减轻地层出砂对生产影响的对策

减轻地层出砂对生产影响的对策 一、前言 二 、 文 、 卫油田出砂原因及规律 三 、 油井出砂对生产的影响 四 、 文 、 卫油田防砂工艺现状 五 、 目前存在的问题 六 、 防砂工作思路及下步对策 目 录 文明寨 、 卫城 （ 浅层 ） 由于储层胶结疏松 ， 从 1984年发现出砂井以来 ， 86 主要出砂层位在沙一下 、 沙二上 、 沙二下 。 2003年发现沙三上 、 沙三中开始出砂 ， 且粒径变小 ， 平均粒径由 为 。 一、前 言 2002以来，在总结了过去防砂经验的基础上，根据出砂油田的地质特点及出砂程度的大小，制定了一系列的防砂手段，控制住了严重出砂井出砂问题，对文明寨以井筒防砂为主（金属棉滤砂管防砂工艺），对部分出砂严重的井采用地层防砂为辅（化学复合防砂剂工艺）；对卫城油田出砂严重井实施化学复合地层防砂。 截止 2004年底 ， 文 、 卫油田共实施防砂井 98口 ， 119井次 。 其中井筒防砂 80口井 ，101井次 ， 工艺成功率 100%， 有效率 91%，平均有效期 105天 （ 主要为文明寨油田 ） ；实施地层防砂 18口 ， 18井次 ， 工艺成功率100%， 有效率 100%， 平均有效期 280天 ，目前继续有效 。 1、 地层胶结疏松 ， 容易出砂 。 文 、 卫油田浅层油藏出砂井主要集中在沙一下 、二上层系全部油井 、 沙二下 、 沙三上和沙三中层系部分油井 。 沙一段 、 沙二段油层埋藏浅 ， 平均油层深度在 14001680m， 胶结疏松 ， 胶结物单一 。 孔隙度大 ，平均孔隙度为 28%左右 ， 泥质含量高达 10%左右 ， 主力产层碳酸盐含量低 ， 平均含量为 油层压实性差 。 油层自上而下逐渐变得致密 ， 胶质物由单一变复杂 。 二、文、卫油田出砂原因及规律 1、 地层胶结疏松 ， 容易出砂 。 表 1 岩心测定对比表 层 位 油藏深度 油层物性 胶结物 致密度 胶结 类型 孔隙度 % 渗透率 泥质 % 碳酸盐 % 灰岩 % 白云岩 % 140005 20 0 疏松 接触式 142052 7 疏松 接触式 155011 5 2 5 松 孔隙式 175015 2 3 2 松 孔隙式 二、文、卫油田出砂原因及规律 1、 地层胶结疏松 ， 容易出砂 。 二、文、卫油田出砂原因及规律 文 、 卫浅层油藏胶结物主要是 泥质和碳酸盐 ，胶结方式为 接触式 此外储层由于成岩程度差 ， 砂岩强度低 ， 渗透率高 ， 这些客观条件决定了 油层具有易出砂的特点 。 对有出砂历史的 99口井进行资料对比分析结果表明：油井出砂程度主要取决于油层埋藏的深度 、 胶结类型及胶结物的含量 、 油层的胶结强度等 。 油层埋藏越深 ， 则碳酸盐含量越高 ， 出砂越轻 。 表 2 不同层位出砂情况对比表 层位 平均含砂量 砂柱 m 砂面上升速度 m/d 因出砂作业次数 2 7 8 二、文、卫油田出砂原因及规律 2、油井见水后导致出砂 图1 出砂井数与含水变化趋势图0510152090 92 94 96 98 99 00 02 04时间严重出砂井数7580859095含水变化出砂井数含水变化图 2 砂 面 上 升 速 度 趋 势 2 94 96 98 99 00 02 04 时间砂面上升速度m/、卫油田出砂原因及规律 3、 地层压力下降导致油井出砂 在胶结差的地层中，随着地层压力下降，增大的应力会使岩石胶结层发生形变，造成油井出砂。 图3 0 5 86 87 88 89 90 91 92 93 96 97 98 99 00 01 02 03 04时间压力 、卫油田出砂原因及规律 4、炮眼周围高压力梯度引起出砂 如果孔密低 ， 孔径小 ， 每个炮眼周围的压力梯度增加 ，流动阻力就增加 ， 产生大的拉伸破坏而引起出砂 。 另外 ， 由于射孔时的振动 ， 使得炮眼周围的地层强度明显较低且周围的渗透性也遭到破坏 。 二、文、卫油田出砂原因及规律 统计文 、 卫油田浅层油藏 14口井在不同采液强度下的出砂情况发现 ， 随着采液强度的增大 ， 出砂加剧 。 5、采液强度不合理引起出砂 表 3 采液强度与出砂的关系 采液强度 m3/含砂量 % 砂面上升速度 m/d 二、文、卫油田出砂原因及规律 （ 1） 、 砂埋油层造成油井产量下降 地层出砂 ， 砂粒分散 、 运移 ， 致使其原有渗透率发生改变 ， 流动的阻力增大 。 同时地层出砂造成砂埋油层 ， 在井筒内大量堆积 ， 阻止流体通过 。 在作业冲砂过程中 ， 因地层压力低 ， 井筒内的砂一部分随冲砂液返出 ， 一部分在冲砂液的液柱压力下重新进入地层 ，因水的影响胶结物发生膨胀破坏地层结构 ， 对油层产生堵塞 ， 造成油层的二次污染 ， 使渗透率下降 ， 供液能力不足 ， 产量降低 。 三 、 油井出砂对生产的危害 （ 2） 、 磨损井下抽油设备 ， 缩短检泵周期 产出液中携带的砂粒在油管运移过程中 ， 对管 、 杆 、泵发生碰撞 、 磨损 ， 使其防腐能力下降 ， 腐蚀速率加大 ，使用寿命缩短 ， 作业频率油井生产时率降低 ， 影响产量 。2004年 ， 地层出砂造成躺井 38井次 ， 其中文明寨采油区沙三段新补孔层出砂造成躺井8口；同时部分填砂堵水井和卫城部分压裂井由于抽出了人工砂也造成了部分躺井 ， 卫城部分油井因压裂后吐砂造成躺井 8井次 。 三 、 油井出砂对生产的危害 三 、 油井出砂对生产的危害 （ 3） 、 堵塞地面集输管线和设备 地层砂被产出液携带到地面 ， 在地面管线及计量站的分离器内沉积下来 ， 久而久之 ， 使地面管线管径变小 ，油流阻力加大 ， 井口回压升高 ， 管线堵塞和躺井几率增加 。 并且增加地面管线及设备维修更换的成本 。 2004年 ， 文明寨油田有 6座计量站内的分离器清砂 。文一联每年至少清砂一次 。 （ 4） 、 加快套管损坏速度 由于长期出砂 ， 近井地带严重亏空 ， 支撑力减少 ，造成套管变形 、 套破 ， 增加作业难度及作业成本 ， 如导致套变 、 套破频繁 。 四、文、卫油田防砂工艺现状 防 砂 方 法 地面排砂 定期人工地面清砂 地层防砂 树 脂 预 包 砂 复 合 化 学 防 砂 激光 割缝 防砂筛管 井筒防砂 旋流式井下沉砂器 四、文、卫油田防砂工艺现状 1、 激光割缝防砂筛管 （ 1） 、 割缝金属纤维防砂筛管的防砂基本原理 激光割缝防砂筛管是在油管上用激光切割一条条细缝 ， 利用这些缝隙挡砂 ， 缝宽在 一般在 且在管内加装内管 ， 内管外厘绕不绣钢防护网和金属丝棉网 ，当大量金属丝棉网堆积在一起时 ， 金属丝棉之间就会形成若干小的缝隙 ， 这样在激光割缝筛管和中心管之间又加一道金属丝棉防砂墙 ， 可以用来挡住更细的砂粒 。 （ 2） 、 激光割缝防砂筛管的优点 a 渗透率大 ， 筛管渗透率高于 1000有利于流动 。 b 孔隙度高 ， 一般高达 90%， 抗堵塞能力强 。 c 抗腐蚀能力强 。 d 结构简单 ， 强度高 ， 可以用于不同类型的油井 。 e 施工简单 ， 有利于降低施工费用 ， 提高施工成功率 。 1、激光割缝防砂筛管 （ 3） 、 现场应用情况 统计从 2003年至 2004年底 ， 在文明寨油田共推广应用割缝金属纤维防砂筛管防砂 80口井 ， 99井次 ， 有效率 91%。 2004年所有防砂井平均免修期已达 115天 ，并继续有效 ， 原油含砂量也从 降至 1、激光割缝防砂筛管 （ 3） 、 现场应用情况 1、激光割缝防砂筛管 表 6 03日期 总井 数 总井 次 措施前（日平均） 措施后（日平均） 平均有效期 （天） 产液 产油 t 含砂 % 产液 产油 t 含 砂% 2003 47 63 05天 2004 33 36 15天 该井出砂严重 ， 防砂前因砂卡 、 砂堵 、 砂磨蚀等原因造成作业频繁 ， 免修期从措施前的 60天延长到了 200天 ，原油含砂量也由 降到 典型井例效果分析 （ 1） 、 工作原理 当井下沉砂器在井下工作时 ， 油井中的混合液由进液孔进入 ， 由于进液孔是沿切向方面加工的 ，再通过造旋臂造旋 ， 液体进入后将产生旋流 ， 由于固体 、 液体的密度不同 ， 所以产生的离心力不同 ，在沉砂器内部形成了外旋流和内旋流 。 密度大的固体颗粒形成了外旋流 ， 外旋流沿沉砂器的内壁向下运动 ， 经过沉砂孔沉入尾管内；内旋流在沉砂器的中部因高速旋转而形成低压向上运动 ， 经过造旋臂的中心孔进入筒体 。 2、旋流式井下沉砂器 （ 2） 、 旋流沉砂器的优点 a、 分离效果好 ， 可分离出粒径大于 粉砂 。 b、 强度高 ， 外表均为金属体 ， 不怕磕碰 ， 不易损坏 。 c、 可满足不同井的防砂要求 （ 不受井筒及液量限制 ） 。 d、 结构简单 ， 安装方便 ， 尺寸较小 ， 可用于 4 并可重复使用 。 2、旋流式井下沉砂器 （ 3） 、 现场应用情况 在文 、 卫油田共推广应用旋流式井下沉砂器防砂18口井 ， 有效率 91%。 平均免修期从防砂前的 78天延长至 179天 。 原油含砂量也从 降至 2、旋流式井下沉砂器 抑砂剂 固砂剂 井眼 （ 1）、复合化学防砂原理 复合化学防砂剂由固砂剂和抑砂剂组成 。 固砂剂是由高分子树脂 、 交联剂 、 催化剂及增强剂等组成 。 树脂固化将地层砂粒粘结起来形成人工井壁 ， 或填充于近井亏空地带形成树脂遮挡层 ，其次树脂胶结体填充于孔隙中 ， 对岩石骨架颗粒起到支撑作用 。 3、复合化学防砂工艺技术现场应用及评价 抑砂剂的特点： 1） 、 将流动的细粉砂携带至油层深部 。 2） 、 抑制砂岩油层微粒的分散和运移 。 3） 、 稳定粘土 ， 显著地增加疏松砂岩地层的吸附性 。 （ 1）、复合化学防砂原理 2、复合化学防砂工艺技术现场应用及评价 （ 2）、改进复合树脂固砂剂体系 由于出砂层位变深 ， 地层压力增大 ， 通过调整 增孔剂和交联剂浓度 ， 提高复合防砂固砂剂的渗透率和抗压强度 。 表 7 改进前后树脂固砂剂性能指标对比表 指标 原树脂 改进后 空白样 加砂样 空白样 加砂样 凝固时间 （ 120 125 120 140 抗压强度 (透率 ( 10 800 600 1500 1200 固砂剂成本 （ 元 / 3680 3722 （ 3）、改进复合化学防砂施工工艺 将过去的双液法施工改为单液法施工 ， 使得固砂剂反应完全 ， 提高了防砂效果 。 为了施工安全 ， 对固砂剂的固化时间进行实验评价 。 交联剂浓度对固化时间的影响01002003004002 5 8 10 15 18 20 25 30交联剂浓度（%）固化时间（(4)、 现场应用效果及评价 2002年以来 ， 我们针对文明寨油田和卫城油田使用复合防砂油井 18口井 ， 工艺成功率 100%， 有效率 100%， 平均免修期由 105天延长到 280天 ， 最长有效期已达 563天 ， 平均原油含砂量由 降到 取得了较好的防砂综合效果 。 (4)、 现场应用效果及评价 表 9 2002年度 井 数 有效率（ %） 平均作业免修期（ d） 2002年 6 100 369 2003年 10 100 289 2004年 2 100 128 防砂效果最好的是 2002 共计实施 16口井 ， 有效率100%。 2004年实施的地层防砂井数最少 ， 共实施地层防砂 2口井（ ， 防砂后平均作业免修期 128天 。 明 137井 :该井出砂严重 ， 防砂前因砂卡 、 砂堵 、砂磨蚀等原因造成作业频繁 ， 化学防砂前曾多次下入防砂管 ， 02年 6月因出调剖剂防砂管被堵 ， 决定采用复合防砂剂进行化学防砂 ， 取得了较好的效果 。 原油含砂量也由 典型井例效果分析 1、 油层出砂层位和井数的范围扩大 ， 以前不出砂的层位 ， 目前也发现开始出砂 ， 以前出砂量较少的油井 ， 现在也发现严重出砂 （ 如明 82侧井 ） ， 出砂的粒径由大变小 ， 出砂井中 ， 细砂所占的比例增高 。 出砂量也由少变多 ， 地层亏空严重的井增多 。 四、 目前存在的问题 2、 由于地质条件差 ， 初中期强注强采 ， 地层长期出砂 ，没有及时采取防砂措施 ， 地层近井地带亏空 ， 部分地层结构遭到破坏 ， 支撑力减少造成井况变差 ， 出砂严重的井套管往往发生套变或套破 ， 影响下步防砂施工 。 3、 不同层系同时出砂给防砂带来困难 。 文明寨油田开发层系多 ， 射开厚度大 ， 井段长 ， 大部分层系都出砂 ， 但在生产中又难以准确判断出砂层位 ， 导致防砂针对性差 ， 费用增大 。 四、 目前存在的问题 4、 缺少防砂工艺室内性能检测 、 评价设备 。 没有一整套完整的检测 、 评价仪器 ， 无法得到重要关键指标 ， 如：胶结体渗透率 、 抗压强度等 。 对激光割缝防砂筛管质量 ，缺乏检验及监督管理力度 ， 并且由于出砂加剧 ， 地层砂粒变细 ， 激光割缝防砂不能满足部分出砂井的防砂需要 。 5、 井筒防砂中管柱组合缺乏合理依据 ， 使用的防砂筛管与油井产液量 、 泵径 、 地层出砂量大小不配套 。 地层防砂一般采取的是全井段防砂 ， 对地层的针对性不强 ， 影响防砂效果 。 四、 目前存在的问题 6、 水井防砂工作未开展 文明寨水井出砂井 15口 ， 例如 主要分布在明一块 ， 明 14块 ， 平均作业周期 3月 依靠定期冲砂维持注水 ， 不仅易造成井况恶化 ， 而且对油层造成污染 ， 使得油层吸水能力下降 。 四、 目前存在的问题 （ 一 ） 、 2005年防砂思路 通过详细调查分析文 、 卫油田油井出砂区块 、 层位 、 层段 、 出砂粒径范围 、 产液量大小 、 产出液中砂的含量及井筒中砂面上升速度采取相应的井筒和地层防砂方法 ， 以地层防砂为主 ， 井筒防砂为辅 ， 从根本上解决油井出砂的问题 。 同时对目前水井出砂情况进行详细的现场调查 ， 结合实际 ， 对出砂严重且影响正常注水的水井实施化学防砂 2 找到适合于水井的防砂治理方案 。 五、 2005年的防砂工作思路及下步对策 （ 二 ） 、 防砂工作主要对策 五、 2005年的防砂工作思路及下步对策 1、 防砂工艺的选择原则 （ 1） 、 针对油水井地层长期出砂 ， 以往未采取地层防砂 ， 造成地层亏空严重的井 ， 经常砂埋油层 、 冲砂频繁的井 。 这种严重出砂井可分为以下类型： a、 砂粒直径大于 b、 因水井大孔道 、 高渗透 、 水井调剖时调剖剂从对应油井层位窜出的油井 。 以上类型出砂井适合采用树脂预包砂或复合化学防砂工艺 。 （二） 、防砂工作主要对策 （ 2） 、 对于出砂量比较大 ， 有新增单一出砂层位 、 低压低渗透 、 出砂颗粒小 ， 经常发生堵管 、 卡泵 、 作业频繁的油井应采取地层防砂 ， 才能提高防砂效果 。 此类出砂井可分为以下类型： a、 砂粒直径小于 砂的含量大于 渗透率小于 200*10 b、 因井况较差 ， 如套变 、 井斜度大 ， 口袋小于 30 c、 曾因出砂下入防砂筛管 ， 但防砂效果较差 ， 有效期小于 180天的油井 d、 水井作业前因压力高 ， 需要卸压 ， 在卸压过程中地层出砂的井 。 以上类型出砂井适合采用复合化学防砂工艺 。 （ 3） 、 超过适度出砂的油层 ， 其出砂量较小（ 含砂量小于 、 砂粒直径大于 日产液量在 15 m3/ 原油粘度小 ， 且含水较高 ，没有发生砂埋油层 、 因维修时短期停抽洗井频繁的井采取井筒防砂 。 主要推广应用成熟的防砂筛管 、 防砂泵等井筒防砂工艺 。 （ 4） 、 在适度出砂范围内的井 ， 其出砂量较小 （ 含砂量小于 ， 砂粒粒径小于 提高耐磨性 ） 、 五凡尔泵 （ 减少刺漏压差 ） 尽可能排出井筒 ， 进行地面清砂 。 根据理论分析：砂粒在产出液体中为自由沉降速度 时 ， 其重力等于在液体中沉降的阻力 ， 符合下列关系式： 9202 （ 4） 、 在适度出砂范围内的井 ， 其出砂量较小 （ 含砂量小于 ， 砂粒粒径小于 提高耐磨性 ） 、 五凡尔泵 （ 减少刺漏压差 ） 尽可能排出井筒 ， 进行地面清砂 。 根据理论分析：砂粒在产出液体中为自由沉降速度 时 ， 其重力等于在液体中