油气井防砂技术(三版)

油井压裂防砂工艺技术研究与应用油气的开采形成了我国重工业、建筑业、交通运输业的发展基础，油井的开采过程中压裂防砂具有很强的技术性，油井的压裂防砂处理不恰当轻者可以影响油井的正常生产，重者可以使油井报废。

本文从油井的压裂防砂工作原理及工艺技术出发，探索油井的压裂防砂工艺的应用。

标签：防砂工艺；油井；油井的压裂防砂在油气开采过程中，油井的出砂会带来一定的危害，一般来说出砂的处理不当会引起油井矿藏开采的效率低下，导致油井开采减产，油井开采设备磨损严重导致成本增加。

严重的会引起管道破损，油井封闭。

合理利用机械配合和出砂工艺技术降低危害的影响，是保证油气开采中油井作业安全和出产量的重要保证。

油井防砂方法一般分为三类：机械防砂、化学防砂和砂拱防砂（支撑防砂）。

我国陆地、海上油井的开采面临不同岩石成分的差异，在实际的防砂技术中，压裂防砂技术的辅助设备、工艺和步骤也有所不同。

1油井压裂防砂工作原理油井的压裂防砂的实质就是采用端部脱砂技术使携砂液在裂缝端部脱砂，然后膨胀与充填裂缝，形成短而宽的高导流能力渗流通道。

根据油井压裂防砂工作原理，在实际的油井压裂防砂的应用中在缝长的前端形成砂堵，用砂堵的堆存纺织裂缝延伸，达到获得较高的砂浓度，达到油井内倒流能力。

主要的目的在于防止在油层岩石储油滤漏过程中与其他砂石一并流回井里，保障油井的最大出油率。

根据油井的开采情况得出，从浅至深的分布依次是稠油区-稀油区-少油区，稠油区在浅层，为了获得最大限度的油井开采，减少压裂防砂的压裂液在储油层中的停留时间，避免压裂液对储油层的危害，对压裂液的使用上要求快破胶、速返排。

根据这一应用要求，采用低温破胶激活剂作为压裂液的辅助激活剂，这种激活剂在低温下对压裂液的破胶时间、破胶水化液粘度有明显的影响。

2油井压裂防砂的工艺技术油井压裂防砂的工艺技术经历了从传统的机械压裂出砂到多种压裂泵出砂。

使用热塑性酚醛树脂砂进行的压裂防砂有效期长，甚至可以高达180天左右，及时保障了油井的出砂和稠油区的出砂难题。

油水井防砂工艺一、油水井出砂原因油水井出砂是由近井地带岩层结构破坏引起的，与地层应力和地层强度有关。

地层应力包括地层结构应力（如弹性、塑性应力）、地层孔隙压力、上覆岩层压力流体流动时拖拽力和生产压差。

地层被钻穿后，井壁岩石的原始应力平衡状态被破坏，并且在整个采油过程中保持最大应力。

因此在一定的外部条件下井壁的岩石首先发生变形和破坏。

根据出砂内外因素分为地质因素和开发因素：地质因素（一）地层胶结疏松地层流体在生产压差条件下向井眼方向发生渗流，致使岩石颗粒之间的胶结物发生运移，地层结构破坏，引起地层出砂，当其它条件相同，地层渗透率越高，岩石强度越低，地层越容易出砂。

（二）地层构造变化地层在构造上发生急剧变化的区域，例如在断层多、裂缝发育、地层倾角大及边水活跃的地区，由于地层岩石原始应力状态被复杂化，容易引起地层出砂。

开发因素（一）在地层流体渗流过程中，大部分有效压头消耗在井壁附近，因此，井壁岩石渗流冲刷作用最大，也容易变形和破坏。

（二）不恰当的开发速度及采油速度的突然变化、注水井急剧放压等原因造成地层压力梯度发生急剧变化，致使岩层结构破坏引起出砂。

（三）频繁的增产措施会破坏地层岩石的结构，引起地层出砂。

（四）油井出水时，泥质胶结物水化膨胀并分散成细小颗粒，在地层压差作用下随着油水流线向井眼方向运移，造成油水井出砂、出泥。

（五）在油水井生产过程中，油气层孔隙压力总体上是不断下降的，而上覆岩层对地层颗粒即其胶结物的有效应力则是不断增加的，致使颗粒之间的应力平衡被破坏，胶结力下降引起地层出砂。

（六）在注水开发油田时，当油田含水量上升，为维持原油产量必须提高采液速度，加大地层流体对岩石颗粒的拖拽力。

引起油层出砂。

（七）当井壁附近的岩石结构破坏到一定程度，就会出现流砂现象，这时即使压差很小，大批沙子也会无控制流出。

二、油水井出砂的危害1. 原油产量、注水量下降甚至停产停注油水井出砂极易造成油层砂埋、油管砂堵、砂卡，致使原油产量、注水量不断下降甚至停产停注。

浅析油井防砂工艺摘要：防砂工艺技术是提高油井产能和油田开发效益的关键技术。

我国疏松砂岩油藏分布范围广、储量大，油气井出砂是这类油藏开采的主要矛盾。

出砂往往会导致砂埋油层或井筒砂堵或油气井停产作业、使地面或井下的设备严重磨蚀、砂卡及频繁的冲砂检泵、地面清罐等维修，使工作量巨增，既提高了原油生产成本，又增加了油田管理难度。

防砂是开发易出砂油气藏必不可少的工艺措施之一，对原油稳定生产及提高开发效益起着重要作用。

关键词：油田防砂工艺一、引言保证疏松砂岩油藏开发过程中防砂措施的成功是十分重要的。

钻井过程中大多采用割缝衬管和预充填砾石来对付地层出砂，由于其使用寿命短，砂子易堵塞缝口，液流阻力大等缺点，而且下井时操作困难，不能填充射孔孔眼，因此新的有效的防砂方法的研究与应用仍是世界石油钻采中亟待解决的难题。

通过防砂可以使地层砂最大限度的保持其在地层中的原始位置而不随地层流体进入井筒，阻止地层砂在地层中的运移，使地层原始渗透率的破坏降低到最低程度，保护生产井和注水井的生产设备，最大限度的维持生产井的原始产液能力及注水井的注排能力，这是油气田防砂的目的。

现阶段常用的防砂方法有机械防砂、化学防砂及砂拱防砂。

近年来，砾石充填防砂技术已取得了显著的可靠施工效果，除井斜角较高的斜井之外，砾石充填防砂技术已成为应用最广泛的防砂技术方法。

化学固砂方法是将化学胶结液挤入天然松散的地层，固结井眼周围出砂层段中地层砂的一种防砂方法。

所形成的胶结地层具有一定的抗压强度和渗透性能。

二、油气井出砂的原因地层是否出砂取决于颗粒的胶结程度即地层强度。

一般情况下，地层应力超过地层强度就可能出砂。

油气井出砂的原因对于防砂及防砂剂的配方的选择有很大的影响，总的说来，油气井出砂的原因可以归结为地质和开采两种原因。

地质因素指疏松砂岩地层的地质条件，如胶结物含量及分布、胶结类型、成岩压实作用和地质年代等。

通常而言，地质年代越晚，地层胶结矿物越少，砂粒胶结程度越差，分布越不均匀的地层在开采时出砂越严重；地层的类型不同，地层胶结物的胶结力，圈闭内流体的粘着力，地层颗粒物之间的摩擦力以及地层颗粒本身的重力所决定的地层胶结强度就不同，地层胶结强度越小，地层出砂越严重。

稠油油藏泥质细粉砂防砂治砂技术高升油田大多数稠油井是以蒸汽吞吐开发为主的稠油油藏，由于蒸汽汽窜造成注入井吞吐效果差，目前，油田已进入开发后期，随着开采时间的延长，油井近井地带岩石骨架的破坏和原油黏度的增加，产出液携砂能力逐渐增强，造成出砂井逐年增加，严重制约了油田的有效开发。

本文针对稠油油藏出砂进行分析，找出造成油井出砂的原因，并研究出防砂、治砂工艺技术的适用性和可行性，提出切实可行的防砂、治砂工艺技术。

标签：高升油田出砂概况现状；出砂原因分析；防砂、治砂技术；结论1 前言高升油田位于辽河断陷盆地西部凹陷西斜坡北端，是沙三下深水湖盆发育起来的一套典型的陆源碎屑滑坡浊积岩，岩性混杂，成熟度低，胶结疏松，一般为孔隙—接触式胶结，油藏出砂现象一直较为突出。

目前，油田已进入开发后期，随着油田的不断开发，油井近井地带岩石骨架的破坏和原油黏度的增加，产出液携砂能力逐渐增强，造成出砂井逐年增加，套管损坏、油井报废，严重制约了油田的有效开发。

2 高升油田出砂概况高升油田位于辽河断陷盆地西部凹陷西斜坡北端，主要开发高升、牛心坨两个油田六套含油气层系（自上而下依序为大凌河油层、莲花油层、杜家台油层、高升油层、牛心坨油层及潜山油层）。

3 油井出砂的原因分析3.1 油藏特征的影响3.1.1 构造应力的影响高升油田是稠油油田，开发比较早。

主力开发油层为沙河街莲花组油层，油层深度为1600-2400米之间，断层发育较好，说明构造运动剧烈。

由于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骨架结构，故这些部位的地层强度比较薄弱，易出砂。

3.1.2 储层性质的影响莲花油层是高升油区的主力产油段，主要储集类型湖底扇浊积岩。

其中，高二、三区以近源浊积砂岩组为主，雷家地区以远端浊积砂岩组为主，岩性由硬质砂岩和混合砂岩组成，其中岩屑含量高达30%—35%。

胶结物以粘土矿物为主，粘土矿物中蒙脱石相对含量平均为57.1%，高岭石、伊利石相对含量分别为27.0%及15.6%。

水泥浆防砂工艺对于地层胶结物泥质含量较高，中、后期出砂的油水井，采用树脂防治有一定难度。

根据该类地层出砂特点，可以采用水泥隔板、泡沫水泥浆、乳化水泥浆及氯化钙稀水泥浆防砂工艺技术，控制地层出砂。

水泥浆防砂是以油井水泥为胶结剂、以地层砂砾为支撑剂，将地面混配好的水泥浆注入出砂层段后与地层砂砾自然胶结，形成具有一定强度和渗透率的人工井壁，从而可以起到阻止地层砂砾流入井内的作用。

1水泥隔板防砂1.1原理水泥隔板防砂是利用水泥遇水硬化的特点，将水泥与水按一定比例混配后挤入出砂层段及油层上下泥岩隔层内，水泥浆凝固时与地层砂、砾自然胶结，在套管外形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，同时还可防止泥质隔层破坏造成地层出水、出泥，致使出砂量越来越大。

1.2材料配方采用标准油井水泥，按水灰比0.46～0.68配制防砂水泥浆，并根据井深、井温及地层特性选用合适的水泥浆添加剂。

水泥浆密度与挤水泥方式根据试挤吸收能力来确定，单车试挤压力在15Mpa以上，而地层吸收量在150L/min以下时，采用替挤方式挤水泥；单车试挤压力在10～12Mpa以下，地层吸收量在100L/min以上时，水泥浆密度控制在1.85～1.90g/cm3之间；单车试挤压力在10～12Mpa以上，地层吸收量在100L/min以下时，水泥浆密度控制在1.70～1.80g/cm3之间。

2泡沫水泥浆防砂2.1原理泡沫水泥浆是在水泥浆中按比例加入一定量的发泡剂--铝粉及碱性物质--氢氧化钠。

由于铝在空气中极易与氧化合，在铝粉表面生成一层致密的氧化铝薄膜（简称氧化膜），这样就可以阻止铝粉内部金属的继续氧化。

因此，铝粉与水泥浆中的游离水不发生化学反应，但氧化铝可溶于酸或碱。

在防砂施工中，由于水泥浆中加有铝粉与氢氧化钠，当水泥浆被挤入出砂地层时，氧化铝在碱性环境下逐渐溶解，铝粉与氢氧化钠溶液及水作用，产生大量的氢气。

由于氢氧化钠的加入致使水泥浆凝结失常，出现假凝甚至闪凝现象，并将产生的氢气包容，生成大量细小的气泡。

油气井出砂是石油开采遇到的重要问题之一。

一般而言，地层出砂没有深度限定，地层应力超过地层强度就有可能引起出砂。

地层应力包括地层结构应力、上覆压力、流体流动时对地层颗粒施加的推拽力，还有地层压力空隙压力和生产压差形成的作用力。

地层强度决定于地层胶结物的胶结力、圈闭流体的粘着力、地层颗粒物之间的摩擦力以及地层颗粒本身的重力。

疏松砂岩油藏在我国分布很广，产量储量都占很大比例，因此搞好防砂工作非常重要。

油水井出砂带来的危害很大:出砂可能导致砂埋油层或井筒砂堵造成油水井不能正常生产或停产，还可能造成油层部位亏空、井壁坍塌、套变加剧乃至使油水井报废。

一、油层井出砂原因油水井出砂原因可分为先天和人为两种因素造成的。

先天因素主要是由于油藏埋藏浅，形成地质年代较晚，并且胶结矿物数量少、分布不均，因而油层胶结强度差，在地应力大于地层强度时，在流体冲刷之下油层即出砂。

人为因素主要有:①钻井过程及开采前后，油层部位受破坏而应力失衡;②不合理的开采速度和油井工作制度突变或生产压差过大;③射孔、压裂、修井冲砂和酸化等措施不可避免造成对油层强度的负面影响;④油层进人中高含水开发期后，由于胶结物的被溶解和冲刷，油层强度降低;⑤地层压力下降，使油层受垂向应力增加，使砂粒间的应力平衡被破坏，造成出砂;二、防砂技术的发展历程和目前主要防砂方法1.防砂技术的发展历程防砂就是采取一定措施禁止或减少油层砂产出并阻止其进入井筒，对于防砂人们经历了从不自觉到自觉的发展过程，按照其发展过程可分四个阶段。

（1）早期的试验摸索阶段:主要通过控制油井产量来稳定流体产出速度，在射孔炮眼处通过自然过滤堆积形成稳定的砂桥，进而阻止砂粒迸入井筒，这种方法一般也称为自然砂桥控砂技术。

（2）防砂技术发展阶段:20世纪70年代开始，经过研究探索形成了一套以化学防砂为主的固砂方法。

（3）防砂技术成熟阶段:20世纪70年代，形成了一套以机械防砂为主导、机械一化学复合防砂技术。

防砂作业1、概述多数疏松或较疏松的油层生产过程中有出砂现象。

油气井出砂会造成磨蚀井下、地面设备和工具(如泵、分离器、加热器、管线等)，甚至砂卡中心管、生产管柱等，降低油气井产量或迫使油气井停产。

因此生产过程中可能出砂的油气井，需要进行防砂作业。

海上油气田多采用机械防砂的方式，常见的防砂方式有：独立筛管防砂（优质筛管防砂）和砾石充填防砂。

1.1作业目的利用滤砂管或者充填的砾石作为挡砂屏障，阻挡砂子产出。

1.2作业人员大修作业队人员18人，防砂地面设备工程师4～6人，防砂工具工程师3～4人，打砂工程师1人，作业总监1人，作业监督2人。

1.3作业设备钻修机系统，防砂设备：打砂泵、混砂车、方井口、数采房等。

1.4工具防砂器材：顶部封隔器总成、隔离封隔器总成、沉砂封隔器、筛管、盲管等；防砂服务工具：座封工具、充填工具、隔离密封、冲管等。

2、作业准备2.1陆地作业准备1、收集资料：地层泥质含量、地层砂均质系数、地层砂粒度中值、生产套管尺寸及磅级、射孔数据表、井斜数据表、CBL曲线、原井防砂管柱图、目的层温度及压力。

2、根据石油大学防砂方式选择图版（见图1）选择防砂方式。

图1 石油大学防砂方式选择图版3、根据Saucer最优砾石充填尺寸设计图版（见图2）选择挡砂精度：挡砂精度（防砂精度/充填砾石粒径）为地层砂粒度中值的5～6 倍，即D50＝（5～6）×d50。

1）在独立筛管防砂中，防砂筛管的挡砂精度应与根据地层砂粒度中值优选的砾石层的挡砂精度结果一致。

2）在砾石充填中，应满足砂拱或桥堵挡砂的原则。

绕丝筛管和割缝筛管缝宽应是最小充填砾石直径的1/2～2/3。

3）砾石充填防砂推荐选用筛管外径：应保证砾石充填环形空间的径向厚度不小于19mm。

独立筛管防砂推荐选用筛管外径：套管井中以筛管本体或接箍外径小于套管内径8mm～10mm 为宜；裸眼井中以最大刚体外径小于裸眼直径10mm～15mm为宜。

图2 Saucer最优砾石充填尺寸设计图版4、根据射孔数据表及沉砂封隔器深度确定需要准备的筛、盲管长度，参照CBL曲线、原井防砂管柱图及射孔数据表，确保防砂封隔器座封位置避开套管接箍、原封隔器座封位置及射孔段。

油田开发过程中的水井防砂技术发布时间：2022-08-05T09:22:31.705Z 来源：《城镇建设》2022年第5卷第6期作者：刘涛1 马海彬2 簿立志3[导读] 在油田开发的过程中，水井防砂技术越来越先进刘涛1 马海彬2 簿立志31吉林油田工程技术服务公司吉林省松原市1380002吉林油田新木采油厂吉林省松原市1380003吉林油田英台采油厂吉林省松原市138000摘要：在油田开发的过程中，水井防砂技术越来越先进。

在油田生产的实际开发中，油井出砂是非常严重的问题，直接对油田生产造成严重影响和损害，不利于油田生产正常的开采，影响生产效率，并增加工作流程的整体负担。

文章首先分析了常规油气藏的出砂机理，其次探讨了油水井出砂原因，然后就防砂技术进行研究，最后论述了发展趋势展望，以供参考。

关键词：油田；水井；防砂技术引言目前采用的笼统充填防砂无法满足后期分层采油要求；其次现有防砂通径小，而现有配产器外径大，无法满足海上7in（1in=25.4mm）套管长寿命分层采油的要求；另外海上生产测试手段单一，毛细管测试技术只能监测压力一个参数，不利于海上油井关键生产资料的录取和监测，制约了电泵井生产参数实时动态监测及优化。

1常规油气藏的出砂机理生产过程中的砂粒产出是不同类型易出砂油气储层的共性问题，涉及中高渗砂岩、碳酸盐岩、天然气水合物、煤层气等储层。

其中，对于中高渗疏松砂岩储层，大量研究者将砂体视为弹性介质或弹-塑性介质，提出拉伸破坏、压缩破坏和剪切破坏等机理，认为砂岩介质内产生的上述三种屈服破坏是出砂的主要原因，并考虑流体拖曳力对颗粒剥落的促进作用以及孔隙流体的粘度等物理性质，对出砂现象进行解释。

上述出砂机理基于固体岩石的宏观力学破坏，主要支撑以此为基础的出砂临界条件的预测，提升了人们对出砂的认识；其局限性在于比较难以解释储层孔隙介质内的微观出砂现象。

近年来，有研究者通过微观出砂实验模拟，基于储层砂粒粒径、胶结强度、微流场和微应力场分布的非均质性和随机特性，提出了非均质弱胶结砂岩储层的孔隙液化、类蚯蚓洞、连续坍塌三种微观出砂形态和机理，试图从微观视角考察砂粒的剥落顺序和运移规律，解释出砂的本质，丰富和发展出砂机理及认识。