浅谈套管弯曲井防砂方法
【摘要】本文分析了孤东油田的套变类型、分布规律以及套变的原因，并针对性的对于套管弯曲井的防砂方法进行了研究。提出了套弯程度对机械防砂的限制，并对化学防砂方法进行了优化处理。
【主题词】套管变型套管弯曲防砂
一、前言
孤东油田属于非常疏松的砂岩油藏，在生产过程中，常伴随有严重的出砂现象，并引发
套管变形。油水井套管损坏已是制约油田开发效益提高的重要因素。为治理套变井尤其是套弯井的出砂问题，需采取一定的防砂措施。怎样选取有效的防砂方法，提高油水井的采注量
是急需解决的问题。
二、套管变形现状分析
2.1 孤东油田油水井套管损坏类型
孤东油田油水井套管损坏的类型按套管变形形态，孤东油田的套管损坏井可分为4类：（1）套管弯曲：是指油层套管的某一段发生了弯曲，该段套管的轴线发生了偏移，不再是一条直线，而且往往伴随着套管椭圆变形。用薄壁管验证时，薄壁管发生明显的弯曲，严重者使通过该井段的油管发生麻花状弯曲。
（2）套管缩径变形：是指套管断面尺寸均小于原径向尺寸，特征是铅模印迹呈圆台状，且侧面和端面光滑。
（3）套管错断：这是一种最严重的套管变形，变形量超过了套管的塑性范围，套管在水平方向错开，断开处伴随着弯曲。这种形式的变形主要是套管受强大的剪切应力造成的，多发生于套管公扣最后一扣处。
（4）套管漏失：油层套管的某一部分由于腐蚀或者外力作用而发生的穿孔或漏失。
2.2 孤东油田套管损坏井分布规律
（1）套管损坏井在时间上的分布规律
套损井的出现数量与油田开发阶段紧密相关, 孤东油田四区1986年投入开发，套损井集中1987—1988年、1990—1993年完钻井中,这两个时期也是开始注水开发和注采调整的
转折时期，到1997年又进入另一轮套管损坏高峰期。从套管损坏井类型来看，1987年仅出现套管破损，表现形式为冲砂时大量出泥砂及水泥块，冲不干净。从1988年开始出现套管弯曲，开始数量少，表现形式为薄壁管弯曲；而后套管弯曲逐年增多，弯曲程度逐年加重，表现形式为通过套管损坏井段的油管严重弯曲；自1990年初开始出现套管错断。
(2)套管损坏井在井深剖面上的分布规律
套管漏失主要集中在井深500m到井口的范围内。在64口井中，统计6口套管漏失井中有5口在井深 500m 之上，远离射孔井段，表现形式主要为丝扣漏失、套管穿孔等。套管损坏位置集中在射开层段之内。统计的64口井中，套管变形集中在射孔井段的有30口，约46%。其中套管弯曲为22口，占73.4%；套管错断4口，占13.3%；套管缩径4口，占13.3%。射孔顶界上30m左右为套管损坏出现的一集中区域。统计的64口套管损坏井中，有25口分布在射孔上界的30m之内，占39.1%，其中套管弯曲井20口，占80%，套管错断井1口，套
表2-1 套变剖面分布规律
（3）套管损坏井在平面上的分布规律
套管损坏主要集中在断层两侧。套管损坏井主要集中在高压区块内或高压区向低压区的过渡带内，而且成片分布。套管损坏与油层的出砂量关系密切，主要集中在出砂较多的区域。64口套管损坏井中，58口井集中出现在射孔井段附近，单井累积作业冲出砂量在4m3以上，这些区域压力、产液量及含砂量明显高于其他区域。
2.3 孤东油田油井发生套变的原因
（1）地质因素
地质因素是造成套损的主要原因，它包括构造应力、泥岩膨胀出砂、油层压实等。围岩钻穿后，井眼周围的岩石中出现了亏空面，原来的平衡状态遭到了破坏。当应力集中处应力达到围岩的屈服极限，就有塑性变形发生，这种变形受到套管和套管外水泥壳的限制，同时套管也受到围岩的反作用而产生变形损坏。孤东储层属于典型疏松砂岩油藏，具有应力松弛的特征；油层泥岩中的粘土矿物中有含量较高的蒙托石、伊利石、高岭石，孤东区块油层岩石中粘土以蒙脱石为主，含量高达72%，有很强的水敏性，造成地层遇水膨胀并发生蠕动。使套管外部负荷增加，随着时间的增长，该负荷会不断增大，当套管的抗压强度低于该外部负荷时，套管就会被挤压、挤扁乃至错断。
（2）油层出砂
油井生产过程中出砂，会在下衬管层段形成空洞和坑道，在油层压实和地层压力下降的
情况下，围岩应力发生变化，由于形成空洞，就产生了一种试图恢复空洞上部（衬管带以下）己破坏的应力平衡，在空洞区和空洞上部地区之间的界面上产生切线应力区。如这些切线应力高于岩石破裂强度，空洞上的岩石就会坍塌，形成对套管的作用载荷，导致套管损坏。
（3）套管腐蚀
孤东油田部分区块富含硫化氢、二氧化碳及盐类，致使金属设备腐蚀严重，化验表明注入水中的硫酸还原菌的含量很高，在地层介质中造成电腐蚀。这些都加速了套管的腐蚀。
（4）注水开发因素
由于部分区块连通性较差，长期高压注水破坏了油田原有的应力平衡状态，高压注水引起的地层滑动及断层活动导致套管损坏。
（5）射孔因素
射孔时产生的高压可导致套管变形甚至破裂。孤东油田油水井射孔孔密均在每米16～32孔。射孔时一方面孔眼附近震裂，破坏了水泥墙，形成裂缝，失去保护套管的作用；另一方面造成套管本身强度降低，形成套损。
（6）作业施工造成的套管损坏
作业施工是造成套管损坏的一个重要原因，套铣、磨铣、高压施工等均可造成对油层套管的损坏。磨铣、套铣中当钻压过大或顶部不正时，切削面不在水平面上，呈一定倾斜度，使切削面边缘部位与套管接触。铣鞋工作时，这个部位的套管受到切削作用而伤害。由于井况日趋复杂，需套铣、磨铣施工的井越来越多，这类施工对油层套管的损坏需要足够的重视。大型防砂过程中，高速流体携带石英砂通过射孔孔眼时可对套管造成损坏，射孔孔眼越小，有效孔眼越少，这种情况造成的损坏也就越严重。重复射孔易造成孔眼的集中重叠，降低了套管抗外力的强度，使得该截面成为应力的集中部位，当应力集中到一定程度，发生套管裂、甚至错断等严重的损坏。在大直径套管内打捞落物时，如果打捞工具与落物顶擦肩而过，上提时工具处于打捞状况，它的外形几何尺寸增大，挤在落物与套管的环空中，上提时拉力集中在套管与落物上，套管因受力而损坏。
总的来说孤东油田套损是多种因素共同作用的结果。
三、针对套管弯曲井的防砂措施
由孤东油田套变的类型分析可知大部分套变类型为套管弯曲。对于套管漏失的井通常采用封堵技术，而套管缩径可以通过通胀扩径，磨铣扩径及爆炸整形等技术恢复套管内径，达到正常生产的目的，对于套管错断井一般采用补贴加固技术。套管作业施工周期较长，而且费用成本较高，对一般的套管弯曲井并不适合。
随着出砂油田开发到中后期，套管变形损坏日益严重，数量亦日益增加，而目前防砂工艺对套管弯曲井的针对性较差，为了油田的稳产，以至部分井带病生产，即对套管弯曲井进行了防砂。
3.1 套管弯曲程度的判定
套管弯曲的变形情况很多，弯曲的程度也不一样，有的弯曲段很长，弯曲的幅度和曲率不大，称为一般性弯曲；有的弯曲段很小，而弯曲的幅度和曲率很大称为严重弯曲；有的变形很复杂有两处或两处以上的弯曲，称为复杂弯曲变形。通常以套管径向变化率来表示套管变形程度。公式为：
1
100%Φ-Φ?=
?Φ
（3-1） 式中 ?——套管径向变化率，%；
Φ——套管原内径，mm ；
1Φ——套管变形后内径，mm 。
当?≤15%，纵向变形在200mm 以内的情况为套管轻度变形，当?在15%~35%之间，
且纵向变形在500mm 以内的情况为套管中度变形，当处于35%~50%之间，且纵向变形在1000mm 以上者称为为套管严重变形。
套管材料为N80钢材，其弹性模量为2.1×105MPa，泊松比为0.3，屈服强度和强度极限分别为5.8×102MPa 和7.6×102 MPa；水泥环的弹性模量为2.0×104 MPa，泊松比为0.33，抗拉强度和抗压强度分别为5MPa 和50MPa ；上、下覆岩石的弹性模量为2.2×104MPa，泊松比为0.3；滑移层岩石的弹性模量为1.5 ×104MPa，泊松比为0.25，其抗拉强度和抗压强度分别为5MPa 和50MPa 。套变后水泥环及其周围的地层岩石受到不同程度的破坏,利用ABAQUS 软件模拟水泥环破坏范围的结果见下图：
图3-1 地层滑移引起套变后水泥环 图3-2 地层滑移引起套变后水泥环
的拉应力超过5 MPa 的范围 的拉应力超过80MPa 的范围
由图3-1和图3-2可见，水泥环是处于三向受力状态，拉应力引起的破坏总长为1.5m ，压应力引起的破坏长度为1.2m ，因此水泥环的破坏范围只局限在套变点附近0. 5m ，破坏总长约为1.5m 。
利用有限元计算的结果，分析套管通径与剩余强度的关系。地层滑移引起套变后，套管处于塑性流动。目的层滑移量与套管通径的变化见图3-3，目的层滑移过程中套管剩余强度随套管通径变化关系见图3-4。靠近套变点附近,其应力已达到屈服，即套变后在套变位置套管的局部应力非常大，使套管局部处于塑性流动状态。套管的壁厚将随着套管通径的变小而减薄，由此引起套管强度的降低，其最低时仅约为原强度的30%。
图3-3 目的层滑移量与套管通径的关系 图3-4 套管剩余强度随通径的关系
3.2 防砂方法的选择
对于套管变形弯曲井的防砂方法主要有机械防砂和化学防砂。其中机械防砂最主要的防砂方法是绕丝筛管防砂。 表3-1
孤东油田常用套管尺寸为7寸及5寸半套管，对于7寸套管：
max1max1177.8150
100%15%
177.8
177.882.5
100%40%177.8
-?≤
?≈-'?≤
?≈ （3-2）
对于5寸半套管：
max 2max 2
127115
100%9%127
12782.5100%25%
127
-?≤
?≈-'?≤?≈ （3-3）
总结为当套管为七寸时，如果套弯段位于封上，能够采取绕丝机械防砂的要求，则套管的径向变化率应小于15%，若封不需通过套管弯曲段则应小于40%；为五寸半套管时，前者的要求应小于9%，后者应小于25%。由于井内的套变现场情况复杂，还需要经过验套等工序综合考虑。
3.2.1 机械防砂类
（1）套管变形井用封隔器
对已经发生套变的部分生产井，在其套变部位采取了机械整形、爆炸整形、换套、补贴等多种补救措施，但在生产层位以上的井径缩径较大的甚至不足110mm 的井用常规方法无法补救，必须有一套适应套变变形部位以下分层措施的工艺技术及配套工具，使其能够通过最小井断，又能在下部的标准套管井段实现卡封，满足套变分层治理的要求。
除了可以用于割缝管防砂方面，还可以针对套变井的生产实际问题应用于卡封分层采油注水、分层酸化压裂、分层堵水调剖、找水验窜等方面。 (2) 割缝管高压充填防砂技术
封隔高压一次充填防砂是以割缝管为中心衬管。将石英砂一次充填到油气井生产层管外的空洞处和割缝油管与套管的环形空间，形成高效能的挡砂屏障的防砂技术。适用于油气井早、中、晚期防砂和细砂岩层防砂。同时套变的程度较轻微，充填工具能通过。
（3）预充填双层割缝筛管防砂
预充填割缝筛管防砂工艺的主体防砂管是在双层割缝筛管间充填好与地层砂配伍的石英砂，预充填防砂管柱自身就具有很好的滤砂和挡砂作用，如果配套充填工具，该防砂管柱还能进行环空充填石英砂。该防砂工艺适用于油层的早期和后期防砂；适用于套管为139.7mm和177.8mm的油井、轻微套变井防砂和斜井防砂，或严重套变经修整后的微套变井；适用于油层井段不超过50m的油井防砂；可用于注蒸汽热采井和原油粘度小于3000mPa·s 的冷采油井防砂。
3.2.2 化学防砂类
套变井的化学防砂大致可以分3类：
（1）人工胶结砂层
人工胶结砂层防砂方法是指从地面向油层挤入液体胶结剂及增孔剂，然后使胶结剂固化，在油气层面形成具有一定胶结强度及渗透性的壁面，达到防砂的目的。目前使用广泛的有酚醛树脂溶液及酚醛溶液地下合成，主要以苯酚、甲醛为主料，以碱性物质为催化剂按比例混合，经加温制成溶液，挤入地层，再挤入增孔剂固化剂在地层温度下固化反应，将疏松砂岩胶结牢固。一般适用于早期防砂，防砂井段在20米内为宜。关井反应后需钻塞，对套变程度大钻头难通过的井不适用。
（2）人工井壁防砂
人工井壁防砂方法通常指从地面将支护剂和未固化的胶结剂按一定的比例均匀混合，用液体携至井下挤入油层出砂部位，在套管外形成具有一定强度和渗透性的壁面，可阻止油层砂粒流入井内而由不影响油井生产的工艺措施。
1、水带干灰砂防砂
以水泥为胶结剂，石英砂为支撑剂，用活性水携带挤入出砂层位。一般选用的配方为水泥：石英砂＝1∶（2～2.5）。关井侯凝后需探砂面冲砂或钻塞，适用于油层吸收能力大的出砂油水井，尤其适用于注水井的防砂。
2、涂料砂防砂
涂料砂是在普通石英砂外通过物理方法涂上一层均匀的树脂，常温下不会粘结聚合，挤入出砂部位后由于固化剂、地层温度、压力作用而胶联固化反应形成防砂井壁。该方法集中了树脂类及颗粒类防砂方法的优点,对地层损害小,形成的人工井壁强度较高,较好地解决了
老井含水高、地层亏空较大的防砂问题,是一种适合于油田中、后期开采的防砂方法。
涂料砂防砂一般都留有砂塞,需要钻塞再生产,对于套变后,大直径的钻头下不去,限制了涂料砂防砂工艺在套损井上应用。针对套损井的具体井况,改进了涂料砂现场施工工艺。在充填涂料砂24小时后,将井筒中的涂料砂冲出,根据室内试验,涂料砂在60℃情况下72小时固化,然后将固化剂循环替至油层位置,关井候凝。这样,在井筒中不留砂塞,并在炮眼附近形成坚固的挡砂墙,达到防砂的目的。对于套变井采用涂料砂防砂后的不留塞工艺,取得理想的防砂效果。
（3）其他化学固砂法
其他化学固砂法包括LS-1防砂工艺、复合砂防砂工艺、除了上述化学防砂工艺技术，人们还研究应用了有机物固砂、原油固砂、四氯化硅固砂、胶乳固砂、氢氧化钙固砂、硅酸
凝胶固砂等化学防砂工艺。
四、结论
孤东油田主要的防砂方法是绕丝筛管充填防砂。机械防砂对地层适应强，无论产层薄厚，渗透率高低，夹层多少，但是对于套变严重井并不能适用，而且对于细粉砂地层及高压地层也不适用，同时井内留有的工具打捞困难，作业费用高，并给后期的各种增产措施带来困难。化学防砂施工后进内无遗留物，施工简单，但是由于使用较多的树脂防砂技术，普遍存在着局限性大等缺点。
总之应开展套变套损井等防砂工艺技术的攻关研究。随着套变套损井的增多，套变套损井防砂工艺技术日益重要，最大限度的挖掘复杂地层油井防砂后的产能，形成套变套损井系列配套工艺技术。
油气田用各种防砂筛管及工艺技术简介 防砂筛管是为了解决油气井开发中油气井出砂问题和水平井组不射孔开发问题而研发的产品。我公司现有激光割缝防砂筛管、打孔筛管、金属棉防砂筛管、TBS防砂筛管、螺旋筛管、V缝自洁防砂筛管以及弹性防砂筛管等各种规格型号的产品，并已批量应用于全国各油田的防砂井和水平井生产中。与目前国内外水平井使用的完井方式相比，各油田水平井产要是以筛管、打孔衬管、射孔三种完井方式为主。由于绝大多数水平井是砂岩油藏和稠油油藏，稠油防砂问题是水平井开发的主要矛盾之一，因此以筛管完井占主导地 位。 用于防砂完井防砂的筛管主要有 金属棉筛管、TBS筛管割缝筛管、弹性筛管、螺旋筛管、V缝自洁防砂筛管 筛管防砂完井的发展历程及性能评价 1、1996年以前 防砂完井技术试验阶段，主要以金属棉筛管完井防砂为主。 金属棉筛管防砂完井后井眼尺寸小，不利于注汽热采、采油生产和后期作业。防砂材料强度不足、不均匀，容易堵塞和损坏（击穿）。 2、1996～2002年间 开发并应用了TBS筛管。TBS筛管是以打孔套管为基管，将金属纤维过滤单元烧结在基管上，单层管结构，内径大，可防细砂，解决了金属棉筛管内径小、堵塞和强度低的问题。 TBS筛管存在问题：过滤单元易脱落、加工工艺性差。 3、2002年以后 由于机械加工工艺的进步，割缝筛管加工成本降低，近几年来在辽河油田应用的最多，主要适用于粗砂、分选性好的油藏。
存在问题：不能防止细砂，缝隙易冲蚀变大、缝型为单一直缝抗压强度低。 4、2005年以后 割缝筛管防砂完井技术推广应用阶段和弹性筛管现场试验阶段 高强度弹性筛管进入现场，显示出明显的优势。 解决了TBS过滤单元脱落的问题，防砂材料采用弹性金属纤维，渗透性能好，抗堵塞性能高，扩大了防砂范围。截止到目前在辽河油田的水平井上应用了32井次。 目前水平井最主要的防砂完井筛管是弹性筛管和割缝筛管。 目前水平井筛管完井方式主要有两种： A、95/8″套管内悬挂7″筛管。 B、7″套管下接7″筛管，上部固井。
第二章防砂方法原理 2.1 防砂方法分类 根据防砂原理及工艺特点，目前主要防砂方法大致可分为机械防砂、化学防砂、复合防砂和其它防砂方法几类。 （1）机械防砂方法 机械防砂方法可以分为两类，第一类是仅下入机械管柱的防砂方法，如绕丝筛管、割缝衬管、各种滤砂管等。这种方法简单易行，施工成本低。缺点是防砂管柱容易被地层砂堵塞，只能阻止地层砂产出到地面而不能阻止地层砂进入井筒，有效期短，只适用于油砂中值大于0.1mm的中、粗砂岩地层。 第二类机械防砂方法为管柱砾石充填，即在井筒内下入绕丝筛管或割缝衬管等机械管柱后，再用砾石或其它类似材料充填在机械管柱与套管的环形空间内，并挤入井筒周围地层，形成多级滤砂屏障，达到挡砂目的。这类方法设计及施工复杂，成本较高；但挡砂效果好，有效期长，成功率高，适用性广，可用于细、中、粗砂岩地层，垂直井，定向井，热采井等复杂条件。砾石充填防砂的缺点主要是施工复杂，一次性投入高；若砾石尺寸选择不当，地层砂侵入砾石层后会增加油流入井的阻力，影响防砂后的油井产能。研究结果表明，砾石充填井筒附过主要压降损失在填有砾石的射孔炮眼内。因施工过程较长，必须注意减少作业过程中对油层的作害。 （2）化学防砂 化学防砂是向地层中挤入一定数量的化学剂或化学剂与砂浆的混合物，达到充填、固结地层、提高地层强度的目的。化学防砂主要分为人工胶结地层和人工井壁两种方法。人工胶结地层是向地层注入树脂或其它化学固砂剂，直接将地层砂固结；人工井壁是将树脂砂浆液、预涂层砾石、水带干灰砂、水泥砂浆、乳化水泥等挤入井筒周围地层中，固结后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁。 化学防砂方法适用于薄层短井段，对粉细砂岩地层的防砂效果好，施工后井筒内不留下任何机械装置，便于后期处理。缺点是有机化学剂材料成本高，对油藏温度的适应性较差，易老化，有效期短，固结后地层渗透率明显下降，产能损失大。 （3）焦化防砂
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/758231988.html, 油井防砂工艺 作者：崔浩 来源：《环球市场信息导报》2013年第02期 疏松砂岩油藏分布范围广、储量大，这类油藏开采中的主要矛盾之一是油井出砂。因此，油井防砂工艺技术的研究和发展对疏松砂岩油藏的顺利开发至关重要。国内防砂工艺技术的发展已有数十年的历史，辽河油田在油气井防砂方面也作了大量的工作，丰富和提高了国内防砂工艺技术水平。目前已形成机械防砂工艺、化学防砂工艺和复合防砂工艺三大体系的油气水井防砂工艺技术。 各种防砂方法应用概况。辽河油田疏松砂岩油藏储量大、类型多、分布广、防砂工作量大，防砂井次呈上升趋势。随着含水的上升和采液强度的提高，出砂井数越来越多，如何应用更先进的防砂工艺技术，提高防砂效果显得尤为重要。 各种防砂方法的比较。从统计结果分析，目前，在应用规模上，高压挤压砾石充填防砂工艺是2828井次，其次是复合防砂698井次和管内循环充填防砂687井次；对防砂效果来说，由于范围大，井数多，工作量大，大部分采油厂都未做这项工作，许多资料都是临时收集，其准确性及可信度较难把握，很难统计出准确的结果。 通过调研发现，辽河油田防砂工艺技术已实现了由单一的生产维护措施到防砂增产措施的转变；由单项工艺技术到配套集成技术系列的转变；工艺向油藏深入，不断提高工艺与油藏适应性的转变。通过数据统计分析及调研走访，发现了防砂工艺技术在应用实施、质量管理、监督监控、人员素质等方面存在着各种各样的问题。为了进一步提高辽河油田防砂工艺水平，最大程度提高中高渗透疏松砂岩油藏的采出程度，提高该类油藏油井的防砂免修期，降低油田的防砂作业成本，需建立完善的防砂市场监督管理体系，制定科学的技术规范，为辽河油田剩余油开发，挖潜上产，油气当量重上三千万提供有效的保障措施。 高含水油井。主要特点是油井采油强度高、生产压差增大，出砂加剧；注水开发使地层胶结物不断溶失，导致地层骨架破坏，出砂加剧，含水上升，影响油井生产；套变套损井逐年增多，据不完全统计，每年套损套变井按照正常生产井的20%速度递增。 海上油田。海上油田同时射开层数多、井段长、层间物性差异大，多年的高速强采使层间矛盾更加突出，单一的滤砂管防砂工艺和笼统的高压充填已不能满足海上提速提液的开发需求。 难动用区块稠油粉细砂岩油藏防砂难度大。稠油疏松砂岩区块，携砂力强，防砂注汽后，一方面放喷速度过快，易冲蚀挡砂屏障。另一方面粉细砂运移，导致油井产能迅速降低。
本科生毕业设计（论文） 论文题目：油井防砂工艺技术研究 学生姓名：××× 学号： 系别：石油工程系 专业年级： 指导教师：
目录 第一章绪论 .................... 错误！未定义书签。 1. 研究的目的和意义....................................................................................... 错误！未定义书签。 2. 国内外研究现状........................................................................................... 错误！未定义书签。 3. 研究的目标、技术路线及所完成的工作................................................... 错误！未定义书签。 3.1 研究的目标......................................................................................... 错误！未定义书签。 3.2 技术路线............................................................................................. 错误！未定义书签。 3.3 本文所完成的工作............................................................................. 错误！未定义书签。第二章出砂原因和出砂机理 ...... 错误！未定义书签。 1. 出砂因素....................................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1 地质因素............................................................................................. 错误！未定义书签。 1.2 开采因素............................................................................................. 错误！未定义书签。 1.3 完井因素............................................................................................. 错误！未定义书签。 2. 油层出砂机理............................................................................................... 错误！未定义书签。 2.1 剪切破坏机理..................................................................................... 错误！未定义书签。 2.2 拉伸破坏机理..................................................................................... 错误！未定义书签。 2.3 微粒运移............................................................................................. 错误！未定义书签。第三章稠油井防砂及配套工艺技术研究错误！未定义书 签。 1. 孤岛油田稠油热采区块开发概况............................................................... 错误！未定义书签。 2. 稠油热采一次防砂工艺的研究................................................................... 错误！未定义书签。 2.1 稠油热采一次防砂工艺防砂机理..................................................... 错误！未定义书签。 2.2 割缝管防砂工艺的研究..................................................................... 错误！未定义书签。 3. 配套工艺技术研究....................................................................................... 错误！未定义书签。 3.1 高温防砂剂强度及耐温性能的研究................................................. 错误！未定义书签。 3.2 射孔工艺............................................................................................. 错误！未定义书签。 3.3 深部处理油层技术............................................................................. 错误！未定义书签。 4. 现场应用效果分析....................................................................................... 错误！未定义书签。 5. 小结............................................................................................................... 错误！未定义书签。第四章结论及建议 .............. 错误！未定义书签。 1. 结论............................................................................................................... 错误！未定义书签。 2. 建议............................................................................................................... 错误！未定义书签。致谢 ............................ 错误！未定义书签。 参考文献 ........................ 错误！未定义书签。
袋装砂井作业指导书
目录 1 编制目的 (1) 2 编制依据 (1) 3 编制内容 (1) 4 适用范围 (1) 5 作业准备 (1) 5.1 作业现场调查 (1) 5.2 技术要求 (2) 5.3 机械设备、机具料具、测量仪器 (2) 5.4 原材料、半成品、加工料、周转料、构配件 (4) 5.5 人员配置 (5) 5.6 相关单位配合和要求 (6) 6 作业过程 (6) 6.1 工艺流程图 (6) 6.2 各工序作业过程及要求 (8) 7 质量通病的预防及采取的应对措施 (14) 8 安全注意事项 (14) 9 环境保护措施 (16) 10 附件 (17) 10.1 袋装砂井施工记录表 (17) 10.2 袋装砂井施工作业安全检查表 (17)
1 编制目的 对软土地基施工进行有效控制，明确袋装砂井施工作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范袋装砂井作业施工，得到符合设计要求的袋装砂井。使工作或作业活动有章可循，使工作（作业）安全风险评估和过程控制规范化，保证全过程的安全和质量。对内、对外提供文件化的证据。 2 编制依据 1、《高速铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10751—2010）； 2、《铁路路基工程施工安全技术规范》（TB10302—2009）； 3、《高速铁路路基工程施工技术指南》铁建设【2010】241号。 3 编制内容 袋装砂井作业指导书编制的内容主要有：施工方案，技术要求及措施，资源配置，安全、质量、环保措施。 4 适用范围 适用于软土路基的地基加固处理；无气象水文化条件限制，对上道工序和下道工序无特殊要求。 5 作业准备 5.1 作业现场调查 XX标段路基工点比较分散，且多为短路基，地区大部分在县城郊区范围，有多处桥梁与高速公路及市政道路交叉，具有施工干扰大控制因素多的特点。 铁路、公路交通比较发达，施工便道畅通；施工区域建筑物较少，
1 砾石充填防砂井砾石尺寸设计实例 砾石充填类防砂是目前主流的防砂工艺，砾石尺寸设计是砾石充填类防砂设计的关键步骤之一，砾石尺寸的大小会影响防砂效果和油气井生产动态。较大的砾石尺寸有利于获得较高的产能，但会导致地层砂侵入砾石层；相反，较小的砾石尺寸挡砂效果好，但对油井产能的影响较大。油气井防砂领域使用的标准砾石尺寸如表1所示。 目前国内外的主要砾石尺寸设计方法为三类： (1) 第一类：设计依据简单，仅依据地层砂某一特征尺寸的设计方法，包括Karpoff、Smith、Tausch&Corley、Saucier等四种设计模型； (2) 第二类：信息依据丰富，基于地层砂筛析曲线的设计方法，主要包括DePriester和Schwartz两种设计模型； (3) 第三类：基于砾石层孔喉结构模拟的砾石尺寸设计方法。 上述砾石尺寸设计方法均已在中国石油大学(华东)研制开发的Sand control Office软件中实现。 我国西部某出砂气田S-14井地层砂为粉细砂，图3中的曲线D为其筛析曲线，经粒度分析，d10= 0.151 mm，d40= 0.082mm，d50=0.065mm，d70=0.032 mm，d90=0.008mm，分选系数2.043，均匀系数10.036，标准偏差系数0.231。 表1 油气井防砂领域使用的标准砾石尺寸 第一类设计方法的设计结果如表2所示。 使用DePriester方法进行砾石尺寸设计结果如图2所示。设计中的取值为：A=5.5，Cmin=1.5，Cmax=3.0，计算得到系数B的取值范围为[25.4，35.9]。图中曲线A、B分别为B取最小值和最大值时的砾石尺寸分布曲线；曲线C为B取平均值时得到砾石尺寸范围曲线，对应的设计结果为砾石尺寸范围0.227～0.560mm，匹配的砾石标准为0.25～0.42mm。 使用Schwartz方法设计该井的砾石尺寸，设计中的取值为：Cmin=1.2，Cmax=1.5；选择设计点为d70，设计结果如图3所示。曲线A、B分别为Cg= Cmin和为Cg= Cmin和时得到砾石尺寸分布曲线；曲线C为Cg取平均值1.35时得到砾石尺寸范围曲线，对应的设计结果为砾石尺寸范围0.160～0.300mm，匹配表1中的标准砾石尺寸为0.21～0.25mm。
袋装砂井施工工艺 1、施工顺序：机具定位→打入套管→深入砂袋→拔出套管→机具移位→埋砂袋头； 2、施工工艺： (1)设备采用履带臂架导管式打桩机，套管直径9cm，长15.5m，为便于拔管，上设桩头桩帽，准备好后，测量放样，设置井位桩。 (2)将导向架固定在孔位，在孔位处下挖0.1—0.15m深小坑，稳住管尖，放下套管，戴上桩帽，放好重锤。 (3)打桩时桩锤不要过高，（一般以1.5m为宜），当入土2—3m后，可根据套管的下沉量逐渐提高桩锤，但不得超过3.0m，将钢套管打至设计标高后，即可上拨0.1—0.2m，消除管底真空吸力，以便管端张开。 (4)预先准备好长度比砂井长约30cm左右的用聚丙烯编织的土 工布制成的袋，将底部扎紧，在袋底装一定数量重的砂，然后放入套管中，将袋的上端固定在装砂漏斗口上，然后向袋中填充砂直至砂装到齐袋口为止；或砂袋灌入砂后，用臂架吊起垂直放入管中。 (5)用空压机向套管内加压，同时上拔套管，袋装砂井施工完毕；装满砂子的袋，超出地面的长度不小于30cm，并伸入砂垫层中不得卧倒。机具移位，填写施工记录。 3、施工要点： (1)砂袋入井采用臂架吊起时，应垂直下井，防止砂袋发生扭结，
缩颈断裂和砂袋磨损. (2)拔管时应垂直起吊，以防止带出或损坏砂袋，施工中若发生上述现象，应在原孔边缘重打，当带出长度大于0.5m时，应重新补打，对已施设的袋装砂井要及时向袋内补砂，每隔三天补一次，一般补2—3次. (3)当砂袋灌入砂后，露天堆放应遮盖，切忌长时间暴晒，以免砂袋老化. (4)在打设砂井时地基就开始沉降，故地表面沉降测定板最迟应当在开始打砂井前设置好. (5)袋装砂井定位要准确，确保排水距离. (6)施工当中经常检查套管端部的密闭情况，避免套管内进入泥土过多，影响加固深度. (7)严格控制砂井的设计入土深度，在钢套管上划出标尺，确保井底标高符合设计要求，并做好施工记录. (8)袋装砂井按铁路路基工程质量检验设定标准 4.10.1—4.10.4条款标准进行检验。 附袋装砂井工艺流程图
附件 首件工程范围及质量保证措施 一、首件工程概况 1、根据平兴高速十标软基处理管桩工程基本概况及平兴高速公路J2标总监理工程师办公室相关要求及项目经理部组织相关技术人员、安全员、施工员对现场进行的实地考察，并结合本工程实际和合理安排施工顺序的需要，对每自然段落开工的袋装砂井及管桩进行试桩和试打。 2、袋装砂井直径7cm，平均桩长15m。管桩为预应力PHC管桩，设计平均桩长16.4m，收锤标准：桩端进入持力层2m，最后贯入度不超过80cm/10击为控制标准，并需满足单桩承载力和符合地基承载力。设计单桩承载力1200KN，复合地基承载力474kpa，设计平均桩顶标高：146.5m。外直径40cm，壁厚不小于9.5cm，管桩离心砼为C80。地质柱状图从上之下依次为：耕植土、淤泥、淤泥粉质砂、粉质粘土、中砂、强风化混合岩、微风化混合岩。地质图详见附图钻孔地质柱状图（LZK7 3、SL141）。 3、首件工程计划于2013年7月10日实施。现场投入施工人员15人（其中管理人员1名，技术人员2名，熟练工人15名，投入设备在专项施工方案中已说明） 二、首件工程目的 为了贯彻执行“首件工程认可制”保证工程质量优良，避免盲目施工，确定标准的施工工艺和合理的施工组织，并为指导后续的袋装砂井及管桩的施工积累经验，确保本标段袋装砂井、管桩质量符合设计及规范要求，首件工程应取得的具体指标及名称如下： 1、确定桩长
2、验证机械适宜性 3、每米锤击数 三、首件工程施工准备 1、资料准备 （1）收集和利用项目部复测导线和水准资料。 （2）熟悉和了解设计意图，对施工图等各项技术资料进行核对，计算和布置测量桩位图，引测坐标和高程。 试桩桩位坐标如下所示： 序 施工段落桩号编号坐标（X）坐标（Y）名称号 1 K1665+897～K1665+970K1665+904.656-1 2669512.188 491413.963 袋装砂井 2 K1665+897～K1665+970K1665+904.656-39 2669497.760 491349.252 袋装砂井 3 K1665+897～K1665+970 K1665+904.656-53 2669491.840 491322.70 4 袋装砂井 4 K1665+897～K1665+970K1665+923.3 5 17-1 2669492.395 491414.769 袋装砂井 5 K1665+897～K1665+970K1665+923.3517-37 2669479.472 491353.210 袋装砂井 6 K1665+897～K1665+970K1665+923.3517-70 2669467.248 491294.980 袋装砂井 7 K1665+897～K1665+970 K1665+941.5529-1 266965.654 491377.250 袋装砂井 8 K1665+897～K1665+970 K1665+941.5529-13 2669461.619 491356.794 袋装砂井 9 K1665+897～K1665+970 K1665+941.5529-40 2669451.079 491303.374 袋装砂井 10 K1665+897～K1665+970 K1665+891.9-1-1 2669510.007 491345.595 管桩 11 K1665+897～K1665+970 K1665+912.310-1 2669504.309 491415.341 管桩 12 K1665+897～K1665+970 K1665+912.310-39 2669490.104 491350.069 管桩 13 K1665+897～K1665+970 K1665+912.310-67 2669479.620 491301.896 管桩 14 K1665+897～K1665+970 K1665+934.423-1 2669479.596 491409.596 管桩 15 K1665+897～K1665+970 K1665+934.423-33 2669468.475 491354.609 管桩 16 K1665+897～K1665+970 K1665+934.423-65 2669457.335 491299.622 管桩
一、防砂工艺 1. 出砂的原因 1.1 出砂的地质条件（内因） a. 地层地质年代新（第三系、第四系）； b. 埋藏浅（一般小于1500m），压实作用差； c. 地层胶结强度低（可由室内岩芯实验确定）； d. 机杂及胶结物含量低； e. 以泥质胶结为主的敏感性（水敏和速敏）储层，遇水后易发生膨胀和运移； f. 高孔(25.0%～30.0%)和高渗(数百到数千 md）； g. 往往是稠油油藏，流动阻力大； h. 断块油藏——断层发育，构造应力大； 1.2 出砂的开发因素（外因） a. 地层压力降低，出砂； b. 完井方式与参数； c. 生产压差：避免压力激动和过大压差； d. 油井含水：含水上升，出砂加剧； e. 地层损害：渗透率降低，出砂； f. 钻井/作业：液体漏失、地层损害。
2. Palogue油田的出砂预测 2.1 组合模量法 储层岩石强度是决定油气井是否出砂的主要因素，它与其弹性参数如剪切模量、体积模量有良好的相关性。美国莫尔比石油公司提出的组合模量法能很好的预测油藏是否出砂。组合模量法在墨西哥湾和北海已广泛应用，当Ec大于3×106psi时油气井不出砂。 E c =(9.94×108ρ r )/△t2 c 式中： E c ----岩石组合模量（岩石密度、声波时差函数），×1.4503×106psi ρ r ----岩石密度，g/cm3 t----岩石纵波时差，μs/m 胜利油田通过现场应用，最终得到出砂界限值： E c >3×106psi，在正常生产中油气井不出砂； 2.03×106psi 收稿日期:2007 01 20 专利项目:本装置已获国家实用新型专利(ZL 200420040117.4) 作者简介:范玉斌(1970 ),男,山东高唐人,技师,2006年毕业于中国石油大学石油工程专业,主要从事海洋石油工程技 术及管理工作。 文章编号:1001 3482(2008)09 0091 04 新型抽砂防砂工艺技术研究与应用 范玉斌,安茂吉,王 涛,张 乐,吴志民,李新晓,韩宗峰 (胜利石油管理局井下作业公司,山东东营257077) 摘要:从抽砂、防砂的理论研究出发,利用研制的专利产品 冲砂转换装置,初步探索出了抽砂、防砂工艺技术。在冲砂后起钻时依靠单向皮碗的抽汲作用,将聚集在近井地带的地层砂抽出,改善 地层砂砾运移造成的地层堵塞,使井筒附近流体渗流通道增大,起到一定的防砂作用,为后续的防砂提供了良好的防砂环境,使防砂一次成功率和施工进度大大提高。关键词:抽砂防砂;渗流通道;防砂环境;后续防砂中图分类号:T E358.1 文献标识码:B Study of New Sand Washing and Sand Prevention Technology and Its Application FAN Yu bin,AN M ao ji,WANG Tao,ZH ANG Le,WU Zhi min, LI Xin xiao,H AN Zong feng (Sheng li Oilf ield D ow nhole Op er ation Co.,D ongy ing 257077,China) Abstract:T his paper intro duces a new technolog y o f sand w ashing and sand prevention using pa tented sand w ashing cro ssover assembly w hich is based on conventional method.T he sand w hich is accumulated in the near w ellbore area w ill be mo ved by using sw abbing action of the unidir ec tional leather cup.T his action can improve the flow matr ix o f the near w ellbo re ar ea and enhance the sand prev ention effect. Key words:sand w ashing and sand preventio n;flow m atrix ;conditio n o f sand prevention;succee ding sand prevention 油、气井防砂方法很多,但都是在油井出砂后,或者根据区块特性、油井的声波时差等资料来分析判断该油井出砂情况,会出现防砂效果不理想的情况,防砂一次成功率低、有效期短。探索抽砂、防砂工艺的最初目的并不是为了油井防砂,而是为了抽出井筒及近井地带聚集的地层砂,减小地层堵塞,为地层流体更好流入井筒提供新的通道。因此,抽砂防砂工艺不单独作为油井防砂的一种方法,只是作为一种其他防砂方法的前期清理油层通道的方法,但也起到防砂的作用,能延长油井的生产周期,故称 为抽砂防砂。 1 防砂现状及特点 目前,防砂方法可分为砂拱防砂、机械防砂[1] 、化学防砂、热力焦化防砂、复合防砂5大类。其共同特点是防砂都经过2道工序:一是把井筒内的砂子冲出;二是再用各种方法把井筒外的油层重新打开,开辟新的油路通道[2]。没有一种方法是把近井地带聚集砂抽出一部分,以减少油流通道障碍,达到延长油井生产周期的目的。 2008年第37卷 石油矿场机械 第9期第91页 OIL FIELD EQUIPMENT 2008,37(9):91~94 袋装砂井专项施工方案 袋装砂井专项施工方案 一、工程概况 新建邯郸至黄骅港铁路工程设计为Ⅰ级电气化铁路单线，预留双线条件，行车速度120km/h。本段起讫里程DK350+357.86～DK386+650全长36.292km，其中路基长度为24.2km，本段路基地基处理采用袋装砂井处理，个别过渡段采用水泥搅拌桩处理。线路基本位于黄骅市羊二庄镇和黄骅市渤海新区，DK350+357.86～DK355+500段基本为农田局部有养虾塘，水坑，自朔黄铁路北侧DK355+500～DK386+650段线路位于盐田、虾塘中，个别地段存在取土坑且水位较深。 二、工程地质情况 DK350+357.86～DK386+400段广泛分布流塑状的淤泥质土，埋深一般2.0～20.0m，厚2.0～8.0m。土质疏松不均、天然含水率高、孔隙比大、压缩性高、透水性差和承载能力低，工程性质差。 本段地表广泛分布有盐渍土，一般为弱盐渍土，局部为中盐渍土，其类型为氯盐及亚氯盐渍土，部分为亚硫酸盐盐渍土，毛细水强烈上升高度为2.5～3.0m，具有吸湿和松胀性。 其中DK350+359.70～DK350+620.00 段路基为典型软(盐渍)土路基，该段路基长260.30m，位于六十六号干沟大桥桥尾。线路以填方通过，路堤中心最大填高7.60m。 地层主要为：粉质黏土，褐黄色，厚度为0～3.4m，σ0=120Kpa；淤泥质粉质黏土，黄褐色厚3.7～4.8m，σ0=80Kpa；粉质黏土，褐灰色，软塑厚0～2.1m，σ0=130Kpa；粉土，褐灰色，中密，厚1.5～3.9m，σ0=140Kpa。 水文地质：表层潜水埋深较浅，主要靠大气降水补给，地下水对混凝土结构具侵蚀性。 三、技术执行标准 杭长铁路客运专线浙江段路基工程 编号：HCZJ4-ZTSJ-GYXZ路-02 袋装砂井施工工艺细则 单位：中铁四局集团公司杭长铁路 客运专线浙江段项目经理部 编制： 审核： 批准： 2010年5月29日发布 2010年6月1日实施 杭长铁路客运专线浙江段HCZJ-4标路基工程 袋装砂井施工工艺细则 1.适用范围 本工艺细则适用于杭长铁路客运专线浙江段HCZJ-4标段袋装砂井施工。 2.作业准备 2.1内业技术准备 工艺细则编制后，应在开工前组织技术人员和现场领工人员认真学习。并召集技术人员阅读、审核施工图纸，熟悉规范和技术验收标准。制定施工安全保证措施，提出相应的应急预案。现场施工前对施工作业人员进行施工技术交底，对参加施工人员进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。确定相应施工项目的内业资料表格以及检验批划分情况。 2.2外业技术准备 选择符合要求的材料（砂带、中粗砂）；收集施工过程中所涉及的各种外部技术数据；修建生活房屋、临时生活场所，配齐生活、办公设施。 3.技术要求 3.1砂袋的各项技术指标应符合设计要求。施工使用的砂必须采用天然级配的风干中、粗砂且其含泥量不得大于3%； 3.2袋装砂井施工区段的平面布置图及砂井的布置形式。施工现场准确放样后，将主要桩位交施工人员保护； 3.3每区段施工前进行试桩，确定该段施工参数及地质情况是否与设计相符。 4.施工程序与施工工序 4.1施工程序 袋装砂井施工主要分为：施工准备、下层砂垫层铺设、桩机施工 三个部分；监理单位主要对原材料（砂袋、中粗砂）、砂垫层铺设、砂井数量布置形式和砂井长度和砂井质量进行抽样检查。 珠海市高栏港高速公路一期工程A2标段 袋装砂井施工技术方案 编制：_______________________ 复核：_______________________ 审核：_______________________ 中铁隧道集团有限公司 高栏港高速公路一期工程A2标段项目经理部 二??九年十一月十日 目录 一、工程概况 (2) 二、施工前的准备 (2) 三、施工组织及进度计划 (3) 四、施工工艺及方法 (4) 五、袋装砂井的质量标准 (6) 六、施工质量保证措施 (7) 七、安全保证措施 (8) 八、文明施工措施及环境保护措施等 (10) 一、工程概况 本项目为珠海市高栏港高速公路一期工程A2 标段，起讫桩号为 K47+10C H K59+201.631,为既有珠港大道加宽改造项目，全长12.102km。线路区域地表多为既有道路填土覆盖，覆土主要为第四人工填层（Q4m）e、海相沉积层（Q4m）残积层（Q4cl）,基岩为燕山三期第三次喷发的 （Y52-3b）花岗岩。本标段设计袋装砂井总长共计9698836m，选定 K50+710-K50+915段右侧辅道为软基处理（袋装砂井）试验段，袋装砂井呈正三角形布置，孔径7cm桩距为90cm K50+710-K50+795段设计桩长16m K50+795- K50+915段设计桩长15.5m。 二、施工前的准备 1 、场地平整。清除施工现场地上、地下一切障碍物后再予以平整压实。遇有水塘、明沟应先排水和清淤，再分层回填砂性土料并压实，不得回填杂填土。如施工场地过于软弱，不利于桩机行走时，铺设中粗砂作为工作垫层。 2、熟悉设计文件，组织施工人员学习和掌握有关设计图纸及相关施工技术规范的有关规定，结合本合同段的工程地质和水文气象条件，制定符合实际的施工方案，落实岗位责任制，确保工程质量安全和进度。 3、施工前对施工现场进行补充堪察，可以采用静力触探方法加密勘察，查明施工场地软土分布与性质，如果发现地质条件勘察资料有较大的不相符时，及时通知设计单位对设计进行调整。 4、根据施工组织设计编制分项工程施工技术方案并进行技术交底。 5、对原材料的质量进行检验，合格后方可使用。 6、机械组装与检查。 国内外防砂技术现状与发展趋势 概述 疏松砂岩油藏分布范围广、储量大，这类油藏开采中的主要矛盾之一是油井出砂。因此，油井防砂工艺技术的研究和发展对疏松砂岩油藏的顺利开发至关重要。目前国外在油气井防砂方面主要以机械防砂为主，约占防砂作业的90%，随着油田的进一步开发，现在又相继研究开发各类型的滤砂管、可膨胀性割缝筛管和压裂防砂、过油管防砂等防砂工艺技术。化学防砂六十年代在美国墨西哥湾地区曾占据防砂作业的主导地位，但由于机械防砂的完善和发展，其主导地位逐渐被取代。进入九十年代后，性能较好的固砂剂不断出现，化学防砂的前景又趋看好。 国内防砂工艺技术的发展已有数十年的历史，辽河油田、胜利油田、大港油田在油气井防砂方面也作了大量的工作，丰富和提高了国内防砂工艺技术水平。目前已形成机械防砂工艺、化学防砂工艺和复合防砂工艺三大体系的油气水井防砂工艺技术。其中辽河油田防砂中心，研制开发了复合射孔防砂技术，为国际领先水平。随着辽河油田稠油开发比重的增加，辽河油田的出砂情况变得越来越复杂，防砂治理工作难度也越来越大，辽河油田结合油井出砂特点，开展了防砂基础理论及试验研究，主要包括：出砂机理分析、防砂数据库和出砂预测软件的建立、防砂机具性能评价研究。先后研制开发了机械、化学、复合型防砂工艺技术近20项，主要有TBS筛管防砂技术、MC-Ⅰ组合式筛管防砂技术、塑料筛管防砂技术、激光割缝筛管高压砾石充填深部防砂技术、压裂防砂技术、复合射孔防砂技术、焦碳人工井壁防砂技术、泡沫树脂液防砂技术、乳液树脂固砂技术、桃壳人工井壁防砂技术、高温固砂技术、携砂采液技术、低压井冲砂技术。 一、机械防砂 目前机械防砂主要化分两类：一类是下入防砂管柱挡砂，如割缝衬管、绕丝筛管、胶结成型的滤砂管、双层或多层筛管等。这类防砂方法简单易行，但效果差，寿命短。原因是防砂管柱的缝隙或孔隙易被进入井筒的细地层砂所堵塞。另一类是下入防砂管柱后再进行充填，充填材料多种多样。最常用的是砾石，还可用果壳、果核、塑料颗粒、玻璃球或陶粒等。这种防砂方法能有效地把地层砂限制在地层内，并能使地层保持稳定的力学结构，防砂效果好，寿命长。 相对来说，机械防砂对地层的适应能力强，无论产层厚薄、渗透率高低，夹层多少都能有效的实施；在老油井作业中，还可起到恢复地层应力的作用，从而延长生产周期，使出砂井能得到充分的利用。加上机械防砂成功率高，相对成本较低等优点，目前应用十分广泛。 1国外机械防砂技术 国外油气井防砂工艺技术研究起步较早，最初采用限产的方法来控制油气井出砂，1932年开始采用砾石充填方法。目前国外在油气井防砂方面主要以机械防砂为主，其中绕丝筛管砾石充填经过不断的完善和发展，到八十年代已发展成为一项较成熟的技术。如美国的贝克—休斯公司、道威尔—斯伦贝谢公司、哈里巴顿公司、沙龙公司、雪弗龙公司等都拥有自己专门的防砂器材、施工设备和施工工艺，从砾石充填工具、封隔器、滤砂管、泵送设备到施工液体、化学药剂、技术咨询、现场服务等形式一条龙服务。随着油田的进一步开发，为满足各种类型的油气井防砂需求，现在国外又相继研究开发出各种类型的滤砂管和多种防砂工艺技术。 绕丝筛管砾石充填防砂 砾石充填（gravel pack）防砂是应用最早，也是应用最广泛的机械防砂方法。常用的砾石充填方式有两种：一是用于裸眼完井的裸眼砾石充填；二是用于射孔完井的套管内砾石充填。裸眼砾石充填的渗滤面积大，砾石层厚，防砂效果好，有效期长，对油层产能影响小。常用于油井先期防砂，工艺较复杂，且对油层结构要求具有一定强度，对油层条件要求高(如厚度大、无气、水夹层的单一油层)。其它情况则采用套管射孔完井后，再进行套管内砾石充填。 砾石充填防砂的施工设计应符合三条基本原则：一是注重防砂效果，正确选用防砂方法，合理设计工艺参数和工艺步骤，以达到阻止油层出砂的目的；二是采用先进的工艺技术，最大限度地减少其对油井产能的影响；三是注重综合经济效益，提高设计质量和施工成功率，降低成本。防砂设计要形成一套完整的程序，有利于方案的系统化和规范化，从而提高施工设计的质量。一般程序为：充填方式选择－>地层预处理设计－>砾石设计－>防砂管柱设计－>携砂液设计－>施工工 艺设计。 1) 充填方式选择 根据防砂油层、油井的特点和设计原则，结合完井类型选择合适的砾石充填方式。2）地层预处理设计 根据油层砂样分析化验的结果和防砂井的具体情况，确定酸化解堵和粘土稳定处理等措施，同时考虑防乳化、防止新生沉淀等问题。这一步对于提高施工成功率、保证油井产能有着重要的意义。 3）砾石设计 砾石设计主要包括确定砾石尺寸、砾石质量控制和砾石用量。 （l）砾石尺寸选择 通过筛析实验取得防砂井油层砂样粒度中值d50后，根据计算公式求得所需用的砾石尺寸，即砾石的粒度中值D50。目前普遍采用Saucier公式 D50＝(5～6) d50 该公式是在大量实验基础上得到的，实验测得的砾／砂粒径比与渗透率的关系曲线如图8－6所示。图8－7为砾石挡砂机理示意图，图中(a)表示D50／d50＜6时，砾石与油层砂界面清楚，砾石挡住了油层砂，油气井无砂生产；图中(b)表示6 ＜D50／d50＜14时，油层砂部分侵入砾石充填层，造成砾／砂互混，砾石区渗透率下降，尽管油气井不出砂，但产量下降；图中(c)表示D50／d50＞14时，油层砂可以自由通过砾石充填层，防砂无效。 （2）砾石质量 为满足防砂工艺要求，对砾石的质量要求主要有：砂砾粒度均匀；圆度、球度好；在标准的土酸中的溶解度小于1%；砾石试样在水中搅拌后其浊度不大于50度；显微镜观察没有发现两个或两个以上颗粒结晶块；满足抗破碎试验要求。（3）充填砾石用量 砾石充填防砂所用的砾石数量要根据充填部位的体积来确定。为了保证施工质量，设计用量时要考虑足够的附加量以提高其防砂效果。 4）防砂管柱设计 防砂施工管柱通常包括充填工具、生产筛管、信号筛管、光管、扶正器等。（1）绕丝筛管 防砂新工艺的研究及效果 目录 第1章前言 (1) 第2章防砂新工艺的探索 (2) 2.1 疏松砂岩油藏出砂机理探讨 (2) 2.1.1 胶结强度的影响 (2) 2.1.2 地应力的影响 (2) 2.1.3 开采条件 (3) 2.2 目前防砂工艺原理及问题 (4) 2.2.1 防砂影响因素 (4) 2.2.2 防砂失败影响因素 (4) 第3章新工艺防砂机理 (6) 3.1 高压预充填 (6) 3.2 涂料砂人工井壁防砂 (6) 3.3 金属绕丝筛管复合防砂 (6) 3.4 射流泵排砂工艺 (6) 第4章防砂新工艺的现场试验及效果 (8) 4.1 选井 (8) 4.2 现场试验情况及效果评价 (8) 第5章排砂采油井的管理应注意的事项 (14) 第6章结论 (15) 致谢 (16) 第一章前言 滨南油区部分油藏胶结疏松，容易出砂。目前的绕丝管内砾石充填防砂投产取得了较好的效果，但是还存在粉细砂防不住、筛管损坏防沙失效和不能进行分层注水、分层测试及分层改造等问题。本课题主要对疏松砂岩油藏的出砂机理和目前的防砂工艺进行研究，探索高压预填砂、涂料防砂、人工井壁防砂、金属绕丝管复合防砂和射流泵排砂等新的防砂工艺机理，优选油井进行了防砂新工艺的现场实验，以注水开发的常规井和注蒸汽吞吐的稠油热采井为导向，在尚林地区和单家寺油田展开实验，取得了较好的效果。 第二章防砂新工艺的探索 2.1 疏松砂岩油藏出砂机理探讨 滨南油区的各个油藏虽然差异很大，但出砂的原因基本类似。油层出砂是由于井底近井地带的岩层结构遭到破坏所引起的，即剪切破坏和拉伸破坏。它与岩石的胶结强度、应力状态和开采条件有关。 2.1.1 胶结强度的影响 岩石的胶结强度取决于胶结物的种类、数量和胶结方式。通常砂岩的胶结物主要为粘土、碳酸盐和硅质三种。其中以硅质胶结物的强度为最大，粘土胶结最差。对于同一类型的胶结物，其数量越多，则胶结强度越大，反之越小。胶结方式不同，岩石的胶结强度也不同，岩石的胶结方式可分为： （1）基底胶结：当胶结物的数量大于岩石颗粒数量时，颗粒完全浸没在胶结物中，彼此互不接触或接触很少。这种砂岩的胶结强度最大，但由于孔隙度、渗透率均很低，所以很难成为好的储油层。 （2）接触胶结：胶结物数量不多，仅存在于颗粒接触的地方。这种砂岩胶结强度最低。 （3）孔隙胶结：胶结物数量介于上述两种胶结类型中间。胶结物不仅在颗粒接触处，还充填于部分孔隙中。胶结强度也处于上述两种方式的强度之间。 滨南易出砂的油层主要以接触胶结方式为主，其胶结物数量少，而且胶结物中粘土含量较高。但这种储油层孔隙大、渗透性好。如单二块油层是以稠油为胶结物，所以油层严重出砂。 2.1.2 地应力的影响 地应力是决定岩石原始应力状态及其变形破坏的主要因素。钻开岩层前，岩石在垂向和侧向地应力作用下处于平衡状态。垂向地应力大小取决于油层深度和岩石比重，侧向地应力除与地层深度有关外，还与岩石的力学性质及岩石中的流体压力有关。钻井后近井地带的应力平衡遭到破坏，射孔使井筒周围岩石产生不同程度的损坏，水泥环松动、炮眼周围地应力作用使岩石剪切破坏，颗粒压碎造成出砂，这与过低的井底压力或过大的生产压差有关在生产过程中，井壁岩石都将保持最大的应力值。以上是影响油层出砂的内在因素。新型抽砂防砂工艺技术研究与应用_范玉斌
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