油井防砂工艺技术.ppt
,油井防砂技术,2011-5-26,2011-,1,提,纲,一、概述,二、出砂危害与出砂原因,三、防砂技术分类,四、机械防砂技术,五、化学防砂技术,六、排砂工艺技术,七、水平井防砂技术,八、其它防砂技术,2011-5-26,2011-,2,一、概述,油、气井出砂是砂岩油藏开发过程中经常遇到的问,题之一，它直接影响到油井能否正常生产。是世界各国,石油工业长期以来所面临的课题之一，每年投入了大量,人力、物力和财力进行这方面工作的研究。我国的各油,田都有出砂的问题，如辽河油田每年防砂方面耗资上亿,元,美国的墨西哥湾地区、克恩河油田，每年在油井防,砂上耗资上千万美元，委内瑞拉的英特甘博油田、加拿,大的冷湖油田每年也都要投入大量的经费进行防砂。由,此可见防砂工作的重要性和迫切性。,2011-5-26,2011-,3,一、概述,通常出砂比较严重的一般为年青的第三系地层，该,地层沉积岩距今约 2500 万年左右，尤其是中新世的地,层，出砂尤为严重。,世界范围内，美国墨西哥湾地区和洛杉机盆地，加,拿大阿尔伯达重油区，委内瑞拉、(原苏联)阿塞拜疆,等地区。,我国东部地区的胜利油田的孤岛、孤东、大港油,田、辽河油田、西部地区的玉门油田等，出砂也较严,重。,2011-5-26,2011-,4,一、概述,世界防砂技术领域，美国的防砂技术较为先进。美国,的贝克 休斯公司、道威尔 斯伦贝谢公司、哈里伯顿公,司、沙龙公司、雪弗龙公司等都拥有自己专门的防砂研究,机构，从施工设备、施工工艺到工具（如砾石充填工具、,封隔器、滤砂管、泵送设备、施工液体、化学药剂、技术,咨询、现场服务等）形式一条龙服务。,2011-5-26,2011-,5,一、概述,六十年代,化学防砂在美国墨西哥湾地区曾占据防砂作,业的主导地位，后来随着机械防砂技术的完善和发展，尤,其各种新式筛管防砂技术、压裂防砂的快速发展，其主导,地位逐渐被取代。,进入九十年代后，随着性能良好的固砂剂、树脂砂的,不断出现，化学防砂技术又有了新的发展。,近年来，随着科技进步，压裂防砂技术、各种新型筛,管、固砂剂等防砂技术也迅速发展起来。,2011-5-26,2011-,6,一、概述,防砂技术发展过程,早期的油井防砂仅,采用限产的办法来控制,油、气井出砂。这种防,砂方法既影响产量，又,较难操作和控制。后来,逐渐被割缝套管及后来,发展的门类繁多的防砂,技术取代。,2011-5-26,2011-,7,一、概述,2011-5-26,2011-,8,一、概述,20 世纪初主要采用限产、简易砂锚防砂,?,1932 年研制出砾石充填防砂方法,?,1947 年研制出化学固砂方法,?,60 年代出现热法固砂防砂方法,?,80 年代，世界各国油井防砂技术日益发展起来。,?,主要以机械方法为主，约占防砂作业总量的 85%。化学防,砂技术的树脂、人工井壁防砂技术近年来发展较快。,90 年代后期，压裂防砂逐渐成为防砂的主导技术。,?,2011-5-26,2011-,9,提,纲,一、概述,二、出砂危害与出砂原因,三、防砂技术分类,四、机械防砂技术,五、化学防砂技术,六、排砂工艺技术,七、水平井防砂技术,八、其它防砂技术,2011-5-26,2011-,10,二、出砂危害与出砂原因,1、油井出砂的危害,油井出砂会给采油生产带来很多难题。轻者造成卡泵，使,油井不能正常生产，增加采油、作业检泵和冲砂的工作量；严,重的会造成砂埋油层和油管，使油井减产、停产，出砂过多会,造成地层跨塌而套管损坏等。这些严重后果，不仅会直接影响,油井的产能和油田的产量，而且由于地下注采的不平衡还会影,响油田的最终采收率。,*区块,注采井数比为1：2.42；,理论注采井数比1：1.68,标定采收率32.6%；,实际采收率26%,2011-5-26,2011-,11,二、出砂危害与出砂原因,（1）卡泵、掩埋油层、磨蚀设备，增加作业工作量,油井出砂，造成卡泵，使油井不能正常生产，不仅直接,影响油井的产能和油田的产量，增加采油作业检泵和冲砂的,工作量，而且还会对采油设备造成磨蚀。,（2）掩埋井下管柱，造成井下事故,对于分层开采的油井，大量出砂会将井下封隔器及管柱,埋住，造成砂卡事故或井下管柱被拔断。,2011-5-26,2011-,12,二、出砂危害与出砂原因,（3）造成地层坍塌，导致套管变形破坏,油层出砂，地层中疏散的砂粒流失，造成地层应,力的变化。当大量出砂时，会形成洞穴，最终引起地,层坍塌，造成套管变形或损坏，甚至造成油井报废。,2011-5-26,2011-,13,二、出砂危害与出砂原因,2.油井出砂的原因,先天性的油层的地质因素,?,取决于砂岩地层的地质条件，砂岩地层胶结矿物,含量及分布、胶结类型、成岩压实作用、地质年代等因,素决定。,后期开采过程的开发因素,?,完井、采油及后期措施作业造成的油井出砂,2011-5-26,2011-,14,二、出砂危害与出砂原因,（1）地层胶结强度低,在胶结疏松的地层中，流体流动阻力克服了砂粒间的,聚合力或岩石强度，使油井出砂。特别当原油粘度高，流,速大，流动阻力也愈大，出砂也愈严重。,胶结方式,a 接触胶结 b 孔隙胶结 c 基底胶结,2011-5-26,2011-,15,二、出砂危害与出砂原因,更细的划分，将不同的出砂地层分为以下类系型，实,际上地层砂没有明显的界限，难以区分。,零 强度,毛管力强度,异常弱,弱胶结,较弱胶结,2011-5-26,2011-,16,干砂,潮湿砂,胶结,二、出砂危害与出砂原因,（2）油、气井产水,以粘土为主要胶结物的地层中，当开始产水后，水溶,解地层中的胶结物，降低了地层固结强度。,有些油田在一次采油期间，不出砂。但在注水采油期,间，尤其在油井产水后开始出砂。含水上升，加剧出,砂。,2011-5-26,2011-,17,二、出砂危害与出砂原因,（3）地层压力下降,地层内流体的压力支撑上覆岩层的压力。当地层压,力，即流体的压力降低后，则上覆岩层的压力转嫁给地,层，增加了地层颗粒及胶结物的压力。在胶结差的地层,中，随着地层压力下降，增长的压力会压碎胶结物甚至,岩石颗粒，造成油井出砂。因此有些油田在一次采油后,期才开始出现出砂现象。,2011-5-26,2011-,18,二、出砂危害与出砂原因,地层压力下降对岩层骨架的影响,2011-5-26,2011-,19,地应力分析,应 ess,Str 力,th,g,裁判,强度 n,re,St,Stres,s,?,?,?,二、出砂危害与出砂原因,(4)完井措施不当,a.固井质量不好，油井大段窜槽，高压层封隔不良，高,压油、气水乱窜造成油井出砂.,2011-5-26,2011-,24,二、出砂危害与出砂原因,b.射孔方式不当 方位、相位角、布孔方式或射孔枪型、,孔径、孔密应用不适当，导致油井出砂。,最初射孔密度一般为 10 孔/米，后来发展为 12 孔/米、16,孔/米以至于现在的 32，国外有的实施 64 孔/米。对于出砂,油藏射孔是一项不容忽视的重要问题。,2011-5-26,2011-,25,二、出砂危害与出砂原因,(5)采油工作制度不合理、或作业措施不当,a.油井产液激动,投产放喷、抽汲过猛，强烈降压，或,油井生产压差过大，排液速度过快；油井开关频繁，均会,造成油井激动引起油井出砂。,b.酸化措施，除去地层中的钙质胶结物，或入井流体与地,层不配伍，造成堵塞，加大油流阻力使油井出砂。,c.稠油注汽吞吐井，注汽速度过高，高速蒸汽流强烈冲刷,地层，冷凝水的高 PH 值溶蚀地层的胶结物，致使油井出砂,严重。,2011-5-26,2011-,26,二、出砂危害与出砂原因,3、判断油井出砂的依据,直接法：油井的含砂量,?,若油井的含砂量超过 0.O3%（重量 700mg/l）即为出,砂。（SY/T5185-2000）,间接法：出砂所带来的影响和危害,?,2011-5-26,2011-,27,二、出砂危害与出砂原因,4、油井出砂预测,预测油井是否出砂，必须研究地层的出砂临界,流速,和临界压差，定量地分析地层的出砂程度。,目前出砂预测方法有现场观测法、经验分析法,a.现场观测法：,（1）岩心观察,（2）DST（Drillstem test）测试,（3）临井比较,2011-5-26,2011-,28,二、出砂危害与出砂原因,b 经验分析法,1、组合模量,根据声波时差及密度测井资料，应用下列公式计算：通过,组合弹性摸量E C 来预测油层是否出砂。,?,9.94?10,8,?,r,E,?t c,c,2,E,岩石的组合弹性摸量,MPa,C,r,地层岩石体积密度,g/cm 3,t c,岩石纵波声波时差,s/m,2011-5-26,2011-,29,二、出砂危害与出砂原因,组合模量E C,当E C 2.010 4 MPa,正常生产，不出砂。,1.5 10 4 E C 2.010 4 MPa,轻微出砂,E C 1.5 10 4 MPa,严重出砂,2011-5-26,2011-,30,二、出砂危害与出砂原因,2、声波时差法,近年来采用声波在地层中的传播时间T进行 予测，,当声波时差T295微秒/米时，则应采取防砂措施。,2011-5-26,2011-,31,二、出砂危害与出砂原因,3、孔隙度法,大于30，,胶结程度差，出砂严重,20 30之间，轻微出砂,小于20，,基本不出砂,4、岩心室内实验法：,包括岩心抗压强度试验、流动破坏性试验等。,2011-5-26,2011-,32,二、出砂危害与出砂原因,防砂工艺决策系统软件,功能：,1）出砂预测；,2）防砂方法优选；,3）产能预测。,2011-5-26,2011-,33,提,纲,一、概述,二、出砂危害与出砂原因,三、防砂技术分类,四、机械防砂技术,五、化学防砂技术,六、排砂工艺技术,七、水平井防砂技术,八、其它防砂技术,2011-5-26,2011-,34,三、防砂技术分类,防砂方法分类,?自然砂桥防砂,（自然砂桥）,防,?筛管防砂,砂,?地层内固砂,（防止地层出砂）,机,理,?井筒排砂,2011-5-26,2011-,35,三、防砂技术分类,防砂方法分类,砂拱防砂,机械防砂,防砂工艺方法,化学防砂,焦化防砂,2011-5-26,2011-,36,三、防砂技术分类,（续表1）,增大射孔段长度，增加射孔密度,降低流速,控制产量,砂拱防砂,裸眼产层膨胀式封隔器,增大地层径向应力,防砂方法,割缝筛管，绕丝筛管，,双层筛管，胶结滤砂管,防砂管柱,筛管+预涂层砾石充填,割缝筛管、绕丝筛管,防砂管柱,机械防砂,或衬管+砾石充填,+充填,压裂防砂,2011-5-26,2011-,37,三、防砂技术分类,树脂注入法，树脂地下合成,树脂胶结,（续表2）,预涂层砾石,树,脂,砂,浆,化学防砂,水,泥,砂,浆,水带干灰砂,树脂核桃壳,人工井壁,乳,化,水,泥,焊接玻璃固砂,防砂方法,氢氧化钙固砂,四氯化硅固砂,水 泥-酸钙混合液固砂,其它化学法,聚乙烯固砂,氧化有机化合物固砂法,注热空气固砂,焦化防砂,2011-5-26,2011-,38,短期火烧油层固砂,三、防砂技术分类,防砂方法比较,(1)机械防砂,优点：,适应性强，无论产层薄厚，渗透率高低、夹层多少都能有,?,效地实施。,机械防砂成功率高，有效期长等优点。,?,缺点：,井筒内有工具，后期作业及修井困难。,?,2011-5-26,2011-,39,三、防砂技术分类,防砂方法比较,(2)化学防砂,优点：,井筒中不留任何机械物体，修井作业简单不影响其它措施,井筒中不留任何机械物体，修井作业简单,?,（分层、注水、深抽等）,对粉细砂地层防砂效果优于机械。,?,缺点：,适用于渗透率相对均匀的薄层段；,?,对地层渗透率有一定伤害；,?,在稠油注汽吞吐井防砂有效期短。,?,2011-5-26,2011-,40,提,纲,一、概述,二、出砂危害与出砂原因,三、防砂技术分类,四、机械防砂技术,五、化学防砂技术,六、排砂工艺技术,七、水平井防砂技术,八、其它防砂技术,2011-5-26,2011-,41,四、机械防砂技术,机械防砂技术：,把机械防砂管柱（筛管、封隔器）下入井中，阻挡地层砂,进入井内，而地层液体可以自由通过的防砂方式。,丢手封隔器,防,砂,管,筛管,柱,示,油层,油层,意,图,沉砂管,2011-5-26,2011-,42,四、机械防砂技术,防砂前井筒准备 油井冲砂,油井冲砂,?,通过向井筒内打入液体，利用高速的液体将砂冲散、悬,浮，同时利用其速度和粘度将砂子携带到地面。,冲砂液：水、钻井液、乳化液、气化液等,冲砂方法：正冲、反冲、正反冲、负压冲砂,油井捞砂,?,软捞、硬捞,2011-5-26,2011-,43,四、机械防砂技术,冲砂注意事项,?,1 冲砂前要弄清冲砂井的情况，掌握施工设计及施工程序,2 检查好进出口的阀门，防止憋泵。,3 冲砂过程不能停泵，若必须停泵，应先循环一段时间，,停泵后将防砂管拄上提6-7m，以防卡管拄。,4 防止井喷，冲砂时注意观察泵压和出口液量变化，在气井,上冲砂时还应注意防止火灾事故。,2011-5-26,2011-,44,四、机械防砂技术,机械防砂技术主要分 3 类：,滤砂管防砂技术：予充填筛管、绕丝筛管、割缝筛管、膨胀,?,筛管、弹性筛管,砾石充填防砂、压裂充填防砂技术,?,复合射孔防砂技术,?,2011-5-26,2011-,45,常规防砂管柱,分层防砂管柱,充填防砂管柱,四、机械防砂技术,目前国内外的防砂技术，种类繁多，已成规模、系列化。,典型机械防砂工艺技术,套管内防砂,地层内固砂,预充填筛管防砂技术,砾石充填防砂技术,金属纤维筛管防砂技术,压裂防砂技术,金属棉筛管防砂技术,复合射孔防砂技术,割缝筛管防砂技术,膨胀筛管防砂技术,2011-5-26,2011-,46,四、机械防砂技术,机械防砂发展趋势主要表现:,?对于出砂严重、生产压差大的直井、斜井、水平井多,采用筛管砾石充填防砂；而对于出砂不太严重或大斜,度井、水平井则采用相应的防砂筛管防砂。,?砾石充填趋于正循环挤压充填，尤其是高压大排量挤,压充填 压裂防砂。,?低粘度的充填携砂液发展较快，这是因为其砾石充填,层密实，防砂效果好。,2011-5-26,2011-,47,四、机械防砂技术,?专门适用于水平井裸眼井或套管井的新型防砂管不断出,现，由于其工艺简单、施工方便而日益受到现场欢迎。,2011-5-26,2011-,48,四、机械防砂技术,（一）不锈钢绕丝筛管,不锈钢绕丝筛管是在打孔基管之上，用特殊截面的不锈,钢丝在专用设备上采用先进工艺技术绕焊制造而成，通过不,锈钢丝筛缝挡砂。绕丝不锈钢筛管具有结构简单，筛缝均,匀，使用方便，强度高，重量轻，不受温度影响，耐腐蚀性,强，过虑面积大，渗流性能好等特点。不锈钢绕丝筛管多数,与砾石充填联合使用。,2011-5-26,2011-,49,四、机械防砂技术,（一）不锈钢绕丝筛管,2011-5-26,2011-,50,四、机械防砂技术,（一）不锈钢绕丝筛管,绕丝筛管砾石充填技术是最普及的防砂技术，在全,世界范围内应用最广，不完全统计已有2万多井次。在胜,利油田应用较多，1995年以前在辽河油田应用400多井,次，防砂效果很好。特别是近年来，绕丝筛管加工工艺,和携砂液技术的改进提高，绕丝筛管砾石充填技术的技,术优势得以进一步发挥。,2011-5-26,2011-,51,四、机械防砂技术,（二）预充填筛管防砂技术,预充填管柱组合,顶部为丢手封隔器，中部,为地面充填好砾石的双层,绕丝筛管，底部是 2 3,个皮碗口向上的滑套沉砂,器。,预充填管柱,粉末冶金防砂管,2011-5-26,2011-,52,四、机械防砂技术,（二）预充填筛管防砂技术,基管,内筛网,砾石,外筛网,2011-5-26,2011-,53,预充填绕丝筛管,四、机械防砂技术,（三）金属纤维筛管防砂技术,防砂原理：,以单层API标准套管做基管，在基管上钻有若干个阶梯,孔，将金属纤维过滤介质经过特殊工艺组装成过滤件，然,后再将这些过滤件通过焊接安装到基管的孔里，形成单层,管的整体防砂结构。,2011-5-26,2011-,54,四、机械防砂技术,（三）金属纤维筛管防砂技术,防,砂,原,理,2011-5-26,2011-,55,四、机械防砂技术,（三）金属纤维筛管防砂技术,1.特点,（1）采用整体结构，强度高；隐形接箍，外径尺寸一,致，便于水平井，小井眼的下入。,（2）通径大，便于油井维修作业，冲砂方便。,焊接强度试,（3）不锈钢丝滤网，耐温、耐腐蚀，有效期长。,验,（4）油砂分离性、具有自洁性，渗透率高。,加载,加热,（5）适用范围广，施工工艺简单，作业时间短。,试件,2011-5-26,2011-,56,四、机械防砂技术,（三）金属纤维筛管防砂技术,2.筛管适应条件,?中 粗砂、出砂不严重的地层,?均匀系数Co3.0时应用筛管防砂效果好。,（均匀系数Co：半对数坐标中D 40/D 90 的比值）,S型筛分曲线,100,90,80,累积百分比（%）,70,60,50,40,30,20,10,0,0.1,1,2011-5-26,2011-,57,粒径（mm),四、机械防砂技术,（三）金属纤维筛管防砂技术,3.技术指标,规格型号,筛管通径,抗内压,抗外压,过滤单元厚,渗透率,挡砂粒径,mm,MPa,MPa,度,m 2,mm,mm,X102,78,20,25,6.5-9.5,33,0.1,X108,82,20,25,6.5-9.5,38,0.1,X140,120,20,25,6.5-9.5,47,0.1,X146,120,20,25,6.5-9.5,38,0.1,X178,159,20,25,0.1,2011-5-26,2011-,58,四、机械防砂技术,（三）金属纤维筛管防砂技术,4.适应范围,该防砂管柱适用于直井、斜井、侧钻井及水平井套管,完井的各类油水井和裸眼完钻的上述各类油水井的防砂。,2011-5-26,2011-,59,四、机械防砂技术,（三）金属纤维筛管防砂技术,5 施工程序、基本管柱,（1）收集有关地质生产资料，然后作施工方案,（2）压井、冲砂、探砂面。,（3）通井。通井规外径不小于防砂管柱最大外径，长度不小于封隔,器长度。,（4）下防砂管柱。,（5）投球丢手，坐封，然后起出送入管柱。,（6）下生产管柱。,2011-5-26,2011-,60,四、机械防砂技术,防,砂,完,井,管,油层,油层,柱,示,意,图,2011-5-26,2011-,61,四、机械防砂技术,（三）金属纤维筛管防砂技术,6 注意事项,（1）筛管严禁乱摔，碰撞，下,井前应保持干净，无死油、,污泥尘土。,（2）下井前油管、筛管、及下,入工具要丈量准确，确保下,入深度的准确性。,2011-5-26,2011-,62,四、机械防砂技术,（三）金属纤维筛管防砂技术,（3）下井前井下稠油、死油一定要用热水清洗干净。,（4）在下筛管入井时要扶正，不要刮碰井口。,（5）施工前要通井，以确保防砂管柱顺利下入。,（6）投球丢手时，人要离开高压管柱，杜绝用软管线蹩压,丢手以防伤人。,（7）施工中严禁一切东西掉入井内。,2011-5-26,2011-,63,四、机械防砂技术,（三）金属纤维筛管防砂技术,7、现场应用,该防砂管柱不仅可以用在直井、斜井、侧钻井及水平,井等套管完井的各类油、气、水井的防砂，而且对于裸眼,完钻的上述各类型的油、水井也同样适用。自 94 年现场应,用以来，已累计实施 1500 余井次，措施有效率 98%。解决,了辽河油田稠油注汽井细粉砂防治的难题。,2011-5-26,2011-,64,四、机械防砂技术,(四)割缝筛管防砂技术,在油管或套管上切割出矩形缝（或梯形缝），利用割缝实,现过滤油流中的颗粒物质，实现防砂目的。割缝筛管因加工梯,形缝难度较大，加工成本相对较高，目前主要以加工矩形缝为,主。割缝筛管主要应用于出砂粒径大而均匀的油井，对于出砂,粒径较细的油井一般与填砂技术配合应用。,2011-5-26,2011-,65,四、机械防砂技术,(四)割缝筛管防砂技术,2011-5-26,2011-,66,四、机械防砂技术,(四)割缝筛管防砂技术,2011-5-26,2011-,67,四、机械防砂技术,(四)割缝筛管防砂技术,适用范围:,?适用于油层砂分选较好，出中粗砂的油井;,?适用于直井、斜井、水平井防砂；,?强度较低，油藏埋藏较浅的油井；,?配合砾石充填防砂效果更好。,长150缝长50间距25平行,90,长150缝长50间距25交错,长150缝长45间距30平行,80,长150缝长45间距30交错,割,70,弹,长225缝长50间距25,缝,性,60,长225缝长50间距62.5,筛,筛,管,弹性筛管长150,50,管,TP100H套管,40,套,30,管,20,2011-5-26,2011-,68,10,0,四、机械防砂技术,（五）烧结滤网筛管防砂技术,烧结滤网筛管采用三层结构，基管为按一定规则打孔套管，,基管外是烧结滤网过滤材料，过滤材料通过支撑环在套管上定,位，外面有一层均匀布孔的外保护套。,2011-5-26,2011-,69,四、机械防砂技术,（五）烧结滤网筛管防砂技术,烧结滤网过滤筒,?强度高、不易损坏、也不发生变形，结构稳定。,?始终保持编制网的三维网状多孔结构，比表面积大，渗,透性好，孔径分布均匀，具有优异的过滤性能。,?多层过滤结构，逐级扩散，能够通过第一层的细砂都能,够流,过基管通孔，防滤可靠性高。,内层,外层,2011-5-26,2011-,70,
