常用防砂工艺讲座新方案课件.ppt

1、清河工艺研究所清河工艺研究所一、油气井出砂的危害一、油气井出砂的危害 1、减产或停产作业、减产或停产作业 2、地面和井下设备磨蚀、地面和井下设备磨蚀 3、套管损坏、油井报废、套管损坏、油井报废地层砂分类地层砂分类骨架砂：一般为大颗粒地砂砾，主要成分为骨架砂：一般为大颗粒地砂砾，主要成分为 石英和长石等石英和长石等填隙物：是环绕在骨架砂周围的微细颗粒，填隙物：是环绕在骨架砂周围的微细颗粒， 主要成分为粘土矿物和微粒。主要成分为粘土矿物和微粒。 二、出砂机理二、出砂机理出砂机理出砂机理套管套管水泥环水泥环地层地层炮眼炮眼压碎区压碎区岩石重塑区岩石重塑区塑性损害区塑性损害区（组构改变联结破坏）（组构

2、改变联结破坏）应力改变应力改变（组构受损较少）（组构受损较少）CB2B1A 炮眼周围地层受损情况炮眼周围地层受损情况 压碎区压碎区岩石重塑区岩石重塑区塑性损害区塑性损害区应力改变应力改变出砂机理出砂机理 剪切破坏机理剪切破坏机理 拉伸破坏机理拉伸破坏机理 微粒运移微粒运移与压力有关与压力有关与流速有关与流速有关三、油井出砂的原因三、油井出砂的原因 影响地层出砂的因素：影响地层出砂的因素： 地质因素地质因素 开采因素开采因素 完井因素完井因素 由地层和油藏性质决定由地层和油藏性质决定 指生产条件改变指生产条件改变 构造应力构造应力地质因素地质因素 在疏松砂岩地层中只要完成钻井，则在井壁在疏松砂岩

3、地层中只要完成钻井，则在井壁附近总是存在一个塑性变形地带，塑性带的稳定附近总是存在一个塑性变形地带，塑性带的稳定条件是：条件是：1-0=2S0tan （1） =/2+/4 （2） 构造应力构造应力 由于在断层附近或构造部位，原构造应力很大，已经由于在断层附近或构造部位，原构造应力很大，已经局部破坏了原有的内部骨架（已产生局部天然节理和微裂局部破坏了原有的内部骨架（已产生局部天然节理和微裂隙），故岩石固有剪切强度更低。换言之，这些部位是地隙），故岩石固有剪切强度更低。换言之，这些部位是地层强度最弱的部位，也是最易出砂的部位和出砂最严重的层强度最弱的部位，也是最易出砂的部位和出砂最严重的地区。断层

4、附近或构造顶部区域是出砂最剧烈的区域，而地区。断层附近或构造顶部区域是出砂最剧烈的区域，而远离断层和构造低部区域出砂程度相对缓和，在胜利、中远离断层和构造低部区域出砂程度相对缓和，在胜利、中原及其他油田发现相似的规律。因此，在防砂治砂过程中，原及其他油田发现相似的规律。因此，在防砂治砂过程中，对这个区域要加倍重视，采用全面合理的防范措施。对这个区域要加倍重视，采用全面合理的防范措施。 颗粒胶结性质颗粒胶结性质地质因素地质因素 颗粒胶结程度是影响出砂的主要因素，颗粒胶结程度是影响出砂的主要因素，胶结性能是否良好又和地层埋深，胶结物种胶结性能是否良好又和地层埋深，胶结物种类、数量和胶结方式、颗粒尺

5、寸形状密切相类、数量和胶结方式、颗粒尺寸形状密切相关。表示胶结程度的物理量是地层岩石强度。关。表示胶结程度的物理量是地层岩石强度。 一般的说：地层埋藏越深，压实作用一般的说：地层埋藏越深，压实作用越强，地层岩石强度越高，反之亦然，这越强，地层岩石强度越高，反之亦然，这就是浅层第三系油气藏易出砂的原因之一。就是浅层第三系油气藏易出砂的原因之一。 颗粒胶结性质颗粒胶结性质钙质胶结为主的砂岩较致密，地层强度高；而以泥钙质胶结为主的砂岩较致密，地层强度高；而以泥质胶结的砂岩较疏松，强度较低（此外泥质胶结物质胶结的砂岩较疏松，强度较低（此外泥质胶结物性能不稳定，易受外界条件干扰而破坏胶结）。性能不稳定，

6、易受外界条件干扰而破坏胶结）。 胶结方式中以孔隙式胶结性能最好，其它如孔隙胶结方式中以孔隙式胶结性能最好，其它如孔隙接触接触式、接触式的胶结强度较低。式、接触式的胶结强度较低。 颗粒的大小、形状及分选性也影响胶结强度，细的颗粒的大小、形状及分选性也影响胶结强度，细的分选差而带有菱角的颗粒其胶结较好，反之粗颗粒分分选差而带有菱角的颗粒其胶结较好，反之粗颗粒分选好的圆颗粒则表现为弱胶结。选好的圆颗粒则表现为弱胶结。 颗粒胶结性质颗粒胶结性质 从岩石力学角度分析，地层的胶结性质直接影响了岩从岩石力学角度分析，地层的胶结性质直接影响了岩石颗粒固有的剪切强度，低的地层强度是造成地层出砂石颗粒固有的剪切强

7、度，低的地层强度是造成地层出砂的主要内在因素。的主要内在因素。 高岭石在地层的构造中多以自由状态存在，易于运高岭石在地层的构造中多以自由状态存在，易于运移，是地层中自由颗粒的主要组成成分，因此，地层的移，是地层中自由颗粒的主要组成成分，因此，地层的这一特点应在认识出砂规律和进行防砂中高度重视。这一特点应在认识出砂规律和进行防砂中高度重视。 流体性质流体性质地质因素地质因素 岩石的固结力还包括地层流体与颗粒之间的毛细管作用力。岩石的固结力还包括地层流体与颗粒之间的毛细管作用力。若含油饱和度越高，则胶结较好；若含油饱和度低，则胶结若含油饱和度越高，则胶结较好；若含油饱和度低，则胶结程度下降。程度下

8、降。当然原油粘度也对胶结强度产生影响，稠油的毛细管作用力当然原油粘度也对胶结强度产生影响，稠油的毛细管作用力小于稀油。小于稀油。毛细管作用力大小还受颗粒表面润湿性的影响。强亲水，则毛细管作用力大小还受颗粒表面润湿性的影响。强亲水，则易与水牢固结合，内聚力就增加。易与水牢固结合，内聚力就增加。原油性质较差，在生产中，施加在岩石颗粒表面上的拖曳力原油性质较差，在生产中，施加在岩石颗粒表面上的拖曳力大，易造成出砂。大，易造成出砂。 地层压降及生产压差地层压降及生产压差 开采因素开采因素 压降过大使岩石颗粒的负荷加大，造成岩石的剪切压降过大使岩石颗粒的负荷加大，造成岩石的剪切破坏，导致地层大量出砂；破

9、坏，导致地层大量出砂； 当油藏压力低于原油饱和压力后，将出现层内脱气，当油藏压力低于原油饱和压力后，将出现层内脱气，形成油气两相流，使地层对油相的相渗透率显著下降。形成油气两相流，使地层对油相的相渗透率显著下降。此时，脱气还使原油粘度提高，两方面综合作用便增加此时，脱气还使原油粘度提高，两方面综合作用便增加了油流阻力（严重时会产生气顶），欲保持产量不变，了油流阻力（严重时会产生气顶），欲保持产量不变，必须提高生产压差，导致出砂情况更加恶化；必须提高生产压差，导致出砂情况更加恶化； 油层压力的下降总是伴随边、底水（或注入水）的油层压力的下降总是伴随边、底水（或注入水）的侵入，从而在层内出现油（气

10、）、水多相流，同样使油侵入，从而在层内出现油（气）、水多相流，同样使油相渗透率急剧下降，不得不放大生产压差来维持产量，相渗透率急剧下降，不得不放大生产压差来维持产量，势必产生出砂加剧的后果。势必产生出砂加剧的后果。 流速流速 开采因素开采因素 对于疏松砂岩易出砂的地层，常常存在速敏问对于疏松砂岩易出砂的地层，常常存在速敏问题，当油层内流体流速低于临界流速时，尽管也会题，当油层内流体流速低于临界流速时，尽管也会生产微粒的运移，但它们会在弹孔入口处自然形成生产微粒的运移，但它们会在弹孔入口处自然形成“砂拱砂拱”，可以进一步阻止出砂。但是随流速的增，可以进一步阻止出砂。但是随流速的增加，砂拱尺寸不断

11、增大，稳定程度降低（砂拱越小加，砂拱尺寸不断增大，稳定程度降低（砂拱越小越稳定），当流体流速等于临界流速时，砂拱平衡越稳定），当流体流速等于临界流速时，砂拱平衡完全被破坏，无法再形成新的砂拱，砂粒可以自由完全被破坏，无法再形成新的砂拱，砂粒可以自由流入井筒，开始出砂。如流速进一步增加，其带来流入井筒，开始出砂。如流速进一步增加，其带来的后果只能是加剧出砂。根据实验研究，在一定流的后果只能是加剧出砂。根据实验研究，在一定流速范围内，出砂量随流速线性增加。速范围内，出砂量随流速线性增加。 含水上升及注入水含水上升及注入水 开采因素开采因素 含水上升使地层颗粒间原始的毛细管力下降，导致地层含水上升使

12、地层颗粒间原始的毛细管力下降，导致地层强度降低；强度降低； 由于胶结物被水溶解，特别是一些粘土矿物，如蒙脱石由于胶结物被水溶解，特别是一些粘土矿物，如蒙脱石等，遇水膨胀、分散，大大降低了地层的强度；等，遇水膨胀、分散，大大降低了地层的强度； 注水对地层的冲刷作用会导致地层强度降低。注水对地层的冲刷作用会导致地层强度降低。 地层伤害地层伤害 开采因素开采因素 主要伤害类型包括：主要伤害类型包括： 弹孔及地层孔喉堵塞（固相颗粒堵塞）弹孔及地层孔喉堵塞（固相颗粒堵塞） 粘土伤害（粘土膨胀、分散和运移）粘土伤害（粘土膨胀、分散和运移） 产生二次沉淀和原油乳化伤害产生二次沉淀和原油乳化伤害其他因素其他因

13、素 开采因素开采因素 原油的粘度变化原油的粘度变化岩石表面润湿性变化岩石表面润湿性变化 油层激动油层激动 蒸汽吞吐开采蒸汽吞吐开采 开采因素开采因素 蒸汽开采对岩石破坏作用主要表现在以下几方面：蒸汽开采对岩石破坏作用主要表现在以下几方面：蒸汽的冲刷作用对岩石产生了巨大的、持续的拉伸蒸汽的冲刷作用对岩石产生了巨大的、持续的拉伸破坏。气体有着高的线流速度，对岩石颗粒的拉伸破破坏。气体有着高的线流速度，对岩石颗粒的拉伸破坏作用高于液体。坏作用高于液体。注蒸汽时的高压差对岩石破坏造成了剪切破坏，使注蒸汽时的高压差对岩石破坏造成了剪切破坏，使岩石发生形变，这种破坏范围应局限在井周围。蒸汽岩石发生形变，这

14、种破坏范围应局限在井周围。蒸汽对岩石颗粒产生溶蚀作用，降低了岩石的胶结强度。对岩石颗粒产生溶蚀作用，降低了岩石的胶结强度。蒸汽中的水溶解了岩石颗粒的胶结物，降低了地层的蒸汽中的水溶解了岩石颗粒的胶结物，降低了地层的毛细管力。毛细管力。 射孔孔道填充物对出砂的影响射孔孔道填充物对出砂的影响 完井因素完井因素 弹孔尺寸对油流阻力会产生巨大的影响。弹孔压降可以用下式表达弹孔尺寸对油流阻力会产生巨大的影响。弹孔压降可以用下式表达2)(AQLCKAQLBP=弹孔流动阻力与弹孔尺寸及孔内充填物的渗透率有密切弹孔流动阻力与弹孔尺寸及孔内充填物的渗透率有密切关系：弹孔内充填物渗透率是决定弹孔压降的关键因素，关

15、系：弹孔内充填物渗透率是决定弹孔压降的关键因素，若其渗透率高，压降就小（阻力小），若弹孔畅通无阻若其渗透率高，压降就小（阻力小），若弹孔畅通无阻（K=）则阻力最小，若其渗透率低则弹孔压降大，）则阻力最小，若其渗透率低则弹孔压降大，甚至完全堵塞（甚至完全堵塞（K0）。）。 射孔孔道填充物对出砂的影响射孔孔道填充物对出砂的影响 对疏松易出砂地层了解这一点十分重要。地层经过对疏松易出砂地层了解这一点十分重要。地层经过射孔后，由于枪弹碎片、碎屑、地层微粒总不可能完全射孔后，由于枪弹碎片、碎屑、地层微粒总不可能完全从弹孔中清除，对弹孔总有局部堵塞，会增加流动阻力。从弹孔中清除，对弹孔总有局部堵塞，会增加

16、流动阻力。而且弹孔压降是生产压差的最主要的组成部分（约占而且弹孔压降是生产压差的最主要的组成部分（约占80%），因而采取有效措施来消除弹孔堵塞是十分必要），因而采取有效措施来消除弹孔堵塞是十分必要的，如弹孔清洗工艺、反冲洗工艺、负压射孔工艺等，的，如弹孔清洗工艺、反冲洗工艺、负压射孔工艺等，只有弹孔畅通，才有利于减缓出砂（假如油井不采取防只有弹孔畅通，才有利于减缓出砂（假如油井不采取防砂措施的话）。如果采取防砂措施，疏通弹孔同样重要，砂措施的话）。如果采取防砂措施，疏通弹孔同样重要，可以向地层内挤入渗透率极高的充填材料可以向地层内挤入渗透率极高的充填材料砾石，保砾石，保证畅通的流道。证畅通的流

17、道。 射孔参数对地层出砂的影响射孔参数对地层出砂的影响 完井因素完井因素 弹孔流通面积直接影响弹孔压降，对每个弹孔而言弹孔流通面积直接影响弹孔压降，对每个弹孔而言既要提高孔径，对整个井段而言，就要增加孔密。增大既要提高孔径，对整个井段而言，就要增加孔密。增大孔径、提高孔密的综合效果是提高了有效流动面积，从孔径、提高孔密的综合效果是提高了有效流动面积，从而降低流动阻力，也降低了流速，即在其他条件不变时，而降低流动阻力，也降低了流速，即在其他条件不变时，降低了生产压差，有利于减缓出砂。即使要采取防砂措降低了生产压差，有利于减缓出砂。即使要采取防砂措施，高孔密、大孔径射孔也有利于减少因防砂带来的产施

18、，高孔密、大孔径射孔也有利于减少因防砂带来的产量损失。量损失。 计算表面：在孔径相同（孔径计算表面：在孔径相同（孔径15mm），孔密），孔密32孔孔/m和和16孔孔/m的弹孔压力梯度相差的弹孔压力梯度相差2倍多，倍多，孔径变化造成的压力梯度变化大于孔径变化造成的压力梯度变化大于1.7倍。倍。 射孔参数对地层出砂的影响射孔参数对地层出砂的影响 井斜井斜 当井斜小于当井斜小于45时，仍可把它当作垂直井，不会时，仍可把它当作垂直井，不会对出砂生产重大影响。只有当井斜大于对出砂生产重大影响。只有当井斜大于45时，对高时，对高斜度井甚至水平井，由于与油层接触面积大大增加，斜度井甚至水平井，由于与油层接触

19、面积大大增加，在保持相同产量的条件下，将使出砂减缓。这就是为在保持相同产量的条件下，将使出砂减缓。这就是为什么超长的水平井出砂轻微的原因（由于水平井渗流什么超长的水平井出砂轻微的原因（由于水平井渗流面积可提高几十倍，于是流速很低，低于临界流速，面积可提高几十倍，于是流速很低，低于临界流速，并且在弹孔周围由于砂粒堆积形成稳定的砂拱，阻止并且在弹孔周围由于砂粒堆积形成稳定的砂拱，阻止地层进一步出砂）。地层进一步出砂）。 射孔参数对地层出砂的影响射孔参数对地层出砂的影响 射孔相位射孔相位 研究表明研究表明90时最好。软件优化计算发现产能比时最好。软件优化计算发现产能比最高（即阻力最小），这是由于地层

20、流线以井轴为中最高（即阻力最小），这是由于地层流线以井轴为中心，相对对称，减少了流线的弯曲和收缩，阻力最低，心，相对对称，减少了流线的弯曲和收缩，阻力最低，有利于减少出砂。螺旋布孔格式目的是减少因射孔带有利于减少出砂。螺旋布孔格式目的是减少因射孔带来的套管强度下降。来的套管强度下降。 对于高斜度井和水平井，为减缓出砂，要求在对于高斜度井和水平井，为减缓出砂，要求在-90+90相位角范围内射孔，可减少套管上方油层出相位角范围内射孔，可减少套管上方油层出砂的可能性。砂的可能性。 射孔参数对地层出砂的影响射孔参数对地层出砂的影响 弹孔穿透深度弹孔穿透深度 只需要突破钻井液伤害半径即可。因为疏松砂只需

21、要突破钻井液伤害半径即可。因为疏松砂岩地层为高渗透层，没有深穿透的必要，此外，过岩地层为高渗透层，没有深穿透的必要，此外，过分追求孔深还会增加射孔成本费用。分追求孔深还会增加射孔成本费用。 四、四、影响防砂效果的因素影响防砂效果的因素 影响防砂效果和有效期的因素很影响防砂效果和有效期的因素很多，从防砂设计到现场施工结束，期多，从防砂设计到现场施工结束，期间每一个环节的疏漏或失误都可能给间每一个环节的疏漏或失误都可能给最后的防砂效果造成很大的影响。最后的防砂效果造成很大的影响。 01002003004005006007000102030405060708090100混合物中砾石百分比（%）渗透率

22、（达西）砾石层侵入细砂后的渗透率变化砾石层侵入细砂后的渗透率变化 地层砂侵入地层砂侵入影响影响 地层胶结强度与地层砂粒径地层胶结强度与地层砂粒径 粘土与细粉砂的含量粘土与细粉砂的含量 油藏流体物性油藏流体物性 地层垂向非均质性地层垂向非均质性地层胶结强度与地层砂粒径地层胶结强度与地层砂粒径 粘土与细粉砂的含量粘土与细粉砂的含量 油藏流体物性油藏流体物性 地层垂向非均质性地层垂向非均质性地层温度地层温度井段长度井段长度 多油层防砂多油层防砂地层温度地层温度井段长度井段长度 多油层防砂多油层防砂射孔参数射孔参数 2)(AQLCKAQLBP=井身状况井身状况 砾石破碎影响砾石破碎影响 砾石尺寸选择不

23、当砾石尺寸选择不当 射孔参数射孔参数 井身状况井身状况 砾石尺寸选择不当砾石尺寸选择不当 砾石破碎影响砾石破碎影响 入井液的影响入井液的影响 油井产能的影响油井产能的影响 含水率的影响含水率的影响 入井液的影响入井液的影响 油井产能的影响油井产能的影响 含水率的影响含水率的影响 金属绕丝筛管砾石充填防砂金属绕丝筛管砾石充填防砂 一、防砂原理一、防砂原理 二、工艺特点二、工艺特点 三、适用范围及选井条件三、适用范围及选井条件 四、绕防施工设计四、绕防施工设计 五、防砂前施工准备及要求五、防砂前施工准备及要求 六、现场施工工艺六、现场施工工艺 七、常见问题处理七、常见问题处理 一、防砂原理一、防砂

24、原理 绕防是利用选定缝隙尺寸的绕丝筛管绕防是利用选定缝隙尺寸的绕丝筛管下入油井正对出砂油层，然后在绕丝筛管下入油井正对出砂油层，然后在绕丝筛管周围填入一定粒度的砾石，形成一个二级周围填入一定粒度的砾石，形成一个二级拦截过滤体系，较细的地层砂在充填砾石拦截过滤体系，较细的地层砂在充填砾石面上被阻留，而砾石本身（比筛缝大）又面上被阻留，而砾石本身（比筛缝大）又被阻隔在筛管周围，以保证让流体流过而被阻隔在筛管周围，以保证让流体流过而阻挡地层砂进入井中，使油井既能获得产阻挡地层砂进入井中，使油井既能获得产能又可控制出砂。能又可控制出砂。二、工艺特点二、工艺特点1、防砂强度高、防砂强度高2、有效期长、有

25、效期长3、适应范围广、适应范围广4、具有一定的产能损失、具有一定的产能损失三、适用范围及选井条件三、适用范围及选井条件 不宜用于粉细砂岩和高泥质含量的地层 ；不适用于高压井； 套管直径小于5in的小井眼施工困难，应慎用或不用；对于多层系油藏，若要经常调层开采的油井应慎用；进行火烧油层开采的特稠油油藏不适合。 除了以上条件外，绝大部分油气井和地层有适宜采用砾石充填防砂技术。 四、绕防施工设计四、绕防施工设计1、设计原则、设计原则2、设计步骤、设计步骤3、砾石用量的确定、砾石用量的确定注重防砂效果注重防砂效果恢复防砂井产能恢复防砂井产能强调综合经济效益强调综合经济效益 设计原则设计原则 设计步骤设

26、计步骤 防砂工艺选择防砂工艺选择 地层预处理地层预处理 砾石设计砾石设计 防防砂管柱设计砂管柱设计 携砂液设计携砂液设计 施工工艺施工工艺针对地层条件及井况 解堵处理粘土稳定处理 解除钻井液、水泥浆和射孔完井或二次作业造成的损害。 防止粘土颗粒膨胀和运移，既可减少渗透率下降，又可减缓地层出砂。具有足够的密度，以保证作业顺利实施；保护油、气层，尽量减少对油、气层的损害。 井筒准备：射孔（对新井、新层）气举吐砂冲砂刮管查套洗井；预处理：下管柱试挤挤前置液挤酸或粘土稳定剂挤顶替液关井反应起管柱； 砾石充填：下防砂管柱洗井（反洗、正洗）加砂顶替反洗井丢手起管柱；根据要求进行下步施工。 实际使用时若地层

27、砂砂粒粒度分布范围广，则采用：实际使用时若地层砂砂粒粒度分布范围广，则采用： D50=（4 8）d50D50=（5 6）d5000.20.40.60.8102468101214161820砾石与地层砂粒度中值之比D50/d50充填前后砾石渗透率之比砾石绝对渗透率太低地层砂可以自由通过充填体渗透率急剧下降理想的粒径比八面河油田一般砾石直径为0.40.8mm。 若需热采砾石直径为0.61.2mm。 砾石的质量应该达到如下标准：砾石的质量应该达到如下标准：超大或过小尺寸的颗粒含量不得超过砾石总质量的超大或过小尺寸的颗粒含量不得超过砾石总质量的2%；砾石的圆、球度不低于砾石的圆、球度不低于0.6； 在

28、标准土酸中的酸溶度小于在标准土酸中的酸溶度小于1%； 砾石试样水浊度不大于砾石试样水浊度不大于50度；度； 显微镜观察不能发现两个或两个以上的颗粒结晶快；显微镜观察不能发现两个或两个以上的颗粒结晶快； 抗破碎试验产生的细颗粒砂质量应符合要求。抗破碎试验产生的细颗粒砂质量应符合要求。 砾石尺寸的选择砾石尺寸的选择设计步骤设计步骤 筛缝尺寸是防砂管柱设计最重要的设计尺寸。原筛缝尺寸是防砂管柱设计最重要的设计尺寸。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等于最小充填砾石尺寸的1/22/3。根据八面河油田地。根据八面河油田地层

29、砂的粒径分布情况，选用的筛缝尺寸为层砂的粒径分布情况，选用的筛缝尺寸为0.3mm，对，对原油粘度较大的井，可选用原油粘度较大的井，可选用0.35mm的缝宽。的缝宽。 设计筛管直径的原则是既要尽可能加大以增加流设计筛管直径的原则是既要尽可能加大以增加流通面积，又要在套管与筛管之间留出足够的环形空间通面积，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。管内砾石充填的筛管外径应等于或小于力和稳定性。管内砾石充填的筛管外径应等于或小于套管内径减去套管内径减去50mm，即砾石充填环形空间的径向厚，即砾石充填环

30、形空间的径向厚度不小于度不小于25mm。因此，。因此，7in套管井选用筛管外径为套管井选用筛管外径为3in，51/2in套管井选用筛管外径为套管井选用筛管外径为21/2in。 防砂管柱设计防砂管柱设计设计步骤设计步骤 充填工具信号筛管生产筛管冲 管丝 堵灰 面油层扶正器 工作原理是砂浆利用水泥车从油管内腔泵入，到达充填工具经转换内管自皮碗下方的转换孔流出，由于皮碗（朝下）的单向密封作用，迫使砂浆沿筛管/套管环形空间下行，并在环形空间内逐渐堆积，而脱砂液通过筛缝流入返至充填工具内、外管之间的夹壁腔，并从皮碗上方旁通孔流出进入油管/套管环形空间，继续上行至井口，完成砾石的循环充填。 信号筛管的作用

31、是向地面施工人员提供井下充填情况的信号。当充填砾石堆积到生产筛管顶部后，地面充填压力相对稳定，直到砾石把光管段环形空间全部填满达到信号筛管后，压力开始上升，并且上升速度较快，当信号筛管全部被砾石填满后，压力剧增，表明井桶内砾石储备量已达到设计要求，充填停止，可进行下步工序。 作用是在光管与套管的环空内储备一部分充填砾石，因为防砂结束后，砾石会发生沉降“砾石后沉效应”，使充填高度下降，光管周围储备的砾石可以补偿“砾石后沉效应”，保证筛管不裸露是防砂持续有效。此外，环空内的较多的储备砾石还阻止地层流体（包括产出砂）沿着环空向上窜流。 生产筛管的长度应超过射孔井段上、下界各1.01.5m，以便确保筛

32、管对准生产层，获得筛管的最大利用率，有利于提高产量 扶正器的作用是使防砂管柱在井内处于中心位置，以使砾石均匀地充填到筛管周围，形成良好的挡砂屏障。 油层hHVs=R2H（R2r2）h Vs=0.02H0.016h （7套管井）套管井）Vs=0.012H0.009h （51/2套管井）套管井） 换算成重量单位换算成重量单位 Gs= Vs=1.5 Vs现场施工备砂时，按理论计算砂量的现场施工备砂时，按理论计算砂量的1.5倍准备砾石。倍准备砾石。 砾石用量的确定砾石用量的确定五、防砂前施工准备及要求五、防砂前施工准备及要求 1、配防砂管柱应严格按防砂设计进行。、配防砂管柱应严格按防砂设计进行。 2、

33、所有盛放工作液的容器必须清洗干净。、所有盛放工作液的容器必须清洗干净。 3、井口与天车要对中，指重表安装正确，、井口与天车要对中，指重表安装正确，指示灵敏、准确指示灵敏、准确。 4、井场配备油管桥及抽油杆桥，离地面高度不低于、井场配备油管桥及抽油杆桥，离地面高度不低于30cm。起出的油管、。起出的油管、抽油杆要放在油管桥或抽油杆桥上。管柱入井前用蒸汽锅炉车清洗干净。抽油杆要放在油管桥或抽油杆桥上。管柱入井前用蒸汽锅炉车清洗干净。 5、井下工具（充填工具、筛管等）运输过程中注意保护，到井场后妥善、井下工具（充填工具、筛管等）运输过程中注意保护，到井场后妥善保管，防止损伤或污染，下井前在井口拆除包

34、装。保管，防止损伤或污染，下井前在井口拆除包装。下井时应限速下入，避免下井时应限速下入，避免工具受到损坏，影响施工质量。工具受到损坏，影响施工质量。 6、砾石充填施工时，所有闸门、砾石充填施工时，所有闸门灵活可靠灵活可靠，大四通法兰螺丝及顶丝配齐上，大四通法兰螺丝及顶丝配齐上紧。紧。 7、地面管网应试压、地面管网应试压15MPa不刺不漏。不刺不漏。 8、所有的施工车辆包括罐车、所有的施工车辆包括罐车、400型水泥车、型水泥车、300型水泥车、混砂车等必型水泥车、混砂车等必须干净。须干净。 （1）准确丈量工具、绕丝筛管、短节及油管长度；（2）保证绕丝尽量正对油层；（3）考虑管柱伸长，在保证筛管覆

35、盖油层下界的情况下，尽量在油层上界多覆盖绕丝筛管。 六、现场施工工艺六、现场施工工艺 1、冲砂、刮管（通井）、洗井（压井）。、冲砂、刮管（通井）、洗井（压井）。 2、下防砂管柱，记录悬重。、下防砂管柱，记录悬重。 3、反洗井一周半。、反洗井一周半。 4、以、以300400L/min排量正循环，记录泵压。排量正循环，记录泵压。 5、正循环充填砾石，砂比控制在、正循环充填砾石，砂比控制在58%，顶替终止压力顶替终止压力13 MPa。 6、反洗井至返出液无砂为止。、反洗井至返出液无砂为止。 7、丢手。、丢手。 目的是替出井目的是替出井筒内死油筒内死油 判断充填管路判断充填管路循环是否畅通循环是否畅通

36、 WT1类充填工具，上提管柱至悬重，正转油管丢手。PT类充填工具，投球蹩压丢手。七、常见问题处理七、常见问题处理 1、防砂管柱下不到设计位置、防砂管柱下不到设计位置 2、加砂时泵压突然上升、加砂时泵压突然上升 3、加砂时井口返出液含有充填砂、加砂时井口返出液含有充填砂 4、理论砂量加完，顶替油管容积水量后仍不起压、理论砂量加完，顶替油管容积水量后仍不起压 5、顶替完后反洗井大量出砂、顶替完后反洗井大量出砂 6、丢手困难、丢手困难 （1）砂面上涨。遇到此种情况，重新冲砂，下入防砂管）砂面上涨。遇到此种情况，重新冲砂，下入防砂管柱即可。柱即可。 （2）套管变形遇阻。此种情况千万不要强行下入，及）套

37、管变形遇阻。此种情况千万不要强行下入，及时起出管柱。查套打印，查清情况后再决定下步工作。时起出管柱。查套打印，查清情况后再决定下步工作。 由于砂比过大堵油管或形成砂桥，应该由于砂比过大堵油管或形成砂桥，应该立即反洗井，砂洗干净后，再正循环，立即反洗井，砂洗干净后，再正循环，根据压力情况决定下步工序。根据压力情况决定下步工序。（1）充填工具坏（）充填工具坏（2）绕丝筛管破）绕丝筛管破这时应立即停止加砂，接反洗流程洗井，这时应立即停止加砂，接反洗流程洗井，至出口液中无砂止，起出防砂管柱，更至出口液中无砂止，起出防砂管柱，更换充填工具或绕丝筛管。换充填工具或绕丝筛管。 如果井口返出液不含充填砂，这可

38、能是由于地层亏空如果井口返出液不含充填砂，这可能是由于地层亏空严重，充填砂部分进入地层所致。这时应继续加砂，严重，充填砂部分进入地层所致。这时应继续加砂，直到压力起来为止。若施工现场砂不够，则要到供应直到压力起来为止。若施工现场砂不够，则要到供应部拉砂。部拉砂。注意：等砂时千万不能停泵，应用小排量继续顶替！注意：等砂时千万不能停泵，应用小排量继续顶替！ 顶替完后反洗井时，若反洗出顶替完后反洗井时，若反洗出砂量多，超过加砂量的砂量多，超过加砂量的1/3以上，以上，很可能绕丝筛管破损。遇到这很可能绕丝筛管破损。遇到这种情况，先不要丢手，看能否种情况，先不要丢手，看能否在规定提负荷范围内拔出防砂在规

39、定提负荷范围内拔出防砂管柱，不能则要大修。管柱，不能则要大修。 （1）WT1类充填工具类充填工具a、未装指重表或拉力计，负荷提不准。应重装指重表或拉力、未装指重表或拉力计，负荷提不准。应重装指重表或拉力计。计。b、反洗井不彻底，仍有部分砂子沉积在充填工具皮碗处。、反洗井不彻底，仍有部分砂子沉积在充填工具皮碗处。应该重新反洗井后丢手。应该重新反洗井后丢手。（2）PT类充填工具类充填工具a、销钉已经剪断但滑套下行距离不够未让出充填通道，造成、销钉已经剪断但滑套下行距离不够未让出充填通道，造成未丢手假象，应该反复上提油管，注意指重表读数，直到负未丢手假象，应该反复上提油管，注意指重表读数，直到负荷正

40、常为止。荷正常为止。b、球与球座处在有拉伸负荷作用下发生疲劳磨损，此时应、球与球座处在有拉伸负荷作用下发生疲劳磨损，此时应该上提萝卜头，加一根该上提萝卜头，加一根1m左右的短节，在蹩压丢手。左右的短节，在蹩压丢手。 涂料砂防砂技术涂料砂防砂技术一、防砂原理一、防砂原理 二、适用范围及选井条件二、适用范围及选井条件三、涂料砂生产工艺及性能指标三、涂料砂生产工艺及性能指标四、涂料砂防砂施工设计四、涂料砂防砂施工设计 五、现场施工工艺五、现场施工工艺 六、施工要求及常见问题处理六、施工要求及常见问题处理 一、一、防砂原理防砂原理 涂料砂（亦称塑料预包砂）就是在一定粒涂料砂（亦称塑料预包砂）就是在一定

41、粒径的石英砂外表面通过物理化学方法均匀涂敷径的石英砂外表面通过物理化学方法均匀涂敷一层树脂，在常温下经过干燥、碾压、过筛等一层树脂，在常温下经过干燥、碾压、过筛等生产过程，成为不发生粘连的稳定颗粒。涂料生产过程，成为不发生粘连的稳定颗粒。涂料砂通过携砂液挤入地层，在地层温度、压力及砂通过携砂液挤入地层，在地层温度、压力及催化剂等条件作用下，涂料砂外表面的树脂发催化剂等条件作用下，涂料砂外表面的树脂发生软化，使接触的颗粒相互粘结，并逐渐固化，生软化，使接触的颗粒相互粘结，并逐渐固化，形成具有一定强度和良好渗透性的人工井壁，形成具有一定强度和良好渗透性的人工井壁，从而起到防砂作用。从而起到防砂作用

42、。 二、适用范围及选井条件二、适用范围及选井条件 1、适用于每米油出砂量、适用于每米油出砂量50L的油、水井防的油、水井防砂；砂； 2、油层温度不低于、油层温度不低于55； 3、射孔井段小于、射孔井段小于40m，层厚小于，层厚小于25m，且，且射开层中无泥岩夹层，层间差异越小越好（大射开层中无泥岩夹层，层间差异越小越好（大多数文献推荐处理井段不超过多数文献推荐处理井段不超过20m）；）； 4、沉砂口袋不小于、沉砂口袋不小于10m。 三、三、涂料砂生产工艺及性能指标涂料砂生产工艺及性能指标 （一）生产工艺（一）生产工艺 将树脂与添加剂按一定比例称好，混合均将树脂与添加剂按一定比例称好，混合均匀；

43、用溶剂配好偶联剂；按比例称一定量的石匀；用溶剂配好偶联剂；按比例称一定量的石英砂，加入定量的偶联剂溶液，混合均匀，再英砂，加入定量的偶联剂溶液，混合均匀，再加入配好的树脂溶液，搅拌均匀，晾晒、阴干，加入配好的树脂溶液，搅拌均匀，晾晒、阴干，将阴干的块状涂料砂碾碎、过筛，成单个颗粒将阴干的块状涂料砂碾碎、过筛，成单个颗粒状即成成品涂料砂。状即成成品涂料砂。 三、三、涂料砂生产工艺及性能指标涂料砂生产工艺及性能指标 （二）性能指标 表观表观棕黄色或黄色，常温下棕黄色或黄色，常温下呈单粒状，可自由流动呈单粒状，可自由流动 密度（密度（g/cm3） 1.450.02 粒径（粒径（mm） 0.40.89

44、0% 最低固结温度（最低固结温度（） 45抗压强度（抗压强度（MPa） 5.0 涂覆率（涂覆率（%） 98.5 渗透率（渗透率（m2） 20 化学性能化学性能未固结的涂料砂与酮、醇等有机溶剂及碱接未固结的涂料砂与酮、醇等有机溶剂及碱接触，涂敷层会溶解；在酸性介质中可以促进触，涂敷层会溶解；在酸性介质中可以促进固结。固结后的涂料砂在酸溶液中浸泡对强固结。固结后的涂料砂在酸溶液中浸泡对强度有轻微影响，在碱溶液中浸泡，砂柱体被度有轻微影响，在碱溶液中浸泡，砂柱体被完全破坏。完全破坏。 强度性能强度性能 当固化温度一定时，固化强度随固化时间的增当固化温度一定时，固化强度随固化时间的增加而增加；当固化时

45、间不变时，固化强度随固化温加而增加；当固化时间不变时，固化强度随固化温度的增加而增加。度的增加而增加。 四、四、涂料砂防砂施工设计涂料砂防砂施工设计 1、涂料砂用量设计、涂料砂用量设计 地层出砂量统计准确的井：地层出砂量统计准确的井： Vs=VkVeVf 地层出砂量统计不准确的井：地层出砂量统计不准确的井： Vs=（11.5）L 2、洗井液：、洗井液：0.3%稳定剂稳定剂0.3%活性剂，用量活性剂，用量为洗井一周半所需液量。为洗井一周半所需液量。 3、试挤液：、试挤液：0.5%稳定剂稳定剂0.5%活性剂，用量活性剂，用量为为1.52.0m3/每米油层。每米油层。 4、携砂液：、携砂液：0.4%

46、瓜胶，用量瓜胶，用量60 m3。 5、顶替液：、顶替液：10%外固化剂，用量一般为外固化剂，用量一般为10 m3。 四、四、涂料砂防砂施工设计涂料砂防砂施工设计 1、起出原井生产管柱。、起出原井生产管柱。 2、下管探砂面，冲砂、查套、找漏。、下管探砂面，冲砂、查套、找漏。 3、涂防前、涂防前1小时冲砂至人工井底或设计要求井深，上提施小时冲砂至人工井底或设计要求井深，上提施工管柱至油层顶部以上工管柱至油层顶部以上6080m。 4、连接施工管线，试压。、连接施工管线，试压。 5、用活性水正循环至套管返出液止，关套管闸门。、用活性水正循环至套管返出液止，关套管闸门。 6、试挤、加砂、。、试挤、加砂、

47、。 7、树脂覆膜砂加完后，从油管挤入、树脂覆膜砂加完后，从油管挤入10m3顶替液。顶替液。 8、关井候凝、关井候凝5天。天。 9、钻至人工井底，刮管、洗井。、钻至人工井底，刮管、洗井。 10、按地质方案进行下步施工。、按地质方案进行下步施工。 五、现场施工工艺五、现场施工工艺1、冲砂洗井必须彻底干净。、冲砂洗井必须彻底干净。 2、防砂时井口必须安装套压表。、防砂时井口必须安装套压表。 3、井口四通必须装满螺栓和顶丝并牢固上紧。、井口四通必须装满螺栓和顶丝并牢固上紧。4、严禁使用老化或有刺漏的高压水龙带施工。、严禁使用老化或有刺漏的高压水龙带施工。5、施工中途不得停泵。、施工中途不得停泵。 6、

48、加砂时，严禁将结块的涂料砂团倒入混砂罐、加砂时，严禁将结块的涂料砂团倒入混砂罐 。7、加砂应根据压力确定砂比。、加砂应根据压力确定砂比。 8、加砂时，当泵压突然上升应立即停止加砂。、加砂时，当泵压突然上升应立即停止加砂。 9、加砂时，当泵压突然下降应立即停止加砂。、加砂时，当泵压突然下降应立即停止加砂。 10、关井候凝期间，坚决不允许开井口闸门或动管柱。、关井候凝期间，坚决不允许开井口闸门或动管柱。 11、冲钻、洗井时一定要干净彻底。、冲钻、洗井时一定要干净彻底。 12、因施工中各种原因未顶替、因施工中各种原因未顶替10%外固化剂的井，应追外固化剂的井，应追挤外固化剂。挤外固化剂。 六、施工要

49、求及常见问题处理六、施工要求及常见问题处理井口袋小于井口袋小于30m时，冲砂必须冲至人工井底或时，冲砂必须冲至人工井底或灰面。如果口袋小于灰面。如果口袋小于10m，冲砂完后应压井或，冲砂完后应压井或固砂，然后防砂。固砂，然后防砂。口袋大于口袋大于30m时，冲砂只须冲出时，冲砂只须冲出30m口袋即可。口袋即可。如果口袋无砂且深度超过如果口袋无砂且深度超过70m，应考虑填砂。，应考虑填砂。 套压表必须装在连接套管的高压区。如果装在低压套压表必须装在连接套管的高压区。如果装在低压区，当施工压力超过一定值时，容易使安装套压表区，当施工压力超过一定值时，容易使安装套压表的低压区发生破裂，导致井口突然卸压

50、，使挤入地的低压区发生破裂，导致井口突然卸压，使挤入地层的涂料砂立即返到井筒，造成砂埋或砂堵油管甚层的涂料砂立即返到井筒，造成砂埋或砂堵油管甚至砂卡油管的事故。至砂卡油管的事故。 若发生停泵事故，应停止加砂，继续顶若发生停泵事故，应停止加砂，继续顶替，观察压力变化。若压力突升不降，替，观察压力变化。若压力突升不降，马上改反洗流程洗井。顶替液量足够后马上改反洗流程洗井。顶替液量足够后关井，立即处理停泵事故。关井，立即处理停泵事故。 避免发生堵泵或进入井筒后因重力作用避免发生堵泵或进入井筒后因重力作用而过多地堆积井中造成砂埋或砂堵油层而过多地堆积井中造成砂埋或砂堵油层（炮眼），导致加砂量不足使防砂