防砂充填工具

CS—AP裸眼砾石充填系统在渤海疏松砂岩的应用渤海SZ油田储层属于典型的高孔高渗疏松砂岩油藏，原油粘度较大，生产过程中地层易出砂。

水平井裸眼砾石充填既能改善井底径向流动，保持较大渗透性，维持油井高产能；又能稳定支撑井壁，长期有效防砂。

文章分析了水平井裸眼砾石充填的技术要求，介绍了CS-AP型先进水平井裸眼砾石充填工具的组成及作用，并以其在该油田某井中的实际应用为例，详细展示了其良好的使用效果。

标签：水平井；裸眼砾石充填；优质筛管；防砂SZ油田处于渤海辽东湾海域，东营组下段为其主要储集层，储层砂岩疏松且原有粘度较大，油田开发过程中出砂问题突出[1]。

针对这种情况，相关学者提出适度出砂，排出孔喉桥堵主要微粒源（直径小于39μm）可显著改善地层渗透率，有利于提高油井产量[2]，但前提是井底防砂措施得当，既允许微小地层砂排出，又能有效阻挡尺寸较大砂砾。

近年来水平井裸眼砾石充填技术不断完善，应用范围不断拓宽，是针对弱胶结易出砂地层水平井的主要防砂技术。

渤海SZ 油田采用贝克休斯公司CS-AP型裸眼砾石充填系统，在多口井中成功实施水平井裸眼优质筛管砾石充填作业，投产后生产情况良好。

1 优质筛管砾石充填技术要求和过程优质筛管砾石充填防砂技术是在绕丝筛管砾石充填防砂基础上发展起来的一种更新技术，它综合了优质筛管和砾石充填的优点，筛管周围的砾石压实带能够起到稳定井壁，阻挡部分地层砂的作用，该技术适用于泥质含量比较高的疏松砂岩油藏。

1.1 砾石充填过程水平井裸眼砾石充填采用循环充填方式，即井内压力保持在地层破裂压力以下，环空保持全开进行充填。

如果在防砂施工过程中，泵压超过地层破裂压力，会导致地层破裂，引起严重漏失，过早出现桥堵，或出现“无底洞”，导致充填失败。

为提高砾石充填作业的成功率，裸眼井段必须使用专门的钻井液，必须采用盐水完井液和特选化学剂高速循环，彻底清洗井眼，井壁上只留下完整的泥饼，且充填过程中始终维持正压差，进一步保证井壁稳定和维护泥饼。

1041 概述在小井眼多层砾石充填防砂作业中，由于老式3.25"通径防砂工具，虽然在施工排量上可以满足作业需要，但防砂管柱内通径均≤69.85mm，导致中心管循环摩阻较高。

针对射孔段跨度较大的井况，往往不能实现一次多层砾石充填，被迫采用分层射孔、多次分层充填的方式才能满足现场作业要求。

7"套管井3.25"通径防砂工具的技术缺陷导致特殊井况下，甲方现场作业工期被迫提高至原设计工期的2.3倍左右，同时缺乏后期冲砂解堵和不动管柱选择性开关滑套等关键配套技术。

新式小井眼大通径防砂工具采用3-1/2"冲管+2-3/8"冲管组合，可实现250m中心管@16BPM和200m中心管@20BPM的多层砾石充填作业，有效解决了原有7"套管井3.25"通径防砂工具存在的技术缺陷。

2 小井眼大通径多层砾石充填防砂工艺介绍2.1 工艺特点使用钻杆下入防砂管柱至目的层位，利用顶部封隔器和隔离封隔器封隔产层，然后逐层进行砾石充填作业。

小井眼大通径多层砾石充填防砂工艺具有以下工艺特点：（1）大幅降低作业期间的循环摩阻，可实现一趟下入最长250m以内中心管，能够进行6层砾石充填防砂作业；（2）防砂充填管柱相对静止，液压锁定机构能够有效防止管柱窜动；（3）防砂管柱回接锚定插入密封后可实现3.88"全通径；（4）选用4-1/2"筛管进行砾石充填作业，后续需使用6"套铣管进行套铣回收作业。

2.2 小井眼大通径多层砾石充填防砂工艺管柱结构防砂外层管柱主要包括：顶部封隔器总成、隔离封隔器总成、充填滑套总成、快速接头、厚壁密封筒、左旋密封筒、双母密封筒、下部密封筒、锚定插入密封总成、筛管和盲管。

防砂内层服务管柱主要包括：送入转换工具+冲管+上部隔离密封+冲管+充填转换工具+冲管+底部隔离密封。

见图1。

小井眼大通径多层砾石充填防砂工具及配套技术应用赵志佳中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452摘要：在海上油气田开发过程中，地层出砂将严重影响油井的产能和寿命。

油井绕丝筛管砾石充填防砂施工浅谈摘要：在做好油井绕丝筛管砾石充填防砂施工准备及用料计算的基础上，明确油井绕丝筛管砾石充填防砂施工质量标准与技术，并按照相关标准与技术要求进行油井绕丝筛管砾石充填防砂施工，以确保施工安全高效运行。

关键词：作业施工；充填防砂；砾石充填要在掌握完钻日期、完钻井深、油层套管、水泥返高、油补距、人工井底、生产层位、孔隙度、井段、泥质含量、静压、累计出砂量、地层砂粒度中值等基本数据的基础上，结合生产方式、参数、产液量、含水、含砂、累计出砂量、静压以及曾经采取过的措施等原井管柱结构生产情况，进行绕丝筛管砾石充填防砂。

一、做好油井绕丝筛管砾石充填防砂施工准备及用料计算施工准备:防砂车组、水泥车、挡砂皮碗、罐车、充填工具、通井规、GX-T套管刮削器、SFZ18-35型防喷器、N80油管、抽油杆、光杆、管式泵、筛管、丝堵、石英砂、绕丝筛管和、扶正器，施工用液根据井深计算得出。

用料计算:砾石粒径选择:选择砾石粒径为地层砂中值的5～6倍、D50=(5～6)×d50，其中D50:砾石粒径中值、d50:地层砂中值。

管内充填砾石用量:V内=（D2-d2）×h×K×π/4，其中D:套管内径、d:油管外径、h:充填高度、K:附加系数。

筛缝尺寸：绕丝筛管筛缝尺寸等于砾石粒径中值的1/2～2/3。

δ=D50×（1/2～2/3），其中δ：筛缝尺寸，D50：砾石粒径中值。

主筛管长度:超过油层上下界各2m。

光管选择:在φ139.7mm的套管内，选用外径为φ73mm油管，在φ177.8mm的套管内，选用外径为φ89mm的油管。

主筛管外径选择：在φ139.7mm的套管内，选用外径为φ73mm筛管，在φ177.8mm的套管内，选用外径为φ89mm的筛管。

携砂液用量:V液=V石/τ，其中V液:携砂液用量；V石：砾石用量；τ：携砂比。

洗井液用量；V液=（D2-d2外＋d2内）×h×K×π/4，V液:洗井液用量，D:套管内径，d外:油管外径、d内:油管内径，h:洗井深度，K:附加系数。

技术总结——防砂工艺概述一、油、气井出砂危害油、气井出砂是石油开采遇到的重要问题之一。

如果砂害得不到治理，油、气井出砂会越来越严重，致使出砂油、气井不能有效的开发。

出砂的危害主要表现在以下三个方面：1.减产或停产作业2.地面和井下设备磨蚀3.套管损坏、油井报废二、油、气井出砂机理地层出砂没有明显的深度界限，一般来说，地层应力超过地层强度就有可能出砂。

地层强度决定于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。

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，还有地层空隙压力和生产压差形成的作用力。

由此可见，地层出砂是又多种因素决定的。

主要可以分为先天原因和开发原因。

1.先天性原因先天性原因是指砂岩地层的地质条件，也就是砂岩地层含有胶结矿物数量的多少、类型的不同和分布规律的差异，再加上地质年代的因素，就形成了砂岩油、气藏不同的胶结强度。

一般来说，胶结矿物数量多，类型好，分布均匀，地质年代早，砂岩油、气藏的胶结强度就大，反之就小。

2.开发因素人为的开发因素造成油、气井出砂。

这些因素有的可以避免，有的不可能避免。

不恰当的开采速度以及采油速度的突然变化，落后的开采技术，低质量和频繁的修井作业，设计不良的酸化作业和不科学的生产管理等造成油气井出砂，这些都应当尽可能避免。

随着油、气田开发期延续，油、气层压力自然下降，储层砂岩体承载砂砾的负荷逐渐增加，致使砂砾间的应力平衡破坏，胶结破坏，造成地层出砂，这种出砂不可避免。

三、防砂方法分类传统的防砂方法主要有以下几种：1.砂拱防砂2.机械防砂3.化学防砂4.焦化防砂目前我们渤海地区采用的主要是机械防砂。

机械防砂一般分为两类，一类是下入预充填防砂管柱挡砂。

这种防砂方法简便易行，但效果差，寿命短。

原因是防砂管柱的缝隙或孔隙易被进入井筒的细地层砂所堵塞。

另一类是下入防砂管柱后再进行充填，充填材料一般是砾石。

这种防砂方法能有效的把地层砂限制在地层内，并能使地层保持稳定的力学结构，防砂效果好，寿命长。

FR I ND OF MI L INDU STRY 开发与创新2007.N O .13化工之友砾石充填防砂以其适应性强、防砂有效率高、有效期长而得到广泛的应用。

但是，目前现河油田在用充填工具存在施工过程中全井套管承受高压、液流通道小、丢手工序在充填施工后的问题，因此对油田高含水开发过程中套管缺乏保护，防砂后丢手易发生丢不开的现象。

研制了一种新型充填工具，施工过程无套压、先期丢手、大通道，实现底部筛管充填、地层挤压充填、环空充填多功能一体化。

现场应用表明，该工具结构合理，使用方便，性能稳定可靠[1]。

1工具的结构、工作原理及性能特点1.1结构多功能无套压充填工具由封隔系统、离合系统、充填系统三部分组成。

其工具结构见图1。

1.2工作原理1.2.1坐封工具按设计下入井内，从油管打液压依次剪断防冲剪钉、锚定剪钉、座封剪钉，充填外套压缩胶筒，达到一定值后卡簧件挂在卡簧套的锯齿形的环槽内，防止胶筒回弹复位，保持压缩扩张状态，密封油套环空。

1.2.2丢手井口正转油管使离合螺母退开实现充填系统与封隔系统分离。

1.2.3充填(1)底部信号筛管充填上提管柱40c m ，井口开泵。

液体由油管进入，经底部筛管返至油套环空流出地面。

加砾石充填。

使砾石把底部信号筛管填充满后。

充填压力上升。

(2)地层挤压充填下放充填工具40c m 至原位，此时充填系统返液口关闭，砾石通过地填孔挤入地层，实现地层挤压充填。

(3)筛套环空循环充填地层充填完成后，扩散压力，上提充填系统1m ，进行筛套环空循环充填。

(4)反洗筛套环空循环充填完成后，上提充填系统3—5m ，反循环冲洗出管内剩余砾石，起出充填系统。

1.3技术参数根据现河油田油井常用套管规范设计了适用于7//套管的Ф5规格的工具，以满足目前油田部分油井的防砂需要。

工具规范见表1。

1.4性能特点(1)该工具集丢手器、锚定器、密封器、液体转向器于一体，实现了先丢手而后底部信筛充填、地层挤压充填、环空充填防砂一次完成。

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。