浅谈防砂措施在气井的应用

浅谈防砂措施在气井的应用

原油生产过程中，由于地质条件、开采方法和各种综合因素的影响，钻头附近岩石结构变化，导致该层的分散砂或沉降砂，并随产液运输而离开。地层出砂将产生巨大的危害,如井壁失稳、油层砂埋、井下及地面设备损害、管线磨蚀及堵塞等等,这些将大大提高油气生产成本,增加油气田的开采和管理难度。采取积极的防砂措施是应对出砂的有效办法,全世界超过70%的油气井都需要进行防砂完井。目前防砂方法可以大致分为四类:机械防砂、化学防砂、复合防砂及其他防砂方法。笔者主要从这四个方面对国外防砂方法进行介绍,并展望其发展趋势。1机械防砂法机械防砂方法可以分为两类,第一类是仅下入机械管柱,第二类是机械管柱砾石充填。1.1mazeflo筛管一旦筛管局部破坏,就会造成出砂,随后堵塞井筒,最后停产。由于井下的不确定性,故对损坏位置以及时间进行定量预测是极其困难的。MazeFlo筛管能够适应井下的这种不确定性,能自我缓解局部筛管损坏,提高整个防砂完井的稳定性。MazeFlo筛管由一系列单元组成。每一单元都由首层筛管,外壳,均流挡板和二层筛管构成,其结构如图1所示。1.2水平井施工要点膨胀筛管由割缝基管、纤维介质、外层保护套和密封圈组成。纤维介质重叠铺在割缝基管上,既能保证膨胀时膨胀直径又能保障挡砂精度。其优点是:(1)提高生产速率和产油率;(2)降低油井压降,延缓早期气水锥进;(3)改善水平井流入剖面,延缓跟端底水快速突进;(4)提高采收率,并加强油藏管理;(5)减缓环空流动,增强井眼稳定性;(6)过流面积大,能更好的预防堵塞;(7)安装施工简单。但也有其不足之处:(1)不能承受过高的扭矩(3500ft-lbs),因此在下放膨胀筛管管柱时不能旋转;(2)膨胀时需要钻头压力最小,而在某些膨胀筛管安装时需要较重的钻柱/钻铤。1.3防砂筛管和陶瓷抗冲蚀能力为达到经济产量,有些井在开始生产前就需要进行增产改造。但在清洗作业以及生产过程中,支撑剂的回流将会造成大规模的冲蚀,传统防砂筛管没有足够的抗冲蚀能力,陶瓷防砂筛管的材料是烧结碳化硅(金刚砂),它的硬度是钢的50倍,不仅能高抗磨蚀,而且有很好的高温稳定性,在高温下也能保证抗磨蚀能力。1.4meshwellfrange,传统防砂筛管易于堵塞,且对地层粒度分布极其敏感,然而地层的粒度分布不是总能准确确定的,并且沿水平井水平段从跟端到指端粒度分布也并非常数。MeshRite防砂筛管能适应各种粒度地层,有较大的流通面积,且不易堵塞。它由打孔基管,围绕在打孔基管上的6mm厚的高可压缩不锈刚纤维层,以及打孔保护壳组成,如下图2所示。其流通能力非常强,流通面积为40%,孔隙度为92%,防砂渗透率大于500D。1.5充填深基坑的接触应力目前主要采用Saucier准则和有效空隙法来选择砾石尺寸。通常认为在满足挡砂精度时,砾石粒径越大越好,其渗透率高,压头损失最小,产量最高。但砾石粒径越大,其与筛管的接触应力就越大,筛管产生局部损害的可能性就越高。在设计深水砾石充填时,应该保证油井的长期有效性,防止复杂并且昂贵的修井作业。因此在设计时应该采取更加保守的设计准则,需分析接触应力的影响,以保证砾石充填的长期有效性。对于套管砾石充填,钻井和射孔造成的污染带会使砾石充填不均匀,进而影响产量或注入量,增加早期出砂或产水的可能性。大多数负压射孔在射孔时将会在井底产生短暂的过压,这将严重影响负压射孔的清洗效果。因此先采用动态负压射孔技术(DUP)消除钻井及射孔污染带,接着进行炮眼预充填,效果最好。并且DUP也可消除射孔枪砂埋的可能性。2化学防砂井机械防砂方法都需要重型设备与工具,且完井费用相对较高。因此对于少量的一些适合采用化学防砂以及需进行二次防砂的井来说,化学防砂是很好的选择。将化学粘结剂注入近井筒固结砂粒,或挤入一定数量携带支撑剂的化学剂在井底固结形成人工井壁,从而阻止地层出砂的方法称为化学防砂。可以分为人工胶结法、人工井壁法及其他化学方法三大类。但是化学防砂会降低渗透率。3综合防砂复合防砂就是将两种以上的防砂方法结合起来进行联合防砂。3.1裂缝回流设计选择性定向射孔避开应力集中区,进行压裂充填完井,可在井筒附近建立一个短的具有相当导流能力的裂缝将径向流转变为线性流,减缓流体的径向汇集,从而减小在该流率下的压降,防止出砂,且可以提产。压裂充填设计需要优化裂缝导流能力和裂缝半长,须注意的是:(1)裂缝长度应该由防砂来决定,而非增产;(2)在计算裂缝宽度时,弱胶结地层的非线性流的特征是不容忽视的。3.2地层砂胶结充填层与地层砂地层砂胶结充填层相结合,将智能完井与防砂完井有机结合,有利于防止地层砂、砾石层砂充放电智能完井可以实时管理油藏,防止出砂的同时可以实现产量最大化。智能完井通过实时监测和控制流体流入,将流量控制在临界流量下,从而保证地层砂和砾石充填层的稳定。但将智能完井与防砂完井有机结合面临着巨大问题,主要包括:(1)产层保护与隔离;(2)智能完井装置占据空间大,与实现产量最大化、流动面积最大化以减小流速构成矛盾;(3)出砂对完井设备的磨蚀损坏;(4)传感器、电缆、控制线路的保护;(5)产出砂对移动部件的机械干扰等。目前主要采用膨胀筛管配合智能完井。3.3膨胀完井衬管套管压裂充填限制了油井的流入面积,可能会产生两个问题:产能损失及筛管磨蚀。并且由于选择性定向射孔,故只能沟通小部分裂缝。相反,裸眼压裂充填产量受支撑剂损害影响较小,同样其也可能会引起筛管磨蚀。要进行多层裸眼压裂充填是十分困难的,井眼稳定性问题较严重。可以通过在裸眼段下入膨胀完井衬管解决这个矛盾。膨胀完井衬管可稳定井眼,并且与裂缝的连通面积较套管压裂充填增加了3-5倍。其可与多种分层封隔器结合使用,具有多层套管压裂充填的功能,且消除了套管压裂充填可能产生的产能损失和筛管磨蚀。并且不用套管柱,也不用射孔,减小安全风险,简化了施工,有效性更长。此外,可采用更大直径的防砂筛管,可以增加砾石尺寸,可以得到更高的产量,同时环形缝的增加可以促进分散流,减小油流速度,从而减小筛管损坏危险。4其他防砂方法4.1地层充填工具一趟防砂完井系统,可以提高流入面积和改善油井流入动态。它可实现清除泥饼,固井,“射孔”,下生产尾管以及防砂一次作业。其采用了一种可伸缩的导管,通过水力、机械或水力机械组合膨胀,密封井壁。可伸缩机械装置可穿透井壁进入泥饼。每个导管中都预先充填了防砂介质(不锈钢珠),并烧结加固。根据实际情况,通过岩心分析和筛析,选择合适防砂介质尺寸。在导管中预先充填有聚合物/酸密封剂,以防止防砂介质被堵塞。在井下高温情况下,聚合物将降解,酸液将被释放出来。释放出来的酸液将溶解导管周围以及地层中的泥饼。酸液为有机酸,不会造成金属部件或油管的磨蚀。酸液释放时间可通过选择合适的聚合物或混合物来调节。泥饼溶解后,导管便能直接与未受污染的产层构成了一个连续的通道。4.2砂粒平衡和含孔密度的界值射孔优化防砂的指导思想是通过增加流通面积将孔眼中流体的流通速度减小到临界值以下来防止砂粒运移。主要考虑的是在增加流通面积时,怎样平衡射孔密度与孔眼直径。地层稳定性主要是由孔眼直径和砂粒尺寸决定。这要求射孔密度尽可能的高以获得更大的流通面积,但是同时要减小孔眼直径以提高地层稳定性。5智能完井与防砂完井(1)压裂充填防砂完井在防砂同时也能获得高产,必然会广泛应用。这需要高质量筛管,以及更能充分发挥压裂充填潜能的新防砂完井方法(如膨胀筛管压裂充填);(2)水平井、大位移井等长井段地层粒度分布不均不能忽略,为充分发挥其产能,需要能适应粒度分布不均的