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高速水充填防砂技术的推广与应用
转自： 时间：2004年4月8日10:5 阅读：1
砂岩油藏由于胶结强度不高，地层极易出砂，严重制约着油田的开发生产，必须进行防砂才能正常开发。针对疏松砂岩油藏，国内外防砂专家大都认为，对于油气井出砂问题，应立足于早期防治，一方面有利于整个油田的合理开发，另一方面也可节约大量的后期补救性措施费用。因此，许多专家建议对于出砂区块的新井和老井补开新层宜优先考虑先期或早期防砂措施，以防患于未然。
高速水充填防砂技术就是将循环充填工具、防砂筛管、桥塞等组合的防砂管柱总成下人，使防砂筛管对准油层，选用水基携砂液（根据地层选择添加剂，使之与地层配伍），采用高速充填方式将合适粒径的砾石携入出砂地层，将近井地带、炮眼、环空填实，达到防砂目的。
一、国内防砂技术与国外技术差距
l．工艺方面
国外要求每口井都要进行循环测试、挤注测试和充填验证测试，并量化，对施工参数的优选和是否二次填砂提供科学的指导；我们在进行循环测试和挤注测试时没有定量计算，对测试情况进行定性分析后根据经验选择施工参数，也没有专门进行充填质量验证步骤，只是根据压力变化趋势，定性分析充填质量。
2．施工装备配套方面
国外配备较全面，有专用储液罐、配液罐、过滤设备、高压泵组、钻井泵（洗井）、高压管汇、高压软管、方井口、数据采集系统等，便于施工控制和方便操作，保证施工达到设计要求；我们目前还没有采用精细过滤和数据采集系统等，施工方便性也差一些。
3．工具方面
国外采用的一次完成充填工具功能多，可靠性高，可以实现验封和反复开关，在反洗时充填通道已关闭，不影响充填层稳定，可以在充填完成后验证充填质量和进行二次充填；国内的充填工具还不能实现验封和反复开关功能，反洗时充填通道不能关闭，丢手后充填通道才能关闭，不能进行二次充填。
4．用料方面
国外采用的石英砂为粉尘含量极低，圆球度好，强度较高；而国内采用的兰州砂在某些方面相对
有一定的差距，特别是浊度差距较大。
5．施工质量控制方面
国外在施工质量控制方面有严谨的措施，入井液的过滤检测、洗井返出液的检测等要求非常严，所有下井工具都要求在下井时打开包装，避免了工具人为破坏和污染，施工设备管理、技术人员分工和职责非常严密，国内在这方面还要进一步提高。
二、国外施工设计及施工过程
l、防砂施工设计
完井方案：采用套管内绕丝筛管砾石充填防砂完井。
充填方式：高速水充填。
参数设计：根据地层砂粒度中值，确定充填砂及目数；确定防砂筛管类型及筛管长度；工具和设备为专用工具和设备；施工参数在现场分步测试后确定。
防砂管柱设计：防砂管柱主体包括砾石充填封隔器总成十绕丝筛管十沉砂封隔器（桥塞）。
携砂液方案：
（1）携砂液配方研究。
针对油藏特点，通过对岩性特点、储层特性、粘土矿物等分析，并进行速敏、水敏、盐敏、酸敏、碱敏等实验，确定损害类型、损害程度，最后通过岩心伤害评价，优选出入井液配方。
（2）配液现场操作方式。
采用将化学添加剂定量加人配液罐中，用清水配置后通过专用过滤装置进行精度为2μm的精细过滤，泵人储液罐备用。
2．主要工艺程序
（l）配置和过滤施工液；
（2）连接地面高低压管线；
（3）探砂面；
（4）洗井：①用常温工作液50 m3洗井；②用加热到80℃的工作液50
m3热洗；③用常温施工液洗井至出口液浊度值≤30时停泵。
（5）起管与刮削，上提井内油管，刮削器经过射孔井段及封隔器坐封位置时上下刮削3次后起出。
（6）电缆下入捕捞器通井、捕捞。
（7）下AWS沉砂封隔器（空心桥塞），采用电缆下入并校深（正常下入深度为油层底界以下3m），坐封。
（8）连接防砂管柱并下井，工具下井顺序及参数为：引鞋；筛管；盲管；充填封隔器。
（9）工具下到预定位置，控制下放速度，慢慢试插入空心桥塞内，计量下入长度，配油管短节，保证自井以下6m内无油管接箍（便于井口活
动管柱）。
（10）投入坐封球，连接高压管线，装好井口，等球落坐
（1l）用水扫线。
（12）调试正循环安全阀。
（13）反循环洗井（环空）试压。
（14）坐封VTA充填封隔器。
（l5）上提管柱超过正常负荷8 t，验证封隔器坐封。
（16）加压5 t在封隔器上，阶梯增加正打压，每个压力稳定1-3min，放压至零。
（17）服务工具脱手：油管内打压（工具组装时销钉值不同，需要打压值不同），同时上提超过原负荷15t，使服务工具脱手，然后放压至零，测上提下放负荷，标记中和点。
（18）自中和点上提服务工具3
m，使充填孔提出封隔器，标记此位置，此位置为反循环位置，此位置可对封隔器验封（剪切球座后）。
（l9）剪切球座：正打压，压力突然降为零，剪切成功。
（20）循环洗井：上提管柱3 m，循环通道打开，正替清洗液350
kg，用工作液顶替至充填封隔器位置，后反循环洗井两周，洗出清洗液。
（21）下放管柱，在封隔器上加压3 t，此位置为循环位置，在循环位置关环空即为挤注位置。
（22）分步测试：确定地层延伸压力及注入排量。
（23）泵注携砂液，加砂，顶替工作液。
（24）上提管柱3m，反循环通道打开，进行反循环洗井，至出口液无砂后停泵。
（25）下放管柱3 m，以小排量正循环工作液，验正充填质量，若不合格则在循环位置进行二次充填。
三、关键技术分析
1．破裂压力测试
破裂压力测试是泵注参数选择的基础，是施工的一个关键环节。因为虽然大多数施工井位于同一油田，且大部分是同一层，但破裂压力和吸液能力仍有很大的差异，因此，每口井都进行测试很有必要。
2．循环测试和充填质量分析
循环测试和充填质量验证分析是相辅相成的，根据循环测试数据与充填验证数据比较，分析充填质量是否需要进行二次充填。在验证过程中，压力可能逐步上升，最后稳定下来，这时对筛套环空中的砾石已压实稳定。充填质量验证主要考察其盲管砂高和充填系数，盲管有一定砂高证明砾石已埋住筛管，充填系数一般要求大于0.5以上即为
充填合格。
3．施工参数控制
施工参数选择与控制是施工效果的保证，所有泵注参数都是通过测试后结果结合油井井况而确定的，主要参数是环空压力和泵注排量，并通过回流排量来控制。
四、技术研究与改进
1．防砂工艺的改进
借鉴国外的先进技术，对高速水充填技术进行研究与改进，使之更适应国内油田的需要。
1.1工具研究
借鉴国外充填工具和空心桥塞的先进技术，研究出了适合国内油田的砾石充填工具和空心桥塞。在工具方面目前的阶段性成果有DGFS系列封隔高压充填循环工具和DGKQ系列空心桥塞。
DGFS系列充填工具特点：该工具具有悬挂、封隔、充填、丢手、关闭等基本功能，可以实现挤压充填、循环充填、挤压后再循环充填等3种充填方式。
DGKQ系列空心桥塞工具特点：该工具具有悬挂、封隔、丢手等基本功能，可以延长沉砂口袋，配合各种管柱，可以实现单防单采、分防合采、选防合采等功能。
1.2工艺研究
（1）完井方案：采用套管内绕丝筛管或割缝筛管砾石充填防砂完井，在国外技术基础上有所发展，以便更适应国内油田实际（后期防砂及方便处理等）。
（2）充填方式。
①正循环充填：对于底水油藏，不适宜大砂量、大排量填砂，采用正循环充填防砂工艺进行，既能使近井地带、炮眼、环空充填完整，又不压开底水；
②挤压循环充填：对于地层疏松，适宜大排量、大砂量施工，采用挤压循环充填防砂工艺进行，既能对地层深部进行处理，又能使近井带、炮眼、环空充填密实，从而形成高质量的充填带，提高防砂效果。
1.3工作液
针对油藏特点，通过对岩性特点、储层特性、粘土矿物等分析，并进行速敏、水敏、盐敏、酸敏、碱敏等实验，确定损害类型、损害程度，最后通过岩心伤害评价，选择适合地层特点的洗井液和携砂液，起到保护油层，减少对油层损害的作用。
1.4充填砾石
用激光粒度分析仪对防砂各油组的地层砂进行粒度分析，采用与地层砂相匹配的石英砂作为充填砂，对成品石英砂重新过筛，将不合格粒径石英砂
去除。
1.5防砂筛管
采用筛缝为0.2mm的绕丝筛管或0.25－0.35mm割缝筛管，筛管长度比射孔长度长4－6m左右。
1.6防砂工具
DGFS系列封隔高压充填循环工具和DGKQ系列空心桥塞等。
l.7防砂管柱设计
防砂管柱主体包括：DGFS封隔高压充填循环工具十盲管十防砂筛管（信号筛管十盲管十绕丝筛管或割缝筛管）十沉砂封隔器（空心桥塞）。
1.8主要工艺程序
（1）压井取出井内管柱；
（2）下带笔尖的管柱冲砂；
（3）通井、刮削套管；
（4）下空心桥塞：将工具下到预定位置后．用清水正洗井
l－2周，从油管内投入钢球，待20min后用水泥车小排量坐封；
（5）丢手：坐封完成后，慢慢上提管柱，丢手装置自动丢手；
（6）验封：丢手后下放管柱，加压0.5-2t，确认坐封后慢慢起出管柱；
（7）下防砂管柱：在防砂管柱到达空心桥塞时，慢慢下放，加压0.5-2t，确认位置正确后，上提管柱0.5-1.0m，坐好油管悬挂器；
（8）配液（包括粘土稳定剂、携砂液）；
（9）接好正反洗管线，管线试压；
（10）开套管阀门，用清水正洗井1－2周，记录此时管柱重量，从油管内投入钢球 1个，待20
min后用水泥车小排量加压坐封；
（1l）开启充填通道：继续加压至压力突降为0，此时中心管关闭，充填通道开启；
（12）正挤粘土稳定剂、前置液；
（13）填砂施工；
（14）填砂施工完成后反洗井：从套管内泵人携砂液，洗出油管内多余的砾石，洗净为止；
（15）丢手：上提管柱至原负荷，正转油管丢手，确认倒开后上提管柱，此时充填通道自动关闭，中心管自动打开；
（16）下生产管往投产。
2．改进后防砂工艺主要特点
通过对国外防砂工艺的研究与改进，拓宽了工艺适应范围，并更能满足国内油田的需要，它主要具有以下特点：
（1）研究开发的DGFS系列充填工具和DGKQ系列空心桥塞对于我油田大部分井套管的现状，具有十分现实的意义，且该工具尺寸小，便于运输，下井不需吊车等配合，使用更灵活方便。
（2）防砂管柱结构丰富了，拓宽了工艺适应范围。国外公司采用绕丝筛管作为防砂管柱主体，适应于有效期长的先期防砂，而对于大量亏空地层结构已发生严重破坏的后期防砂，防砂有效期很难保证，绕丝筛管的处理是一大难题，因此开发了内外通径的无接箍割缝管防砂管柱总成，可以满足这些疑难井的防砂要求，又方便处理。
（3）采取以下措施保证近井地带、炮眼、环空充填实，确保防砂效果。
在防砂筛管上加上信号筛管，一般高出防砂筛管顶部10
m，充填后使环空砂柱高于防砂筛管顶部，也利于沉砂，并可延缓泵压上升速度，对筛套环空起压实作用，同时还可方便判断充填情况。
充填过程中如果压力不升，在加砂快结束时，打开套管闸门，进行循环充填至压力升高5
MPa，使环空填满填实。如果充填过程中压力上升（比正常施工压力高5 Mpa）刚停止加砂。
五、推广实施清况
1．完成的工作量
到目前为止，该推广技术在国内某油田已完成防砂设计24井次，完成防砂施工24井次，其中由国外公司完成8井次，由国内油田自行推广完成16井次，超额完成全年12口井的计划工作量。
2．达到的技术经济指标
该技术现已完成24口井施工，除2口井生产不正常外，其余22口井均正常生产，目前继续有效，防砂有效率92％。统计至2001年11月底，已累计增油25194t，原油按1200元/t计，价值3023．3万元，总投入1210万元，投入产出比已经达到1：2.5，达到了较高的技术经济指标，使出砂油田的开发取得了突破，为完成全年生产任务作出了突出贡献。
3．清砂效果及分析
3．l国外公司实施效果
国外公司采用该工艺实施新井防砂8口井，其中2口井是2000年12月投产的两口新井，防砂后生产至今，其余6口油井是2001年6月实施的，除
1口井生产不正常外其余5口井均生产正常，防砂有效率88％，统计2001年11月底，累积产油
9311t，原油按1200元/t计，销售收入1117万元，防砂总投入880×104元，投入产出比已达1：1.33，取得了较突出的经济效益。
3．2国内某油田研究改进后实施效果
该油田在学习国外高速水充填防砂工艺的基础上，进行
了技术研究与改进，并在油田共进行了16口井的防砂施工，除1口井生产不正常原因还待进一步分析外，其余15口井均正常生产，防砂有效率94％，统计至2001年11月底，已累计累积产油15883
t，原油按1200元/t计，销售收入1906万元，防砂总投入 330×104元，投入产出已达比
1：5.78，并继续有效，取得了十分突出的经济效益。
六、 结论及建设
（l）国外高速水充填防砂工艺技术从去投入现场试验2口井，到推广应用6口井，共计8口井，除1口井间开外其余井均正常生产，防砂效果突出，尤其是很好地解决了油田的底水防砂的难题。从试验和推广来看，该项技术具有防砂成功率高，防砂有效期长、工艺先进、施工安全等特点，是目前世界上比较先进的防砂技术。
（2）通过该油田相关技术单位的学习、攻关，立足于目前技术装备情况下进行研究与改进，该防砂工艺更加适合该油田特点，并得到了进一步推广应用，取得了十分突出的防砂效果，且投入更少，投入产出比更高。16口井的现场应用情况表明，该油田通过对国外防砂技术引进、消化和吸收，并进行研究与改进后，取得了十分突出的成效，使出砂油田的开发取得了突破，为完成全年生产任务作出了突出贡献。
（3）为了提高施工质量和工艺效果，建议对目前油田防砂施工采用的主要设备研制配套的实时监测系统和相关防砂软件，做到施工定量化、软件化，自动化程度进一步提高，使施工更科学，对施工参数更容易掌握和分析，从而提高防砂工艺水平和防砂效果。
（4）进一步完善和配套防砂工艺和工具。随着油田的进一步开发，新情况、新问题将不断出现，防砂难度也将越来越大，针对这一形势，必须不断研究和完善防砂工艺，研制与配套新型多功能防砂工具，以不断满足各种并况的防砂需要。
（摘自《钻采工艺》2004年第1期，作者：敖西川）
(编辑：程金凤)
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