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1、单 位： *油田采油作业区油田采油作业区部 门： 工工 程程 管理科管理科实习岗位： 采油工程方案设计岗采油工程方案设计岗姓 名： *砾石充填防砂技术应用砾石充填防砂技术应用*油区为复杂油田，其特点是：断层发育，油区为复杂油田，其特点是：断层发育，构造破碎，油层埋藏深，油层类型多，油构造破碎，油层埋藏深，油层类型多，油水关系复杂水关系复杂;井筒状况差，深井、斜井多。井筒状况差，深井、斜井多。开发难度大。开发难度大。 其中，馆陶和明化镇组属于疏松砂岩油其中，馆陶和明化镇组属于疏松砂岩油藏，尤其最近连藏，尤其最近连Ng出砂都很严重出砂都很严重 ，严重，严重影响了油井的正常生产。影响了油井的正常生产
2、。前言2摘 要本文针对*油层出砂问题，首先对油层出砂危害，原因做了简单介绍，列举了机械防砂步骤等；重点强调介绍了砾石充填技术原理、工具结构及工作原理、施工程序,阐述了排量、压力等主要参数设计方法,介绍了充填防砂的应用效果及下一步规划方向。关键字：充填关键字：充填 防砂油层出砂防砂油层出砂 工作原理工作原理 管柱设计管柱设计摘要摘要油层出砂的危害油层出砂的危害油井出砂的原因油井出砂的原因防砂方法介绍防砂方法介绍充填防砂方法设计充填防砂方法设计循环充填防砂施工循环充填防砂施工 防砂案例分析防砂案例分析 目录1.油层出砂的危害 1.1 砂埋油层、卡泵使油井频繁的冲砂检砂埋油层、卡泵使油井频繁的冲砂检
3、泵，油井生产时率大大降低；泵，油井生产时率大大降低； 出砂严重的会造成套管变形，油井报废。出砂严重的会造成套管变形，油井报废。既提高了原油成本，又增加了油井的管理既提高了原油成本，又增加了油井的管理难度。因而，油井出砂后必须进行防砂措难度。因而，油井出砂后必须进行防砂措施防砂。施防砂。 油层出砂的危害1 1 油井出砂的危害油井出砂的危害1.2 1.2 掩埋井下管柱，造成井下事故掩埋井下管柱，造成井下事故 对于分层开采的油井，大量出砂会将井对于分层开采的油井，大量出砂会将井下封隔器及管柱埋住，造成砂卡事故或井下封隔器及管柱埋住，造成砂卡事故或井下管柱被拔断。下管柱被拔断。砾石充填防砂方法砾石充填
4、防砂方法油层出砂的危害4.1 油层出砂防砂研究综述油层出砂防砂研究综述2.2.油井出砂的原因油井出砂的原因 (1)(1)先天性的油层的地质因素先天性的油层的地质因素 取取决决于于砂砂岩岩地地层层的的地地质质条条件件，砂砂岩岩地地层层胶胶结结矿矿物物含含量量及及分分布布、胶胶结结类类型型、成成岩岩压压实实作作用用、地地质质年年代等因素决定。代等因素决定。 (2)(2)后期开采过程的开发因素后期开采过程的开发因素 完井、采油及后期措施作业造成的油井出砂完井、采油及后期措施作业造成的油井出砂 砾石充填防砂方法砾石充填防砂方法油井出砂的原因油井出砂的原因2.1 地层粘结强度低地层粘结强度低 在胶结疏松
5、的地层中，流体流动阻力克服在胶结疏松的地层中，流体流动阻力克服了砂粒间的聚合力或岩石强度，使油井出了砂粒间的聚合力或岩石强度，使油井出砂。特别当原油粘度高，流速大，流动阻砂。特别当原油粘度高，流速大，流动阻力也愈大，出砂也愈严重。力也愈大，出砂也愈严重。 砾石充填防砂方法砾石充填防砂方法油井出砂的原因油井出砂的原因2.22.2采油工作制度不合理、或作业措施不当采油工作制度不合理、或作业措施不当a.a.油油井井投投产产放放喷喷、抽抽汲汲过过猛猛，强强烈烈降降压压，或或油油井井生生产产压压差差过过大大，排排液液速速度度过过快快；油油井井开开关关频频繁繁，均均会会造造成成油油井井激激动动引引起起油油
6、井井出出砂。砂。b.b.酸化措施，除去地层中的钙质胶结物，或酸化措施，除去地层中的钙质胶结物，或入井流体与地层不配伍，造成堵塞，加大入井流体与地层不配伍，造成堵塞，加大油流阻力使油井出砂。油流阻力使油井出砂。4.2 砾石充填防砂方法砾石充填防砂方法油井出砂的原因油井出砂的原因4.1 油层出砂防砂研究综述油层出砂防砂研究综述3.采油防砂方法综合上述油气层出砂原因，为防止油井出砂，一方面要针对油层及油井的条件，正确选择固井、完井方式，制定合理的开采措施，提高管理水平；另一方面，要根据油层、油井及出砂的具体情况采用防砂方法。防砂方法介绍4.1 油层出砂防砂研究综述油层出砂防砂研究综述4.采取合理的防
7、砂工艺根据防砂原理，目前常用的防砂方法主要可分为三大类，分别为机械防砂、化学防砂与其他防砂方法。而对于*而言，主要为机械防砂，通常情况根据地层而言，Ng、 出砂轻微，一般挂虑防砂，Ed1基本不出砂，可以不加考虑，而生产Ng 、Nm组井地层出砂很严重. 根据出砂情况考虑充填还是挂滤防砂。防砂方法介绍防砂方法介绍防砂方法介绍防砂方法介绍（一一）防砂管挡砂工艺技术）防砂管挡砂工艺技术机械防砂机械防砂 原理出出 砂砂出出 砂砂原理利用防砂管过滤地层内产出的地层砂防砂方法介绍防砂方法介绍（二二）循环充填防砂技术）循环充填防砂技术机械防砂机械防砂 第一道挡砂屏障 石英砂 第二道挡砂屏障 防砂管 原理防砂方
8、法介绍防砂方法介绍（二二）循环充填防砂工艺技术）循环充填防砂工艺技术机械防砂机械防砂2 2、座封过程、座封过程2 2、座封过程、座封过程2 2、座封过程、座封过程2 2、座封过程、座封过程2 2、座封过程、座封过程2 2、座封过程、座封过程1 1、座封过程、座封过程 施工过程施工过程防砂方法介绍防砂方法介绍（二二）循环充填防砂工艺技术）循环充填防砂工艺技术2 2、充填防砂过程、充填防砂过程机械防砂机械防砂 施工过程施工过程防砂方法介绍防砂方法介绍（二二）循环充填防砂工艺技术）循环充填防砂工艺技术3 3、生产过程、生产过程机械防砂机械防砂 施工过程施工过程防砂方法介绍防砂方法介绍特特 点点（二二
9、）循环充填防砂工艺技术）循环充填防砂工艺技术机械防砂机械防砂特点特点 该防砂工艺适应性强该防砂工艺适应性强 可满足小可满足小中砂粒地层防砂要求中砂粒地层防砂要求 防砂效果好防砂效果好 局限性局限性 对于地层亏空过大对于地层亏空过大 分选性差的油层防砂效果不理想分选性差的油层防砂效果不理想4.2 砾石充填防砂方法砾石充填防砂方法4.1 防砂原理采用PYC - 150 (215) 封隔高压充填工具与绕丝筛管配套,携砂液以大排量将陶粒带到油气井产层管外空洞和筛管与套管的环形空间,经沉积、压实,形成高效能挡砂屏障,达到防止油层出砂目的。 4.2 FS 充填工具(1) 工具结构。FS 充填工具主要由封隔
10、机构(包括液压、锁紧、密封、卡瓦锚定等部分) 、充填机构、反洗机构、丢手机构4 部分组成（如下图所示）循环充填防砂方法循环充填防砂方法4.2 砾石充填防砂方法砾石充填防砂方法(2)工作原理。FYC- 115 (150) 充填工具是封隔高压充填防砂的关键技术,具有封隔、充填、反洗、关闭充填孔、丢手等功能。工具下到预定位置后,从油管投球加压,封隔器坐封,密封油套环空。充填机构位于中心管下部,由充填筒和关闭机构组成。中心管下端圆柱面上开有充填孔,封隔器坐封后继续加压,充填孔打开,充填液从油管经中心管下端充填孔和充填机构的充填孔,进入油套环空实施充填。反洗机构在充填机构上部,由反洗接头和反洗环组成。充
11、填完成后,从油套环空泵进去的反洗液,通过反洗接头的反洗孔,打开反洗环,进入油管充填孔,把充填孔以上的充填砂反洗干净。中心管下端为反扣螺纹,与连接头上螺纹相接而组成丢手机构。充填结束后正转油管,实现充填管柱丢手,中心管、球坐和上接头起出,并自行关闭充填孔,完成充填过程。 循环充填防砂方法循环充填防砂方法4.2 砾石充填防砂方法砾石充填防砂方法循环充填工具示意图 循环充填防砂方法循环充填防砂方法4.3 砾石充填防砂设计砾石充填防砂设计砾石充填防砂施工分步设计程序：底层预处理设计砾石设计充填方式选择防砂管柱设计携砂充填方式选择防砂管柱设计携砂液设计施工工艺设计液设计施工工艺设计循环充填防砂设计程序循
12、环充填防砂设计程序4.3 砾石充填防砂设计砾石充填防砂设计充填方式选择底层预处理设计砾石设计防砂管柱设计携砂液设计 施工工艺设计图1-1 砾石充填防砂施工分步设计程序充填防砂设计程序充填防砂设计程序4.3 砾石充填防砂设计砾石充填防砂设计4.3充填方式的选择根据防砂油层、油井的特点和设计原则等，结合完井类型选择出最合适的砾石充填方式；4.3油层预处理设计根据油层砂样分析化验的结果和防砂井的具体情况，确定酸化解堵和粘土稳定处理等措施，同时考虑防乳化、防止新生沉淀等问题； 充填防砂方法设计充填防砂方法设计4.3 砾石充填防砂设计砾石充填防砂设计4.4砾石设计主要包括砾石尺寸设计、砾石用量计算两方面
13、的内容。(1)砾石尺寸设计：在筛析实验室中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。从目前普遍使用的索西埃（Saucier）公式D50=（56）d50可推知：当D50/d506时，砾石与油层砂界面清楚，砾石挡住了油层砂，油气井无砂生产；而当6D50/d5014时，油层砂部分侵入砾石充填层，造成砾/砂互混，砾石区渗透率下降，尽管油气井不出砂，但产量下降；当D50/d5014时，油层砂可以自由通过砾石充填层，防砂无效；目前*充填一般用的都为直径为0.45-0.9mm 陶粒砂。充填防砂方法设计充填防砂方法设计(3)充填砾石用量计算：一般以多挤入为好
14、，这样可以提高防砂效果；根据*的地层现场施工经验，充填都为明化和馆陶组，其用量一般为筛管环空和口袋体积的总和。循环充填防砂设计循环充填防砂设计4.3 砾石充填防砂设计砾石充填防砂设计4.5筛管长度的设计生产筛管的设计长度应超过产层段上、下界各23m。4.6信号筛管设计上部信号筛管表明井筒内砾石储备量以达到设计要求，充填停止，可以转入下一道工序。下部信号筛管可以提供准确的开始挤压的时间。信号筛管的缝隙和直径尺寸与生产筛管相同，长度一般为2m。4.7扶正器设计扶正器可使防砂管柱在井筒内处于中心位置，以便砾石能够均匀充填在筛管周围，形成良好的挡砂屏障。其位置和数量的多少根据井筒的具体情况而确定。砾石
15、充填防砂设计砾石充填防砂设计4.3 砾石充填防砂设计砾石充填防砂设计4.8筛管直径设计筛管直径与砾石充填方式和井身结构有关，既要考虑防砂井段的通径，又要使充填层有足够的厚度，以保证充填层的挡砂能力和稳定性。目前*7寸套管一般选用108mm的绕丝筛管 4.9安全接头的使用为方便防砂管的后期套铣筒的打捞，防止上大修作业，一般每10米放一个安全接头。循环充填防砂设计循环充填防砂设计4.10增阻器的使用为防止沙粒在砂管环空形成砂桥，增大携砂液的流动阻力，使砂粒能够充分填实。4.11携砂液的选择携砂液种类和用量应根据油井的具体情况和工艺要求进行选择和设计。（一般*用2%3%氯化钾）4.2施工工艺步骤施工
16、工艺应根据油气井的具体情况和施工工具及设备进行设计，原则是要使操作有利于提高砾石充填的防砂质量和施工的顺利进行。常规井的施工工艺步骤如图1-2所示：循环充填防砂设计循环充填防砂设计4.3 砾石充填防砂设计砾石充填防砂设计下防砂管住充填前循环洗井陶粒充填反洗丢手投产图1-2 常规井的施工工艺步骤循环充填防砂施工循环充填防砂施工4.4. 防砂施工步骤(1) 起出原井下管柱。(2) 探、冲砂：下笔尖探冲砂或填砂至施工砂面位置，沉砂4小时后复探砂面.(3) 通井：下入通井规通井并实探人工井底。通井过程中出现异常情况及时汇报（遇阻加压不得超过30KN）。(4) 刮管、油管试压：刮削、油管试压：自上而下：
17、油管+断销式泄油器+1根油管+固定球座+1根油管+7in套管刮削器至封隔器卡点位置，并在卡点上下反复刮削3次，以及油层部位反复刮削3次，反洗井（3氯化钾溶液）至出口干净(若中途上提或下放超过正常负荷若中途上提或下放超过正常负荷20KN，则采用，则采用600L/min以上排量反循环冲洗以上排量反循环冲洗)。循环充填防砂施工循环充填防砂施工油管试压25MPa，稳压30min，压降小于0.5Mpa为合格。试压合格后，投棒砸开泄油器，起出刮削、试压管柱。 (5) 下防砂管柱：连接防砂管，下至预定位置。（6）按设计位置下入管柱，磁定位校深，卡封位置合格后，连接座好高压滑动井口，用3氯化钾溶液反洗井至出口
18、无油污，记录此时悬重，从油管内投入35mm钢球一只。连接地面流程，试压25MPa，不刺不漏为合格 循环充填防砂施工循环充填防砂施工4.4. 防砂施工步骤（7）座封：钢球到位（大约需要30分钟）后，小排量正打压座封,座封压力与稳定时间按以下程序操作：04MPa(稳压5分钟)6MPa(稳压5分钟)8MPa(稳压5分钟) 10MPa(稳压5分钟) 12MPa(稳压5分钟) 15MPa(稳压5分钟)。（8）开启充填通道:继续打压至压力突降为零,充填通道开启。（9） 按照防砂泵注程序循环充填防砂施工。 (12) 反洗井：接好水泥车管线，反洗出油管内的余砂，洗净为止；(13) 起出小冲管，防砂施工完成。
19、循环充填防砂施工循环充填防砂施工5 防砂案例效果防砂案例效果试验井例 (NP11-X116)泵液参数阶段名称排量m3/min 流量体积 充填介质砂比 砂量m3 控制压力MPa 前置液0.8130 无25 活性水0.8180 陶粒5-10 525 顶替液0.5 无Max25 防砂案例分析防砂案例分析5 防砂案例效果防砂案例效果防砂施工地面流程图 防砂案例分析防砂案例分析 防砂案例效果防砂案例效果（2）施工管柱防砂案例分析防砂案例分析防砂案例效果防砂案例效果（3）施工过程NP11-X116NP11-X116井砾石充填防砂施工曲线井砾石充填防砂施工曲线防砂案例分析防砂案例分析防砂案例效果防砂案例效果
20、先开始管线试压25兆帕。循环阶段：215min循环携砂液，排量1 m3/min，泵压2.7MPa。 充填第一阶段：排量1 m3/ min，14min40min循环充填，40min 时泵压升至 18MPa，套管闸门打开，这时加砂量（扣除油管容积）0.9m3。 充填第二阶段：排量1m3/min，40min50min循环充填，泵压逐步升至25MPa，加砂量0.82m3。 顶替阶段：50min60 min，排量0.5 m3/min，顶替压力20MPa。 管内理论砂量1.43m3，实际加砂量1.72m3，计算充填率为120.7%，实际上从进出口排量分析，总的损失液量5.5 m3，有漏失现象，但漏失均匀，
21、不集中在某一点上，所以整个井筒能达到完全充满，计算充填率基本上与实际吻合，达到了设计要求。防砂案例分析防砂案例分析 自自*成立以来循环充填防砂共试验推广了成立以来循环充填防砂共试验推广了9口口井，井，12井井次，工艺一次成功率次，工艺一次成功率91.7%，从，从未出现过电泵砂卡和套管变形情况，未出现过电泵砂卡和套管变形情况，使防使防砂施工达到了控制出砂与增产的综合效果砂施工达到了控制出砂与增产的综合效果。效果分析效果分析1. 防砂有效期长由于高压大排量将地层充填与井筒充填结合在一起,确保了充填砾石与空洞周壁紧密镶嵌,有效防砂半径大,形成了高效能挡砂屏障,因此有效期长。2. 适应性强不但适用于单
22、层老井防砂,而且对多层大井段井、新井、斜井和粉细砂岩地层的防砂都有较好的适应性;能适应高强度采液需要。可以加大压差下电泵生产。3. 便于防砂井的后期处理由于该防砂技术采用的是绕丝筛管,且配套了安全接头和可溶性扶正器,便于解卡和套铣,减少了后期处理转大修的可能性。效果分析效果分析6.2 进一步研究工作的展望目前，防砂技术总的发展趋势：(1)密切关注*1号构造目前生产井生产动态，及时掌握生产-出砂动态，继续明确地层出砂状况；(2)做好出砂预测计算、整理、总结，和生产过程中的出砂状况有机结合，形成出砂规律；(3)引进空心桥塞技术，采用空心桥塞充填，有效利用油井口袋、可以进行多层充填，提高砾石充填防砂适应性；(4)是朝着解决油田开发后期开采高含水地层剩余储量和难动用储量过程中防砂问题的方向发展；结论及展望结论及展望结束语 这就是我这就是我半年多在工程科防砂工作的一些半年多在工程科防砂工作的一些不成熟的看法，由于刚毕业没有什么实际不成熟的看法，由于刚毕业没有什么实际经验，对具体的防砂施工设计的分析肯定经验，对具体的防砂施工设计的分析肯定有许多不足和失误的地方，还需要进一步有许多不足和失误的地方，还需要进一步的摸索和学习。的摸索和学习。 最后，衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文、参加我论文答辩的各位领导！ 谢谢 ！结束语结束语
