防砂技术概述

1、2012年年8月月 目目 录录 n出砂类型出砂类型 n出砂的危害出砂的危害 n出砂机理及影响因素出砂机理及影响因素 n防砂目的防砂目的 n防砂方法防砂方法 n管内砾石充填防砂工艺管内砾石充填防砂工艺 nBakerBaker公司单层砾石充填防砂公司单层砾石充填防砂 基本概念基本概念 n岩石：由一种或几种造岩矿物所组成具有一定结构构造的固体结合体 n岩石分类：按其成因可分为沉积岩、岩浆岩和变质岩三大类 n与油气田关系密切的岩石主要是沉积岩，而沉积岩中又以砂岩、石灰岩 、泥岩为主 n沉积岩是在地表常温、常压条件下由任何早先形成的岩石（岩浆岩、变 质岩和先成的沉积岩）遭受风化剥蚀作用破坏的产物、有机物

2、质、火山 物质以及宇宙物质等，在原地或经外力搬运、沉积及成岩作用形成的岩 石。99%以上的石油和天然气都储集在沉积岩中 n沉积岩以岩石的成因作为分类的主要划分依据，以岩石的矿物成分作为 分类的辅助依据，以岩石的结构构造特征作为次一级类型划分的依据。 以此分类依据可把沉积岩划分为三大类：即碎屑岩类、泥质岩类、化学 岩与生物化学岩类。 基本概念基本概念 n碎屑岩主要包括各种砂岩、砂砾岩、砾岩、粉砂岩等碎屑沉积岩，是我国 目前最重要的储集层类型。 n碎屑岩的物质成分主要由颗粒、基质和胶结物三部分组成。 n砂岩：在碎屑岩中，粒度为20.05mm的碎屑物含量占50%以上，由胶结 物胶结起来的岩石。 n砂

3、分类：0.0040.0625mm属于粉砂；0.0625 0.125mm属于极细砂； 0.125 0.25属于细砂；0.25 0.5mm属于中砂；0.5 1mm属于粗砂； 1 2mm属于极粗砂； n泥岩：由泥巴及黏土固化而成的沉积岩。 基本概念基本概念 n岩石中存在着未被固体物质充填的空间称为岩石的孔隙，这种可 供流体储存的空间的特性称为岩石的孔隙性。 n孔隙度：岩石中孔隙的体积与岩石总体积的百分比 n绝对孔隙度：岩石中全部孔隙的体积与岩石总体积之比 n有效孔隙度：岩石中相互连通的孔隙的体积与岩石总体积之比 n在一定压差条件下，岩石允许流体通过的能力称为岩石的渗透性 。 n岩石孔隙喉道：岩石中连

4、通不同类型储集空间的狭窄通道。岩石 孔隙喉道是流体流动的通道,是决定储层储渗性能的关键因素 n胶结类型：在碎屑岩中，胶结物或填隙物的分布状况及其与碎屑 颗粒的接触关系 基本概念基本概念 n胶结类型 n按照胶结物成分可分为：泥质胶结、钙质胶结、硅质胶结、铁质 胶结等，常见的是前三种。 n按接触关系可分为四类 n基底式胶结是指基质或胶结物的含量较多，碎屑颗粒孤立地散布 于胶结物与基质中，彼此不相接触或很少接触。 n孔隙式胶结是指碎屑颗粒紧密相连，胶结物填充在粒间孔隙中， 胶结物含量少。 n接触式胶结是指胶结物含量极少，碎屑颗粒互相接触，胶结物仅 存在于颗粒的接触处，粒间孔隙内大部分地方无胶结物充填

5、。 n溶蚀胶结是指胶结物溶蚀并交代碎屑的边缘，使碎屑边缘呈港湾 状。 基本概念基本概念 拖拽力：油气流动时会产生拖拽砂粒运动的力 生产压差：在采油和生产过程中，地层压力总大于井筒液柱压力，地层 压力与井筒液柱静压力之差。 层流：液体质点作有条不紊的运动，彼此不相混掺的形态 紊流：液体质点作不规则运动、互相混掺、轨迹曲折混乱的形态 基本概念基本概念 套管射孔套管射孔+优质筛管优质筛管套管射孔套管射孔+砾石充填砾石充填 出砂的类型出砂的类型 出砂的类型出砂的类型 1、游离砂的析出 游离砂是地层岩石中含有的未能很好胶结的砂粒，在岩石孔隙中呈现游 离状态。其被采出的油气流带出岩石进入井筒，形成出砂。当

6、近井筒的 地层中的游离砂粒基本被带出后，远离井筒的岩石中的砂粒会被岩石孔 隙所阻挡，不能出砂，井的出砂会逐渐停止。所以，只要加强排液，促 使近井岩石中游离砂粒的排出即可，不必采取防砂措施。 2、弱胶结砂岩层的出砂 砂岩层的强度除了与组成砂岩的砂粒的强度有关外，还与砂粒之间的 胶结强度有关。砂粒的强度不是取决于砂粒矿物的强度，而是取决于 胶结物的胶结强度。常见砂岩胶结物，胶结强度最强的是硅质和铁质 胶结，其次是钙质胶结，最弱的是泥质胶结。还有的砂岩储层的胶结 很弱，是靠油的黏度将砂粒粘结在一起的。 出砂的类型出砂的类型 2、弱胶结砂岩层的出砂 疏松砂岩（弱胶结低强度砂岩）：当流体对砂粒的拖拽力超

7、过砂粒之间的黏 结强度时，砂粒就会随流体移动，形成出砂。 疏松砂岩出砂的特点：只要有流体的流动，就会出砂，出砂量随流体流量的 增加而增大，随采液时间的延长而加剧。 疏松砂岩出砂产生的影响：会使近井地带成为一个大洞，引起岩层的垮塌， 堵塞射孔孔道，挤毁套管，严重时会使井报废（如同井喷后果）。 3、砂岩骨架破碎出砂 一些岩石胶结有一定强度，能承受一定范围内的流体的冲击和岩石压力 的变化，生产初期不出砂。但由于各种原因引起岩石承受压力变化或岩 石的胶结物强度变小，使岩石的胶结物被压碎，砂粒失去胶结出砂。 这种出砂具有不可逆性 出砂的危害出砂的危害 出砂的危害 1、出砂引起降低油气井产量或迫使油气井停

8、产 A、出砂堵塞射孔孔道，桥堵井筒 B、出砂造成油层砂埋、油管砂堵，停产修井 C、出砂使地面管汇和储油罐积砂，不得不进行冲洗清 理工作，使生产周期变短，降低了油气产量 D、粉细砂现在还没有有效的防砂措施，只能依靠控 制产量的方法来抑制地层出砂，势必较少油气产量 出砂的危害出砂的危害 A、地层出砂会使地层形成空洞，随着出砂量的增加，套管外地层空 穴变大，导致突发性地层坍塌，对套管产生挤压力，使套管被挤扁甚 至被挤短、错位，使井报废 B、地层出砂对油气流冲击防砂筛管，造成筛管穿孔 C、地层出砂造成油气相对密度增大，增加了电机正常运转负荷，致 使电机过热而损坏。 D、由于油、气井产出的流体中含有主要

9、成分是二氧化硅的地层砂， 二氧化硅硬度高，是一种破坏性很强的磨蚀剂，使电泵叶轮、分离器 受到极大的磨损，降低了其使用期限。 2、出砂引起井下套管、防砂筛管和井下工具（泵、分离器 等）损坏 出砂的危害出砂的危害 4、出砂造成环境污染 出砂也会对环境造成污染。地层砂被带到地面，会对环境造成污染， 尤其是海洋油气田更为环境保护法所制约，所以油气井的防砂不仅是 油气开采本身的需要，也是环境保护的需要。 同2（D）中所述，含砂油气同样会造成地面设备的强烈磨损，使地 面管线磨损穿孔、地面闸门失灵、输油泵叶轮严重磨蚀，增大维修费 用并带来危险。 3、出砂引起地面设备、管线的损坏 出砂机理及影响因素出砂机理及

10、影响因素 1、出砂机理 地层应力超过地层强度就有可能出砂： （1）地层强度决定于胶结物的胶结力、流体的粘着力、地层 颗粒之间的摩擦力以及地层颗粒本身的重力。 （2）地层应力包括地层结构应力、上覆压力、流体流动时对 地层颗粒施加的推力，还有地层孔隙压力和生产压差形成 的作用力。 出砂机理及影响因素出砂机理及影响因素 2、出砂的影响因素 1）岩石强度低 A、砂岩的强度主要取决于砂粒间胶结物的强度，而不取决 于砂粒矿物的强度。 B、砂岩按胶结物的强度分为胶结强度高的砂岩和胶结强度 弱的疏松砂岩。 C、疏松砂岩抗压强度低，在低流速冲击下，砂粒会脱离岩 石母体，形成出砂。 出砂机理及影响因素出砂机理及影

11、响因素 2）地层压力的衰减 A、岩石层在地下要承受上覆岩层的压力，在此压力下岩石被 压实，密度变大，孔隙缩小，岩石的体积变小。在压实的 过程中，孔隙不与外界连通，孔隙内的流体也要承受压力 ，抵抗部分上覆岩层的压力，使孔隙内的流体压力升高， 岩层成为异常高压层。 B、上覆压力=岩石孔隙压力（地层压力）+砂粒之间的接触应 力 C、在采油生产过程中，随油流的采出，地层的自然压力会逐 渐下降。砂粒之间的接触应力相应增强，当其超过岩石胶 结物的强度极限时，胶结物被压碎，岩石的骨架破裂，就 有可能出砂。 出砂机理及影响因素出砂机理及影响因素 3）生产压差或生产速度过大、地层流体粘度大 A、生产压差用来克服

12、岩石孔隙的阻力，使流体从孔隙中流出。同一 地层，生产压差作用在地层岩石的孔隙壁上，最终作用在砂粒的 表面上，这个力就是流体的黏滞阻力，它是指向井筒的，有携带 砂粒向井筒中移动的趋势。 B、流体的黏滞阻力与流体的性质有关，如流体的黏度越高，流动越 困难，在流动时对砂粒施加的拖拽力也就越大，因此稠油极易引 起出砂。 C、黏滞阻力还与流体的流动速度有关，速度越快，造成的拖拽力就 越大。 D、生产压差增大，生产速度过大导致黏滞阻力增大，对砂粒施加的 拖拽力增大，当超过胶结物胶结强度时，就会出砂。 出砂机理及影响因素出砂机理及影响因素 4）油气井含水量的增大 采油过程中，地层压力下降，一般用注水来补充地

13、层压力的降 低。但是在水相环境中沉积的砂岩，其胶结物多是亲水的。用 水驱替油后，水更易和胶结物亲和。水浸泡泥质的胶结物后， 胶结物中的黏土粉化，强度降低，或黏土吸水膨胀，从砂粒上 脱离下来，使胶结强度降低，在流体的带动下容易出砂。 5）不适当的增产措施（酸化或压裂） 酸化或压裂等增产措施降低了胶结物的强度，易引起出砂。 6）操作管理措施不当（如压力激动）。 A、激动压力：下油管（或钻杆）过快，造成井底突然增大的压力， 其可能降低胶结强度，引起出砂。 B、抽吸作用：起底带大直径工具的油管（或钻杆）时，起管速度 过快，容易引起井底压力降低，产生抽吸作用，易引起疏松岩 层的砂粒从地层中进入井筒，造成

14、出砂。 防砂目的防砂目的 防砂目的防砂目的 1 1）延长油井的生产寿命；）延长油井的生产寿命； 2 2）保护地面生产设备；）保护地面生产设备； 3 3）减少油井的维护费用；）减少油井的维护费用； 防砂方法防砂方法 无论那一种防砂方法，都应该有效地阻止地层的砂粒随无论那一种防砂方法，都应该有效地阻止地层的砂粒随 着流体流向井筒；着流体流向井筒； 一、防砂方法分类一、防砂方法分类 1 1）砂拱防砂；）砂拱防砂； 2 2）机械防砂；）机械防砂； 3 3）化学防砂；）化学防砂； 4 4）焦化防砂。）焦化防砂。 防砂方法 砂拱防砂 机械防砂 降低流速 增大地层径向应力 防砂管柱 防砂管柱+充填 增大射孔

15、段长度，增加射孔密度 控制产量 裸眼产出膨胀式封隔器 树脂胶结 人工井壁 其他化学法 树脂注入法，树脂地下合成 预涂层砾石 树脂砂浆 水泥砂浆 水袋干灰砂 树脂核桃壳 乳化水泥 焊接玻璃固砂 氢氧化钙固砂 四氯化硅固砂 水泥-碳酸钙混合液固砂 聚乙烯固砂 氧化有机化合物固砂法 化学防砂 焦化防砂 注热空气固砂 短期火烧油层固砂 割缝衬管，绕丝筛管，双层或多层筛管，胶结滤砂管 筛管或衬管+砾石充填 筛管或衬管+预涂层砾石或预涂层陶粒充填 筛管或衬管+粒状塑料或玻璃球、陶粒充填 防砂方法防砂方法 防砂方法防砂方法 二、防砂方法概述二、防砂方法概述 1、砂拱防砂、砂拱防砂 机理：机理：砂拱防砂机理如

16、同拱桥承载一样，许多砂粒挡住地砂拱防砂机理如同拱桥承载一样，许多砂粒挡住地 层砂随液产出。层砂随液产出。 防砂成败的关键因素：防砂成败的关键因素：砂拱的稳定性。要想保持砂拱的稳砂拱的稳定性。要想保持砂拱的稳 定性必须考虑两个关键问题：一是降低并稳定地层流体产定性必须考虑两个关键问题：一是降低并稳定地层流体产 出速度；二是保持或提高井筒周围地层的径向应力。出速度；二是保持或提高井筒周围地层的径向应力。 适用范围：适用范围：适合射孔后形成小孔径和高孔密的炮眼。因适合射孔后形成小孔径和高孔密的炮眼。因 地层流体的速度不稳定，特别是使用地层流体的速度不稳定，特别是使用 大排量抽油时，在大排量抽油时，在

17、 炮眼里会造成十分严重的紊流，易使炮眼处砂拱坍塌，炮眼里会造成十分严重的紊流，易使炮眼处砂拱坍塌， 因此，其应用有限，不适用与海上油气井。因此，其应用有限，不适用与海上油气井。 防砂方法防砂方法 2、机械防砂、机械防砂 1 1）滤砂管防砂；）滤砂管防砂； 将滤砂管下入井内，滤砂管正对产层，滤砂管上部用封将滤砂管下入井内，滤砂管正对产层，滤砂管上部用封 隔器封隔上部井段，迫使产层的流体经过滤砂管过滤，隔器封隔上部井段，迫使产层的流体经过滤砂管过滤， 将砂挡在滤砂管外，流体流入井筒内。将砂挡在滤砂管外，流体流入井筒内。 常用的是：常用的是： 将滤砂管和封隔器联成防砂管柱，用钻杆送入产层，座将滤砂管

18、和封隔器联成防砂管柱，用钻杆送入产层，座 封丢后后，封隔器将滤砂管永久性地固定于井下，然后封丢后后，封隔器将滤砂管永久性地固定于井下，然后 在封隔器以上下入生产管柱在封隔器以上下入生产管柱(自喷或机采自喷或机采)。 防砂方法防砂方法 滤砂管结构与用途 序号 滤砂管结构 流通孔缝， mm 用途 1 割缝衬管 以油管或套管经割缝而成 0.30.6 直井、斜井、水平井、分支井当尾管。中 粗粒砂地层 2 石英砂滤砂管 由基管和石英砂固结的外砂管构成 0.060.15 直井防砂 容易破 碎，不宜用于海上生产井 3 单层/多层绕 丝管 由基管、纵向筋条、外层绕丝层构成 0.150.75 直井、斜井、水平井

19、、分支井防砂。现在 一般用于配合砾石充填防砂 4 双层绕丝预充 填砾石滤砂管 由基管、纵向筋条、绕丝层树脂胶结的 砾石充填层外绕丝层构成 绕丝缝： 0.150.75 砾石层： 0.060.15 单独或配合砾石充填，使用直、斜、分支 井。当代常用的滤砂管 5 双层开孔/预充 填砾石筛管 由基管、筋条、绕丝层、树脂胶结的砾 石充填层、外层保护钢管构成 0.060.15 单独用于直斜、分支、水平井裸眼段防砂 6 金属丝编织滤 砂管 由基管、粗金属丝网层，细金属丝网 （多层）、螺纹管保护层构成 0.010.1 90年代产品。可单独用于任何井眼的油气 井防砂 7 不锈钢碎粒烧 结滤砂管 由基管金属碎粒（

20、不锈钢）烧结层构成 0.010.08 90年代产品。可单独用于各类套管井眼防 砂 8 金属丝编织层+ 多层金属碎粒 烧结层滤砂管 由基管、内金属丝编织层、多层细网与 金属碎粒烧结层、外螺纹保护管构成 0.010.08 90年代产品。可单独用于各类井眼的油气 井 目前常用滤砂管如下图所示目前常用滤砂管如下图所示 防砂方法防砂方法 割缝管割缝管 割缝管割缝管 割缝管与绕丝管相比：割缝管与绕丝管相比： 优点：优点：价格便宜价格便宜 缺点：缺点： 1 1、割缝的流入面积受限制（、割缝的流入面积受限制（ 且易于被堵塞）且易于被堵塞） 2 2、流体对割缝的腐蚀，在某、流体对割缝的腐蚀，在某 种情况下，腐蚀

21、使割缝增宽，种情况下，腐蚀使割缝增宽， 以至于割缝衬管不能再挡砂以至于割缝衬管不能再挡砂 防砂方法防砂方法 绕丝筛管 绕丝筛管是由不锈钢丝盘旋缠绕在一基管外衬套上 制成。 单层绕丝筛管单层绕丝筛管 1、耐腐蚀、工作寿命长； 2、外窄内宽的筛缝具有一定的自洁作用，轻微的 堵塞可被产出流体疏通 3、连续绕丝形成连续缝隙，流通面积大，筛管内 外几乎没有压力降，其流通能力大大超过割缝筛管 4、在制造工艺上，绕丝筛管还能最大限度地满足 缝隙尺寸的设计要求，最小缝隙可达0.1mm，任 何工业砾石都能选配到合适的筛管缝隙尺寸 绕丝筛管的优点： 绕丝筛管使用了三角形（断面）的不锈钢丝，三角 形的顶点朝里面，这

22、样就形成了一个梯形断面的开 口缝隙。梯形断面的开口缝隙较少了缝隙被堵塞的 趋势。同时，极大地增大了流体流入面积 防砂方法防砂方法 石英砂滤砂管石英砂滤砂管 防砂方法防砂方法 双层绕丝预充填砾石筛管双层绕丝预充填砾石筛管 预充填砾石筛管预充填砾石筛管 防砂方法防砂方法 双层开孔双层开孔/ /预充填砾石筛管预充填砾石筛管 防砂方法防砂方法 金属丝编织滤砂管金属丝编织滤砂管 防砂方法防砂方法 不锈钢碎粒烧结滤砂管不锈钢碎粒烧结滤砂管 防砂方法防砂方法 2 2）砾石充填防砂）砾石充填防砂 砾石充填防砂是目前最有效的防砂方法，它是在油气砾石充填防砂是目前最有效的防砂方法，它是在油气 井中下入滤砂管后，再

23、进行滤砂管柱外井中下入滤砂管后，再进行滤砂管柱外( (包括射孔炮包括射孔炮 眼和地层近井地带眼和地层近井地带) )砾石充填，建立人工防砂屏障。砾石充填，建立人工防砂屏障。 砾石充填防砂有四种方法砾石充填防砂有四种方法 低密度充填法：低密度充填法：用低粘度的携砂液或盐水，用低的携砂比将砾石携用低粘度的携砂液或盐水，用低的携砂比将砾石携 带至防砂井段和防砂管柱外带至防砂井段和防砂管柱外 高密度充填法：高密度充填法：用凝胶做携砂液，并用高的携砂比将砾石携带至用凝胶做携砂液，并用高的携砂比将砾石携带至 防砂井段和防砂管柱外防砂井段和防砂管柱外 振动充填法：振动充填法：井下充填工具中带有振动装置，在砾石

24、充填过程中井下充填工具中带有振动装置，在砾石充填过程中 引发滤砂管、盲管等挡砂管柱振动，迫使砾石趋向紧密堆积引发滤砂管、盲管等挡砂管柱振动，迫使砾石趋向紧密堆积 压裂充填法：压裂充填法：将产层用水力压出裂缝后向裂缝挤入砾石，造成离将产层用水力压出裂缝后向裂缝挤入砾石，造成离 井眼更远的砾石充填，进一步降低近井带的流动阻力和流速井眼更远的砾石充填，进一步降低近井带的流动阻力和流速 防砂方法防砂方法 3、化学防砂、化学防砂 将化学原料注入地层，胶结地层砂或将化学胶结剂预先涂将化学原料注入地层，胶结地层砂或将化学胶结剂预先涂 在固体颗粒表面，然后将其挤进套管外形成人工井壁以达在固体颗粒表面，然后将其

25、挤进套管外形成人工井壁以达 到防砂的目的到防砂的目的 化学防砂优缺点：化学防砂优缺点： 优点：优点：对细粉砂地层的防砂效果优于机械防砂。因为目前机对细粉砂地层的防砂效果优于机械防砂。因为目前机 械防砂的最小孔隙只达到防械防砂的最小孔隙只达到防0.01mm0.01mm以上的砂粒，以上的砂粒，0.01mm0.01mm以下以下 的粉状砂就只有依靠化学防砂方法。的粉状砂就只有依靠化学防砂方法。 缺点：缺点：化学防砂的胶结剂进入地层，降低地层渗透率；胶化学防砂的胶结剂进入地层，降低地层渗透率；胶 结剂易老化，寿命不长；一般化学胶结剂价格昂贵，成本结剂易老化，寿命不长；一般化学胶结剂价格昂贵，成本 高；颙

26、成功率低于机械防砂高；颙成功率低于机械防砂 防砂方法防砂方法 主要防砂方法优缺点主要防砂方法优缺点 序号防砂方法优点缺点建议 1控制生产压差1）费用低 1）无井下检测出砂仪器，难以准确操作 2）影响产量 （3）砂拱稳定性差 4）容易发生砂堵管柱 一般不选用 2滤砂管防砂 1）施工成功率高 2）对井眼形状适应性强 3）方法可靠，有效期较长 4 ）可用于多层完井 5）作业简便，有补救方法 6）可进行酸化解堵 （7）适用油气井 1）滤砂管易被砂堵，影响产能 2）滤砂管易受磨蚀 3砾石水充填防砂 1）成功率高达95%以上 2）方式可靠，有效期10年以上 3）作业相对简单，费用中等 4）材料来源广 （

27、5）适用油气井 1）不适用于细粉砂地层防砂 2）对异常高压井不选用 3）一定程度上影响产能 4）多层防砂费用较高 建议应用（海上） 4砾石胶液充填防砂 1）成功率高达95%以上 2）方式可靠，有效期10年以上 3）作业相对简单，费用中等 4）材料来源广 5）适用油气井 1）目前不太适用于水平井、分支井和多底井 2）不适用于细粉砂岩 3）作业相对复杂 4）不适用于高温高压井 5）一定程度上影响产能 建议应用（海上） 5 砾石振动充填（与水 充填相近）防砂 1）成功率高达95%以上 （2）方式可靠， 有效期10年以上 （3）作业相对简单，费 用中等 （4）材料来源广 （5）用油气井 （6）充填密实

28、 1）同砾石水充填 2）井下工具结构复杂，易出故障 6压裂法砾石充填防砂 1）井眼附近渗透性高，流动压差低，防 砂效果好 （ 2）防砂可靠，有利于高产， 有效期长 3）适用于油气井，特别适宜细 粉砂疏松地层的气井防砂 1）目前不适用于水平井，分支井，多井底 2）动用设备多，作业相对复杂 3）施工时间长 （ 4）不适用于高温高压井 5)费用高 适用于油气井，特别 是疏松砂岩、粉细砂 岩气层防砂 7化学防砂目前水平下不适宜海上适用 管内砾石充填防砂工艺管内砾石充填防砂工艺 油气层射孔后，将砾石充填在射孔炮眼内，筛管油气层射孔后，将砾石充填在射孔炮眼内，筛管/ /套管、套管、 盲管盲管/ /套管环形

29、空间的一种机械防砂方法。套管环形空间的一种机械防砂方法。 管内砾石充填防砂管内砾石充填防砂 1 1、砾石的选择、砾石的选择 砂样收集方法砂样收集方法 1 1）钻井过程中用橡胶取心筒取心，该方法最能真是反映地层砂的情况）钻井过程中用橡胶取心筒取心，该方法最能真是反映地层砂的情况 2 2）若无完整的岩心可采用井壁取心，该方法因井壁取心工具打入地层使部）若无完整的岩心可采用井壁取心，该方法因井壁取心工具打入地层使部 分地层砂破碎，使砂样的细砂含量增加导致砂样粒度分析正确性受到影响，分地层砂破碎，使砂样的细砂含量增加导致砂样粒度分析正确性受到影响， 但仍具有相当好的参考价值但仍具有相当好的参考价值 3

30、 3）若前两者样都不可得，只能采集随流体产出的砂子或井底捞砂得到的地）若前两者样都不可得，只能采集随流体产出的砂子或井底捞砂得到的地 层砂样，但是产出砂偏细捞出砂偏粗，这两者砂样只有一定的参考价值层砂样，但是产出砂偏细捞出砂偏粗，这两者砂样只有一定的参考价值 假如得不到砂样，我们可以借鉴相同区域其它井在防砂时所使用的砾石尺寸假如得不到砂样，我们可以借鉴相同区域其它井在防砂时所使用的砾石尺寸 和经验。若该地区也没有其它井进行过砾石充填作业，那么，最好的办法就和经验。若该地区也没有其它井进行过砾石充填作业，那么，最好的办法就 是使用最小尺寸的砾石。是使用最小尺寸的砾石。 管内砾石充填防砂工艺管内砾

31、石充填防砂工艺 地层砂粒度中值地层砂粒度中值d50d50 把筛目号与对应的地层砂样累积质把筛目号与对应的地层砂样累积质 量百分比描绘到半对数纸上，得到量百分比描绘到半对数纸上，得到 一条一条S S 形曲线。在此曲线上找出累形曲线。在此曲线上找出累 积质量百分比为积质量百分比为5050这点上所对应这点上所对应 的筛目尺寸，即为地层砂粒度尺寸的筛目尺寸，即为地层砂粒度尺寸 ，定义为该砂样粒度中值，定义为该砂样粒度中值d50d50 注意：注意：有时候，所获得的砂样是取自相同层段的几个不同的部位，在这种情有时候，所获得的砂样是取自相同层段的几个不同的部位，在这种情 况下，必须对每个不同部位样品作出况下

32、，必须对每个不同部位样品作出“S S”形曲线。通常这些形曲线。通常这些“S S”形曲线都形曲线都 绘制在同一张图表下，而且每个绘制在同一张图表下，而且每个“S S”形曲线都应标出形曲线都应标出5050点处的粒度值。点处的粒度值。 为了计算出合适的砾石尺寸，不能取它们在为了计算出合适的砾石尺寸，不能取它们在5050点处的平均值，点处的平均值，只能以在只能以在5050 点处粒度值最小的那根点处粒度值最小的那根“S S”形曲线为标准，来选择砾石尺寸。形曲线为标准，来选择砾石尺寸。 地层的均匀系数地层的均匀系数 从从“S S”形曲线上，可得到两个很有意义的点，即形曲线上，可得到两个很有意义的点，即40

33、40和和9090(d40 (d40 和和d90)d90)点点 处的值。这两个点的比值处的值。这两个点的比值(d40(d40d90)d90)定义为地层砂不均度系数定义为地层砂不均度系数C C。 C5 地层砂不均匀地层砂不均匀 C10 地层砂很不均匀地层砂很不均匀 管内砾石充填防砂工艺管内砾石充填防砂工艺 防砂砾石的选择防砂砾石的选择 经过大量实验证明，索西埃经过大量实验证明，索西埃(Saucier)(Saucier)方法是目前防砂砾石选择应用最普遍的方法是目前防砂砾石选择应用最普遍的 经验方法，其计算公式：经验方法，其计算公式：D50=D50=（5 56 6）d50d50，即选用的工业砾石的粒度

34、中值为，即选用的工业砾石的粒度中值为 防砂井地层砂粒度中值的防砂井地层砂粒度中值的5 56 6 倍。倍。 工业砾石参数表 标准筛目颗粒直径，in 颗粒直径， mm 粒度中值D50， in 粒度中值D50， mm 渗透率，x10-3m2孔隙度，% 340.2650.1876.734.750.2265.748100- 460.1870.1324.753.350.1604.063700- 680.1320.0.094 3.352.390.1132.871900- 6100.1320.0793.352.010.1062.68- 8100.0940.0792.392.010.0862.191150- 8

35、120.0940.0662.391.680.0802.03174536 10140.0790.0562.011.420.0681.71800- 10160.0790.0472.011.190.0631.6- 10200.0790.0332.010.840.0561.4232532 10300.0790.0232.010.580.0511.3019133 16300.0470.0231.190.580.0350.89 20400.0330.0170.840.420.0250.6412135 30400.0230.0170.580.420.0200.50110 40500.0170.0120.42

36、0.300.0140.3666 40600.0170.0100.420.250.0130.334532 50600.0120.0100.300.250.0110.2843 60700.0100.0080.250.210.0090.2331 为棱角砾石 管内砾石充填防砂工艺管内砾石充填防砂工艺 防砂砾石厚度选择防砂砾石厚度选择 在实际砾石充填中，砾石厚度应在在实际砾石充填中，砾石厚度应在76.2mm76.2mm（ 3in 3in）以上。对于裸眼筛管）以上。对于裸眼筛管 砾石充填井来说，筛管与地层之间的半径上应有砾石充填井来说，筛管与地层之间的半径上应有76.2mm76.2mm（ 3in 3in）

37、的空间。对）的空间。对 于套管井进行砾石充填时，由于砾石可进入炮眼，若使用于套管井进行砾石充填时，由于砾石可进入炮眼，若使用20/4020/40目或更小的砾目或更小的砾 石，筛管石，筛管/ /套管环空间隙尺寸为套管环空间隙尺寸为19mm19mm（3/4in) 3/4in) 25.4mm(1in)25.4mm(1in)就可以。就可以。 防砂砾石用量计算防砂砾石用量计算 防砂砾石用量由砾石充填系数来确定，其设计用量为理论用量加附加量。根防砂砾石用量由砾石充填系数来确定，其设计用量为理论用量加附加量。根 据套管内径、筛管外径、筛管长度、盲管外径、盲管长度及射孔段长度，来据套管内径、筛管外径、筛管长度

38、、盲管外径、盲管长度及射孔段长度，来 计算每口井每一层防砂使用砾石的用量。计算每口井每一层防砂使用砾石的用量。 V V 总总Vl+V2+V3 Vl+V2+V3 十十V V 附附 V1= V1= (D2-d12(D2-d12）L1/4 L1/4 V2= V2= (D2-d22(D2-d22）L2/4L2/4 V3=V3=fhfh 式中式中 V V总 总- -总填充砂，总填充砂，m m3 3 D- D-套管内径，套管内径，m m d1-d1-盲管外径，盲管外径，m m d2-d2-筛管外径，筛管外径，m m L1-L1-盲管长度，盲管长度，m L2-m L2-筛管长度，筛管长度，m m h-h-射

39、孔段长度，射孔段长度，m m f-f-充填系数，新井取充填系数，新井取0.028m3/m0.028m3/m，老井取，老井取0.0470.047 m m3 3/m/m； V V附 附- -附加量，附加量，m m3 3（在情况不明的地方，第一次充填（在情况不明的地方，第一次充填 作业时，其附加量至少为理论设计的作业时，其附加量至少为理论设计的100%100%） 管内砾石充填防砂工艺管内砾石充填防砂工艺 携砂液要求与分类携砂液要求与分类 携砂液分为四类：携砂液分为四类： A、低粘度携砂液：、低粘度携砂液： 携砂液要求：携砂液要求： 清洁：液体中含有的固相颗粒尺寸与数量应减小到一定程度，使得这些固清洁

40、：液体中含有的固相颗粒尺寸与数量应减小到一定程度，使得这些固 相颗粒随着液体进入地层时不会堵塞地层孔隙相颗粒随着液体进入地层时不会堵塞地层孔隙 配伍性：入井液体进入地层后不与地层液、地层矿物发生化学反应生产配伍性：入井液体进入地层后不与地层液、地层矿物发生化学反应生产 新的沉淀物堵塞地层孔隙新的沉淀物堵塞地层孔隙 B、高粘度携砂液、高粘度携砂液 C、中粘度携砂液、中粘度携砂液 D、泡沫携砂液、泡沫携砂液 管内砾石充填防砂工艺管内砾石充填防砂工艺 携砂液性能、优点及适用范围携砂液性能、优点及适用范围 携砂液类 型 性能 优点缺点适用范围备注 粘度 mPas 携砂能力 kg/m3 排量 m3/mi

41、n 低粘度 50100 0.47 0.98 1、充填密实； 2、充填砂面沉降少； 3、工艺相对简单； 4、作业时间短； 5、经济； 6、不污染地层 1、用液量大； 2、因泵量较大，砾/砂 易互混； 3、因泵量较大，砾石易 破碎 1、低密度常规充填作业 2、振动充填作业 3、适用于长井段充填和裸眼井 充填 4、适用于高斜井、低渗透地层 5、适用于高粘油地层 海水（盐水） 50100 200400 0.30.6稠化卤水（盐水） 高粘度 500 700 1000 1800 0.08 0.3 1、用液量少 2、砾石受高粘液保护破 碎少 3、砾/砂不易互混 4、容易充填套管以外地 区 1、工艺相对复杂

42、2、作业时间长 3、砾石充填砂面沉降大 4、稠化剂的残渣对地层 有伤害 5、井底破胶粘度难以控 制 1、主要用在高密度挤压充填作 业中 2、适用于流砂地层 中粘度 300 400 400500 0.15 0.3 1、携砂能力较低粘度携 砂液强，可以用于循环充 填或高压挤压充填 2、经济 3、充填砂面沉降小 1、适用于高斜度井砾石充填 2、可用于裸眼井 泡沫 1、含液少，不存在低压 漏失问题 2、充填砂面沉降少 3、对地层污染小 1、工艺相对复杂 1、适用于低压漏失井、高斜井 2、适用于低渗透地层、高粘油 地层 管内砾石充填防砂工艺管内砾石充填防砂工艺 防砂工具的选择 1、绕丝筛管和割缝管的选择

43、 在选择绕丝筛管或割缝衬管时，应考虑防砂井的具体条件和综合经济效果。如 果井液腐蚀性弱，地层砂较粗，产能又偏低的地层可以适当选择割缝衬管；反 之，应选用绕丝筛管。井段超过30m的产层，海上油、气天宜考虑使用绕丝筛 管。此外，针对特殊油、气井的条件，还可以选用特殊的材质和设计的机械结 构来制造绕丝筛管。 2、绕丝筛管和割缝衬管缝隙大小的选择 筛缝尺寸原则上应能满足挡住最小充填砾石的要求，具体计算应等于最小充 填砾石尺寸的12 2/3。 举例：举例：20/40目砾石尺寸为目砾石尺寸为0.495 0.84mm，它的最小尺寸为，它的最小尺寸为0.495mm。 则筛管缝隙尺寸应在下列两个数值之间：则筛管

44、缝隙尺寸应在下列两个数值之间： 0.495 1/2=0.248mm 0.495 2/3=0.330mm 取圆整值为取圆整值为0.3mm。 管内砾石充填防砂工艺管内砾石充填防砂工艺 3、绕丝筛管长度的选择 生产筛管的设计长度应超过产层射孔段上、下界各1.01.5m；裸眼完 井的筛管长度应超过扩眼产层上、下界各1m以上。以确保筛管对准产层， 获得筛管的最大利用率，有利于提高产量。 通常筛管的公称长度有9m、6m、3m（30ft、20ft、10ft）数种 砾石与筛缝尺寸对应配合表 砾石尺寸筛缝尺寸 目mminmm 40600.4190.2490.0060.15 20400.8380.4190.012

45、0.30 16301.1900.5840.0140.35 10202.0100.8380.200.50 10162.0101.1900.200.50 8122.3901.6800.0300.80 管内砾石充填防砂工艺管内砾石充填防砂工艺 4、绕丝筛管直径的选择 n设计筛管直径的原则是既要尽可能增加过流面积，又要在套管与筛管 之间留出足够的环形空间以保证充填层有足够的厚度，使之具有良好 的挡砂能力和稳定性。充填层太薄不利于防砂，地层流体很容易冲开 单薄的砾石层直接冲刺筛管，致使筛管破坏，防砂失败。筛管直径过 大容易在窄小处形成砂拱，使充填率下降，造成防砂失败。 n 对于裸眼砾石充填完井，筛管外径

46、应等于或小于裸眼井径减去 100mm，也就是说砾石充填环形空间的径向厚度不小于50mm。 n套管内砾石充填的筛管外径应等于或小于套管内径减去50mm，即砾 石充填环形空间的径向厚度不小于19mm。 n 裸眼和套管内砾石充填完井各种井径与筛管直径配合原则上应符合 砾石尺寸越大，充填厚度也相应加大的规律。 管内砾石充填防砂工艺管内砾石充填防砂工艺 5、盲管直径和长度的选择 n盲管是一般油管或套管，位于生产筛管与信号筛管之间或生产筛管与充填工 具之间。盲管的作用是在它与井筒的环形空间里储备充填砾石。施工结束后 ，充填砾石会发生密实性沉降，也有可能通过炮眼进入地层，这就会使砾石 充填的高度下降。这些储

47、备砾石起到补充的作用，以防止生产筛管裸露而使 防砂失效。储备的砾石在环形空间中还起到了阻止地层流体沿着环形空间向 上运动的作用。 n盲管的内、外径与绕丝筛管的中心管内、外径可以不相同。其长度应根据充 填方法不同有所差别。通常，低密度循环充填的盲管为2030m，特殊情况 下，也可不下人盲管，而在下部延伸管套管环空储备砾石。高密度挤压充 填的盲管长度至少应等于20m(60ft)，裸眼完井的盲管段不应设计在套管里 ，因为与裸眼井段相比，盲管与套管环形空间储存的砾石量相对较少，所以 应在产层以上盖层中适当加长扩充段，以容纳较多的储备砾石。 管内砾石充填防砂工艺管内砾石充填防砂工艺 6、信号筛管 n信号

48、筛管的作用是向地面施工人员提供井下充填情况的信号。 n如上部信号筛管的作用是充填砾石堆积到生产筛管顶部后，地面充填压力可 相对稳定，直到砾石把盲管段环形空间全部填满达到信号筛管后，压力又开 始上升，且上升速度较快，当信号筛管全部被砾石埋死后，压力剧增，表明 井筒内砾石储备量已达到设计要求，充填停止，可以转入下一个工序。 n下部信号筛管的作用是强迫高密度砂浆向井底运动，携砂液不能在筛管上部 进入筛管，避免砾石堆积在产层上部井筒中形成砂拱堵塞环形空间，造成下 部充填不实，而导致充填失败。当砾石砂浆到达底部，砾石把下部信号筛管 埋住，地面施工压力就会明显上升，操作人员便可转入下道工序，使工具进 入挤

49、注状态。挤注过早会把大量完井液挤入地层造成地层伤害；挤注太晚， 携砂液无法进入已经被砾石挡住的炮眼。使用下部信号筛管，可以提供准确 的开始挤注时间。 n信号筛管的缝隙和直径尺寸与生产筛管相同，长度一般为12m。 n由于技术的发展，目前低密度水充填防砂不必采用信号筛管。 管内砾石充填防砂工艺管内砾石充填防砂工艺 7 、冲洗管 n冲洗管用于延长旁通工具的回流端口，其选择原则是：冲洗管外径与筛 管内径的最佳比值为0.8.比值越大，冲洗管与筛管的环空越小，回流慢 ，压差大，砾石难沉淀，充填困难；比值越小，环空越大，回流过快， 容易形成砂桥，影响充填效果。冲洗管最后一根下端口应是斜面，以增 大端口流通面

50、，冲洗管柱下端面应距离筛管底部约1m。 8、冲洗管插入密封段 n冲洗管插入密封段用来封隔上、下二层的防砂地层，以阻止在砾石充填 全过程中完井液漏失进入非作业层，确保作业层的循环流程畅通。 9、扶正器 使用扶正器可使防砂管柱在井内处于井筒中心位置，以便砾石均匀地 充填到筛管四周，形成良好的挡砂屏障。如果不使用扶正器或使用数 量不够，防砂管柱就可能偏向一边，使这一边充填砾石减少，甚至完 全得不到砾石，地层流体从炮眼里出来就会直接冲蚀筛管而造成穿孔， 导致防砂过早失败。 BakerBaker公司单层砾石充填防砂公司单层砾石充填防砂 目前渤海常用的和最有效的防砂方法是：管内砾 石充填防砂（BAKER公

51、司）。它是在油井生产层段的 套管上射孔后，将砾石充填在射孔炮眼内及筛管/套管 、盲管/套管环形空间的一种机械防砂方法(BAKER公 司”Mini-Beta”防砂系统）。单层防砂则是其中的一 种。 一、简述 BakerBaker公司单层砾石充填防砂公司单层砾石充填防砂 n根据射孔数据及盲管磅级确定所需要的各封隔器及筛盲 管的数量,规格 n对所需的打砂器材的准备和检查(打砂泵,动力源,混砂罐 ,沉砂池,方井口,水柜) n准备所需要的便扣及手工具 n仔细测量所有下井工具的内外径 n仔细分析方井口实现正，反循环的可行性和便捷性 BakerBaker公司单层砾石充填防砂公司单层砾石充填防砂 1、防砂工具

52、外管柱 BakerBaker公司单层砾石充填防砂公司单层砾石充填防砂 2、防砂工具内管柱 封隔器封隔器 充填滑套总成充填滑套总成 剪切接头剪切接头 冲管冲管 筛管筛管 插入锚定密封插入锚定密封 桥塞桥塞 密封筒密封筒 底部延伸筒底部延伸筒 滑套开、关工具滑套开、关工具 单流阀单流阀 密封圈密封圈 旁通短节旁通短节 中心管中心管 反循环孔反循环孔 顶部磨铣延伸筒顶部磨铣延伸筒 BakerBaker公司单层砾石充填防砂公司单层砾石充填防砂 BakerBaker公司单层砾石充填防砂公司单层砾石充填防砂 A 筛管覆盖油层段3ft-5ft 桥塞座封在射孔段一下5ft-8ft 顶部封隔器座封在射孔段以下3

53、ft-5ft(当隔离封隔器用) 顶部封隔器下配盲管20米左右(最上油层) B 底部隔离密封的反循环孔在snap-latch以下的2ft BakerBaker公司单层砾石充填防砂公司单层砾石充填防砂 井斜小-电缆座封, 井斜大-钻杆座封, BakerBaker公司单层砾石充填防砂公司单层砾石充填防砂 准备合适尺寸的筛管架、筛管、盲管和冲管提升 短节，并按下列顺序连接、下入防砂管柱 定位密封总成（SNAP LATCH） 筛管（下入时防止磕碰） 盲管 内层管柱：冲管（注意打牢安全卡瓦） 顶部封隔器。 BakerBaker公司单层砾石充填防砂公司单层砾石充填防砂 下钻时，严禁猛提猛放，控制下钻速度；下

54、钻时，严禁猛提猛放，控制下钻速度； 到位前（到位前（1柱）测上提、下放悬重并记录。下压柱）测上提、下放悬重并记录。下压2T，试插入，试插入， 并在管柱上作标记，再上提管柱，如果上提负荷超过正常上提悬并在管柱上作标记，再上提管柱，如果上提负荷超过正常上提悬 重重4-5 吨吨 ，则证明管柱已插入到位。，则证明管柱已插入到位。 BakerBaker公司单层砾石充填防砂公司单层砾石充填防砂 插入锚定密封后，上提至中和位置， 做好安全卡瓦；投1-7/16“座封球。 连接好地面管线，试压，按如下步骤座封： 钻杆打压500psi X 5min，稳压2min； 1300psi X 5min，放压至O； 1800psi X 5min，放压至O； 2500psi X 5min，放压至O； BakerBaker公司单层砾石充填防砂公司单层砾石充填防砂 验卡瓦: 上提超过正常上提10T，下压4T，验封； 验胶皮: 关BOP，环空打压2000psi X 10min,压力不降，合格。 正转15圈，上提，服务工具脱手 上提管柱2-3米左右，钻杆打压3600-4000psi，剪切球座。 BakerBaker公司单层砾石充填防砂公司单层砾石充填防砂 p 正循环正循环 第一种方法第一种方法: 下入位置，上提下入位置，