常用防砂工艺及选井条件

常用防砂工艺讲座CATALOGUE目录•防砂工艺简介•砾石层防砂工艺•复合防砂工艺•水泥砂浆防砂工艺•选择合适的防砂工艺•防砂工艺案例分享定义防砂工艺是指通过一定的技术手段，防止地下砂石流入井筒或管道内，以保证采油、采气、供水等作业的正常进行。

分类根据不同的防砂原理和技术特点，防砂工艺可分为机械防砂、化学防砂、热力防砂和复合防砂等四种类型。

定义与分类复合防砂综合利用上述两种或多种防砂方法，以达到更好的防砂效果。

常见的复合防砂方法有机械-化学复合防砂、机械-热力复合防砂等。

工作原理机械防砂利用机械装置或材料阻挡、固定砂粒，防止其流动或进入井筒。

常见的机械防砂方法有滤砂管、割缝筛管、绕丝筛管等。

化学防砂利用化学剂或树脂等材料与地层砂粘合，形成致密的挡砂层，以防止砂粒进入井筒。

化学防砂适用于渗透性较好的地层。

热力防砂通过加热或烧结地层，使地层中的砂粒固定或烧结成一体，防止其流动或进入井筒。

热力防砂适用于深层高温地层。

应用范围油、气、水等管道的防砂；水库、堤坝等水利工程的防渗、防漏及加固处理；其他需要进行防砂处理的作业。

建筑地基加固及地下工程的防水渗漏处理；油田、气田、水井等采收作业的防砂；工艺原理砾石层防砂工艺是通过在油井周围铺设一层或多层砾石，以阻挡地层中的砂粒进入井筒中，从而防止砂堵和增产。

砾石层能够有效地过滤流经它的流体，留下大颗粒的砂粒，而让小颗粒的油、气和水通过。

在油井生产过程中，砾石层能够维持地层的稳定，提高采收率，延长油井寿命。

砾石层防砂施工流程包括以下步骤1. 准备工作：清理施工现场，准备所需设备和材料。

2. 下入套管：将带有筛管的套管下入到井筒中，以作为过滤层的基础。

施工流程施工流程4. 填充粘性物质在砾石层上方填充粘性物质，以保护砾石层不受流体冲刷和侵蚀。

5. 安装封隔器在套管顶部安装封隔器，以隔离油层和上部流体。

3. 填充砾石将筛选好的砾石填充到套管中，形成过滤层。

6. 压井测试进行压井测试以确保砾石层能够有效地过滤流体。

关于防砂技术一、油井出砂机理1.地层应力超过地层岩石强度时造成出砂；2.地层胶结物类型和含量以及成岩作用与出砂有关；3.地层疏松，孔隙度＞20% ，声波时差＞295m/s 造成出砂；4.长期注水开发油田，高含水和特高含水时会出砂，粘土膨胀，防膨不利；5.出砂与流速成正比，出砂与生产压差成正比。

压裂防砂的目的就是克服流速和生产压差的作用。

二、防砂方法分类（一）机械防砂（二）化学防砂（三）砂拱防砂（四）压裂防砂（一）机械防砂1. 仅下入防砂用的滤砂管柱，如割缝衬管，绕丝筛管等双层预充填筛管优点：工艺简单、成本低树脂砂粒滤砂管金属棉纤维滤砂管缺点：有效期短，只适应中、粗砂多孔陶瓷滤砂管2. 下入绕丝筛管后，再填充高渗砾石于筛管和井壁之间适用于细、中、粗砂岩。

可用于直井、定向井、热采井。

缺点是流阻增加。

（二）化学防砂向套管外地层挤入化学剂或化学剂与砂浆的混合物，达到填充固结地层的目的。

a.胶固地层：直接向地层挤入固砂剂b.人工井壁：将树脂砂浆液、预涂层砾石、水带干灰砂、水泥砂浆、乳化水泥等挤入井眼、周围地层中，起到防砂目的。

（树脂易老化）。

（三）砂拱防砂封隔器套外填砂（四）压裂防砂通过压裂，使预包砂进入裂缝，并镶嵌住岩石壁，使出砂挡在外部到成砂拱或砂桥，起到防砂作用。

主要防砂方法对比三、防砂效果评价1.含砂量：石油行业规定井口含砂量必须＜0.03%；2.产能损失：防前产液量Q1和防砂后产液量Q2，损失量5-20%有效；3.有效期长：砾石充填有效期可达5-8年。

管内砾石充填防砂原理（一）管内砾石防砂工艺优点：防砂强度高，成功率达90%；有效期可达8-10年；适应范围广，除细粉砂均适用。

选井条件：不宜用于粉细砂岩d＜0.07mm。

套管直径5in 的小井眼施工困难。

注水井不适合。

在进行砾石充填之前，一是为消除污染进行井壁周围的酸化处理；二是为防止粘土膨胀形成颗粒运移，进行防膨处理，特别是粘土矿物＞5%的地层。

防砂⽅法防砂⽅法⼀、项⽬简介防砂管结构：精密复合防砂筛管具有防砂效果好，结构简单、使⽤时效长、渗流⾯积⼤、出油率⾼、作业⽅便等特点。

该产品从内到外由中⼼管、防砂过滤套、不锈钢外保护套等组成。

中⼼管采⽤API标准套管或油管，防砂过滤套可分别⽤⾦属丝编织⽅孔⽹、⾦属丝编织密纹⽹，也可根据实际技术要求为⽤户设计过滤⾯积⼤，可⾃洁、不宜堵塞的滤材结构。

产品可⽤于各类油、⽓、⽔井的防砂，以达到保护井下及地⾯设备的⽬的，提⾼出油率延长油井的使⽤寿命。

性能特点：这种筛管具有极佳的整体强度和抗变形能⼒。

空隙度最⾼可达90%，抗堵塞能⼒强，渗透率⾼、耐⾼温、抗腐蚀、防砂范围⼴，适⽤于各种不同油层。

有效的控制砂的粒径，过滤效率达99.5%.。

使⽤性能可靠，是机械防砂领域中的⾼新技术之⼀。

⼆、以准噶尔盆地出砂分布情况为例予以简要说明浅层稠油藏处于准噶尔盆地西北缘油⽓富集区，属砂岩油藏，由于地层本⾝结构疏松，加上采取的注⾼温⾼压蒸汽的强采⽅式，致使在油⽥开发的同时就伴随着不同程度的出砂，随着开发的延续，出砂井⽇益增多，出砂情况也更趋复杂、加剧。

油井出砂致使油井⽣产周期缩短，油井产量⼤减，甚⾄造成油井停产、报废，严重制约了油井潜能的充分发挥，同时也使开采设备、地⾯⼯艺情况迅速恶化，严重影响了油⽥的⾼效稳产。

三、机械防砂⼯艺应⽤现状1、防砂技术现状及应⽤情况对于出砂油藏，防砂是油⽓藏开采不可缺少的环节，对原油的稳定开采起着重要的作⽤。

进⼊20世纪90年代以来，随着加⼯⼯艺的不断进步以及防砂认识的深化，积极研发出了⼤量的新⼯艺、新⽅法，特别是在机械防砂⽅⾯，取得飞速的发展。

由于机械防砂较化学防砂价格便宜，且对地层⽆污染，⽬前国内外防砂是以机械防砂为主。

浅层稠油所采⽤的机械防砂⼯艺按挡砂程度的不同可分为：机械防砂⼯艺和机械排砂⼯艺。

1.1、机械防砂⼯艺（1）砾⽯充填防砂：将筛管下⼊井内后，⽤⾼渗透砾⽯充填于筛管和套管的环空之间，有的还将⼀部分砾⽯通过射孔孔眼挤⼊周围地层中，形成多级过滤屏障，阻⽌油井出砂。

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。

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。

浅析油田井下作业防砂施工要点为防止油井出砂，一方面要针对油层及油井的条件，正确选择固井、完井方式，制定合理的开采措施，提高管理水平；另一方面要根据油层、油井及出砂的具体情况采用防砂方法。

标签：出砂、防砂、方法1.制定合理的开采措施及防砂方法（1）制定合理的油井工作制度，通过生产试验使所确定的生产压差不会造成油井大量出砂。

控制生产压差基本上就是控制产液量，限制油层中的渗流速度，从而减小流体对油层砂岩颗粒的冲刷力。

对于受生产压差限制而无法满足采油速度的油层，要在采取必要的防砂措施之后提高生产压差，否则将无法保证油井正常生产。

（2）加强出砂层油水井的管理，开、关操作要求平稳，防止因生产压差的突然增大而引起油层大量出砂。

对易出砂的油井应避免强烈抽汲的诱流措施。

（3）对胶结疏松的油层，酸化、压裂等措施要以不破坏油层结构为前提。

（4）根据油层条件和开采工艺要求，正确选择完井方法和改善完井工艺。

（5）机械防砂适用于厚度中等、油层层数少、夹层薄类型的井。

（6）油层渗透性对化学防砂影响较高。

（7）化学防砂对产能影响最大。

（8）防砂的成本分为材料成本和施工成本。

2.采取合理的防砂工艺方法目前防砂方法发展迅速，无论采用哪一种方法，都应该能够有效地阻止油层中砂岩固体颗粒随流体流入井筒。

对每一具体的油层和油井条件，最终要以防砂后的经济效果来选择和评价。

按照防砂的原理，可以将防砂方法主要分为砂拱防砂、机械防砂、化学防砂和压裂防砂等。

1）机械防砂机械防砂可分两类：第一类：下入防砂管柱挡砂，如割缝衬管、绕丝筛管、各类地面预制成形的滤砂器（如双层预充填筛管、树脂砂粒滤砂管、金属丝纤维滤砂管、多孔陶瓷滤砂管等）。

这类方法工艺简单，施工成本低，具有一定的防砂效果。

缺点是防砂管柱的缝隙或孔隙易被油层细砂所堵塞，一般效果差、有效期短，只宜用于中、粗砂岩油层。

第二类：下入防砂管柱加充填物，充填物的种类很多，如砾石、果壳、果核、塑料颗粒、玻璃球或陶粒等，这种防砂方法能有效地将油层砂限制在油层中，并使油层保持稳定的力学结构，防砂效果好，寿命长。