浅谈水平井冲砂技术
【摘要】近年来，随着水平井钻井技术的发展，油田开发建设中水平井的数量急剧上升，随之而来的是水平井的后期维护作业次数也大幅增加。但受水平井客观条件的限制，水平井的作业维护较普通直、斜井有很多技术难题，而地层出砂频繁是影响水平井生产、维护最为头疼的难题之一。本文分析了水平井冲砂的技术难题，并结合冀东油田水平井冲砂的实际案例，提出了一些水平井冲砂中的注意的事项和防止砂卡的措施。
【关键词】水平井冲砂砂卡
1 水平井的发展及应用
目前世界上已开发的油气田，其采收率高的已超过70%，低的则不足10%。我国东部各大油田的平均采收率约在30%左右，也就是说尚有2/3的原油滞留在地下没有被开采出来。原有的直井开采技术已经难以满足三次采油的需要，很难再有较大程度地提高原油采收率。而水平井在提高老油区原油的采收率的三次采油中发挥着巨大的作用。
目前常见的水平井完井方式有裸眼完井、割缝衬管完井、管外封隔器的割缝衬管完井、射孔完井和砾石充填完井五类。冀东油田水平井主要完井的方式是套管固井射孔完井。套管射孔完井方式能够有效分隔层段、避免层段之间窜通，可以进行包括压裂在内的任何选择性增产措施，可以根据钻井轨迹和油层情况优化生产井段。其缺点是完井成本相对较高，储层易受水泥浆污染，射孔操作技术较
水平井冲砂洗井技术研究 摘要：论文针对水平井冲砂洗井过程中，由于水平井结构特殊造成的水平段砂粒易沉降、井壁粘结杂质不易冲洗干净等问题，介绍了几种水平井冲砂洗井的工艺技术。通过对比说明了不同洗井工艺的优缺点，需根据不同的油井出砂状况来选择正确的冲砂工艺，以实现高效的水平井冲砂作业。 关键词：开采后期、防砂工艺、技术探讨 1引言 水平井已经成为国内外一项重要的采油工艺技术，随着水平井数量的增多，也伴随着产生了一系列关于水平井的技术问题，水平井的冲砂解堵工艺就是其中一项。由于水平井井身结构的特殊性，与直井冲砂相比，水平井冲砂工艺存在以下问题：由于需冲洗的井段很长，尤其是洗井液在水平井段及斜井段的携砂能力低，因此砂粒容易沉降，不易被冲起和清除干净，而且在停泵时很容易在大斜度井段形成砂桥，造成冲砂过程中的砂卡事故。因此，发展与水平井相配套的冲砂解堵工艺技术具有重要的工程价值。 2 水平井冲砂洗井技术 2.1 油管液体冲砂 我国各油田普遍采用水力冲砂的方式将油井中的积砂冲到地面，目前应用最多的就是传统油管液体冲砂。它是利用高速液体将井底砂子冲散，然后利用循环上返的液体将冲散的砂子带到地面。 油管液体冲砂有三种方式：（1）正冲：冲砂液沿冲砂管流入，冲散的砂子和冲砂液沿冲砂管和套管之间的环空返回地面；此工艺可以在井底产生较高的冲击力，冲散井底砂层。（2）反冲：与正冲恰好相反，冲砂液沿油井环空注入，冲散的砂子和冲砂液沿冲砂管柱返回地面，此工艺可利用管柱内空间较小的特点，提高冲砂液上返速率，从而增加冲砂液的携砂率。（3）正反冲：同时采用正冲和反冲，利用两者各自的优点。 常规油管液体冲砂技术弊端在于：冲完一根管柱停泵接单根时，冲砂液停止循环，砂粒上返过程中易在井斜大的部位重新堆积，造成砂卡堵的现象。因此，目前国内外大部分油田开始选用连续油管作为水平井冲砂管柱，避免了作业中接单根的工序，同时保证了冲砂液的连续循环，实现高效安全的冲砂洗井。 2.2 连续冲砂洗井工艺技术 虽然连续油管可有效解决洗井过程中停泵导致的冲砂液暂停循环问题，但我国使用的连续油管及相关设备依赖进口，费用较高，随着我国水平井数量的不断
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。
水平井冲砂洗井技术研究 水平井冲砂洗井技术研究 摘要：论文针对水平井冲砂洗井过程中，由于水平井结构特殊造成的水平段砂粒易沉降、井壁粘结杂质不易冲洗干净等问题，介绍了几种水平井冲砂洗井的工艺技术。通过对比说明了不同洗井工艺的优缺点，需根据不同的油井出砂状况来选择正确的冲砂工艺，以实现高效的水平井冲砂作业。 关键词：开采后期、防砂工艺、技术探讨 1引言 水平井已经成为国内外一项重要的采油工艺技术，随着水平井数量的增多，也伴随着产生了一系列关于水平井的技术问题，水平井的冲砂解堵工艺就是其中一项。由于水平井井身结构的特殊性，与直井冲砂相比，水平井冲砂工艺存在以下问题：由于需冲洗的井段很长，尤其是洗井液在水平井段及斜井段的携砂能力低，因此砂粒容易沉降，不易被冲起和清除干净，而且在停泵时很容易在大斜度井段形成砂桥，造成冲砂过程中的砂卡事故。因此，发展与水平井相配套的冲砂解堵工艺技术具有重要的工程价值。 2 水平井冲砂洗井技术 2.1 油管液体冲砂 我国各油田普遍采用水力冲砂的方式将油井中的积砂冲到地面，目前应用最多的就是传统油管液体冲砂。它是利用高速液体将井底砂子冲散，然后利用循环上返的液体将冲散的砂子带到地面。 油管液体冲砂有三种方式：（1）正冲：冲砂液沿冲砂管流入，冲散的砂子和冲砂液沿冲砂管和套管之间的环空返回地面；此工艺可以在井底产生较高的冲击力，冲散井底砂层。（2）反冲：与正冲恰好相反，冲砂液沿油井环空注入，冲散的砂子和冲砂液沿冲砂管柱返回地面，此工艺可利用管柱内空间较小的特点，提高冲砂液上返速率，从而增加冲砂液的携砂率。（3）正反冲：同时采用正冲和反冲，利用两者各自的优点。
第一节概述 石油工业中，油井生产出砂(sand production)是个普遍性问题，而且油井生产出砂问题的研究十分困难，原因是： ①无法直接观测出砂过程。油田开发在地层深处进行，在地面无法直接观测； ②岩石力学性质(rock mechanical properties)复杂。地层岩石的力学性质可能在较大范围内变化，地层深部取心不但花费昂贵，而且也有一定的偶然性、局限性，如地层深部的含水率、温度和压力条件在地面上难以保持，而这些因素对地层岩石的力学性质有很大影响； ③储层条件复杂。随着生产的进行和各种增产措施的实施，使储层变得十分复杂，这也给研究出砂机理带来困难。 ④油井出砂影响因素多。油井出砂受许多复杂因素的影响，如；地质条件、岩石力学性质、生产参数等； 在一口井最终完成之前以及在其生产过程中，准确地预测其是否出砂是至关重要的，因为无论采取何种防砂(sand control)措施费用都会很高，所以不必要的采取防砂措施，不仅使生产费用增加，而且污染油气层，降低生产效率。 但是对那些因出砂而被放弃或不能继续开发的井，采取防砂措施又是使油井成为有开采价值的唯一方法。 第二节油井出砂的过程及危害 一、油井出砂的基本过程 地层砂可分为两种：充填（松散）砂和骨架砂(framework sand)。 当流体的流速达到一定值时，首先使得充填于油层孔道中的未胶结的砂粒发生移动，油井开始出砂，这类充填砂的流出是不可避免的，而且起到疏通地层孔隙通道的作用；反之，如果这些充填砂留在地层中，有可能堵塞地层孔隙，造成渗透率下降，产量降低。因此充填砂不是防治的对象。 当流速和生产压差达到某一数值时，岩石所受的应力达到或超过它的强度，造成岩石结构损坏，使骨架砂变成松散砂，被流体带走，引起油井大量出砂。防砂的主要对象就是骨架砂，上述情况是在生产过程中应尽量避免的。 根据以上情况可以把油井出砂过程分为两个阶段： 第一阶段是由骨架砂变成自由砂，这是导致出砂的必要条件； 对于出砂的该阶段来说，应力因素：如井眼压力(borehole pressure)、原地应力状态(in site stresses state)及岩石强度(rock strength)等是影响出砂的主要因素。 第二阶段是自由砂的运移。 要运移由于剪切破坏而形成的松散砂，液力因素是主要影响因素：如流速、渗透率(permeability)、粘度以及两相或三相流动的相对渗透率等的作用等。 生产过程中，只要满足以上两方面条件，油井就会出砂。 因此，对于具有一定胶结强度(cementation strength)的地层而言，要实现有效的防砂(sand control)，首先要防止地层发生破坏，即不让出砂的必要条件得到满足，这主要通过控制应力因素：如保持储层压力、减小生产压差(draw-down)等来实现。 但是，随着生产的进行，储层压力衰减，岩石强度降低都是必然要发生的，那么，岩石不可避免要发生破坏。这样，过程就由出砂的第一阶段过渡到第二阶段，这时主要通过控制流速来阻止自由砂的运移达到防砂(sand control)的目的，即控制产量（流速）。 同样，对于弱胶结和未胶结储层而言，出砂第一阶段的条件很容易满足，这样防砂(sand control)的关键在于不让出砂第二阶段所需要的条件得到满足，即可通过控制流速和生产压差来达到防砂的目的。 二、出砂的危害
水平井钻井专用工具 水平井钻井技术是指在一定钻井工艺的控制下使井眼由垂直状态变为水平状态或近似水平状态，这种钻井原理同定向钻井极为类似，也可以说，水平井钻井即是一种难度较大的特殊定向钻井。水平井要求在产层或某一指定的地层钻成有一定长度延伸的水平段，这就决定了其工艺上固有的特殊性。而工具的选择与使用必须能够保证钻头（或钻柱）按照设计的井眼轨迹准确运行。 水平井、特别是中半径水平井井身轨迹的特殊性，需要造斜工具必须具有较高的造斜能力，这是钻成水平井的基本保障；其次，在满足高造斜率要求的基础上还必须使工具有较好的稳定性。要想使井眼有一定的偏斜并不困难，以往的定向钻井工艺早已解决了这方面的问题，但当井斜角大到一定程度后，继续增斜、至使井斜角接近或超过90°，这就存在着很大的难度，这是常规的定向钻井工具所不能完成的。另外，水平井段的钻进也是我们前未遇的新问题，钻柱在这种特殊状态下的延伸必须有特殊的工具辅以维持。 为了满足水平井钻井施工的需要，设计制造出钻各种大、中曲率半径水平井的井下专用工具，通过现场试验使用进一步改进完善，总结出适合水平井钻井的工具模式。一般说来，水平井钻井的生产工序环节，大致上分为造斜，增斜、稳斜或稳平，有时根据地质要求需另附加水平取芯段。水平井井身轨迹的控制要求严格，各阶段使用的工具不尽相同，各种工具的研究技术难点也各不相同。 水平井钻井工具主要包括水平井钻井常用井下工具和地面工具两部分，该章主要介绍的井下工具是稳定器、无磁钻铤、螺旋钻铤、加重钻杆、定向接头、弯接头、定向弯接头、定向造斜专用PDC钻头、井底动力钻具(螺杆动力钻具、涡轮钻具)?和水平井取心工具等。地面工具主要包括转盘量角器、钻杆量角器、钻铤量角器、方钻杆标定尺、钻杆划线规、定向键调节扳手。 稳定器 一、概述 稳定器用途最为广泛，不论是增斜降斜段，还是稳斜稳平段，都是不可缺少的工具之一。根据不同生产段的需要和水平井自身的特点，有着不同稳定器的形状及几何尺寸。综合考虑各种客观因素，确定稳定器在钻具组合中的最佳位置。 1.稳定器的种类： 按稳定器的结构可将稳定器分为以下几种类型：螺旋稳定器、直条稳定器、无磁稳定器、可换片稳定器、滚子稳定器、偏心稳定器、近钻头稳定器(双母稳定器)等。 2.各种稳定器的特点： (1)?直条稳定器有结构简单起钻较容易的特点，对井壁切削最严重，稳定器效果不如螺旋稳定器好。 (2) 螺旋稳定器稳定器效果好，但起钻困难，易泥包。 (3)?滚子稳定器扭矩最小，稳定效果好，方位不易右漂，但存在结构复杂、价格高、更换滚子困难等缺点。 (4) 无磁稳定器用于无磁钻铤之间需要使用稳定器的情况下。 (5)?近钻头稳定器(双母稳定器)直接接钻头，不需要配合接头，缩小了钻头到稳定器中点的距离。 3.稳定器的用途特点
水平井采油工艺技术的研究与应用 摘要：80 年代后期进行的水平井科研攻关, 促进了水平井开采技术的发展, 取得可喜的成果。初步形成了不同类型油气藏水平井适应性筛选方法、深层特稠油油藏水平井开采技术、砂砾岩稠油油藏水平井开采技术、浅层超稠油水平井开采技术、低渗透油藏水平井开采技术、火山岩裂缝性油藏水平井开采技术和水平井物理模拟与数值模拟技术等7 套技术, 包括油藏地质研究、完井、射孔、测井、举升、防砂增产等主要技术。同时, 在侧钻水平井中进行分段酸化,调剖堵水、冲砂技术也在现场试验成功。对水平井成功地进行了限流法压裂和暂堵法分段压裂, 取得了施工技术的成功, 也取得了油田应用的好效果。 关键词：水平井；采油；工艺
目录 1前言 (3) 2国内外水平井应用概况 (1) 2.1国外 (1) 2.2国内 (1) 3水平井采油工艺技术 (4) 3.1人工举升方式 (4) 3.2水平井采油技术 (4) 3.3水平井采油相关配套技术 (5) 3.3.1 高含水油田控水稳油工艺技术 (5) 3.3.2 低渗透油田高效开采工艺技术 (5) 3.3.3压裂技术 (6) 3.3.4酸化技术 (7) 3.3.5防砂技术 (7) 3.3.6找水与堵水 (7) 4．水平井采油工艺研究与应用 (8) 4.1水平井流入动态及合理生产压差确定 (8) 4.2水平井生产参数的优化 (8) 4.2.1水平井举升方式优选 (8) 4.2.2举升工艺参数的确定 (8) 4.3水平井储层解堵与改造探索研究 (10) 4.3.1措施优选 (10) 4.3.2酸洗方案选择 (10) 4.4水平井采油工艺的应用 (11) 结论 (12) 参考文献 (13) 致谢 (14)
浅谈水平井冲砂 随着油田的不断开发，水平井的大量出现，也相应产生了需要进行修井作业的水平井。冀东油田由于其地理环境影响，水平井占了较大的地位，类型有：常规水平井、侧钻水平井、大斜度水平井、分支井、鱼骨型分支水平井。 大修一队在水平井冲砂方面，取得了不少的实践经验，也给我们对各种水平井冲砂理论进行了验证和充实。 不管是任何水平井，都是由造斜工具不断造斜产生的，可以看作是多个不同井斜角变化的多边形组成的，这是它们的特点。受重力影响，这类井的井筒出现问题后比直井要更加严重，更加复杂，需要在多环节上技术把关，才能恢复该类油井的正常生产。 这类井井筒出现的问题有如下特点： （1）受重力作用，油层砂粒更易沉积于井筒，形成长井段的“砂床”，严重时形成砂堵井眼。 （2）井内施工管柱紧贴油层套管底边，管柱受“钟摆力”和摩擦面积大的双重作用，更易形成卡钻。 （3）摩擦效应随着井眼曲率及井斜的不断增大而增加，钻压有很大一部分与井壁的摩擦力抵消了，不易确定作用在井下工具上某一时刻真正的钻压值。 （4）无论修井液携砂能力多么强，总有部分砂粒在上返途中留在井壁底边，致使摩擦面积的增大，导致井况复杂。 （5）当管柱与油层套管的筛管井段或射孔井段静止接触时，还有可能发生粘附卡钻。 一、砂柱或砂床的形成及特点 （1）沉积物主要是地层砂、修井液中的固相颗粒以及施工作业后遗留的固相沉积（如钻水泥塞后的灰屑、油管内外的铁锈等）。（2）地层砂随着地层流体流入井筒并重新沉降形成砂床。 （3）筛管完井的井沉积物主要是地层砂及修井液、暂堵剂等残留物。 二、冲砂的特点 （1）沉积时间长的砂柱或砂床，需要较大的排量及钻压才能够冲动砂子。如果沉积时间过长，还需要用钻头或者刮刀搅散沉砂。 实例：XXXX井，水平段长410m，最大井斜91.01度，井段为1844.6-1852m，13.4m/3层，用活性水15方反循环冲砂，泵压3MPa，排量400L/min，井段1823.90-1840.39m，进尺16.49m，冲下φ73mm加厚油管2根，返砂0.19方，加压5吨无效，分析砂粒粘结比较结实，决定下钻钻松该井段砂子后再进行冲砂，下φ116mm三牙轮钻头+φ100mm螺杆钻，遇阻深度1840.39m，用活性水150方正循环钻铣，泵压3MPa，排量400L/min，钻压12MPa，井段1840.39-1998.5m，进尺158.11m，钻下φ73mm加厚油管17根，返砂1.9方。，符合设计要求保证了正常施工。 （2）同一口井不同井段的冲砂作业参数不同。
水平井连续油管冲砂工艺及冲砂液性能研究 【摘要】水平井连续油管冲砂工艺及冲砂液性能一直是水平井连续油管冲砂技术研究的热点和重点之一，通过对连续油管冲砂工艺及冲砂液体系研究，采用正冲砂工艺和胍胶浓度为4‰的冲砂液，并结合前人冲砂油管管径和冲砂工具研究成果，利用小直径连续油管在大直径作业管径中成功实现水平井冲砂作业，取得了很好的现场应用效果。 【关键词】水平井连续油管冲砂工艺冲砂液 1 前言 近年来，水平井大面积投入生产，带来了生产效益大幅度增长。但由于水平井水平井段的特殊性，在压裂过程中容易发生砂堵情况，导致无法顺利完成中、深井水平井冲砂需要，严重制约生产。因此水平井冲砂技术一直是业内研究的热点和重点，尤其是对冲砂工艺及冲砂液体系的研究更为紧迫[1-3]。 2 冲砂工艺研究 利用连续油管解除管柱内砂堵的冲砂方式理论上有两种，即正冲砂和反冲砂两种方式。 反冲砂：从连续油管和作业管柱构成的环形空间注入冲砂液，冲砂液由连续油管内返出。反冲砂缺点：一是由于冲砂液产生的高压液流无法直接作用在砂面上，很难将砂子冲起；二是冲砂液即使将砂子冲起，在砂子上返至连续油管滚筒时，很容易滑落到滚筒内未入井的连续油管的底部，从而堵塞连续油管，造成事故。正冲砂：从连续油管内注入冲砂液，冲砂液由连续油管和作业管柱构成的环形空间返出。正冲砂优点：连续油管可直接接触到砂面，冲砂液产生的高压液流可直接作用在砂面上，将砂子冲起，被冲起的砂子随着上返的冲砂液体从连续油管和作业管柱形成的环空返出地面。正冲砂缺点：冲砂液上返截面积较大，冲砂液需要很大的排量和粘度才能将砂子携带出地面。通过两种冲砂方式的优缺点对比，连续油管冲砂选择正冲砂方式。 3 冲砂液排量 冲砂时，为了使冲砂液能够将砂子携带出地面，冲砂液在井内的上返速度必须大于最大直径砂粒的自由沉降速度[4]。 Vs=VL-Vd （1） 式1中 Vs——冲砂时砂粒上返速度，m/s；
水平井冲砂管柱及方法的改进 【摘要】随着油田开发的需要水平井越来越多，在水平井修井作业中冲砂施工也逐步增多，现在采油五厂还几乎没有一种较成功的施工工艺，能有效的提高水平井的冲砂施工效率。为了解决以上问题，改进了水平井冲砂管柱结构，研制加工了新型涡流工具和油套液流变向组合工具，冲砂中运用这两种工具相配合，选用合理的冲砂参数、方法，有效提高工作液的冲洗与携带能力，冲砂效率得到提高。 【关键词】水平井管柱改造冲砂工艺 1 水平井沉砂、冲砂的特点 1.1 水平井沉砂、冲砂的特点 （1）水平井中沉积物是钻硝、油砂、修井液、完井液及其他增产措施施工后残留的固相沉积。（2）地层砂随原油运动到井筒，沉砂附着在水平井段套管空间的下部形成沉砂床，在重力、压差作用下沉积，沉砂床发生固化。（3）冲砂过程中沉砂床很难被破坏，冲砂液容易在套管上部空间形成“短路”，井壁上的砂很难被完全冲起。（4）同一口井中，不同的井段作业参数不同。（5）冲起的砂粒在大斜度井段、水平井段在重力作用下容易再次沉积，造成事故。由于以上现象造成水平井冲砂效率低，施工难度大。 1.2 现在现场采用的主要方法 （1）采用联泵大排量冲砂：此种方法一般用于正冲砂，即加大循环液的流动速度，增加修井液对井底沉砂的冲击，破坏沉砂床使砂子悬浮在工作液中随较高的循环速度的工作液返出井口。但是由于油套环形空间流通面积较大，如果水平井段较长，在重力作用下，贴着套管下部还会形成沉砂床，影响冲砂效果，使用双泵造成了浪费。（2）采用反循环冲砂：反循环冲砂有效的提高了循环液的携带能力，但是对井底的冲击力小，不能将吸附在井壁上的砂子完全冲起，严重影响冲砂效果，在一定条件下如果盲目加大施工排量，还会造成工作液的大量漏失，造成对地层的污染。 2 水平井冲砂管柱的改进 2.1 涡流冲砂工具的研制 根据水平井沉砂的特点，砂子主要沉积在水平段套管下部，紧贴在套管内壁上，施工时首先增加工作液对套管内壁的冲洗，这样才能将水平井段的砂子完全冲起，然后增加修井液的上返携带能力，实现有效冲砂施工。为了实现此目的，我研制出了涡流冲砂器。冲砂器的工作原理：水流通过循环通道进入工具内，部分工作液经过工具中心管进入套管，实现对套管中心部位的冲洗，冲洗出一定的
收稿日期:2004-03-11;改回日期:2005-04-19 作者简介:汪周华(1979-),男,西南石油学院国家重点实验室在读博士研究生,攻读方向为气田开发。 文章编号:1006-6535(2005)04-0005-06 油气藏出砂研究现状及其发展趋势 汪周华1,郭 平1,孙 雷1,孙凌云2,马力宁2 (1 西南石油学院,四川 成都 610500;2 中油青海油田分公司,甘肃 敦煌 736200) 摘要:综述了目前国内外在油气藏出砂地质特征、出砂机理以及防砂方面取得的成果,重点是 对气藏出砂的研究;指出了目前在油气藏出砂方面所存在的问题;并提出了今后油气藏出砂研 究的方向,对现场生产和相关研究人员有实际借鉴意义。关键词:油气藏;地质特征;出砂;防砂 中图分类号:TE358 文献标识码:A 1 油气藏出砂地质特征 目前全世界许多油气田存在严重的油气井出 砂问题,这是油气开采过程中需重点解决的问题。 油气田产层出砂除与后天的钻井方式、开采方式、 增产措施及管理方式有关外,另一个主要原因是存 在具有一定出砂潜能的地层。 我国出砂油气田的地质特征主要有:油气层埋 藏浅,压实程度差,胶结疏松;胶结物含量高、泥质成 分所占比重大;非均质性严重;对于气藏而言还存在 一定程度的水窜。 柴达木盆地东部气田[1,2]为第四系气田,气藏埋藏较浅,井深一般在1200m 以内。成岩性差,胶结疏松,胶结物以泥岩为主。储层一般以泥质粉砂岩和细粉砂岩为主。粒径在0 04~0 07m m 之间,最大粒径为0 12mm,小于0 01mm 占14%。气藏投产以后一直受到出砂问题的困扰。雅克拉凝析气田位于新疆塔里木盆地北部,是一高压气田[3]。该气田气井井深5300m 左右,地层原始压力平均为58MPa,储层岩性为砂岩,胶结类型为孔隙式胶结,岩石粒度分布广,包括细、中、粗3种级别,粒径为0 125~0 7mm 。储层物性较好,但非均质性严重,如M1井进行系统测试时有出砂现象,试采过程中,M1井、M2井气流带出的固体颗粒刺坏油嘴,且油管内壁有冲蚀道纹。土库曼斯坦最大的油田库图尔哲别油田[4]油藏埋深为1400~2600m,岩性为砂岩、粉砂岩,渗透率为40 10-3~400 10-3 m 2,地面原油粘度为1 0~1 8mPa s,密度为0 86~0 87g/c m 3,含蜡为8%~12%,泥质胶结。由于地层胶结疏松导致主力油层许多油井停产。2 油气藏出砂危害2 1 产层出砂增加渗流阻力,造成减产、停产由于产层出砂,当气量小到不足以将其带出地面时,将部分或全部堵塞产气层段,使产气量减小,甚至停产。如四川纳溪气田10号井,裸眼完井,产层砂堵46 34m,有效井段84 67m(含夹层),气井 出砂后产气量由5658m 3/d 降到1116m 3/d,日产 水量由20 8m 3降到5 4m 3,生产异常,濒临停产。 2 2 井底沉砂破坏机抽设备 对机抽排水采气井,井底压力较低抽汲速度慢, 大量泥砂便会沉积井底堵塞井筒,卡死固定凡尔和 游动凡尔;有砂的地层水会增大柱塞与泵筒间的摩 擦力,损坏柱塞皮碗,降低泵效,缩短检泵周期,增加 生产成本。四川宋家场气田8号井阳三产层,岩性 为碳酸岩盐,裸眼完井,从1990年10月上机抽,至 1992年12月共2a 多时间,前后因砂卡凡尔、堵塞泵 筒共进行4次检泵,作业时间累计104d,但检泵后 正常生产时间仅45 15d,效果很不理想。 2 3 随气体采出砂粒将加快地面设备损坏 随气体采出地面的砂粒和高速流动的气体一第12卷第4期2005年8月 特种油气藏Special Oil and Gas Reservoirs Vol 12No 4Aug 2005
油层出砂机理研究调研 油层出砂是油田开发过程中经常遇到的问题,不仅给采油工艺带来许多麻烦,而且影响储层采油速度及油气采收率,严重时甚至造成井壁坍塌、套管损坏,乃至油井报废.目前,国内外在防砂工艺方面均有长足发展,但在出砂机理方面研究成果相对较少.徐守余、王宁在研究大量文献基础上,对油层出砂机理进行了深入分析和总结,以期为更好地防砂、控砂及提高油井经济效益等提供保障. 油层出砂影响因素,从大方面可分为地质因素和工程因素2大类.地质因素主要包括沉积相、构造应力、砂岩颗粒大小及形状、岩矿组成、储层敏感性、润湿性、压实情况、胶结物类型及胶结程度、油层压力、流体性质及分布等.在开发过程中,生产条件的改变会对地质因素产生不同程度的影响,从而改善或恶化出砂程度;工程因素包括开采因素和完井因素,这些因素在多数情况下受工程活动控制,包括生产压差、液体流动速度,多相流动及相对渗透率、毛细管作用力、含水变化、完井类型、井深结构、生产工艺等.这些因素相互作用、相互影响,只有深入研究油层出砂机理,找出这些因素与出砂之间的内在联系,才能达到防砂、控砂及出砂,提高油田开发效益. 1 地质因素与出砂机理 1.1 构造应力的影响 在砂岩地层中钻井后,会在井壁附近形成一个塑性变形地带,由岩石力学理论可知,塑性带的稳定条件是: σ1?p0 =2S0tanβ 式中:σ1——最大主应力,MPa； P0——地层孔隙压,MPa； S0——岩石固有剪切强度,MPa； β——破坏角. 左端是岩石颗粒承受的有效径向应力.通常,若径向应力σ1>2 MPa,则会破坏其稳定条件,使塑性半径向外扩张,即骨架结构失去平衡,开始出砂。断裂带及地层破碎带部位,受构造应力的影响较大,导致地层内部岩石骨架遭受破坏,降低S0,是最易出砂的部位或出砂最严重的地区,而远离断裂带及地层相对完整区域出砂程度相对缓和.因此,在油藏开采早期,应尽量避免油井靠近这些地区,或尽早采取防砂措施,以防止严重出砂情况的发生.
水平井防砂工艺技术 目录 概论................................................................... 1...第一章疏松砂岩油藏水平井采油特点 ..................................... 2.. 第二章水平井完井工艺................................................... 4...第三章水平井管内滤砂管防砂技术 . (12) 第四章水平井配套工艺技术 2.1.. 第五章现场应用.................................................... 31... 第六章水平井防砂技术发展趋势........................................... 34. 概论 水平井开采工艺具有大幅度提高采收率，增加采油速度，改善井底流入状态，减缓地层出砂、防止底水锥进等特点。自上世纪八十年代以来，国内外水平井开采技术有了飞速发展，并广泛应用于疏松砂岩油藏的薄油层、稠油油藏、边底水油藏及断块油藏开发，充分发挥了水平井采油工艺的特点。 胜利油区疏松砂岩油藏大部分属新生界第三系馆陶组、东营组和沙河街组，岩性多为正韵律沉积、中浅层砂岩，粒度中值》 0.06mm，油藏埋深1000?1800m，孔隙度25?38%，渗透率300G10-3?1400G10 -3卩m2，孔隙式或接触式胶结，胶结物多为
泥质，结构疏松，出砂严重。 "八五"期间，根据国家重点科技攻关的要求，结合胜利油区疏松砂岩油藏的不同 地质特点，我们开展了水平井防砂工艺技术的研究与应用，成功地研制出预充填双层绕丝筛管、金属棉及金属毡等滤砂管为主的，油层保护、定向射孔为辅的水平井防砂工艺，构成了较为完善的悬挂式和平置式两大系列水平井防砂施工工艺管柱及施工工艺，满足了胜利疏松砂岩整装、断块等油藏水平井防砂的需求。截止到20GG年12月，已累计施工117井次，防砂施工成功率100%，有效期最长2570天（7年），取得了显著的经 济效益和社会效益。 本文主要从六个方面对疏松砂岩油藏水平井完井、采油工艺特点及水平井防砂工 艺研究成果进行了介绍。第一章介绍了水平井与直井相比采油工艺所具有的优越性。第二章讲述了水平井完井工艺特点及完井方式选择。第三章、第四章重点介绍了水平井管内滤砂管防砂工艺及配套技术研究情况，在第五章中对该项技术现场应用作了简要介绍。第六章简要介绍了“水平井绕丝筛管砾石充填防砂工艺技术”目前研究水平。 随着石油工业不断发展，应用水平井技术开发油气田的优越性日益受到重视，尤 其胜利油田近几年水平井钻井、完井、采油技术发展迅速，应用范围涉及广泛，水平井防砂完井工艺技术作为 增加疏松砂岩油藏可采储量，提高采收率手段之一，已成为一种 必然趋势。 第一章疏松砂岩油藏水平井采油特点 第一节适应油藏
一、出砂概况 油井出砂是油气开采过程中由于储层胶结疏松、强度低、流体的冲刷而导致射孔孔道附近或井底地带砂岩层结构被破坏，使得砂粒随流体从油层中运移出来的现象[1].（李兆敏,林日亿,王渊,等.高含水期射孔井出砂预测模型的建立及应用[J].石油大学学报:自然科学版,2003,27,(4):58,61,65.）在我国,除了少数油田的油井是由于砂岩层胶结不好、砂粒疏松.在开采初期就有出砂现象之外,许多出砂现象都是发生在油井生产的中后期.油田的中后期出砂特点是出砂量大、时间持久且难预测何时发生、防治较为困难。国外在出砂预测方面研究应用较早.开发出了大尺寸出砂试验模拟系统、多种出砂理论模型和软件.我国近几年也正在从小尺寸的出砂预测逐步向大尺寸的出砂预测过度。 二、出砂的危害 (1)减产或停产作业：油、气井出砂最容易造成油层砂埋、油管砂堵，地面管汇和储油罐积砂。沙子在井内沉积形成砂堵，从而降低油井产量，甚至使油井停产，因此，常被迫起油管清除砂堵、清洗砂埋油层，清理地面管汇和储油罐。其工作量大，条件艰苦，既费时又耗资。即使这样，问题也还没有最终解决。恢复生产不久，又须重新作业。 (2)地面和井下设备磨蚀：由于油层出砂使得油、气井产出流体中含有地层砂，而地层砂的主要成分是二氧化硅（石英），硬度很高，是一种破坏性很强的磨蚀剂，能使抽油泵阀磨损而不密封，阀球点蚀，
柱塞和泵缸拉伤，地面阀门失灵，输油泵叶轮严重冲蚀。使得油、气井不得不停产进行设备维修或更换，造成产量下降，成本上升。 (3)套管损坏，油井报废：最严重的情况是随着地层出砂量的不断增加，套管外的地层孔穴越来越大，到一定程度往往会导致突发性地层坍塌。套管受坍塌地层砂岩团块的撞击和地层应力变化的作用受力失去平衡而产生变形或损坏，这种情况严重时会导致油井报废。 (4)安全及环境问题：意料之外的由于出砂引起的管道渗漏或设备失效还会引起严重的安全问题和溢出事故，尤其是在海上或陆上有水的地方。此外地层砂产出井筒，对环境会造成污染，尤其是海洋油、气田更为环境保护法规所制约，所以油、气井防砂不仅是油、气开采本身的需要，也是环境保护的需要。 三、国内外出砂机理的发展 80年代末N.Morita 和 D.L.Whltfill[2]( N.Morita and D.L.Whltfill. Realistic Sand Production Prediction. Numerical Approach SPE 16989)等人在文章中论述了剪切应力与张拉应力的作用所导致的地层破碎，出砂。如果井底压力下降，剪切破碎将占主导地位。如果地层内流体的流速高，张拉应力破碎将发生。当达到以下条件时纯张拉应力破碎就会发生：1.射孔孔眼间距超过总间距的1/3； 2.射孔密度小于7孔/米； 3.射孔孔眼被封堵； 4.对孔眼进行清洁时。 1991年N.Morita 和 P.A.Boyd 两人发表的文章中详尽地分析了油田现场常见的5种典型的油气田出砂问题[3]。(N.Morita and P.A.Boyd. Typical Sand Production Problem. Case Studies and
辽河油田水平井出砂防治与研究 摘要：辽河油田随着油田开发进入中后期，伴随着出现了大量的水平井，这样水平井修井作业问题就摆在了面前。由于水平井受其特殊的井身结构的影响，这类井眼出现问题后比直井要严重的多，因此研究水平井的修井工艺技术有着十分重要的现实意义。 关键词：辽河油田；出砂；防治；研究 Abstract: With the Liaohe oilfield development into the late, along with the emergence of a large number of horizontal wells, horizontal wells workover this issue was placed in front of you. Because horizontal wells subject to its special structure of the wellbore, such borehole after problems than vertical wells to be serious, so the research of horizontal wells workover technology has a very important practical significance. Keywords: sand prevention research Liaohe Oilfield 一、水平井出砂及冲砂特点： （一）油层砂粒更易进入井筒，形成长井段的“砂床”，严重时砂堵井眼。 （二）井内管柱贴近井壁低边，管柱受“钟摆力”和摩擦面积大的双重作用，更易形成卡钻。 （三）冲起的砂粒在造斜段和水平段容易再次沉积。 （四）修井液环空流速偏差很大，井眼低边的流速很低，携砂能力下降，易导致钻具被卡。 二、水平井冲、防砂施工中存在的危险因素 水平井由于井眼轨迹的特殊性，冲砂作业与常规定向井作业有很大不同，因此施工作业风险和施工难度高于普通井作业。 （一）首先应该注意的是这类油井的套管内径小，而且下部井筒为水平井段，如果施工过程中井内掉入落物，则不易进行打捞，严重时可导致油井无法施工而造成油井报废。 （二）这类油井出砂情况比较严重，地层内的油砂在地层压力和重力的双重
1、大斜度井/水平井定义 2、射孔技术难点：起爆，长井段传爆，定向，防卡，深度控制 3、起爆方式 4、传爆技术：补偿式 5、水平井射孔枪：结构，规格 6、防卡措施 7、幻灯 8、照片
9、一、水平井石油行业定义 井斜角达到或接近90°，井身沿着水平方向钻进一定长度的井。井眼在油层中水平延伸相当长一段长度。有时为了某种特殊的需要，井斜角可以超过90°，“向上翘”。 一般来说，水平井适用于薄的油气层或裂缝性油气藏，目的在于增大油气层的裸露面积。（石油技术辞典> 第四篇钻井工程> ） 常规定向井井斜角＜55° 大斜度井井斜角55～85° 水平井井斜角＞85°（有水平延伸段） 二．定向井井身参数 实际钻井的定向井井眼轴线是一条空间曲线。钻进一定的井段后，要进行测斜，被测的点叫测点。两个测点之间的距离称为测段长度。每个测点的基本参数有三项：井斜角、方位角和井深，这三项称为井身基本参数，也叫井身三要素。 1．测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度。
2．井斜角：测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角。 3．方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在水平面上，方位角可在0—360°之间变化。 方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向东（E）西（W）方向的偏斜表示，如N10°E，S20°W。 4．造斜点：从垂直井段开始倾斜的起点。 5．垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。 6．闭合距和闭合方位 （l）闭合距：指水平投影面上测点到井口的距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点的闭合距离可称为水平位移。 （2）闭合方位：指水平投影响图上，从正北方向顺时针转至测点与井口连线之间的夹角。 7．井斜变化率和方位变化率：井斜变化率是指单位长度内的井斜角度变化情况，方位变化率是指单位长度内的方位角变化情况，均以度／100米来表示（也可使用度／30米或度／100英尺等）。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/e014906850.html, 浅谈水平井冲砂技术 作者：陈晓东 来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第09期 【摘要】近年来，随着水平井钻井技术的发展，油田开发建设中水平井的数量急剧上升，随之而来的是水平井的后期维护作业次数也大幅增加。但受水平井客观条件的限制，水平井的作业维护较普通直、斜井有很多技术难题，而地层出砂频繁是影响水平井生产、维护最为头疼的难题之一。本文分析了水平井冲砂的技术难题，并结合冀东油田水平井冲砂的实际案例，提出了一些水平井冲砂中的注意的事项和防止砂卡的措施。 【关键词】水平井冲砂砂卡 1 水平井的发展及应用 目前世界上已开发的油气田，其采收率高的已超过70%，低的则不足10%。我国东部各 大油田的平均采收率约在30%左右，也就是说尚有2/3的原油滞留在地下没有被开采出来。原有的直井开采技术已经难以满足三次采油的需要，很难再有较大程度地提高原油采收率。而水平井在提高老油区原油的采收率的三次采油中发挥着巨大的作用。 目前常见的水平井完井方式有裸眼完井、割缝衬管完井、管外封隔器的割缝衬管完井、射孔完井和砾石充填完井五类。冀东油田水平井主要完井的方式是套管固井射孔完井。套管射孔完井方式能够有效分隔层段、避免层段之间窜通，可以进行包括压裂在内的任何选择性增产措施，可以根据钻井轨迹和油层情况优化生产井段。其缺点是完井成本相对较高，储层易受水泥浆污染，射孔操作技术较高。 2 水平井冲砂中存在的技术难题 水平井由于井眼轨迹的特殊性，冲砂作业与常规定向井作业有很大不同，因此施工作业风险和施工难度高于普通井作业。 水平井冲砂较普通直井有以下几项技术难题： （1）井内管柱贴近井壁低边，管柱受“钟摆力”和摩擦面积大的双重作用，更易形成砂卡。 图1 水平井、斜井油管受力示意图 由图1可得钟摆力为：F=W×sinα 式中：α—井斜角；W—管柱重量
岩石力学参数与地层出砂预测 衣春霞，邓广渝，姜 静 （胜利油田采油工艺研究院，山东东营２５７０００） 摘 要：地层出砂对油气田开发危害较大，轻者会导致油、气井减产、水井减注，重者会导致油气水井报 废。获取岩石力学参数后，可以进行出砂预测，尽早知道地层在开发过程中是否会出砂，从而可以尽早采取防砂措施，保持油井稳产。 关键词：应力；出砂预测；岩石力学；临界生产压差；极限产量 中图分类号：Ｐ６３４．１ 文献标识码：Ａ文章编号：１００８－８０８３（２００７）０５－００５１－０３地层出砂对油、气、水井造成的危害极大，不仅会导致油井减产或停产及地面和井下设备的磨损，严重时会使套管损坏、油井报废，因而分析地层出砂机理、进行准确的出砂预 测，尽早采取防砂措施，在油气田开发中十分重要。近年来，出砂预测理论发展较快，由过去的定性的经验预测逐渐发展到用软件计算定量得到表征地层出砂的参数。而无论哪种出砂预测方法，从根本上讲都是利用地层岩石的力学特性来进行预测的，从岩心试验测定或测井资料获取杨氏模量、泊松比、内聚力、抗压强度等岩石力学参数后，利用开发的软件可以进行出砂预测，判断油井是否出砂，以便及早采取防砂措施，防止油、气井停产，水井减注情况的发生。 一、地层出砂与岩石力学关系 钻井后，由于应力的集中，井壁岩石的应力状态发生了很大的变化，两个水平主应力受井筒的影响最大，近似于平 板上圆孔周围的应力状态。在后来的开发过程中，含水的上升、过大的生产压差及流速等都会对岩石结构造成一定的破坏。油层的出砂就是井壁岩石结构遭到破坏所引起的［１］，井壁岩石的应力状态和岩石的抗张强度是油层出砂的内因。从力学角度分析油层出砂机理，主要是剪切破坏机理和拉伸破坏机理。剪切破坏是出砂的基本机理：炮孔及井眼周围的岩石所受的应力超过了岩石本身的强度，使地层产生剪切破坏，从而产生了破裂面；破裂面降低了岩石的承载能力，使岩石进一步破碎和向外扩张；由于产液流动的拖曳力，将破裂面上的砂子携带出来。剪切破坏将造成大量突发性出砂，严重时将砂埋井眼，造成油井报废。剪切破坏的机理和严重程度，与生产压差的高低密切相关。拉伸破坏的作用机理为：流体的流动，使作用于炮孔周围地层颗粒上的水动力拖曳力过大，炮孔壁岩石所受径向应力超过其本身的抗拉强度，部分颗粒脱离母体而导致出砂。拉伸破坏的机理和严重程度，与开采流速及液体粘度的高低有关，并具有自稳定效应。 二、岩石力学参数获取方法 根据地层的岩石力学性质，可进行油层出砂情况的预测。获取岩石力学参数的方法主要有两种，一种是通过岩芯力学试验直接获取，一种是通过测井资料间接获取。 通过岩芯的力学试验直接获取力学参数的主要方法是应用三轴岩石力学试验设备，在模拟地层应力场、通过测量在不同应力状态下岩心的应变程度，得出岩石的杨氏模量、 泊松比、内聚力以及内摩擦角等参数。 通过测井资料间接获取的方法是利用测井资料，获得储层参数，计算获得的岩石的杨氏模量、泊松比、内聚力等岩石力学参数，是对地下岩石特性的综合反映。比如测井资料中的声波、密度可间接反映岩石强度；泥质含量、井径则与岩石胶结强度具有相应对应关系［２］。 试验数据与测井资料相结合可以利用有限岩心最大限度获取岩石强度数据。取得岩石力学参数后，可根据出砂预测理论进行以下出砂临界参数的计算：出砂指数、临界生产压差；临界出砂流量等。 三、岩石力学参数进行出砂预测 １．试验测定岩石力学参数进行出砂预测 （１）库仑－摩尔破坏准则 库仑———摩尔破坏准则是目前岩石力学最常用最简单的一种准则。该准则认为岩石沿某一面发生破坏。不仅与该面上剪应力大小有关，而且与该面上的正应力有关。岩石并不沿最大剪应力作用面产生破坏，而是沿剪应力与正应力达到最不利组合的某一面产生破坏［３］。即 （１）（２） 式中 │τｆ│———岩石抗剪强度；τ０———岩石固有的剪切强度；σｎ———剪切面上的正应力；ｆ———内摩擦系数；α———内摩擦角。得到了岩石破坏时的σ１、σ３值后，在σ———τ坐标系 中可画出一个破坏应力圆，用相同的岩样进行不同的侧向压力σ３及垂直压力σ１的破坏实验，可以得到一系列不同的σ１、σ３值，可画出一组破坏应力圆。这组破坏应力圆的包络线，即为岩石的抗剪强度曲线。库仑———摩尔破坏准则可以 第２１卷第５期胜利油田职工大学学报 Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．５ ２００７年１０月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＥＮＧＬＩＯＩＬＦＩＥＬＤＳＴＡＦＦＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｏｃｔ．２００７ 作者简介：衣春霞（１９７１－），女，山东栖霞人，胜利油田采油研究院防砂中心工程师 。 ５１