国内外防砂技术现状与发展趋势.ppt

+防砂就是采取一定措施禁止或减少油层砂产出并阻 止其进入井筒，最早出现于20世纪60年代。按照时 间划分为四个阶段。 + 20世纪60年代：自然砂桥控砂技术 20世纪70年代：化学防砂 20世纪80年代：机械一化学复合防砂 20世纪90年代：防排结合的综合治砂 化学 防砂 树脂胶结地层砂 人工井壁 其它化学固砂法 +国内 还可以使树脂在地下合成进 行防砂， 如：酚醛溶液地下合成防砂 就是将加有催化剂的苯酚与 甲醛按一定比例混合均匀后 注入地层，在地层温度下逐 渐形成树脂并粘附于砂子表 面，固化后使地层砂胶结牢 固，从而防止出砂。 +国外 国外多采用呋喃树脂防砂。 呋喃树脂除了大量应用于常 规油井防砂外，也用于气井 防砂和热采井防砂。 在美国加州bakersfield的克恩 河油田热采井中成功地使用 了一种改性呋喃树脂防砂。 结果表明，油井生产时间大 大延长，在不降低总产量的 情况下很大程度地减少了出 砂量和作业费用。 +国内 由于受到核桃壳货源的 限制，已很少采用树脂 核桃壳防砂； 而水泥砂浆防砂因强度 低、有效期短故应用已 较少； 水带干灰砂、乳化水泥 浆曾被广泛采用，但由 于防砂后堵塞较严重， 其重要地位现已被其它 方法取代。 +国外 国外化学防砂还有有机 物氧化聚合固砂、热法 固砂、sicl4固砂、ca（ oh）2固砂、胶乳固砂以 及焊接玻璃固砂等。 其中美国加州用焊接玻 璃固砂法出砂严重的含 页岩及粘土砂岩油井防 砂，效果良好，特别适 用于注蒸汽驱类油井防 砂。 国内 高强度固砂技术。 采用多种高效的无机 及有机固体粘结剂，配 以各种添加剂精制而成 的粉剂产品。 将该产品配成水基悬浮 液注入地层，生成立体 网状结构的固结物。在 井筒周围形成一个滤砂 层，阻止地层砂流入井 筒，从而达到防砂目的 。 国外 高能树脂液充填固砂技术 。 利用火药爆燃产生 30mpa的巨大能量，使 不均质地层来不及反应 ，强制吸收， 0.021秒 之内将树脂液均匀顶替 进入各层位。因而防砂 效果好，适用长井段防 砂。 近年来，国内外兴起了多种新型的化学防 砂方法，如高能树脂液充填固砂、微生物 固砂等，资料数据表明效果不错。对于蒸 汽吞吐和蒸汽驱类油井，国外正在研究耐 高温性能更好的树脂和其它化学胶结剂。 从总体来看，根据防砂需要，研究价廉、 实用、高效的新型化学防砂方法成为开发 疏松砂岩油田的必然趋势。 +机械防砂 +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。 + 套管内防砂底层内固砂 种类 割缝衬管、 绕丝筛管、 胶结成型的滤砂管、 双层或多层筛管 砾石充填防砂技术 压裂防砂技术 复合射孔防砂技术 特点简单易行、效果差，寿命短 防砂效果好，寿命长。 原因 防砂管柱的缝隙或孔隙易被进 入井筒的细地层砂所堵塞 有效地把地层砂限制在地 层内，并能使地层保持稳 定的力学结构 +近年来，国内机械防砂工艺技术发展较快 ，仅辽河油田、胜利油田、大港油田在油 气防砂研究方面也作了大量的工作，使国 内防砂工艺技术水平有了较大提高。 +在国内陆上、海上十几个油田现场应用一 万余井次，施工成功率90%以上。 充填工具： 常规砾石充填工具； 振动砾石充填工具 长井段分层砾石充填工具 筛管：主要有全焊接式不锈钢绕丝筛管、 割缝衬管、双层预充填筛管和金属棉滤砂 管。其中全焊式不锈钢绕丝筛管应用最为 广泛。 充填材料： 石英砂、陶粒和树脂涂敷砂，其中以石英砂为主。 国内石英砂中以兰州砂质量最好，其次是福建砂。 由于陶粒价格较贵，一般用量不大，只在少数高温井中 陶粒和树脂涂敷砂应用。 充填方式：反循环充填、正循环充填。 国内外许多油田优先采用的方式，由于有较多的 砾石进入射孔炮眼内，充填饱满，因此防砂时成 功率高，效果较好。 在绕丝筛管砾石充填防砂技术上发展起来 的新技术，其原理是利用油管将防砂筛管与 填砂工具等组合而成的防砂管柱下至油层段 ，然后利用填砂车组将混砂液正填入筛套环 空、近井地层中，以实现人工砾石形成的砂 桥防治油层细粉砂的目的。 技术特点： 实施近井地层内防砂、固砂，防砂效果好 ； 防砂管柱内通径大（100mm110mm） ，便于后期作业； 填砂、丢手、坐封一次管柱完成，施工方 便、快捷； 筛缝排列密度大，提高了过流面积，而且 筛管强度高。 双层预充填筛管和金属棉滤砂管 特点：应用广泛。 金属毡滤砂管 特点：适应大注入量的要求。 tbs筛管防砂技术 特点：形成自然的挡砂屏障。 +国外油气井防砂工艺技术研究起步较早， 1932年开始采用砾石充填方法。如美国 的贝克休斯公司、道威尔斯伦贝谢公司 、哈里巴顿公司、沙龙公司、雪弗龙公司 等都拥有自己专门的防砂器材、施工设备 和施工工艺，从砾石充填工具、封隔器、 滤砂管、泵送设备到施工液体、化学药剂 、技术咨询、现场服务等形式一条龙服务 。 充填工具： 皮碗式充填工具； 封隔器转换总成类充填工具； 振动充填工具。 绕丝筛管： +目前，国外除少数地区继续沿用割缝衬管 外，大部分地区均采用全焊接不锈钢绕丝 筛管。 充填材料：英砂、陶粒和涂层砾石。 在国外的充填材料中，公认ottawa（ 加拿 大首都）砂质量最好，委内瑞拉砂次之。 携砂液：目前国际上在携砂液研究方面持 有两种观点。 朝高质、高效及高粘方向发展。 趋向于低粘或清水方向发展。如何评价视 油井类型而定。 膨胀筛管 特点：水平井裸眼井防砂效果更理想；后 期处理简单 多层组合筛管（美国pall公司研制成功） 特点：适合于水平井及大斜度井防砂。 双层半剖面绕丝 对于出砂严重、生产压差大的直井、小斜度 油井，多采用绕丝筛管砾石充填防砂；而对 于出砂不太严重或大斜度井、水平井则采用 滤砂管防砂。 砾石充填趋向于正循环挤压充填，尤其是高 压大排量挤压充填。 以水作携砂液的低密度水充填发展较快，这 是因为水充填砾石充填层密实，防砂效果好 。 专门适用于水平井裸眼井或套管井的新型滤 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。 该方法综合运用了化学与机械防砂固砂挡砂的 原理，阻止地层砂随生产油气流采出而堵塞井 筒，达到防砂目的。 在国外是针对防砂难度大的粉细砂岩油藏和采 液量大，生产压差的油井而提出的。 国内同样是针对粉细砂岩油气层，单纯用化学 或机械防砂方法不能有效地防砂以及在采液强 度特别高、生产之差较大的情况下研究出来的 。 工艺特点： 施工成功率高， 挡砂精度高、防砂效果好； 可承受较高采液强度和较大生产压差； 防砂有效期长，平均有效期达3年以上； 施工复杂，作业成本高，后期处理较难。 适用范围： 均质性严重的细砂岩及粉细砂防砂； 出砂特别严重的油、气、水井防砂； 采液强度较高的油、气、水井防砂； 发展趋势 虽然国内目前复合防砂种类繁多，但从应 用效果看，树脂溶液或涂料砂加绕丝筛管 砾石充填效果最好，因此该方法应用前景 看好。 对于中后期污染比较严重的油井，防砂配 套工艺是保证复合防砂成功的有效手段。 这些配套工艺包括施工液过滤、补孔、酸 化解堵、混气排。 +最早开始考虑将压裂与防砂二种工艺结合 起来应用于中、高渗透疏松砂岩这一想法 出现在本世纪60年代的委内瑞拉，但由于 常规压裂技术应用于中、高渗透性油藏的 限制和不利影响，直到1984年smith等人首 次发表了以充填宽缝为主要目的的“端部脱 砂压裂”技术，才使中、高渗油藏的压裂防 砂进入一个新时期， 压裂防砂方法的划分与选择 美国哈里巴顿公司根据地层渗透率大小、岩石 胶结强度、油井出砂史及伤害程度等，划分出 四种基本工艺措施： 绕丝筛管砾石充填 压裂充填 防砂压裂 低渗透油层增产压裂 变化趋势：渗透率从大到小，地层强度从软到 硬，出砂程度从强到弱。 +端部脱砂压裂 常规压裂在整个施工过程中，裂缝长、宽 、高一般都是不断增长的，因而井底压力 是基本稳定的； 端部脱砂压裂在脱砂前裂缝增长规律及压 力特征同常规压裂，但在开始出现脱砂后 ，缝长和缝高不再增长，只有缝宽增长较 快，井底压力开始按一定速度稳步升高。 压裂液：目前国外已开发研制出50多种压裂 液，可大致分为如下几种体系： 线性溶胶、 硼交联压裂液、 有机金属交联压裂液、 磷酸脂铝交联的油基液、 炮沫压裂液 从压裂防砂技术本身而言，“端部脱砂”技术仍 是其发展方向，以进一步提高“短宽裂缝”生成 质量和充填防砂效果。 在国外，压裂防砂现场应用数量大、范围广， 目前已从陆上向海上油气井发展，工艺技术日 益成熟，施工经验更加丰富。 据调查，目前国内有胜利油田、辽河油田 和大庆油田进行了压裂防砂工艺技术研究 ，大庆油田压裂防砂规模较小，属小型压 裂防砂。 胜利油田在河口采油厂和桩西采油厂已累 计施工100多口井，先向裂缝充填涂料砂， 施工后期再尾追部分涂料砂封口。 辽河油田1999年开始采用激光割缝筛管砾 石充填压裂防砂及树脂砂充填压裂防砂100 余井次。防砂增油效果比较理想。 +目前国内外的各个海上大油田防砂施工统 计看，海上油田的油井防砂95%以上采用绕 丝砾石充填防砂工艺。因为这种工艺不仅 能满足海上快速强采、高产、稳产的生产 要求，而且生产周期长，具有明显的经济 效益。但是，根据美国油气杂志发表 的两份调查材料来看，在200多口水平段长 大于300m的水平井中，只有2口井采用管外 砾石充填方法。 为了提高水平井砾石充填率和防砂效果， 国外各大公司和大学利用大型实尺寸水平 井砾石充填模拟试验装置，开展水平井砾 石充填机理试验研究，并建立水平井砾石 充填数学模型，进行水平井砾石充填数值 模拟、参数优选和防砂效果预测研究，取 得了理想的成果。 水平井砾石充填防砂研究在国内属起步阶 段，此项研究被列为国家“八五”重点攻关课 题。 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。 特点：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，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 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。 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。 技技 术术 优优 势势 1、膨胀前刚体外径小，井身结构适应性强 4、流通面积大，井眼附加压降小，可提高 作业油井生产能力 2、膨胀后内径大（仅缩小25.4mm），提高井 径利用率 3、膨胀后与井壁直接接触，增强井壁稳定性 5、与砾石充填相比，施工简单，成本低 u 1910年 延性管和旋转膨胀补贴 u 1917年 实体膨胀锥膨胀波纹管 u 1940年 液压/爆炸式膨胀延性管 u 1962年 波纹管上使用树脂玻璃纤维涂层技术 u 1980年 波纹管加压后旋转膨胀 u 1992年 实体膨胀锥割缝管、延性管 u 1865年 有缝钢管出现 u 1995年可膨胀防砂筛管 目标： 可膨胀套管 12 3 膨胀管串 钻杆 扶正器 液压膨胀工具 机械膨胀工具 自1999年weatherford（威德福国际有限公司） 首次成功应用以来，截至2006年底在全球累 计应用48000m，实施405口井，60%用于裸眼 井防砂，40%用于套管井防砂； 中国区域施工41口井。另外baker（贝克休斯 公司）应用25口、 halliburton （哈利伯顿 ）应用13口、 schlumberger（斯伦贝榭）应用1 口。 总体成功率达到95%以上，同传统防砂完井 相比降低成本20%，增产70%左右。 技技 术术 优优 势势 1、在筛管/裸眼环空形成高渗透挡砂屏障 有利于减缓或避免筛管堵塞，对稠油、粉细砂岩油藏防砂优 势明显 防砂有效期长，充分发挥水平井增产优势，延长油井寿命 有利于流体均匀流入筛管内部，延缓底水锥进 3、简化完井管柱结构,提高完井速度,节约完井成本 2、提高油井完善程度，降低近井表皮系数，增大 井筒流通面积，最大程度的水平井增产优势 充填总成 安全装置 分流筛管 1、下入管柱 2、坐封工具 3、滤饼清除、砾石充填 4、油气井投产 一趟管柱可以完成滤饼清除和裸眼充填所有工序 采用分流筛管技术，为携砂流体提供交替通道，提 高充填效率 采用了井底循环压力保持技术 拥有筛管/裸眼全环空循环洗井功能 拥有井下压力数据实时采集功能 采用清洁携砂体系，有利于油层保护 水平井裸眼充填技术以其突出的技术优势 ，使得世界各大石油公司作为一种前沿的 新技术进行了攻关研究，形成了较为配套 的技术。 但从现场应用成功率来看，由于水平井裸 眼充填实施难度较大，报道不成功的例子 较多，总体上一次成功率还不到50%。 主要原因是由于井壁不稳定使得管柱下不 到位、建立不起循环以及过早形成砂桥等 。 +分层挤压充填技术以一次可以完成多油层分层防 砂的技术优势，较好的解决了非均质油藏井段长 、夹层大、多油层的防砂难题，施工工序简单、 作业成本低。因此成为世界各大石油公司开发攻 关的新技术。 quantum充填工 具总成 安全接头 分流筛管 mz封隔器 分流筛管 桥 塞 下入管柱下入管柱充充 填填洗洗 井井投产投产 一趟管柱完成多层防砂施工 可以实现上部油层的压裂充填及下部油层的砾石 充填 分流筛管的应用使得整个管柱和施工工序更为简 单可靠 虽然在管柱设计中增加了安全接头，但分流筛管 大的外径和mz皮碗式层间封隔器，后处理困难 国外技术最大优点：施工过程中层间完全 隔离，有利于油层保护；最大的问题：防 砂失效后处理难度大费用高。 中国胜利采油院开发的技术则充分考虑 了后处理问题，一般采用小修即可完成。 技技 术术 优优 势势 1、将射孔技术与防砂工艺有效集成 提高了完井速度，缩短了施工周期，降低了作业 成本； 缩短完井液与油层的接触时间，减小漏失，有利 于油层保