下载文档原格式
砾石充填防砂粒径筛选和施工参数优选方法研究[摘要]：油井出砂会造成井下设备和工具的磨蚀及井眼的堵塞，使油井的产量降低甚至停产。
绕丝管砾石充填防砂是目前应用最广泛最主要的防砂工艺。
但对油层厚度大、油层多等油井防砂成功率不是很高。
本文通过对充填砾石规格和施工排量的研究，并就地层砂筛析曲线及砾石和施工排量的优选方法进行了阐述。
[关键词]：砾石充填砾石尺寸砂侵最小排量中图分类号：td872+.8 文献标识码：td 文章编号：1009-914x（2012）12- 0102 -011 防砂效果的影响因素1.1 防砂效果与砾石尺寸的关系砾石充填井中砾石层是主要的挡砂屏障。
由于地层砂较细，地层砂会不同程度侵入砾石层导致防砂失败。
地层砂侵入砾石层的程度取决于砂砾比gsr（砾石与地层砂中值之比）：gsr15，地层砂可以自由通过砾石层，起不到防砂作用。
1.2 防砂效果与炮眼中砾石充填过程的关系砾石充填过程中，炮眼内流动的携砂液达到一定值后，固体颗粒开始呈砂堤状向前推移，流速继续增加颗粒的悬浮程度增加，颗粒完全悬浮后，混合物的流动阻力将随流速的增加而增加。
炮眼中的流速必须高于淤积流速，才能将砾石携带到炮眼以外地层，因此，淤积流速是砂浆的最低流速。
用清水或地层污水做携砂液时，因其携砂能力差，砾石问题首先沉积于炮眼入口处，若炮眼吸液速度高于淤积流速，砾石在液流携带下，沿着沉积下来的砂堤逐渐向炮眼深处蠕动，当砂堤推进到射孔孔眼端部地层亏空部位后，再反向充填平衡堤上部区域。
2 砾石充填施工参数的优化2.1 砾石尺寸的选择tausch和corly法：建立在半对数筛析曲线的基础上，它建议最小砾石应等于4d10，最大砾石应等于6d10，即dmin=4d10；dmax=6d10。
saucier法：建立在完全挡砂的机理上，d50=（5～6） d50，即砾石的粒度中值为地层砂粒度中值的5～6倍，此时砾石充填带的有效渗透率/地层渗透率最大。
濮城油田绕丝筛管充填防砂技术的应用摘要：濮城油田开发已进入中后期，地层出砂严重，致使采油井检泵周期缩短，激光割缝筛管、双层筛管、防砂泵、防砂气锚等简单的机械防砂技术，已不能满足出砂严重井的防砂要求，为此针对地层出砂严重的井我们应用了绕丝筛充填防砂工艺，此技术工艺简单，成本低，有效期长，经过采油井现场应用，经济效益显著。
关键词：濮城油田出砂机械防砂绕丝筛管充填防砂一、前言濮城油田开发进入中后期，随着开发程度的不断深入，油藏开采压差的增大，由于油层胶结疏松或油井工作制度不合理，以及措施不当造成油气井出砂越来越严重，出砂油气井砂子随油流携带上升出井，砂上升的过程中会磨损抽油设备，致使产液量下降，泵效降低。
油气井出砂后一部分砂子沉积井中形成砂堵，增加油流阻力，降低油井产量，砂堵严重的井，砂柱可达百米以上高度，将油井堵死，使油井减产甚至停产。
为解决濮城油田采油井出砂严重的问题，我们研究应用了绕丝筛充填防砂工艺技术。
二、油气水井出砂机理地层是否出砂取决于颗粒的胶结程度—地层强度。
一般说来，地层应力超过过地层强度就可能出砂。
出砂影响因素很多，主要分为两大类：1、先天因素：指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，地质年代等。
濮城油田地层流体粘度大，携带力强、油层胶结物类型以疏松的接触式及接触—孔隙式为主，孔隙度为16.9%—31.5%，泥质含量2%—20%，泥质中含有遇水易膨胀的蒙脱石，遇水变得松散，降低胶结性，因此，油井开发初期即出砂，进入注水开发后出砂日趋严重。
2、开发因素：1）采液速度突然发生变化或采油速度过高；2）低质量（指对地层伤害严重）和频繁的修井作业；3）不合理的生产及作业措施造成油层伤害；4）地层压力持续下降，油井含水上升；5）开发中、后期油井提液，加剧了对颗粒的冲刷，泥质胶结的地层防膨措施不当。
因此，随着开采时间的延长，地层结构破坏也就越严重，出砂也随之越来越严重。
三、油气水井出砂危害濮城油田开发进入中后期，出砂危害日见明显，使井下情况愈加复杂。
绕丝管高压充填防砂工艺存在的问题及对策摘要：目前，绕丝高压充填防砂工艺是孤岛油田常用的、效果最好的防砂工艺。
该工艺在孤岛油田应用以来，取得较好效果，提高了防砂成功率，有效降低了作业成本。
但部分绕丝防砂井有效期短，远远低于理论有效期。
本文对绕丝防砂失效原因进行了系统分析，指出了绕丝失效原因，提出了防治措施，对绕丝防砂工艺的应用有一定指导意义。
关键词：防砂绕丝油井工艺失效原因对策1 前言绕丝防砂工艺已成为孤岛油田主要防砂工艺，2012年孤岛采油厂作业（东区）防砂防砂施工120口，采用一绕丝防砂的有112口，防砂一次成功率达到93.3%，远远高于其它防砂方法，绕丝防砂工艺还具有防砂成本低的优点。
从理论上讲，绕丝防砂工艺有效期可以达到8--10年，但孤岛油田多数井没有达到理论上的有效期，表现在绕丝更换频繁，换绕丝工作量还较大。
绕丝失效主要表现在油井供液变差，即使地层能量充足，但油井产量却较低，动液面下降，不得不拔出绕丝重新防砂。
绕丝井供液变差又分两种情况：（1）绕丝防砂后开抽液量达不到作业前正常生产液量，这种情况在绕丝高压充填推广初期较多，据’统计2012年1-8月，作业（东区）施工的绕丝防砂井有6口完井后供液变差，由于作业前油井产量较高，但防砂后液量达不到修前液量，说明充填过程对油井供液能力产生了影响，只能从施工过程中找问题。
刮管洗井工序不合格，高压充填参数掌握不好，油层污染等都能产生上述结果，所以只要通过加强作业质量控制，提高充填质量，这类问题可以避免。
（2）高压充填后油井初期生产正常，但在不长的时间内。
产液量下降，液面下降，供液能力变差。
据统计，2012年，采用绕丝防砂后油井动液面平均下降200米，部分井产量逐渐降低，直到供液不足，本文主要对这类问题进行分析讨论。
2 绕丝管高压充填防砂工艺存在的问题与对策绕丝筛管下入井内，正对油层部位，再通过高压大排量携砂液把充填砂带入地层，在地层及油套环形空间形成连续的充填砂体，绕丝筛管把充填砂挡住，充填砂体把石英砂挡住，这就是绕丝防砂机理。
绕丝筛管挤压砾石充填防砂技术
工艺原理：在井眼内（裸眼或套管内）正对出砂地层下入金属全焊接绕丝筛管，然后泵入砾石砂浆于筛管和井眼环空，通过多级过滤屏障，保证油流沿充填体内多孔系统经过筛管被源源不断地举升至地面，而地层砂则被控制在地层内，确保油井正常生产。
技术特点：具有成功率高，有效期长，适应性强，防砂效果好，油井产量高等优点，而且不受井段长短、井底温度和压力等条件限制。
适用范围：可用于单层、多层的直井、斜井、水平井防砂。
下入充填反洗丢手座封留井图防砂管柱结构及施工步骤示意图
二、技术特点
优点：
（1）施工成功率高，达80~95％；
（2）方法可靠，有效期3~10年；
（3）适应性强，可通过砾石防不同直径的地层砂，可用于单层、多层的直井、斜井、水平井防砂；
（4）对油层伤害小，渗流面积大，油井产油指数高。
（5）可用于严重出砂井坍塌油层地应力的恢复和油井复产。
缺点：
（1）施工复杂，车组动用多；
（2）费用高，单井实施费用最低15万；
（3）不适用于细粉砂地层防砂。
三、选井条件
1、7"井眼井，无套变；
2、多油层井油层跨度不超过20米；
3、具有一定产能，日产油3吨以上；
4、累计冲砂厚度高、出砂量大的生产井。
四、要求提供以下数据：
1、单井储量
2、油层厚度及跨度
3、完钻井深
4、冲砂次数、冲砂厚度
5、日均产油量
6、检泵周期。
采油厂酸洗防砂、绕丝/割缝筛管砾石充填防砂施工安全操作规程1、施工井口必须加固，地面流程试压，一般20MPa,不刺不漏。
2、配液池（罐）必须清洁干净，以保证配药质量。
3、施工中高压区内严禁站人，挤酸中若管线刺漏，应替入清水，关好总闸门，放压后整改。
4、高压施工，地面管线连接要牢固。
5、严格控制加砂比由小到大，均匀加砂，如果施工中泵压突然上升，超过正常泵压3~5MPa应立即停止加砂，等泵压正常后再继续加砂。
6、井架安装要标准，天车和井口要对中。
7、起下防砂管柱要平稳操作,不得猛提猛放,严禁顿、溜，上卸扣必须打好背钳，防止脱扣，丝扣油涂在公扣上，紧扣后将多余的丝扣油擦净，管柱下放速度每小时低于30根。
8、防砂施工装好井口，各闸门灵活可靠，井口悬挂完好，盘根、顶丝齐全。
9、施工过程中严格执行安全操作规程，尤其是水平井防砂，井口装好高压封井器，起管柱做到随起随灌液体，严防井喷。
10、施工人员必须服从统一指挥，严格按操作规程、安全环保法规及施工设计进行作业，不得擅自变更设计方案和降低标准。
11、作业前召开一次作业交底会，介绍本次作业有关的施工步骤、技术要求及安全环保注意事项。
12、进入造斜段的油管接箍要倒角4X30。
13、水平井投产带防砂：采用近平衡压力射孔，为保证施工安全，应在射孔前装好井口。
14、井口采油树螺丝、顶丝必须全上紧，出口管线用硬管线并固定。
15、牵涉酸化时：现场工作人员戴全防护用具，配酸及其它接触酸液人员应穿工衣、雨靴，戴风镜、口罩或防毒面目、胶皮手套系胶皮围裙。
井口备苏打水、清水各一盆。
4、施工中高压区内严禁站人，挤酸中若管线刺漏，应替入清水，关好总闸门，放压后整改。
5.填砂前循环均匀后方可开泵。
6.加砂要均匀，若压力突然升高，则停止加砂，待压力正常后继续加砂。
7.施工中若遇砂堵，立即放空并反洗井，不通则起出管柱清砂。
8.连续施工不间断。
9.作业交井时应向采油队、站交代：开井前做好一切开井准备工作。
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
一般选用全焊接不锈钢绕丝筛管如图8－9所示。
它具有抗腐蚀，寿命长、耐高温、流通面积大、筛隙外窄内宽呈梯形，具有“自洁”的作用。
目前能加工的最小筛缝为0.1mm。
上述优点是工业上广泛应用的原因，缺点是造价高，相当于同直径割缝衬管的2～3倍。
筛管的缝隙尺寸设计以挡住最小粒径砾石为原则，按最小充填砾石粒径的l／2～2／3考虑。
确定筛管直径的原则是尽可能增大流通面积，又要保证有足够的砾石充填层的径向厚度，以保证充填层的挡砂能力和稳定性。
对裸眼充填井，砾石充填环空径向厚度应大于50mm；对管内充填井，应大于25mm。
筛管的设计长度应超过产层射孔段上、下界各1.0~1.5m；裸眼完井的筛管长度应超过扩眼产层上、下界各l m以上，以便确保筛管对准产层，获得筛管的最大利用率，有利于提高防砂效果。
(2) 信号筛管
信号筛管是根据地面施工需要设置的一段筛管。
对常规低密度循环充填方式，设置上部信号筛管；而对高密度挤压充填方式，设置下部信号筛管；底部信号筛管必须下过油层底界3m以上。
其作用是：当信号筛管被充填砾石掩埋时，地面泵压会迅速上升，给施工人员一个信号，以便及时转入下一道施工工序。
信号筛管的缝隙和直径尺寸与生产筛管相同，长度一般为l～2 m。
(3) 光管
防砂管柱上的光管采用普通油管或套管，位于生产筛管与信号筛管之间，或生产筛管与充填工具之间。
其作用是在光管与井筒的环形空间内储备一部分充填砾石，因为施工结束后，已填充的砾石会压实或通过炮眼进入油层而使砾石充填的高度下沉，这些储备砾石起到补充作用，以防止生产筛管裸露而使防砂失效。
光管的直径与绕丝筛管的中心管直径相同。
光管的长度取决于充填方法，对低密度循环充填，光管长度一般为20～30 m；对高密度挤压充填，光管长度不小于生产筛管长度。
裸眼完井的光管段不宜设计在上部技术套管内，只能设计在裸眼段内，这样，光管与井眼之间的环空可以储存更多砾石。
（4）扶正器
防砂施工管柱应使用扶正器，以保证管柱在井筒内居中，使筛管周围均匀地布满充填砾石，形成可靠的挡砂屏障。
一般要求管柱的居中度不低于67%，需要在管柱上加装足够数量的扶正器。
对于垂直井，扶正器间距为5～8m，对于井斜大于45°以上的定向井，扶正器的间距应小于3m。
而且倾角越大，扶正器的间距越短。
（5）充填工具
按充填工艺的需要，常用的砾石充填工具的结构可分为三种：一是下冲法充填工具，工艺要求先把砾石投入防砂井筒，下入有下冲喷头的防砂管柱，从油管内泵入工作液，冲击砾石使其悬浮在井筒中，管柱得以逐渐下放，之后砾石沉降在管柱周围形成挡砂屏障；二是反循环充填工具，工作液和砂浆从油套环空泵入井底，砾石留在筛管周围，返出液进入筛管从油管内返出地面；三是转换充填工具，工作液和砂浆从油管泵入井底，通过转换工具使返出液从油套环空返出地面。
下冲法充填工艺，其工具简单，但易造成砾石大小分级现象，只适用于浅井和薄层段；反循环充填工艺，其工具较为简单，但砂浆易受套管内壁杂物的污染，使充填体渗透率下降，且套管柱必须承受充填压力，携砂液流速度低，用液量也较大，因此应尽可能少用；转换充填工具可避免对砂浆的污染，套管也不必承受
充填压力，携砂液流速度高，用液量也小，是比较理想的充填方法，但其工具结构复杂、种类多、作业难度大。
5）携砂液的选择
砾石充填用携砂液要求与其它完井和修井液一样，必须对油层既无伤害又能达到应用目的，因此它在固相颗粒含量与颗粒大小、与油层产液和油层矿物的配伍性、反应生成物不堵塞油层孔隙等方面均有标准。
携砂液种类和用量应根据油井的具体情况和工艺要求进行选择和设计。
6）施工工序设计
施工工序设计包括防砂全过程的各个施工步骤、施工工艺参数及相应技术要求，施工器材的规格、数量以及施工装备的型号、数量等。
常规井管内砾石充填工工序如下：
（1）防砂准备：基液过滤－>配酸－>压井－>射孔－>冲洗孔眼－>井筒刮管、热洗。
（2）预处理：下管柱－>试压（求吸收能力）－>挤入前置液－>挤酸液（或粘土稳定剂）－>泵入顶替液－>关井反应－>起出管柱。
（3）砾石充填：下防砂管柱－>洗井（正洗或反洗）－>加砂；替砂泵－>泵入顶替液－>洗井－>工具丢手、起出管柱。
（4）投产：下生产管柱，开井生产。
施工过程中应严格遵守有关井下作业规程和安全规定，并严格技术监督，以确保防砂施工质量和效果。
