南堡352油田B13m水平分枝井的防砂设计Word格式.docx
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（2）防砂技术发展阶段:
20世纪70年代开始，经过研究探索形成了一套以化学防砂为主的固砂方法。
（3）防砂技术成熟阶段:
20世纪70年代，形成了一套以机械防砂为主导、机械一化学复合防砂技术。
（4）防砂技术的崭新发展阶段:
20世纪90年代随着新材料的出现、新加工工艺水平的提高，出现了新型复合防砂技术;
随着近年来开发工作者认识观念更新，又出现了防排结合的综合治砂技术。
2.2防砂方法根据防砂原理和工艺特点
目前各种防砂方法的主要技术特点如下：
2.2.1 机械防砂
机械防砂分两类：
第一类是现场应用比较普遍的防砂管柱防砂技术，主要是采取在采油泵下挂接如绕丝筛管、割缝衬管、双层或多层筛管、各种防砂器等，原理是利用上述防砂管柱阻挡住地层砂，防止进人采油泵内。
优点是简便易行，可以有效的防止中粗砂岩油层所出的大砂径砂。
不足是对出细砂的井易造成堵塞，使采油泵不进液，而且寿命相对短。
第二类机械防砂是第一类机械防砂方法的发展进步，它采取先下入防砂管柱后再进行充填，充填物常用砾石，还可用陶粒、果壳等。
由于该类防砂方法应用较早，技术逐步完善提高，目前被认为是防砂效果最好的防砂方法之一。
按照完井方法不同又可分为用于裸眼完井的裸眼井砾石充填和用于射孔完井的套管井管内砾石充填防砂方法。
技术原理是将筛管或割缝衬管下入井内防砂层段，然后用流体携带经过优选的合适粒径的砾石，将其充填于筛管和油层或套管之间。
形成一定厚度的砾石层，利用其阻止油层砂流入井内的防砂方法。
充填的砾石粒径选择依据油层砂的粒径进行匹配。
油层中砂粒被阻挡于砾石层之外，通过自然选择堆积在砾石层外形成一个由粗到细的砂拱，既有良好的流通能力，又能有效阻止油层出砂。
管内砾石充填施工常与大直径高孔密射孔技术相结合，以便提高成功率。
总体看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。
总之，机械防砂对地层的适应性强，无论产层薄厚、渗透率高低、夹层多少均可，缺点是不适应于细粉砂地层和高压地层防砂。
2.2.2化学防砂
化学防砂是向地层挤入一定量的化学剂充填于地层孔隙中，以达到充填和固结地层，提高地层强度的目的。
一般分为人工胶结地层和人造井壁两种防砂方法。
前者是向地层注入各类树脂或各种化学固砂剂，直接将地层固结，它对疏松油层出砂特别适用。
后者是把具有特殊性能的水泥、树脂、预涂层砾石、水带干灰砂或化学剂挤入井筒周围地层中，这些物质凝固后形成一层既坚固又有一定渗透性和强度的人工井壁，达到防止油层出砂的目的，人工井壁法对由于出砂造成套管外油层部位坍塌所造成的亏空井防砂比较适宜。
总之，化学法防砂前题条件要求固井质量好，不能有套管外串槽现象，射孔炮眼畅通，它适用于渗透率相对均匀的薄层段地层防砂，而层内差异大的厚层化学防砂施工由于注入剂锥进不均和重力作用易造成固结不均，影响防砂效果。
化学防砂还可适用于合采井上部地层防砂。
化学防砂优点是施工后井内无遗留物，并可用于异常高压井层的防砂;
缺点是对地层渗透率有一定伤害，特别是重复施工时。
另外注入剂存在老化现象，使其有效期有限，成功率不如机械防砂，化学防砂不适用于裸眼井防砂。
2.2.3复合防砂
主要是吸取机械防砂和化学防砂的成功经验，将两者优势结合起来相互补充，一方面通过化学防砂在近井地带形成一个有一定渗透率固结良好的屏障带，再利用机械防砂形成二次挡砂屏障。
3 目前防砂新进展
随着新材料新工艺的出现和防砂观念的发展，目前防砂发展趋势具有四个转变:
即由单一防砂方法向复合防砂转变;
由被动防砂向主动防砂转变;
由后期防砂向先期防砂转变;
由井筒留工具防砂向井筒不留工具防砂转变。
这里介绍几种新型的防砂技术:
3.1 压裂充填防砂技术
它主要是针对中高渗透疏松砂岩油层防砂。
随着这类油藏开发时间的延长，由于油层胶结物被长期冲刷溶蚀，油层胶结强度变低，加之油藏进入开发中后期，一般都要提高采油速度来实现稳产，采油速度加大致使油层出砂加剧。
为了兼顾防砂和增产双重目的而将压裂与砾石充填防砂两者结合在一起。
原理是通过人工压裂在油层内形成短而宽的高导流裂缝（脱砂压裂），降低流动阻力，从而增加产能，另外在井底形成双线形性流模式，降低流体的流速和携砂能力，减缓出砂。
裂缝内砾石充填支撑带又具有多级分选过滤功能的人工井壁的作用。
这种防砂技术实现了挡砂、滤砂、增加产能的目的。
这种砾石充填防砂有两种方法，一是随压裂施工同地层尾追涂层砾石;
二是可以采取套管内砾石充填工艺。
3.2 纤维复合防砂技术
它是近年来国外最新发展起来效果较好的一种新型防砂技术，采取将纤维复合体挤入井筒附近地层，由于纤维柔软，不易流动，纤维复合体将在套管外形成环形过滤带，达到类似充填筛管防粗砂同样的效果。
其优势是井筒不留工具、挡砂能力强、有效期长，并且能增加产能，特别是对防细粉砂效果好，也可防治小于0.03mm为粉尘。
其机理一方面软纤维稳砂机理:
带有支链、具有正电性的软纤维，带正电支链吸附细粉砂。
使之成为细粉砂的结合体，使细粉砂的临界流速增大。
另一方面硬纤维挡砂机理:
通过特制的硬纤维一般为弯曲、卷曲、螺旋型，互相勾结形成稳定的三维网状结构，将砂粒束缚于其中，形成较为牢固的过滤体，达到类似充填筛管同样的效果。
纤维复合体能够解除储层原有的损害，将径向流变为拟线性流，改善油气的流动条件;
减小近井压力梯度和解除近井地带污阻压降，从而达到增产与防砂的双重目的。
技术关键是纤维材质的优选和注入纤维长短、粗细、注入浓度的确定。
3.3 射孔一充填一体化防砂技术
将射孔总成和砾石充填有机结合，用一趟管柱下入井内油层段，射孔后进行砾石充填或压裂充填施工。
特点是简化施工过程，缩短作业时间，减少对地层伤害。
这种技术对水平井防砂也具有一定优势。
3.4 防排结合的治砂技术
随着人们防砂理念的更新，石油界对防砂的观念发生了很大变化，防砂已经由过去的单纯防砂向排砂、防排结合方面发展。
对于出砂井，地层所出的砂分为游离砂和地层骨架砂，现在认为地层产出游离砂并不可怕，它反而能起到疏通地层孔隙、喉道作用，对提高油井产能有利。
真正要防的是地层骨架砂的产生，因为一旦地层出骨架砂，就可能导致地层坍塌，使油层一方面造成堵塞和渗透性降低，另一方面使地层强度减小，致使井套变和报废。
因此有效的防砂和合理的排砂的技术思路被提出来。
特别是20世纪90年代以来，随着稠油油藏应用出砂冷采技术的成功，使防排砂技术逐步发展起来，并广泛应用。
借鉴稠油油藏应用经验，稀油油藏也应用了此项技术，主要是选取排量与地层供液能力相匹配的螺杆泵排砂生产，因螺杆泵具有耐砂磨、运行平稳、携砂能力强的优势。
螺杆泵排砂生产对于地层出细粉砂的油藏意义更大，因为这类油藏的油井采取机械防砂时易管柱造成堵塞，而采取化学防砂时如何有效地控制渗透率降低又很难。
国内稀油出砂油藏应用的成功典范是新北油田，该油田自1995年以来试验应用螺仟泵排砂生产，并且逐步与其它各类机械防砂和化学防砂技术有机的结合，形成了一套成熟的综合防排砂配套技术，取得了显著效果。
4 结 论
油水井防砂技术经过油藏工作者的长期实践和总结，已经逐步得到完善和发展，各种控砂防砂理念的多元化也丰富了防砂手段，进一步推动了防砂技术的进步，防砂技术也由过去常规的维护性措施演化成防砂与增产同步的进攻性配套措施。
今后应继续深入开展研究和推广应用力度，特别是要对不同开发阶段油层出砂的机理、出砂预测开展深入研究，以便增加防砂工作的主动性，使防砂技术不断满足现场生产需要。
（二）地质概况
南堡35-2油田概况
南堡35-2油田位于渤海中部海域，西南距塘沽约110km，西北距河北省京塘港约20km。
海域平均水深12.2m（海图），年平均气温10.2℃，平均浪高2m左右。
油田由南区和北区组成，两区相距约4.56km（5.2Km）。
油田北区距已开发投产的秦皇岛32-6油田约25.7km（29.3km）。
南堡35-2油田属于高粘重质油油田。
是迄今为止，中海油在油田开发中所面临的最具挑战性的稠油油田。
NB35-2油田的地址概况
1、地质构造特征：
由半背斜、复杂断快、南北斜坡带三种圈闭类型组成的北东走向的复式鼻状构造，圈闭面积68.3km2，圈闭幅度110－450m之间。
2、地层特征：
NB35-2油田主力油层发育于明化镇组下段与馆陶组顶部，厚约500m。
3、沉积相特征：
馆陶组储层为辫状河相沉积砂体，砂体厚度大，连通性好；
明下段储层是典型的曲流河相沉积砂体；
4、储层物性特征：
明下段和馆陶组储层具有高孔高渗特性，明下段平均孔隙度为37.8％，平均渗透率1664X10－3µ
m3，馆陶组平均孔隙度为34.1％，平均渗透率965X10－3µ
m3。
5、地面脱气原油性质：
粘度高、密度大、含流低、凝固点低、含蜡量中等，属重质稠油。
6、天然气性质：
组份以CH4为主，属于干气，平均含CH4量96.76％，含少量N2和CO2，不含H2S，天然气平均密度为0.567。
7、地层水性质：
属于Na2SO4水型。
8、油藏温度和压力特征：
NB35-2油田具有正常的温度和压力系统，压力梯度为1.0MPa/100m，温度梯度为3.0℃/100m。
NB35-2油田B13m水平分枝井的地质状况
B13m位于NB35-2油田南区多为稠油油藏（见下表）具有粘度大、密度大、流动性差、凝固点高等特点，油藏复杂、油层较薄并伴随有出砂现象，不具有分层开采的厚度和产能条件，以水平分枝井为主进行开发。
根据油田的地质特征，为了达到组织地层出砂，式防砂井的原油含砂量小于0.03%;
为了最大恢复防砂井的产能，使防砂井尽可能少减产或不减产，甚至增产；
为了提高设计质量，提高施工成功率，降低成本，使防砂井在最短时间内回收作业成本。
考虑到水平井管筛管防砂工艺具有结构简单，施工方便、安全，周期短，成本低，对地层伤害小，应用范围广等优点，所以该油井采用优质筛管防砂。
几种常用防砂管类型及简介
（1）预充填双层绕丝筛管
预充填双层绕丝筛管：
是由中心管和内、外绕丝筛管、树脂敷膜砂等构成，树脂敷膜砂充填在内外绕丝筛管之间的环空内，在高温条件下固结成具有一定强度和较高渗透率的挡砂屏障，筛管缝隙和树脂敷膜砂粒径可根据地层砂粒度中值进行科学选配以达到最佳防砂效果。
（2）整体式金属棉滤砂管
整体式金属棉滤砂管是由中心管、不锈钢纤维、钢丝布和外管等构成。
不锈钢纤维按一定密度被压制成筒状，内外表面覆以钢丝布、填入中心管与外管的环空内，形成复合挡砂层，其挡砂精度决定于不锈钢纤维的直径和压实密度。
（3）镶嵌式金属纤维滤砂管
镶嵌式金属纤维滤砂管由基管和过滤片构成。
过滤片采用不锈钢纤维、钢丝布、护罩压制而成，固定在基管的台阶孔内。
属单层结构，内通径较大，弯曲性能好。
（4）割缝衬管滤砂管
割缝衬管滤砂管采用套管经激光加工而成，属单层结构，内通径大，强度高制造成本低，其挡砂精度决定于割缝的宽度。
根据油田适度防砂的原则，以及稠油、高含硫较强的腐蚀性，高产量、低成本的要求，所以油田选用金属棉筛管防砂。
金属棉筛管防砂原理
在金属筛管内大量的金属纤维被压紧堆集在一起，形成高缝隙密度的防砂滤网阻挡地层砂粒通过，其缝隙大小与纤维堆集紧密程度有关。
通过纤维的压紧程度达到适应不同砂径的防砂要求。
由于金属纤维层富有弹性，在一定的驱动力下，小砂粒可以通过缝隙，因而避免金属纤维被堵死。
砂粒通过后，纤维又可恢复原状而起自洁的作用。
大量的地层砂被外层金属网阻挡形成砂拱，可阻挡网眼直径1/6的地层砂。
但是根据适度出砂理念，筛管在保证金属棉强度的情况下，可以适当增加“微孔”和“中大孔”数量，同时可以适当增大生产压差。
防砂的工艺参数
（1）地质基础参数
油井基础数据
层位
海水深度（m）
井深（m）
底界垂深（m）
油层垂直厚度（m）
总进尺（m）
B13m
馆陶组
26
1620
1654
80
367
地层渗透率（10-3µ
m3）
地层孔隙压力梯度当量密度g/cm3
地层原始体积系数
最小负压值（Psi）
工作压力（MPa）
泡点压力（MPa）
地层压力（Mpa）
985
1.00
1.15
168
20.5
11.8
9.2
原始溶解气油比sm3/m3
地面原油粘度（mPa.s）
地层原油粘度（mPa.s）
原油
凝固点
（℃）
原油密度（Kg/m3）
地温梯度（℃∕100m）
地层温度（℃）
50
22
2285
2.8
970.2
3.2
52
（2）油井井筒数据
管柱类型
生产套管
井口压力（Mpa）
井口温度
（℃）
生产压差（Mpa）
普通合采
9-5/8”
1.5
45
（3）生产参数
项目
B13m水平分枝井
平均产油量（t/d）
27.8
平均产水量（t/d）
2.3
平均产液量（t/d）
30.1
平均产气量（105m3/d）
1.47
由油井的基础数据可知生产套管的尺寸为9-5/8"
，根据整体式金属棉优质筛管规格可查表
（1）得
表
（1）整体式金属棉筛管规格
套管规格（mm）
大约内经（mm）
筛管外径（mm）
中心管规格（mm）
9-5/8"
244
224
184
139
由已知筛管尺寸，查表
（2）可知，筛管的规格尺寸。
表
（2）国产不锈钢金属棉筛管规格
种类
最大外径（mm）
金属棉厚度（mm）
金属棉尺寸（mm）
适用套管（mm）
最小内径（mm）
整体式
139.7
10.5
Φ150╳93
244.5
124
长度系列为1.6m、2.6m、4.6m。
故可知：
筛管的外径为184mm,内径为124mm，中心管的规格为139.7mm,金属棉尺寸为Φ150╳93mm，选取一根筛管的长度为4.6m。
根据油田地层砂粒度分析表（3）可知，地层砂的不均匀系数（d40/d90）大部分都小于5；
根据地层砂的不均匀系数，参考以下方法进行D50的确定：
（1）当地层砂的不均匀系数小于5时，D50取d50的8～10倍；
（2）当地层砂的不均匀系数大于5小于10时，D50取d50的6～8倍；
（3）当地层砂的不均匀系数大于10时，D50取d50的5～6倍。
故砾石充填所使用砾石的中值D50为8～10倍地层砂中值d50,取8d50<
D50<
10d50；
水平井油井B13的垂深为1620m，故d50=0.159，D50=8*0.159～10*0.159=1.272～1.59，查表（4）工业砾石参数表可知，南堡B13m油田油层所用砾石的尺寸应为10～20目。
表（4）工业砾石参数表
标准筛目
砾石直径/mm
粒度中值/mm
渗透率/µ
m2
10～20
2.01～0.84
1.42
325
若筛管为优质筛管，则挡砂精度为防砂中的重要尺寸。
根据相当于砾石尺寸决定优质的挡砂精度，见表（5）优质筛管挡砂精度与砾石目数对应关系，查表可得挡砂精度为250µ
m。
表（5）优质筛管挡砂精度与砾石目数对应关系
挡砂精度/µ
m
相当于充填砾石/目
250
由油井基础数据可知，油井B13m井深为1987m，套管段井深为1620m，故需要下筛管的井深为367m，由于下筛管需要，筛管长度应为80╳4.6m，即需要80根金属棉筛管。
由上可知，筛管的参数如下表（6）所示：
表（6）筛管参数
筛管种类
外径（mm）
内径（mm）
一根筛管长度（m）
筛管根数
挡砂精度（µ
m）
过流面积（c㎡/m）
4.6
482.8
南堡B13m水平分枝井生产管柱结构见图：
图
（1）
防砂工艺参数与材料
金属棉筛管的结构如图
（2）所示。
它友带孔基管、金属棉和保护管组成，基管和保护管上均有钻孔，提供流体流动通道。
在基管和保护管之间的夹层中充填有不锈网纤维，即金属棉，作为滤砂管的过滤介质。
金属纤维按一定数量置于预制模具中，经断丝、混丝经滚压、疏分后在一定压力下成型，镶嵌于管壁孔内或套于中心管上并加以固定并加筛套保护备用。
金属纤维体内孔隙直径和渗透率可通过纤维用量及成型压力加以调整，使之既保持一定弹性，又具有足够的强度和渗透率，供不同环境的油井选用。
金属纤维厚度一般为10—20mm，压缩系数和渗透率可以依据需要调整。
保护管用于保护金属棉套不受损坏，孔数300个/m，孔径10mm，具有一定的渗透率和过滤精度的金属棉预填料，然后填到两层钢管之间。
大量金属纤维被压紧堆集在一起，形成高缝隙密度的防砂滤网阻挡地层砂粒通过，其缝隙大小与纤维堆集紧密程度有关。
金属棉滤砂管分为单体（镶嵌）式和整体式两种。
单体式金属棉是有多孔盖（滤网）、不锈钢金属棉死、压板、焊缝、基管组成。
整体式金属棉滤砂管是由不锈钢金属棉丝、保护套（打孔套管）、中心管、扶正器组成。
防沙工艺步骤与技术要求
1.滤砂管施工管柱及井眼准备
（1）.滤砂管施工管（下井顺序自上而下）柱有三种：
1）.闭式施工管柱组合丝堵-滤砂管-油管-安全接头-封隔器-丢手接头-工作管柱。
组合示意图见图（3A）
2）.开式施工管柱组合尾管-托沙皮碗-滤砂管-油管-安全接头-封隔器-丢头接头-工作管柱，组合示意图见图（3B）。
3）.改进型施工管柱组合尾部关闭接头-滤砂管-油管-安全接头-封隔器-丢头接头-工作管柱，组合示意图见图（3C）。
（2）井眼准备
1）射孔负压射孔，孔径10mm以上，孔密20孔/m以上；
2）通井通井规外径应小于套管内径4~6mm，长度大于1000mm，应顺利通过油层底界以下；
3）洗井选用清洁的液体，清洗井筒，当油稠时，应使用热水（温度不低于60℃）洗井，直至无稠油为止；
4）填砂当地层以大量出砂，应进行挤压填砂，是底层保持填满状态；
5）酸处理已知地层堵塞，应使用酸解堵，保持地层有良好的渗透性能。
2.操作程序及质量要求
（1）操作程序
1）按照射孔井段组合滤砂管，在地面丈量准确；
2）按组合好的顺序（自下而上），依次下入井内至设计井深；
3）坐封。
按封隔器要求操作，密封环形空间；
4）丢手。
将封隔器以下的管柱留于井内；
5）下入生产管柱，为不插入丢手接头外壳内，上部可根据生产需要组合生产管柱；
6）开井投产。
（2）自己量要求
1）滤砂管下井时，要单根下入。
因滤砂管性脆，在地面不易连接过长，防止滤砂管折裂；
2）滤砂管在下井前要逐根检查，应无缝无洞。
引鞋连接处包扎应平整严密，胶结牢固；
3）滤砂管搬运过程中要平稳，下入井内速度要慢，每小时不超过30根油管，防止猛提孟放。
4）要做到作业全过程的清洁；
5）洗井要彻底。
下入滤砂管前，应将井内的油污，尤其是死油必须清洗干净，保持井筒内的液体清澈透明无固相颗粒；
6）管柱丈量准确，记录清楚。
3．投产要求
1）投产初期产液强度不宜过大，应控制在小于3t/d。
M）以下。
每日取样分析含砂量及粒度变化。
经一个月稳产后，再逐渐提高采液强度至合理范围内，并监测含砂量变化。
2）定期测示功图和动液面变化，及时分析生产动态。
4应用范围及评价
（1）应用范围
1）适用于不分采的油井早期和后期防砂；
2）适用于中‘粗砂岩油井防砂；
3）适用于原油粘度较低的油井防砂，若粘度大于2000mpas则不宜选用；
4）适用于套管完好的油井防砂。
（2）评价
1）施工简单，成本低，易于推广；
2）滤砂管性脆易碎，失效后易于处理；
3）有一定的防砂效果，有效期平均在半年以上。
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