砾石充填防砂工艺共19页文档

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。

1 概述砾石充填防砂是指涉及使用砾石、陶砾等固相颗粒充填到井筒或地层中，该技术应用的过程中具有良好的防砂效果，因而在油气田防砂过程中得到了广泛的应用。

然而，上述优点基于合理的设计工艺参数。

由于防砂技术的复杂性和高成本，有必要优化施工工艺参数，以达到良好的防砂效果。

防砂工艺参数设计的合理性将直接影响防砂作业。

本文提出了砾石充填防砂控制过程的砾石粒度选择方法和程序。

 2 砾石充填防砂工艺中砾石的尺寸优选携砂液中砾石的体积浓度与充填效率的关系为随砾石体积浓度的增加充填效率降低。

砾石颗粒大小的优化是砾石充填防砂的关键。

防砂效果和产量是2个相互矛盾的方面，两者都受到砾石尺寸的影响。

砾石的尺寸太小，虽然它可以有效地过滤地层砂，但可能导致更高的表皮系数，从而降低油气井产量，这对产量有更大的影响；相反，虽然可以获得更高的产量，但是防砂周期短，效果差。

中值粒径仅代表地层砂的一般特征，并不反映特定的特征，例如粒度范围、分布和均匀性。

砾石层孔喉直径是指砾石层空隙中能够容纳的最大球形颗粒的直径。

由于砾石颗粒的随机充填，砾石层的孔喉直径并不均匀，对于非等径的砾石更是如此，对于阻挡地层砂的砾石层而言，如果砾石孔喉结构分布与地层砂尺寸分布匹配相当，则砾石层可以起到很好的挡砂效果。

本文采用砾石层孔喉模拟方法模拟砾石沉降过程。

砾石粒度分析和选择过程中需要通过计算机模拟砾石层的孔喉结构。

砾石粒度设计过程如下：根据地层砂的中值粒径，从工业砂砾标准中选择几个中值比为5~8的砂砾。

假设砾石颗粒尺寸是正态分布的，通过计算机模拟了砾石的孔喉结构，绘制了孔喉尺寸的分布曲线。

通过使用地层砂筛曲线绘制每个砾石的孔喉尺寸分布曲线。

砾石粒径的选择与地层砂的大小相同，孔隙度曲线小于地层砂筛曲线。

这确保了砾石层的孔喉尺寸小于整个分布中地层砂的孔喉尺寸。

3 填充量和携砂比优选砾石充填的关键是确保携砂液体能够通过水平射孔并到达炮眼端部。

炮眼中携砂液体是水平管流。

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。

机械防砂工艺油水井机械防砂是在井内下入各种类型的防砂管柱，如割缝衬管、绕丝筛管、滤砂管、双层或多层筛管等，将地层砂砾阻挡在防砂管柱外。

为防止地层泥砂堵塞防砂管柱，可在防砂管柱外充填砾石，使地层结构保持相对稳定，以提高防砂效果、延长防砂有效期。

1管内绕丝筛管砾石充填防砂工艺1.1原理管内绕丝筛管砾石充填防砂工艺，是先将地面预制好的绕丝筛管和井下配套工具依次下入井内，使绕丝筛管对准出砂层位，然后用携砂液携带一定粒度的砾石向地层、炮眼及筛管与套管环空填充，如图1所示。

或先对地层和炮眼填砂，再下充填管柱对环形空间充填砾石。

充填砾石对地层砂形成挡砂屏障，绕丝筛管则使充填的砾石始终保持在防砂井段，确保挡砂屏障的形成，因此砾石粒度与地层砂粒度、绕丝筛管缝隙应有一定的对应关系，即选择的砾石必须能完全挡住地层砂。

图1套管内砾石充填图2金属绕丝筛管1.2砾石充填设计1.2.1砾石设计砾石设计主要是确定砾石的大小、几何形状及化学成分。

砾石粒径大小根据冲砂作业时采集的地层砂样来确定，通过砂样筛析，绘出S型筛析曲线，求出地层砂粒度中值d50，并根据砾石尺寸计算方法求得砾石粒度中值D50，然后圆整得标准工业砾石直径。

目前现场普遍应用sauder计算方法，即D50=(5～6)d50，这样的砾石不仅能阻止地层砂的流动，还能在生产过程中保持最大的有效渗透率。

为满足防砂作业需要，除控制砾石尺寸外，充填砾石还应满足以下要求：强度大，不易被压碎；颗粒均匀，圆度好；杂质含量少，不易堵塞地层。

目前，国内防砂用砾石仍以石英砂为主，材料来源较广，而且无需经过复杂的加工处理即可使用。

1.2.2筛管设计绕丝筛管是将不锈钢丝或窄铜条缠绕在中心管上，然后焊接而成，其腐蚀和磨损小、强度高、产能系数大。

中心管可用打孔管，也可用割缝衬管，如图2所示。

筛管绕丝缝隙宽度的大小，可根据地层砂粒径大小而定，原则上要求筛缝尺寸为充填砾石粒度中值的。

1/2～2/3，即δ=(1/2～2/3)D50筛管直径设计主要考虑两方面的因素：过流面积与充填层径向厚度。

新井防砂工程设计2010年09月19日井底部挤压充填防砂工程设计(以此方案为准) 一、基本数据：表1、井基本数据表表2、曙4-H108射孔井段数据表3、井生产数据表二、生产现状该井去年7月检泵开井后初期日产液13.9吨左右，日产油5.6吨左右，含水60%左右，进入去年12月含水开始上升，产油量开始下降，到本月8日，含水上升到86%，日产油下降到1.8吨，分析砂埋底部出油层，要求作业冲砂测压检泵。

该井无地层压力资料。

产液性质为:油、天然气、水混合液。

该井09年6月取样化验原油粘度为316.8mPa.S。

硫化氢含量为0，投产以来历次作业都没有硫化氢显示。

临井不含硫化氢。

该井与注水井曙4-9-更4井和曙4-9-003井油层连通较好，曙4-9-更4井和曙4-9-003井目前均停注,油套压均0MPa。

其邻井地层压力为：曙4-9-003井01年9月测17.7MPa，曙4-9-3井93年12月测8.28MPa。

曙4-9-更4井、曙4-9-4井、曙4-9-04井均无地层压力资料。

其相邻井油气水层段为：曙4-9-003井1026.9-1062.8m、曙4-9-3井922.6-952.8m。

曙4-9-更4井980.2-1017m，曙4-9-4井980.4-1027.8m、曙4-9-04井973.8-1017.6m，距井东100米有厂房，西60米有高压线、稻田，南50米有稻田，北100米有住宅。

三、方案设计该井投产以来已小修作业7次，造成作业频率较高的原因为地层出砂，建议该井下精密复合滤砂管进行管内逆向砾石挤压充填防砂。

该井2010年9月20日作业冲砂190m，发现1183.56米套管变形，为恢复该井产能，对井段1094.6-1183.56m选用逆向砾石挤压充填防砂。

四、施工目的和工艺1、施工目的：为防止地层出砂，增加油井产能，对水平段进行砾石充填防砂施工。

利用管内高压底部充填防砂工艺，防止地层出砂，获得该防砂井段的合理产能，取得各项施工资料。

防砂工艺1生产过程中地层出砂的判断油气井出砂会造成井下设备、地面设备及工具(如泵、分离器、加热器、管线)的磨蚀和损害，也会造成井眼的堵塞，降低油气井产量或迫使油气井停产。

所以，弄清油气井出砂机理及正确地判断地层是否出砂，对于选择合理的防砂完井方式及搞好油气田的开发开采是非常重要的。

1.1地层出砂机理及出砂的影响因素对于出砂井，地层所出的砂分为两种，一种是地层中的游离砂，另一种是地层的骨架砂。

石油界对防砂的观点也随着技术的进步和认识的深化在不断变化。

在此之前，一些防砂的理论主要是针对地层中的游离砂，防砂设计也是为了能阻挡地层中的游离砂产出来。

但是，近儿年来，特别是国外的看法有了较大的变化，认为地层产出游离砂并不可怕，反倒能疏通地层孔隙喉道，对提高油井产量有利。

真正要防的是地层骨架砂的产出，因为一旦地层出骨架砂，可能导致地层的坍塌，使油井报废。

那么，什么时候地层将产出骨架砂呢?按岩石力学观点，地层出砂是由于井壁岩石结构被破坏所引起的。

而井壁岩石的应力状态和岩石的抗张强度(主要受岩石的胶结强度，也就是压实程度低、胶结疏松的影响)是地层出砂与否的内因。

开采过程中生产压差的大小及地层流体压力的变化是地层出砂与否的外因。

如果井壁岩石所受的最大张应力超过岩石的抗张强度，则会发生张性断裂或张性破坏，其具体表现在壁岩石不坚固，在开发开采过程中将造成地层出骨架砂。

影响地层出砂的因素归结起来主要有:(1 )地层岩石强度一般说来，地层岩石强度越低，地层出砂的可能性就越大。

(2)地层压力的衰减随着地层压力的下降，井壁岩石所受的应力就会增大，地层出砂的可能性就会随着增大。

(3)生产压差一般说来，生产压差(或生产速度)越大，地层出砂的可能性就越大。

(4)地层是否出水和含水率的大小生产过程中，随着地层的出水和含水率的上升，地层出砂的可能性增大。

(5)地层流体粘度地层流体粘度越大，地层出砂的可能性就越大。

(6)不适当的措施或管理不当的增产措施(如酸化或压裂)或管理(如造成井下过大的压力激动)都会引起地层出砂。