防砂技术及应用

1、封隔高压一次充填防砂技术及应用摘要：管内外充填是当前砾石充填防砂技术的发展趋向，封隔高压一次充 填正是这样的一种防砂技术。介绍了高压充填技术原理、工具结构及工作原理、 施工程序，阐述了排量、压力等主要参数设计方法，介绍了在Turkmenistan油 田A层以及单层老井、多层大井段井、新井新层、斜井和粉细砂岩井的应用效 果。该技术防砂有效期长，施工简单，施工周期短，充填效果好，能避免二次 充填对油层的污染，能起到一定的解堵作用，便于后期处理，经济效益显著，值 得推广应用。关键词：封隔；高压；砾石充填；防砂；油井出砂是石油开采遇到的重要问题之一，每年要花费大量的人力物力进行 防治和研究。出砂不仅会

2、导致油井减产或停产及地面、井下设备腐蚀；甚至会使 套管磨损、油井报废。随着油田的持续开发，注水不断加强，单井产液量不断上升，老油井的防砂 越来越困难。粉细砂出砂油藏、稠油出砂油藏的开发，出砂斜井的增多又给防砂 技术提出了新的课题。目前胜利油田已发展了各式各样的防砂技术，最具代表性 的有金属绕丝筛管砾石充填防砂、敷膜砂防砂、复合防砂等。这些技术对疏松砂 岩油藏的开发起到了重要的作用，但都有局限性。绕丝筛管砾石充填防砂在砂粒 较粗、分选较好的地层使用，成功率高、有效期长，但由于充填砾石厚度小，难 以挡住粉细砂，且在生产、作业过程中，充填层易被破坏，丧失防砂功能；敷膜 砂防砂由于胶结强度高、挡砂效果

3、好、不占井筒空间而得到广泛应用，但敷膜砂 充填形成的人工井壁，与出砂岩层胶结部位脆弱，易老化，不利于大泵提液，防 砂有效期短；复合防砂是一种很好的防砂方法，但成本高，施工复杂，液量降幅 大。针对上述情况，胜利油田有限公司胜通新科技开发中心研制出一种封隔高压 一次充填防砂技术，采用FS-115（150）封隔高压一次充填工具与割缝筛管配 套，携砂液以大排量将砾石带到油气井产层管外空洞和筛管与套管的环形空间， 经沉积、压实，形成高效能挡砂屏障，达到防止油层出砂目的。该技术采用高压 大排量进行管内外砾石充填防砂，即砂砾不仅充填套筛环空，同时还充填套管外 的射孔眼和空洞。现场应用结果表明，该技术施工简单

4、、周期短、防砂有效期长， 充填效果好。、封隔高压一次充填防砂技术介绍封隔高压一次充填防砂技术原理封隔高压一次充填防砂技术是将砾石一石英砂，用大排量携砂液带到油气井 产层套管外的空洞处和绕丝管与套管的环形空间，经高压压实形成挡砂屏障。在 需进行防砂作业的油井内，将防砂管柱下到预定位置，坐封封隔充填工具，打开 充填通道。地面泵组提供的高压携砂流体，经封隔高压一次充填工具的充填通道 进入油管、套管环形空间，最后进入油层。随着加砂量的不断增加，地层被充填 压实，随后井筒也被充填压实，此时地面泵压升高，达到预定压力值后停止充填。 从油、套环形空间泵入洗井液，经封隔高压一次充填工具的反洗通道，将油管内 的

5、砂子冲洗至地面。上提管柱正转倒扣丢手，充填通道自动关闭，中心管自动打 开，完成封隔高压一次充填防砂作业。FS充填工具工具结构FS充填工具主要由封隔机构(包括液压、锁紧、密封、卡瓦锚定等部分)、 充填机构、反洗机构、丢手机构4部分组成。工作原理FS115 (150)充填工具是封隔高压一次充填防砂的关键技术，具有封隔、 充填、反洗、关闭充填孔、丢手等功能。工具下到预定位置后，从油管投球加压， 封隔器坐封，密封油套环空。充填机构位于中心管下部，由充填筒和关闭机构组 成。中心管下端圆柱面上开有充填孔，封隔器坐封后继续加压，充填孔打开，充 填液从油管经中心管下端充填孔和充填机构的充填孔，进入油套环空实施

6、充填。 反洗机构在充填机构上部，由反洗接头和反洗环组成。充填完成后，从油套环空 泵进去的反洗液，通过反洗接头的反洗孔，打开反洗环，进入油管充填孔，把充 填孔以上的充填砂反洗干净。中心管下端为反扣螺纹，与连接头上螺纹相接而组 成丢手机构。充填结束后正转油管，实现充填管柱丢手，中心管、球坐和上接头 起出，并自行关闭充填孔，完成充填过程。技术参数见表1表1 FS充填工具技术参数参数数据FS-115 型FS-150 型最大外径/mm115150留井部分最小内径/mm5270长度/mm13201320坐封刚球直径/mm3538坐封压差/Mpa10151015打开充填通道压差/Mpa15251525密封压

7、差/Mpa3030工作温度/c1203203202073呈 27-922000.04.301.21113.639326.64.63963961275呈 24-1032000.09.110.94.850.641555.64.9256256896官 46-322001.04.091.21112.75.83521.44.55252234CZ15-X272001.05.251.22083.61649156648胜 3-X842000.11.261.23123.76.573208.81851851139呈 26-1322000.06.230.91.5-79.79.53453452310呈 26-1012

8、000.11.260.95.8-32.23180180378呈 25-C82001.04.040.910-20.5141351351890桩 106-20-X122000.11.251.2188.637611.65.6180180705羊 10-29-32001.02.171.52015615197103103540呈 25-722001.02.021.01210.83.81515.76.9116116472单层老井这类井施工11井次，有效11井次，有效率100% ,平均每口井加砂6.3m3。 这些井中，有些投产时间长，曾采用过敷膜砂或绕丝筛管砾石充填等方法，因防 砂失效需重防，由于过去已经填

9、进数量不等的砂砾，现在防砂，是对新出砂通道 或老空洞的充填，采用封隔高压一次充填防砂工艺，防砂有效率极高；也有一些 如呈24-132这样的长期停产井，亏空大，填砂量大，用涂料砂和金属棉滤砂管 防砂都不成功，采用封隔高压一次充填防砂施工，排量0.9m3/min，加砂13m3， 泵压由10Mpa上升到18Mpa，防砂一次成功。多层长井段井此类井防砂一直很困难，用敷膜砂防砂难以对所有出砂层进行有效处理； 用绕丝筛管砾石充填防砂，也存在难以保证充填质量的缺陷。利用封隔高压一次 充填高压大排量既能进行地层充填又能进行油套环空充填的特点，在多层长井段 井防砂中，取得了比其它防砂方法更好的效果。此类井施工2

10、0井次，有效17 井次，有效率85%。官46-32井，12层32.8m，井段长58.6m，就是用封隔高压 一次充填防砂成功的。像大港王官屯油田官46-32这样长期停产的准报废井共有 5 口，都是在2001年34月用该防砂工艺恢复正常生产的。多层长井段井防砂 的一个显著特点是加砂量高，在统计的20 口井中平均每口加砂12.7m3，是各种 类型井中加砂量最大的，如CZ15X27井，加砂20m3；胜3X84井加砂达31m3。新井或补孔换层井新井、新层具有排液量少、地层吐砂量不大、管外孔洞基本保持射孔原状 态的特点。防砂时既将射孔孔洞充填又将筛套环空充填。从16 口新井或新层的 防砂情况分析，平均单井

11、加砂量8.2m3。可见由于大排量高压施工挤进孔洞中的 砾石，既充填了孔洞，又由于挤入压力的原因压缩周围岩层，扩展了孔洞空间， 甚至可能挤出微裂缝。因此，对新井新层防砂，应根据油层物性、油层上下水层 资料，合理设计充填砂量和施工参数，避免对油层原始结构的破坏，先管外挤压 充填，再管内沉积式充填，将套管与割缝筛管之间的环空充填结实，达到防砂目 的。新井新层防砂有效率达87.5%。4 .斜井斜井防砂也一直是防砂难题。2000年5月以来，3 口斜井采用封隔高压一 次充填防砂技术。由于斜井出砂机理不同，随着斜度增加油层出砂部位不一样， 其充填机理也有异于直井。实验可知，斜井小于45的井，砂粒应从下往上充

12、填；而井斜大于45的井，砂粒应从上往下充填。这3 口井，井斜均大于45， 结果无效2 口。主要原因是：当时对斜井防砂的特点缺乏认识，设计排量不足， 填砂过程中形成砂桥导致防砂失败。桩106-25-X21井井斜49，仅加砂2.5m3 泵压即升至35Mpa，就是这个原因。斜度小于45井的防砂可作为直井处理。5.粉细砂岩井粉细砂岩井防砂，同样是防砂技术难题。采用封隔高压一次充填防砂技术 可见到理想的效果。因为该技术能对管外空洞进行高强度大范围的砾石充填，所 建立挡砂屏障能将粉细砂挡在远离井筒之外，从而有效地挡住粉细砂。大港油田 羊1 293井，地层砂粒度中值0.116mm，泥质含量16%，施工排量1.5m3/min， 泵压1420Mpa，加砂20m3，管外充填半径达0.9m，获得很好的防砂效