防砂概述.docx

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防砂概述

防砂概述

一、概述

（一）出砂危害及出砂机理

1．危害

油（汽）井出砂是疏松砂岩油（气）藏面临的重要问题之一。

出砂的危害主要表现在以下三个方面：

（1）油井减产或停产：

油（气）井出砂，极易造成砂埋产层，油管砂堵及地面管汇和储缺积砂，从而被迫停产作业。

冲洗被破埋的地层，清除油管砂堵，既费时又费工，问题还不能彻底解决，恢复生产不久，又需重新作1周而复始，出砂更趋严重，生产周期越来越短，造成大量躺井，使产量大减，作业成本巨增，经济损失严重。

（2）地面及井下设备加剧磨蚀：

油、气流中携带的地层砂粒，其主要成分是SiO2，硬度高，流速大，容易造成井下泵阀点蚀、油管刺穿、柱塞拉坏、砂卡、地面阀门失灵。

从而经常被迫关井作业，更换或维护设备，使产量下降，成本上升。

（3）套管损坏，油井报废：

在长期严重的出砂在套管外形成巨大的空穴，内、外受力不平衡引起地层突发民生坍塌，轻则造成套管变形，重则套管被错断挤毁，修复很困难，使油（气）井工程报废，损失惨重。

其他危害还很多，在此不一一列举。

所以必须立足先期、早期防治，以减少对油层胶结的破坏，为正常生产或后期防砂创造条件。

2．出砂机理及影响因素

地层是否出砂取决于颗粒的胶结程度———地层强度。

一般说来，地层应力超过过地层强度就可能出砂。

地层应力包括构造应力、上覆压力、流体对颗粒的摩擦力、生产压差的拖曳力等。

而地层强度由颗粒的胶结类型、胶结物含量、孔隙内流体内聚力、颗粒之间的摩擦力来决定。

可见，出砂影响因素很多，主要分为两大类：

（1）先天因素：

指砂岩地层的地质条件，如胶结物含量及分布，胶结类型，成岩压实作用，地质年代等。

一般说，胶结物含量高，分布均匀，地质年代早，埋藏深，成岩强度就高，越不易出砂，反之亦然。

（2）开发因素：

有的可以避免，有的则不可避免，大体归纳如下：

①采液速度突然发生变化或采油速度过高；

②低质量（指对地层伤害严重）和频繁的修井作业；

③不合理的生产及作业措施造成油层伤害；

④地层压力持续下降，油井含水上升；

⑤开发中、后期油井提液，加剧了对颗粒的冲刷，泥质胶结的地层防膨措施不当。

3．出砂地层的分类及特征按地层胶结强度及出砂表现，将出砂地层分为三类。

（1）流砂（Qucksand）地层：

即未胶结地层。

颗粒之间无有效的胶结物，仅靠压实作用和内部流体内聚力作用而成岩。

钻井时极易坍塌，取心收获率很低。

投产后立即出砂并连续不断，出砂规律见图，井口含砂量相对稳定。

这类地层防砂技术难度很大，须采用特殊措施来阻止地层吐砂，并在地层中挤大量充填剂或固结剂，才能达到防砂目的，保证油（气）井正常生产。

（2）部分胶结地层：

这类地层含胶结物较少，胶结差，强度低，取心易破碎，但采取适当技术措施后，可顺利完成裸眼砾石充填防砂。

此类地层若不防砂、油井投产后出砂规律见图，表现为含砂量波动变化大。

（3）脆性砂地层：

此类地层胶结物含量较多，强度中等，易取心。

流体产出时能把砂岩表面颗粒冲刷带走，出砂规律呈周期性变化。

由于出砂，使地层中出现冲蚀空穴，过流面积大增，流速骤降，出砂明显减缓（甚至不出砂），如此周而复始地循环。

此类地层先期裸眼砾石充填防砂成功率往往很高。

（二）防砂方法分类及远待原则

1．防砂方法分类按防砂机理及工艺条件，防砂方法大致分为机械防砂、化学防砂、砂拱防砂及其他方法。

（1）机械防砂：

又可细分为两类。

①第一类：

仅下入防砂用的滤砂管柱，如割缝衬管、绕丝筛管、各类地面预制成型的滤砂器（如双层预充填筛管、树脂砂粒滤砂管、金属棉纤维滤砂管、多孔陶瓷滤砂管等）。

这种方法简单易行，施工成本低，缺点是滤砂器易堵塞，不能阻止地层砂进入井筒，有效期短，只宜用于中、粗砂岩地层（d50＞0．1mm）。

②第二类：

在下入绕丝筛管（或其他滤管）后，再用高渗透砾石充填于筛管和井壁之间的油井环空，并部分挤入井筒周围地层，形成多级过滤屏障，阻止地层砂运移。

此法施工稍复杂，成本较高，但挡砂强度高，适应性好，细、中、粗砂岩，直井．定向井，常规井，热采井均可应用，可以长井段防砂，防砂成功率高，有效期长，因而是当今最流行的防砂方法。

缺点是流动阻力增加，防砂后油井产能下降，但已采取某些特殊技术或放大生产压差以得到补救。

此法不宜用于粉砂岩和粉细砂岩防砂。

因施工时间较长，防砂全过程要尽量减少油层伤害。

（2）化学防砂：

通过向套管外地层中挤入一定数量的化学剂或化学剂与砂浆的混和物，达到充填、胶固地层之目的，提高地层强度，减缓出砂。

按工艺性可分为两种：

①胶固地层：

挤入树脂或其他化学固砂剂，直接将地层砂固结；

②人工井壁：

用树脂砂浆液、预涂层砾石、水带干灰砂、水泥砂浆、乳化水泥等挤入井眼周围地层中，固结后建立一个可渗透的人工井壁，阻止地层出砂。

化学防砂一般适用于薄层短井段，若井段太长，视情况采取措施分段施工。

此法对粉细砂岩的防砂效果优于机械防砂，优点是井筒内不留下任何机械装置，便于后期处理；缺点是成本较高，树脂等化学材料易老化，寿命短，固结后地层渗透率下降明显，产能损失大，故现场目前应用程度远远低于绕丝筛管砾石充填类的机械防砂。

（3）砂拱防砂：

这是一种在油（气）井射孔完成后，不再下入任何机械装置或挤入化学剂的防砂方法。

它防砂的实质是要靠一种机械作用力强迫压实出砂的裸眼井壁，以提高井眼周围的地层应力水平达到甚至超过地层未钻开前的原始应力。

这样可减少出砂的可能性，油井投产时，地层砂流入射孔处，可自然堆积，形成具有一定承载能勺的砂拱，类似于桥梁的桥拱，可进一步阻止地层出砂。

此方法优点在于井筒内无任何机械装置，容易进行补救件作业，此外，地层渗透率未受到坏着伤害，故油井防砂后，产能损失小。

缺点是砂拱稳定性差，防砂效果不易保证，一般只用于出砂不严重的中、粗砂岩和中、低产井；不适用于粉细砂岩、流砂层和高产井。

2．防砂方法的选择

（1）选择原则：

①立足于先期防砂和早期防砂：

根据油藏地质研究和试油试采资料，结合出砂预测研究，一旦判断地层必然出砂，则应立足于先期防砂完并或短暂排液酒的早期防砂，以此为基础来选用防砂方法。

在地层骨架被破坏后才进行防砂，防砂激度十大大增加，而且也难保证防砂效果。

②结合实际，综合考虑技术现状、工艺条件和经济成本，合理选用防砂方法。

③立足于保护油层、减少伤害，以保持油（气）井获得最大产能为目标，结合有效期，进行方法的论证和选择。

（2）防砂方法选择时必须考虑的因素：

①完井类型：

常见的完井方式有裸眼完井和套管射孔完井。

对原油粘度偏高，油层单一，无水、气夹层的部分胶结的砂岩可考虑用裸眼砾石充填先期防砂，以提高渗流面积，减少油层伤害，获取较高的产能。

对油、气、水层关系复杂，有泥岩夹层的井应考虑套管别孔完成，对进行先期或早期的管内砾石充填防砂。

②完井井段长度：

机械防砂一般不受井段长度限制，如夹层较厚，可考虑分段防砂。

化学防砂主要用于短井段地层。

③地层物性：

化学防砂对地层砂粒度适应范围较广，尤其适用于粉细砂岩。

但在油井中、高含水期，防砂成功率下降。

ECp砂拱防砂适用于泥质含量较高的，出砂不严重的中、低渗透地层。

绕丝筛管砾石充填对粒度、渗透率、均质性要求不高，但不宜用于粉细砂岩。

滤砂管防砂一般只对中、粗砂岩有效。

④井筒和井场条件：

小井眼、异常高压层、双层完成的上部地层宜用化学防砂，此外，化学防砂还要特别注意油层温度，因它对化学剂团结有重要影响，现场无钻机（或作业机）时，无法进行机械防砂。

⑤产能损失：

无论哪种防砂方法，都应力争在控制出砂的前提下，使油（气）井产损失最小。

相比而言，砂拱防砂产能损失最小，但防砂稳定性差。

裸眼砾石充填防砂产能最高，只要条件允许应优先考虑选用。

粉细砂岩易引起普通滤砂管堵塞，导致产量急剧下降，不宜采用滤砂管防砂。

对绕丝筛管管内砾石充填或化学防砂应在施工时采取合理的配套技措施，最大限度地维持油井产能。

⑥成本费用：

施工成本是选择防砂方法的重要因素，但也要考虑防砂后的长期综合济效益。

以上是选择防砂方法时主要考虑的因素，总之，要综合考虑，权衡利弊，合理优选。

（三）防砂效果评价

1．防砂效果影响因素分析影响防砂效果的因素很多，粗略归纳为以下几个方面：

（1）地层条件：

这是先天性因素，如孔、渗条件，粒度大小及分布，均质性，泥质含量，粘土矿物组成，原油物性，层段厚度，单层层数都会对方法的选择，施工设计和作业难度产生直接的影响，势必影响到工艺效果。

（2）选用的防砂方法：

由于各种防砂方法只适用于某些地层和井况条件，如方法选用不当，则可能使防砂很快失效或造成较大的产能损失，难以维持生产；此外，各种方法的有效期和施工成本也很不相同，对经济效果会带来直接的影响。

（3）施工工艺设计：

方法一旦确定，就须按地层条件进行防砂施工工程设计，包括选用合理的施工程序和工艺参数，以正确的工艺来满足防砂的需要，保证防砂效果。

（4）施工质量控制：

施工质量是保证防砂效果的关键，应该建立严格的质量保证体系，包括准备合格的原材料、井下工具和化学剂，保持设备工况良好，充分的室内试验，优选合理的工作液及处理剂配方，施工前要反复研究施工设计，考虑应变措施。

施工过程要有严格的技术、质量监督，保证施工质量全优，争取最佳效果。

只有紧紧围绕油井、地层的实际情况，从设计、材料、工艺、施工各个环节进行全面研究和质量监控，才能使防砂后实现既高产又控制出砂。

2．防砂效果评价

主要用三个技术指标进行评价。

它们是：

（1）含砂量：

指井口含砂量（质量分数）。

将井口采集的油样脱水后，再测试含砂量。

从保证采油生产系统连续正常运转的角度，石油行业规定，井口含砂量必须小于0．03％，防砂有效。

（2）产能损失：

指经过防砂后，在工作制度不变的前提下，油井产液量Q2与未防砂前之产液量Q进行对比其产能损失比。

具体表达为：

η值越小，则防砂效果越好。

由于不同的防砂方法和工艺会带来不同的产能损失比，只要产能损失比小于规定值，则认为工艺是成功的，经济上是合理的。

一般要求产能损失比控制在20～30％之间，按目前技术水平和工艺条件，实现这一指标是完全可能的。

（3）有效期：

指防砂施工后，油井能正常生产的时间。

即油井不出砂或轻微出砂，产能损失又在合理范围内的工作时间。

不同的工艺、方法、防砂措施有不同的有效期，而巳它还与油藏条件密切有关。

因此，要按不同的方法，不同的油藏确定合理的有效期。

事实上，3个指标必须综合考虑，它们是相互制约的统一体。

只有全面兼顾协调3个指标，采用针对性的防砂方法和完善的质量保证体系才能实现3个指标都达到较高水平，从而获得最洼的防砂采油效果。

（四）与防砂相关的配套技术

1．防砂工程系统概念

无论是先期防砂还是后期防砂，不管采用哪种防砂方法和工艺，也不管油层条件如何，都应把防砂当做一个工程系统加以研究和考虑。

系统的对象是油井或油层，目标是既高产又控制出砂。

要搞好防砂工程系统，应从两个层次搞好“结合”：

（1）搞好油藏工程和采油生产两大系统的结合。

根据油藏地质条件研究防砂的必要性和防砂时机、方法的适应性，防砂中的油层保护等问题。

对上述问题的科学论证为保证最佳的防砂采油效果奠定了基础。

（2）搞好防砂工程与采油生产两个系统的结合。

防砂系统本身包括很多技术环节，各环节都会对防砂效果产生影响，而且各环节既相互联系又相互制约，如完井方式、射孔工艺、油层保护、井眼准备、防砂工作液、防砂管柱、现场施工工艺。

室内试验研究、后勤准备保障等，必须搞好统一协调和配套。

此外，防砂后的生产系统包括生产管柱设计、泵型选择、抽汲参数优化、日常维护管理都要适应防砂后的新情况，否则，也会直接影响防砂效果。

综上所述，防砂要适应油藏条件，满足采油生产需要，油藏研究为防砂决策提供了科学依据，对减少风险，提高效果十分重要，而采油生产系统要与防砂工程协调配套，提高和巩固防砂工艺效果。

因此，必需进行系统的研究，惟有如此，才能保证油井生产高效而控制出砂，防砂工程系统见图。

2．主要配套技术

主要配套技术包括：

高孔密、大孔径、油管传输负压射孔技术；射孔清洗和井