油井防砂工艺技术.ppt

1、油井防砂技术2011-5-26 2011-1 提 纲 一、概述 二、出砂危害与出砂原因 三、防砂技术分类 四、机械防砂技术 五、化学防砂技术 六、排砂工艺技术 七、水平井防砂技术 八、其它防砂技术 2011-5-26 2011-2 一、概述 油、气井出砂是砂岩油藏开发过程中经常遇到的问 题之一，它直接影响到油井能否正常生产。是世界各国 石油工业长期以来所面临的课题之一，每年投入了大量 人力、物力和财力进行这方面工作的研究。我国的各油 田都有出砂的问题，如辽河油田每年防砂方面耗资上亿 元,美国的墨西哥湾地区、克恩河油田，每年在油井防 砂上耗资上千万美元，委内瑞拉的英特甘博油田、加拿 大的冷湖油田

2、每年也都要投入大量的经费进行防砂。由 此可见防砂工作的重要性和迫切性。2011-5-26 2011-3 一、概述 通常出砂比较严重的一般为年青的第三系地层，该 地层沉积岩距今约 2500 万年左右，尤其是中新世的地 层，出砂尤为严重。世界范围内，美国墨西哥湾地区和洛杉机盆地，加 拿大阿尔伯达重油区，委内瑞拉、(原苏联)阿塞拜疆 等地区。我国东部地区的胜利油田的孤岛、孤东、大港油 田、辽河油田、西部地区的玉门油田等，出砂也较严 重。2011-5-26 2011-4 一、概述 世界防砂技术领域，美国的防砂技术较为先进。美国 的贝克 休斯公司、道威尔 斯伦贝谢公司、哈里伯顿公 司、沙龙公司、雪弗龙公

3、司等都拥有自己专门的防砂研究 机构，从施工设备、施工工艺到工具（如砾石充填工具、封隔器、滤砂管、泵送设备、施工液体、化学药剂、技术 咨询、现场服务等）形式一条龙服务。2011-5-26 2011-5 一、概述 六十年代,化学防砂在美国墨西哥湾地区曾占据防砂作 业的主导地位，后来随着机械防砂技术的完善和发展，尤 其各种新式筛管防砂技术、压裂防砂的快速发展，其主导 地位逐渐被取代。进入九十年代后，随着性能良好的固砂剂、树脂砂的 不断出现，化学防砂技术又有了新的发展。近年来，随着科技进步，压裂防砂技术、各种新型筛 管、固砂剂等防砂技术也迅速发展起来。2011-5-26 2011-6 一、概述 防砂技

4、术发展过程 早期的油井防砂仅 采用限产的办法来控制 油、气井出砂。这种防 砂方法既影响产量，又 较难操作和控制。后来 逐渐被割缝套管及后来 发展的门类繁多的防砂 技术取代。2011-5-26 2011-7 一、概述 2011-5-26 2011-8 一、概述 20 世纪初主要采用限产、简易砂锚防砂?1932 年研制出砾石充填防砂方法?1947 年研制出化学固砂方法?60 年代出现热法固砂防砂方法?80 年代，世界各国油井防砂技术日益发展起来。?主要以机械方法为主，约占防砂作业总量的 85%。化学防 砂技术的树脂、人工井壁防砂技术近年来发展较快。90 年代后期，压裂防砂逐渐成为防砂的主导技术。?

5、2011-5-26 2011-9 提 纲 一、概述 二、出砂危害与出砂原因 三、防砂技术分类 四、机械防砂技术 五、化学防砂技术 六、排砂工艺技术 七、水平井防砂技术 八、其它防砂技术 2011-5-26 2011-10 二、出砂危害与出砂原因 1、油井出砂的危害 油井出砂会给采油生产带来很多难题。轻者造成卡泵，使 油井不能正常生产，增加采油、作业检泵和冲砂的工作量；严 重的会造成砂埋油层和油管，使油井减产、停产，出砂过多会 造成地层跨塌而套管损坏等。这些严重后果，不仅会直接影响 油井的产能和油田的产量，而且由于地下注采的不平衡还会影 响油田的最终采收率。*区块 注采井数比为1：2.42；理论

6、注采井数比1：1.68 标定采收率32.6%；实际采收率26%2011-5-26 2011-11 二、出砂危害与出砂原因（1）卡泵、掩埋油层、磨蚀设备，增加作业工作量 油井出砂，造成卡泵，使油井不能正常生产，不仅直接 影响油井的产能和油田的产量，增加采油作业检泵和冲砂的 工作量，而且还会对采油设备造成磨蚀。（2）掩埋井下管柱，造成井下事故 对于分层开采的油井，大量出砂会将井下封隔器及管柱 埋住，造成砂卡事故或井下管柱被拔断。2011-5-26 2011-12 二、出砂危害与出砂原因（3）造成地层坍塌，导致套管变形破坏 油层出砂，地层中疏散的砂粒流失，造成地层应 力的变化。当大量出砂时，会形成洞

7、穴，最终引起地 层坍塌，造成套管变形或损坏，甚至造成油井报废。2011-5-26 2011-13 二、出砂危害与出砂原因 2.油井出砂的原因 先天性的油层的地质因素?取决于砂岩地层的地质条件，砂岩地层胶结矿物 含量及分布、胶结类型、成岩压实作用、地质年代等因 素决定。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 2011-5-26 2011-14 二、出砂危害与出砂原因（1）地层胶结强度低 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。胶结方式 a 接触胶结 b 孔隙胶结 c 基底胶结

8、2011-5-26 2011-15 二、出砂危害与出砂原因 更细的划分，将不同的出砂地层分为以下类系型，实 际上地层砂没有明显的界限，难以区分。零 强度 毛管力强度 异常弱 弱胶结 较弱胶结 2011-5-26 2011-16 干砂 潮湿砂 胶结 二、出砂危害与出砂原因（2）油、气井产水 以粘土为主要胶结物的地层中，当开始产水后，水溶 解地层中的胶结物，降低了地层固结强度。有些油田在一次采油期间，不出砂。但在注水采油期 间，尤其在油井产水后开始出砂。含水上升，加剧出 砂。2011-5-26 2011-17 二、出砂危害与出砂原因（3）地层压力下降 地层内流体的压力支撑上覆岩层的压力。当地层压

9、力，即流体的压力降低后，则上覆岩层的压力转嫁给地 层，增加了地层颗粒及胶结物的压力。在胶结差的地层 中，随着地层压力下降，增长的压力会压碎胶结物甚至 岩石颗粒，造成油井出砂。因此有些油田在一次采油后 期才开始出现出砂现象。2011-5-26 2011-18 二、出砂危害与出砂原因 地层压力下降对岩层骨架的影响 2011-5-26 2011-19 地应力分析 应应 ess Str 力 th g 裁判 强度强度 n re St Stres s?二、出砂危害与出砂原因(4)完井措施不当 a.固井质量不好，油井大段窜槽，高压层封隔不良，高 压油、气水乱窜造成油井出砂.2011-5-26 2011-24

10、 二、出砂危害与出砂原因 b.射孔方式不当 方位、相位角、布孔方式或射孔枪型、孔径、孔密应用不适当，导致油井出砂。最初射孔密度一般为 10 孔/米，后来发展为 12 孔/米、16 孔/米以至于现在的 32，国外有的实施 64 孔/米。对于出砂 油藏射孔是一项不容忽视的重要问题。2011-5-26 2011-25 二、出砂危害与出砂原因(5)采油工作制度不合理、或作业措施不当 a.油井产液激动 投产放喷、抽汲过猛，强烈降压，或 油井生产压差过大，排液速度过快；油井开关频繁，均会 造成油井激动引起油井出砂。b.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，加大油流阻力使油井

11、出砂。c.稠油注汽吞吐井，注汽速度过高，高速蒸汽流强烈冲刷 地层，冷凝水的高 PH 值溶蚀地层的胶结物，致使油井出砂 严重。2011-5-26 2011-26 二、出砂危害与出砂原因 3、判断油井出砂的依据 直接法：油井的含砂量?若油井的含砂量超过 0.O3%（重量 700mg/l）即为出 砂。（SY/T5185-2000）间接法：出砂所带来的影响和危害?2011-5-26 2011-27 二、出砂危害与出砂原因 4、油井出砂预测 预测油井是否出砂，必须研究地层的出砂临界 流速 和临界压差，定量地分析地层的出砂程度。目前出砂预测方法有现场观测法、经验分析法 a.现场观测法：（1）岩心观察（2）

12、DST（Drillstem test）测试（3）临井比较 2011-5-26 2011-28 二、出砂危害与出砂原因 b 经验分析法 1、组合模量 根据声波时差及密度测井资料，应用下列公式计算：通过 组合弹性摸量E C 来预测油层是否出砂。?9.94?10 8?r E?t c c 2 E 岩石的组合弹性摸量 MPa C r 地层岩石体积密度 g/cm 3 t c 岩石纵波声波时差 s/m 2011-5-26 2011-29 二、出砂危害与出砂原因 组合模量E C 当E C 2.010 4 MPa 正常生产，不出砂。1.5 10 4 E C 2.010 4 MPa 轻微出砂 E C 1.5 10

13、 4 MPa 严重出砂 2011-5-26 2011-30 二、出砂危害与出砂原因 2、声波时差法 近年来采用声波在地层中的传播时间T进行 予测，当声波时差T295微秒/米时，则应采取防砂措施。2011-5-26 2011-31 二、出砂危害与出砂原因 3、孔隙度法 大于30，胶结程度差，出砂严重 20 30之间，轻微出砂 小于20，基本不出砂 4、岩心室内实验法：包括岩心抗压强度试验、流动破坏性试验等。2011-5-26 2011-32 二、出砂危害与出砂原因 防砂工艺决策系统软件 功能：1）出砂预测；2）防砂方法优选；3）产能预测。2011-5-26 2011-33 提 纲 一、概述 二、

14、出砂危害与出砂原因 三、防砂技术分类 四、机械防砂技术 五、化学防砂技术 六、排砂工艺技术 七、水平井防砂技术 八、其它防砂技术 2011-5-26 2011-34 三、防砂技术分类 防砂方法分类?自然砂桥防砂（自然砂桥）防?筛管防砂 砂?地层内固砂（防止地层出砂）机 理?井筒排砂 2011-5-26 2011-35 三、防砂技术分类 防砂方法分类 砂拱防砂 机械防砂 防砂工艺方法 化学防砂 焦化防砂 2011-5-26 2011-36 三、防砂技术分类（续表1）增大射孔段长度，增加射孔密度 降低流速 控制产量 砂拱防砂 裸眼产层膨胀式封隔器 增大地层径向应力 防砂方法 割缝筛管，绕丝筛管，双

15、层筛管，胶结滤砂管 防砂管柱 筛管+预涂层砾石充填 割缝筛管、绕丝筛管 防砂管柱 机械防砂 或衬管+砾石充填+充填 压裂防砂 2011-5-26 2011-37 三、防砂技术分类 树脂注入法，树脂地下合成 树脂胶结（续表2）预涂层砾石 树 脂 砂 浆 化学防砂 水 泥 砂 浆 水带干灰砂 树脂核桃壳 人工井壁 乳 化 水 泥 焊接玻璃固砂 防砂方法 氢氧化钙固砂 四氯化硅固砂 水 泥-酸钙混合液固砂 其它化学法 聚乙烯固砂 氧化有机化合物固砂法 注热空气固砂 焦化防砂 2011-5-26 2011-38 短期火烧油层固砂 三、防砂技术分类 防砂方法比较(1)机械防砂 优点：适应性强，无论产层薄

16、厚，渗透率高低、夹层多少都能有?效地实施。机械防砂成功率高，有效期长等优点。?缺点：井筒内有工具，后期作业及修井困难。?2011-5-26 2011-39 三、防砂技术分类 防砂方法比较(2)化学防砂 优点：井筒中不留任何机械物体，修井作业简单不影响其它措施 井筒中不留任何机械物体，修井作业简单?（分层、注水、深抽等）对粉细砂地层防砂效果优于机械。?缺点：适用于渗透率相对均匀的薄层段；?对地层渗透率有一定伤害；?在稠油注汽吞吐井防砂有效期短。?2011-5-26 2011-40 提 纲 一、概述 二、出砂危害与出砂原因 三、防砂技术分类 四、机械防砂技术 五、化学防砂技术 六、排砂工艺技术 七

17、水平井防砂技术 八、其它防砂技术 2011-5-26 2011-41 四、机械防砂技术 机械防砂技术：把机械防砂管柱（筛管、封隔器）下入井中，阻挡地层砂 进入井内，而地层液体可以自由通过的防砂方式。丢手封隔器 防 砂 管 筛管 柱 示 油层 油层 意 图 沉砂管 2011-5-26 2011-42 四、机械防砂技术 防砂前井筒准备 油井冲砂 油井冲砂?通过向井筒内打入液体，利用高速的液体将砂冲散、悬 浮，同时利用其速度和粘度将砂子携带到地面。冲砂液：水、钻井液、乳化液、气化液等 冲砂方法：正冲、反冲、正反冲、负压冲砂 油井捞砂?软捞、硬捞 2011-5-26 2011-43 四、机械防砂技术

18、 冲砂注意事项?1 冲砂前要弄清冲砂井的情况，掌握施工设计及施工程序 2 检查好进出口的阀门，防止憋泵。3 冲砂过程不能停泵，若必须停泵，应先循环一段时间，停泵后将防砂管拄上提6-7m，以防卡管拄。4 防止井喷，冲砂时注意观察泵压和出口液量变化，在气井 上冲砂时还应注意防止火灾事故。2011-5-26 2011-44 四、机械防砂技术 机械防砂技术主要分 3 类：滤砂管防砂技术：予充填筛管、绕丝筛管、割缝筛管、膨胀?筛管、弹性筛管 砾石充填防砂、压裂充填防砂技术?复合射孔防砂技术?2011-5-26 2011-45 常规防砂管柱 分层防砂管柱 充填防砂管柱 四、机械防砂技术 目前国内外的防砂技

19、术，种类繁多，已成规模、系列化。典型机械防砂工艺技术 套管内防砂 地层内固砂 预充填筛管防砂技术 砾石充填防砂技术 金属纤维筛管防砂技术 压裂防砂技术 金属棉筛管防砂技术 复合射孔防砂技术 割缝筛管防砂技术 膨胀筛管防砂技术 2011-5-26 2011-46 四、机械防砂技术 机械防砂发展趋势主要表现:?对于出砂严重、生产压差大的直井、斜井、水平井多 采用筛管砾石充填防砂；而对于出砂不太严重或大斜 度井、水平井则采用相应的防砂筛管防砂。?砾石充填趋于正循环挤压充填，尤其是高压大排量挤 压充填 压裂防砂。?低粘度的充填携砂液发展较快，这是因为其砾石充填 层密实，防砂效果好。2011-5-26

20、2011-47 四、机械防砂技术?专门适用于水平井裸眼井或套管井的新型防砂管不断出 现，由于其工艺简单、施工方便而日益受到现场欢迎。2011-5-26 2011-48 四、机械防砂技术（一）不锈钢绕丝筛管 不锈钢绕丝筛管是在打孔基管之上，用特殊截面的不锈 钢丝在专用设备上采用先进工艺技术绕焊制造而成，通过不 锈钢丝筛缝挡砂。绕丝不锈钢筛管具有结构简单，筛缝均 匀，使用方便，强度高，重量轻，不受温度影响，耐腐蚀性 强，过虑面积大，渗流性能好等特点。不锈钢绕丝筛管多数 与砾石充填联合使用。2011-5-26 2011-49 四、机械防砂技术（一）不锈钢绕丝筛管 2011-5-26 2011-50

21、四、机械防砂技术（一）不锈钢绕丝筛管 绕丝筛管砾石充填技术是最普及的防砂技术，在全 世界范围内应用最广，不完全统计已有2万多井次。在胜 利油田应用较多，1995年以前在辽河油田应用400多井 次，防砂效果很好。特别是近年来，绕丝筛管加工工艺 和携砂液技术的改进提高，绕丝筛管砾石充填技术的技 术优势得以进一步发挥。2011-5-26 2011-51 四、机械防砂技术（二）预充填筛管防砂技术 预充填管柱组合 顶部为丢手封隔器，中部 为地面充填好砾石的双层 绕丝筛管，底部是绕丝筛管，底部是 2 3 个皮碗口向上的滑套沉砂 器。预充填管柱 粉末冶金防砂管 2011-5-26 2011-52 四、机械防

22、砂技术（二）预充填筛管防砂技术 基管 内筛网 砾石 外筛网 2011-5-26 2011-53 预充填绕丝筛管 四、机械防砂技术（三）金属纤维筛管防砂技术 防砂原理：以单层API标准套管做基管，在基管上钻有若干个阶梯 孔，将金属纤维过滤介质经过特殊工艺组装成过滤件，然 后再将这些过滤件通过焊接安装到基管的孔里，形成单层 管的整体防砂结构。2011-5-26 2011-54 四、机械防砂技术（三）金属纤维筛管防砂技术 防 砂 原 理 2011-5-26 2011-55 四、机械防砂技术（三）金属纤维筛管防砂技术 1.特点（1）采用整体结构，强度高；隐形接箍，外径尺寸一 致，便于水平井，小井眼的下

23、入。（2）通径大，便于油井维修作业，冲砂方便。焊接强度试（3）不锈钢丝滤网，耐温、耐腐蚀，有效期长。验（4）油砂分离性、具有自洁性，渗透率高。加载 加热（5）适用范围广，施工工艺简单，作业时间短。试件 2011-5-26 2011-56 四、机械防砂技术（三）金属纤维筛管防砂技术 2.筛管适应条件?中 粗砂、出砂不严重的地层?均匀系数Co3.0时应用筛管防砂效果好。（均匀系数Co：半对数坐标中D 40/D 90 的比值）S型筛分曲线 100 90 80 累积百分比（%）70 60 50 40 30 20 10 0 0.1 1 2011-5-26 2011-57 粒径（mm)四、机械防砂技术（三

24、金属纤维筛管防砂技术 3.技术指标 规格型号 筛管通径 抗内压 抗外压 过滤单元厚 渗透率 挡砂粒径 mm MPa MPa 度 m 2 mm mm X102 78 20 25 6.5-9.5 33 0.1 X108 82 20 25 6.5-9.5 38 0.1 X140 120 20 25 6.5-9.5 47 0.1 X146 120 20 25 6.5-9.5 38 0.1 X178 159 20 25 0.1 2011-5-26 2011-58 四、机械防砂技术（三）金属纤维筛管防砂技术 4.适应范围 该防砂管柱适用于直井、斜井、侧钻井及水平井套管 完井的各类油水井和裸眼完钻的上述各

25、类油水井的防砂。2011-5-26 2011-59 四、机械防砂技术（三）金属纤维筛管防砂技术 5 施工程序、基本管柱（1）收集有关地质生产资料，然后作施工方案（2）压井、冲砂、探砂面。（3）通井。通井规外径不小于防砂管柱最大外径，长度不小于封隔 器长度。（4）下防砂管柱。（5）投球丢手，坐封，然后起出送入管柱。（6）下生产管柱。2011-5-26 2011-60 四、机械防砂技术 防 砂 完 井 管 油层 油层 柱 示 意 图 2011-5-26 2011-61 四、机械防砂技术（三）金属纤维筛管防砂技术 6 注意事项（1）筛管严禁乱摔，碰撞，下 井前应保持干净，无死油、污泥尘土。（2）下井

26、前油管、筛管、及下 入工具要丈量准确，确保下 入深度的准确性。2011-5-26 2011-62 四、机械防砂技术（三）金属纤维筛管防砂技术（3）下井前井下稠油、死油一定要用热水清洗干净。（4）在下筛管入井时要扶正，不要刮碰井口。（5）施工前要通井，以确保防砂管柱顺利下入。（6）投球丢手时，人要离开高压管柱，杜绝用软管线蹩压 丢手以防伤人。（7）施工中严禁一切东西掉入井内。2011-5-26 2011-63 四、机械防砂技术（三）金属纤维筛管防砂技术 7、现场应用 该防砂管柱不仅可以用在直井、斜井、侧钻井及水平 井等套管完井的各类油、气、水井的防砂，而且对于裸眼 完钻的上述各类型的油、水井也同

27、样适用。自 94 年现场应 用以来，已累计实施 1500 余井次，措施有效率 98%。解决 了辽河油田稠油注汽井细粉砂防治的难题。2011-5-26 2011-64 四、机械防砂技术(四)割缝筛管防砂技术 在油管或套管上切割出矩形缝（或梯形缝），利用割缝实 现过滤油流中的颗粒物质，实现防砂目的。割缝筛管因加工梯 形缝难度较大，加工成本相对较高，目前主要以加工矩形缝为 主。割缝筛管主要应用于出砂粒径大而均匀的油井，对于出砂 粒径较细的油井一般与填砂技术配合应用。2011-5-26 2011-65 四、机械防砂技术(四)割缝筛管防砂技术 2011-5-26 2011-66 四、机械防砂技术(四)割

28、缝筛管防砂技术 2011-5-26 2011-67 四、机械防砂技术(四)割缝筛管防砂技术 适用范围:?适用于油层砂分选较好，出中粗砂的油井;?适用于直井、斜井、水平井防砂；?强度较低，油藏埋藏较浅的油井；?配合砾石充填防砂效果更好。长150缝长50间距25平行 90 长150缝长50间距25交错 长150缝长45间距30平行 80 长150缝长45间距30交错 割 70 弹 长225缝长50间距25 缝 性 60 长225缝长50间距62.5 筛 筛 管 弹性筛管长150 50 管 TP100H套管 40 套 30 管 20 2011-5-26 2011-68 10 0 四、机械防砂技术（五）烧结滤网筛管防砂技术 烧结滤网筛管采用三层结构，基管为按一定规则打孔套管，基管外是烧结滤网过滤材料，过滤材料通过支撑环在套管上定 位，外面有一层均匀布孔的外保护套。2011-5-26 2011-69 四、机械防砂技术（五）烧结滤网筛管防砂技术 烧结滤网过滤筒?强度高、不易损坏、也不发生变形，结构稳定。?始终保持编制网的三维网状多孔结构，比表面积大，渗 透性好，孔径分布均匀，具有优异的过滤性能。?多层过滤结构，逐级扩散，能够通过第一层的细砂都能 够流 过基管通孔，防滤可靠性高。内层 外层 2011-5-26 2011-70