工艺技术_油井防砂技术培训

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 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 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 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ess Str力 th g 裁判 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 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 DST Drillstemtest 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EC来预测油层是否出砂 9 94 10 8 r E tc c 2 E 岩石的组合弹性摸量 MPa C r 地层岩石体积密度 g cm3 tc 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EC 当EC 2 0 104MPa 正常生产 不出砂 1 5 104 EC 2 0 104MPa 轻微出砂 EC 1 5 104MPa 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 T 295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 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 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 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 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 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Co 3 0时应用筛管防砂效果好 均匀系数Co 半对数坐标中D40 D90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 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 m2 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