术3 出砂判断和控砂措施出砂判断和控砂措施42 油井出砂的机理油井出砂的机理1 出砂的机理出砂的机理地层坍塌出砂的机出砂的机理理拉伸破坏剪切破坏主要表现为射孔后弹孔周围地层应力集中，产生塑性变形，从而导致弹孔周边的骨架砂粒剥落、坍塌。 拉伸破坏和流体的粘度、流体在地层中的流速有关，原油粘度越高、流体速度越大，对砂粒的冲刷力与拖拽力越强，拉伸破坏越严重，地层容易出砂。 采油过程中地层压力不断下降,上覆地层压力转变成岩石间的应力,使岩石破损,砂颗粒从岩石剥落,形成出砂地层坍塌拉伸破坏剪切破坏地层坍塌拉伸
2、破坏出砂的机出砂的机理理地层坍塌拉伸破坏地层坍塌剪切破坏拉伸破坏地层坍塌地层坍塌拉伸破坏地层坍塌剪切破坏拉伸破坏地层坍塌地层坍塌拉伸破坏地层坍塌剪切破坏拉伸破坏地层坍塌拉伸破坏示意图随内外压差增大，流体流向井内的流速也增大，对岩石的拖拽力增大，岩石承受拉伸力也增大，当该力超过岩石抗拉伸强度时，岩石就会遭受拉伸破坏。井底流压不能过低；自喷井和气举井；压力不能波动过大。拉伸破坏示意图精细颗粒的影响：地层中存在诸如粘土之类精细颗粒，会随产出液一起运移，造成井壁周围渗透率降低（地层损伤的一种），增加了流体的拖拽力，导致出砂。地层剪切破坏示意图上覆岩层压力由孔隙压力与骨架压力共同平衡。随开采的进行，油藏
3、压力逐渐降低，施加在岩石骨架上的压力越大，当该力超过岩石抗剪切应力，岩石就会被剪切破坏。出砂的危害出砂的危害危害生产环境设备出砂严重影响我们的日常生产出砂严重影响我们的日常生产砂粒进入井筒在流动过程中沉积,造成井筒堵塞,地面管线和储油罐积存大量沉砂,经常被迫起管柱大修作业,清除砂堵、冲洗砂埋油层、清理地面管线和储油罐。严重可能引起井壁坍塌而损坏套管和衬管、砂埋油层导致油井停产 ,水平井冲砂很难将地层砂冲到地面. 出砂严重油井的正常生产，降低油井的生产时率，增加生产成本。为控制井底流体的流速，不得不控制生产压差，必然影响油井产量，尤其是高产量油井的出砂。 出砂严重影响我们的日常生产出砂严重影响我
4、们的日常生产同时油流中的砂子不断的沉积在井底，直至埋掉生产油层使油井产量不断的降低，含水率不断的升高，油井失去生产能力 油井油井出砂威胁着我们的生产设备出砂威胁着我们的生产设备 油井出砂造成设备的损坏油井出砂造成设备的损坏, ,增加生产成本增加生产成本. .油气井产出流体油气井产出流体中含有地层砂，会使设备严重磨损失效。对于井下设备的中含有地层砂，会使设备严重磨损失效。对于井下设备的损耗更为严重，出砂会造成电潜泵叶轮磨损、电潜泵负荷损耗更为严重，出砂会造成电潜泵叶轮磨损、电潜泵负荷增加增加,严重会发生过在停机以致烧泵。对于地面设备的影严重会发生过在停机以致烧泵。对于地面设备的影响也是很大的，会
5、造成砂刺管线、地面阀门失灵、有时还响也是很大的，会造成砂刺管线、地面阀门失灵、有时还会阻塞地面管线，从而不得不采取检泵、维修设备等措施会阻塞地面管线，从而不得不采取检泵、维修设备等措施,影响生产的同时增加生产成本。砂还会在影响生产的同时增加生产成本。砂还会在FPSO工艺舱舱工艺舱舱底沉积，不得不进行清舱作业底沉积，不得不进行清舱作业,增加增加FPSO的处理负担的处理负担。 设设 备备 损损 失失 设设 备备 损损 失失堵塞分离器液位计：砂子不断的沉积在分离器液位计的连通管中，使液位计工作不正常，液位显示失真。生产管线：砂子随油水在管线中流动，加速管线的磨损，特别是在管线弯头、阀门等油水流动方向
6、改变的地方，砂子家具了油流对管线的冲刷力，造成刺漏。油井出砂影响环境油井出砂影响环境油井出砂会造成环境污染油井出砂会造成环境污染,尤其是我们海洋油尤其是我们海洋油 气田，更应该对保护环境负责。气田，更应该对保护环境负责。意料之外的由于出砂引起的管道渗漏或设备失意料之外的由于出砂引起的管道渗漏或设备失效还会引起严重的安全问题和溢出事故，所以油、效还会引起严重的安全问题和溢出事故，所以油、气井防砂不仅是油、气开采本身的需要，也是环境气井防砂不仅是油、气开采本身的需要，也是环境保护的需要。保护的需要。 第三章第三章防砂的方法与技术机械防砂的类型仅下防砂管柱防砂防砂管柱砾石填充的方法机械防砂的现场应用
7、绕丝筛管割缝衬管自自 洁洁 作作 用用我们油田普遍使用优质筛管，优质筛管重量轻，下入容易，防砂范围宽，适用我们油田普遍使用优质筛管，优质筛管重量轻，下入容易，防砂范围宽，适用于垂直井和定向井。特别是适用于水平井、侧钻井、多底井等大曲率井以及长于垂直井和定向井。特别是适用于水平井、侧钻井、多底井等大曲率井以及长井段，但是成本偏高。我国现在还使用树脂砂砾滤砂管，双层充填滤砂管，陶井段，但是成本偏高。我国现在还使用树脂砂砾滤砂管，双层充填滤砂管，陶瓷滤砂管等，原理都是相同的，就是在地层和井筒之间形成一层过滤网，随着瓷滤砂管等，原理都是相同的，就是在地层和井筒之间形成一层过滤网，随着防砂技术的进步，相
8、信会有高效的滤砂管问世。防砂技术的进步，相信会有高效的滤砂管问世。 机械防砂的现场应用衬管外自然分选形成“砂桥”示意图1-油层；2-砂桥；3-缝眼；4-井筒 第一类机械防砂的优缺点优点：简便易行，可以有效的防止中粗砂岩油层所出的大砂径砂。缺点：对细砂的井易造成堵塞。对于自喷井、气举井产量下降，甚至无液。对于电泵井，使电泵不进液，而且寿命相对短。1、先期裸眼绕丝筛管砾石充填防砂 2、套管完井筛管砾石充填防砂油管套管水泥环油藏滤砂器管柱砾石填充射孔管外充填管内充填先期长期出砂的老井砾 石 填 充砾石充填于筛管和套管（油层）的环空之中。对于射孔完井来说砾石通过射孔孔眼挤入周围地层中，支撑孔眼，防止弹
9、孔周围地层应力集中而导致的弹孔周边骨架砂粒剥落、坍塌，可形成多级过滤屏障，阻止油层中的砂流向井筒中。 砾石填充滤砂器管柱砾 石 的 选 择 砾石的选择也是很重要的, 一定厚度的均匀砾石层可以对油气层的出砂起初步的过滤作用，并对地层岩石起到支撑作用。砾石直径太大，虽有较高的渗透性能，但过滤性能差，阻挡不住多数的岩石砂粒的溢出，太小则会降低渗透率，减少产量甚至使油井不能出油。因此合理选择砾石直径至关重要。一般我们选择都选择允许范围内最小的。 通过筛析实验取得防砂井油层砂样粒度中值 d50后，根据计算公式求得所需用的砾石尺寸，即砾石的粒度中值D50。目前普遍采用公式D50(56) d50砂砾直径的确
10、定选用的优质筛管目数为230目，由图得砂粒直径约为0.057mm，代入公式：D砾=(56)*d50得D砾范围为0.2850.342mm所以在选用管内砾石充填选用的砾石直径为0.2850.342mm第二类机械防砂的优缺点充填防砂具有施工可靠、成功率高、费用适中，而且目前已成功用于水平井的防砂的优点，缺点是不适用于防止细粉砂地层的出砂，且施工后井内流有物件，在对油层压裂改造等措施时常需大修取出。化学防砂 化学防砂的主要优点是施工简便，只需加入化学剂即可，井下不留任何装置，如果防砂失败，容易进行补救措施对未严重出砂的地层和低含水油井成功率较高。 。 只适用于井段距离不长的单层和薄层。井段过长由于层间
11、吸附力不同,化学剂不能均匀分布,导致部分井段出砂,由于化学剂胶固后，渗透率通常有较大损失，油井产能会受影响。此外，因化学剂在油层条件下随时间会老化，强度变差，故有效期短 人人 工工 井井 壁壁 将砾石表面涂一层极薄的树脂,然后常温下阴干,避免阳光暴晒,形成分散的颗粒,将涂好的砾石用携带液泵入井底,挤入油层和射孔眼里,在一定地层温度下树脂软化连接在一起形成通透性良好的人工井壁.这种方法能够补充地层因出砂而造成的亏空，又能在地层中胶结作为挡砂屏障。 套管外膨胀式封隔器（ECP）防砂 其防砂机理是利用ECP的膨胀作用压实裸眼井壁，以提高近井地层的地应力水平。油井投产后，地层砂粒在流经射孔孔眼人口处时
12、，在一定条件下，自然堆积形成砂拱，具有一定的承载或挡砂能力，可阻止地层出砂。 根据ECP防砂机理和现场应用情况，一般认为： 1）这种防砂方法的本质是利用建立的稳定砂拱挡砂，而尽量提高近井地层的应力水平是保证砂拱稳定的关键。 2）当油井生产条件改变时，如含水上升，生产压差放大和井下作业频繁等。可能会破坏砂拱平衡状态，防砂失效只能用于出砂不严重的砂岩地层，流砂层不宜采用。 3) 配合采用高孔密、小孔径射孔工艺有利于改善砂拱 稳定性 ，高孔密可增大渗流面积降低流速；较小孔径可提高孔眼入口处桥拱的承载能力。 4）保持流速尽可能稳定（低于临界流速）是维持砂拱稳定的重要条件，只适用于中、低产油井。套管外膨
13、胀式封隔器（ECP）现场应用 套管外膨胀式封隔器（ECP）影响因素保证砂拱稳定性必须考虑两个关键问题：一是降低并稳定油层流体的速度；二是保持或提高井筒周围油层的径向应力。一般来说，对套管射孔完井的砂拱防砂要求小孔径和高密度的炮眼。小孔径有利于形成砂拱和提高砂拱的稳定性；高孔密可以增大过流面积，降低井壁附近油层中流体的速度。但在实际过程中，流体的流速和变化不易受控制，使得这种单纯的套管射孔完井砂拱防砂的方法的实际应用受限。为了解决上述难题，美国完井公司开发了一种可灌注水泥的裸眼封隔器，其工作原理：内筒是套管，外壁是橡胶筒，外壁与内筒之间可以注入水泥，注入水泥后橡胶筒内外膨胀压实裸眼井壁，使近井油
14、层岩石径向应力恢复，甚至超过钻井前的水平。水泥凝固后，再用高孔密、小孔径射孔技术射开，形成油层流体通道。油层砂在此通道壁外形成比较坚固的砂拱，从而达到防砂的目的。砂 拱 防 砂 的 机 理 控制砂拱的形成主要是控制井底流体的流速,砂拱形成前会出砂，形成后出砂渐少，甚至不出砂，就会形成稳定砂拱。砂拱稳定性主要受砂粒间摩擦力和孔隙间毛管力支配。 最好的效果防 砂 方 法 的 选 择完井类型井段长度油层物性产能损失成本费用 现现 场场 对对 出出 砂砂 的的 控控 制制 合理的控制生产压差在当前压差值下生产不会对地层、合理的控制生产压差在当前压差值下生产不会对地层、井筒产生损害而且还要对油井的产能影
15、响降到最低。不要井筒产生损害而且还要对油井的产能影响降到最低。不要大幅度开关油嘴，防止液量突增，对井下地层和防砂管柱大幅度开关油嘴，防止液量突增，对井下地层和防砂管柱造成冲击。油井防砂初期，定期对出砂的油井取样分析造成冲击。油井防砂初期，定期对出砂的油井取样分析, 关注出砂量。巡检时关注一些油井的电流，油压，井底压关注出砂量。巡检时关注一些油井的电流，油压，井底压力等数据，能够对出砂初步判断。在注水关停的时候一定力等数据，能够对出砂初步判断。在注水关停的时候一定要关闭每口注水井的阀门，防止地层砂反出影响注水设备，要关闭每口注水井的阀门，防止地层砂反出影响注水设备，防止烧泵的情况发生，导致油井停
16、产影响产量防止烧泵的情况发生，导致油井停产影响产量 。 防防 砂砂 控控 砂砂 措措 施施 从流体性质上讲从流体性质上讲,我们油田大多是稠油我们油田大多是稠油,疏松砂体受疏松砂体受到拖曳力的影响较大到拖曳力的影响较大,加剧了地层出砂。在油井出砂之加剧了地层出砂。在油井出砂之后可以对这口井生产层位进行取样分析，确定出砂层后可以对这口井生产层位进行取样分析，确定出砂层位，我们应该确定每一口井以致这口井的每一层位出位，我们应该确定每一口井以致这口井的每一层位出砂的临界条件，这样才有利于我们的控制。高产井砂的临界条件，这样才有利于我们的控制。高产井 不不宜使用对产能有较大影响的防砂方法。对于含水高的宜
17、使用对产能有较大影响的防砂方法。对于含水高的油井化学防砂效果差，含水高会降低化学剂的作用。油井化学防砂效果差，含水高会降低化学剂的作用。 我们应该把油田出砂的规律和特征进行归纳梳理，找出解我们应该把油田出砂的规律和特征进行归纳梳理，找出解决办法，在以后的开发中实施有效地完井措施，并加强对现在决办法，在以后的开发中实施有效地完井措施，并加强对现在出砂油井的跟踪，我们应考虑在防砂方面做足技术储备。出砂油井的跟踪，我们应考虑在防砂方面做足技术储备。 一般油田出砂原因总共分为以下几类：一般油田出砂原因总共分为以下几类：完井方式选择不当，不能有效地防止油层出砂；完井方式选择不当，不能有效地防止油层出砂；
18、生产压差过大，采油速度过高；生产压差过大，采油速度过高；不适当的增产措施（酸化、压裂）及频繁的修井作业降不适当的增产措施（酸化、压裂）及频繁的修井作业降低了胶结物的强度，破坏岩石结构；低了胶结物的强度，破坏岩石结构；油井含水上升；油井含水上升；油田开发中、后期，为了保持油井稳产，大幅度提高油油田开发中、后期，为了保持油井稳产，大幅度提高油井产液量，加剧了对岩石颗粒的冲刷。一般讲，油井出砂井产液量，加剧了对岩石颗粒的冲刷。一般讲，油井出砂主要是地质原因造成的，其次是开采过程中措施不当，从主要是地质原因造成的，其次是开采过程中措施不当，从而加剧了油井出砂。而加剧了油井出砂。 出 砂 原 因 分 类清砂的方法冲砂：通过冲管、油管或油套环空向井底注入高速流体冲散砂堵，由循环上返的液体将沙粒带到地面，易解除油水井砂堵。捞砂：用钢丝绳向井内下入专门的捞砂工具(捞砂筒)，将井底积存的砂粒捞到地面上来。一般用于砂堵不严重、井浅、油层压力或有漏失层等无法建立循环的油井。冲砂液：一般油井用原油，水井用淡水或者盐水，低压井用混气冲砂液进行冲砂。（1）具有一定粘度，保证有较好的携砂能力。（2）具有适当的密度，以便形成适当的液柱压力，防止井喷或防止因液柱压力过大产生漏失而无法建立循环。（3）不损害油层。（4）来源广泛。价廉等。谢谢！
