完井防砂技术研究毕业设计

1、本本科科毕毕业业设设 计计（论论 文文） 题目题目文昌文昌 19-1 北油田北油田 完井防砂技术研究完井防砂技术研究 学生姓名学生姓名学学号号 教学院系教学院系石油工程学院石油工程学院 专业年级专业年级石油工程石油工程 2008 级级 指导教师指导教师熊友明熊友明职职称称教授教授 单单位位西南石油大学西南石油大学 辅导教师辅导教师职职 称称 单单位位 完成日期完成日期2012年年6月月 southwest petroleum university graduation thesis the technical research of completion sand control method

2、s in wenchang 19-1 north oil field grade: 2008 name: speciality: petroleum engineering instructor: xiong youming petroleum engineering college 2012-6 摘摘 要要 文昌 19-1 油田北块位于珠江口盆地文昌 b 凹陷中部，距海南文昌县约 148km 海域。油田出砂现象较为严重，每年油田公司在完井防砂生产方面花费较大。 文昌油田防砂技术的关键在于设计防砂筛管的防砂层结构和综合的挡砂精度。 国内外的防砂大多按照 d50=(5-6)*d50来选择砾石尺寸

3、，然后倒推高级优质筛管的 挡砂精度。但是实际上，具体的油田的地层砂的分选型和砂子粒径都是千变万化 的，差异很大，不能完全按照这个公式来设计。 本文通过对文昌 19-1 北地层砂的筛分析、确定砾石充填实验方案和高级优质 筛管出砂模拟实验方案，进行实验，根据实验结果、整理和分析，推荐合理的挡 砂精度。 关键词关键词：粒度分析；防砂方式；砾石充填；筛管结构；模拟实验；挡砂精度 abstract wenchang 19-1 north oil field is located in pearl river mouth basin, the wenchang b central depression.

4、its far from the hainan wenchang county about 148 km away. the oil field sand phenomenon is relatively serious. every year oil company takes large spendings on completion and sand control production. the key of wenchang oil field sand control technology is design the sand control layer structure of

5、sand control screen and integrated block off sand control accuracy. at home or abroad designers choose the gravel size according to the d50=(5-6)*d50 as sand control method. after that, they retrodict the block off accuracy of senior high quality screen. but actually, the sorting types and sand part

6、icle sizes in special oil fields formation sand are ever changing, at the same time, they differ greatly, we cant design completely according to the formula. in this text ,according to the analysis on wenchang 19-1 north oil fields formation sand screen, designers confirm the gravel pack experimenta

7、l program and senior high quality screen sand simulation experiment scheme. after experiment, according to the result of the experiment, collection and analysis, we finally recommend reasonable block off sand control accuracy. keywords: mechanical analysis; sand control method; gravel pack; screen c

8、onstruction simulated experiment; block off accuracy 目录目录 1 1 前前 言言 1 1 1.11.1 研究目的与意义研究目的与意义 1 1 1.21.2 研究内容与步骤研究内容与步骤 1 1 1.31.3 国内外研究现状国内外研究现状 1 1 1.3.1 国内研究现状 2 1.3.2 国外研究现状 5 1.41.4 文昌文昌 19-119-1 北油田研究背景资料北油田研究背景资料 6 6 2 2 防砂方法的介绍与选择防砂方法的介绍与选择 1010 2.12.1 防砂方法概述防砂方法概述 1010 2.22.2 机械防砂机械防砂 1010

9、2.2.1 绕丝筛管防砂 10 2.2.2 双层预充填砾石绕丝筛管防砂 11 2.2.3 膨胀筛管 12 2.2.4 多层滤膜组合筛管 13 2.2.5 双层半剖面绕丝筛管 13 2.2.6tbs 筛管防砂技术 13 2.2.7 割缝衬管防砂 14 2.2.8 可膨胀割缝管 15 2.2.9 滤砂管防砂 15 2.32.3 砾石充填防砂砾石充填防砂 1919 3 3 文昌文昌 19-119-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组地层砂分析油组地层砂分析2424 3.13.1 文昌文昌 19-119-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组地层砂粒度分析油组地层砂粒度分析 2424 3

10、.1.1 样品 1 的筛分析结果 24 3.1.2 样品 2 的筛分析结果 27 3.1.3 样品 3 的筛分析结果 30 3.1.4 样品 4 的筛分析结果 32 3.23.2 文昌文昌 19-119-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组泥质含量与粘土含量分析油组泥质含量与粘土含量分析 3535 3.33.3 文昌文昌 19-119-1 油田北块与相邻油田北块与相邻 19-119-1 油田的地层砂参数对比油田的地层砂参数对比3535 4 4 文昌文昌 19-119-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组防砂优化研究油组防砂优化研究 3737 4.14.1 文昌文昌 19-119

11、-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组砾石充填出砂模拟实验油组砾石充填出砂模拟实验3737 4.24.2 文昌文昌 19-119-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组高级优质筛管出砂模拟实验油组高级优质筛管出砂模拟实验 3939 4.2.1 模拟高级优质筛管结构方案一 39 4.2.2 模拟高级优质筛管结构方案二 39 4.2.3 模拟多层筛网填砂模型实验方案一（2%nacl 盐水测） 41 4.2.4 模拟多层筛网填砂模型实验方案二（2% nacl 盐水测）44 4.34.3 文昌文昌 19-119-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组的防砂方案和防砂参数推荐油组的防

12、砂方案和防砂参数推荐 4747 5 5 研究结论研究结论4848 谢辞谢辞 4949 参考文献参考文献 5050 1 前前 言言 1.1 研究目的研究目的与意义与意义 通过对文昌 19-1 北油田地层砂的粒度分析、确定砾石充填实验方案和高级优 质筛管出砂模拟实验方案，进行实验，根据实验结果、整理和分析，推荐合理的 挡砂精度与防砂方案。 目前，在国内外的防砂大多按照 d50=(5-6)d50 来选择砾石尺寸，然后倒推高 级优质筛管的挡砂精度。但是实际上，具体的油田的地层砂的分选型和砂子粒径 都是千变万化的，差异很大，不能完全按照这个公式来设计。研究主要在于对地 层砂进行出砂模拟实验，从而确定具体

13、的挡砂精度，制定完整的防砂方案。 1.2 研究内容研究内容与步骤与步骤 1、文昌 19-1 油田北块珠海组二段油组地层砂的粒度分析、粘土含量分析、 泥质含量分析； 2、用模拟地层水进行文昌 19-1 油田北块珠海组二段油组砾石充填模拟实 验，确定砾石目数和配套筛管的缝隙大小； 3、用模拟地层水进行文昌 19-1 油田北块珠海组二段油组优质筛管出砂模 拟实验，模拟 2 种筛管结构，确定最佳的挡砂精度； 4、文昌 19-1 油田北块珠海组二段油组砾石充填和优质筛管方案对比与最 终防砂方式以及防砂参数确定； 1.3 国内外研究现状国内外研究现状 目前，国内外在防砂方法的主要发展趋势是变管内防砂为裸眼

14、防砂。同时， 对于高泥质含量或者高粘土含量的地层，都以砾石充填防砂为主。比如，中海油 的做法是：泥质含量超过 14%，就推荐砾石充填防砂。经过 10 多年的探索，目 前，国内对于泥质含量低的地层，基本上都用高级优质筛管防砂完井。但是，也 有很多泥质含量超过 14%的油气田，仍然采用高级优质筛管直接防砂同样有效。 其关键在于设计防砂筛管的防砂层结构和综合的挡砂精度。只要挡砂精度合理， 高级优质筛管在大多数情况下都可以替代砾石充填，从而节约很多的费用。 1.3.1 国内研究现状国内研究现状 国内几个主要气田的防砂现状如下： 1）国内南海东部番禺 30-1 气田的防砂现状 表 1-1 为番禺 30-

15、1 气田的粘土含量分析结果。番禺 30-1 气田水平井采用高 级优质筛管防砂。 表表 1.1 番禺番禺 30-1 气田粘土含量气田粘土含量 岩芯深度粒度中值分选系数粘土含量序 号（m） 井号 d50（um） 2575/ d d （） 11676.53py30-1-3247.732.060.79 21678.53 py30-1-3275.841.360.79 31680.28 py30-1-3629.192.060.58 41682.78 py30-1-3348.842.141.86 51684.8 py30-1-3274.271.6118.66 62708.53 py30-1-3487.532

16、.232.03 72710.53 py30-1-3249.41.74.99 82712.53 py30-1-3263.21.443.19 92714.53 py30-1-3238.91.553.81 102716.53 py30-1-3282.531.565.89 112718.53 py30-1-3158.832.7710.46 122720.53 py30-1-3269.1726.24 2）青海涩北气田防砂现状 涩北气田储集层泥质细粉砂岩的泥质含量为40%60%，粘土矿物主要为伊 利石(占45%67%)、绿泥石(占18%29%)、高岭石(占12%17%),其次为伊/ 蒙 混层矿物(占014

17、 %，混层比为10%)，还含有1%左右的蒙脱石。类储集层(细 砂岩)粘土矿物含量较低，粒间孔发育，杂基含量低；类储集层(泥质粉砂岩)粒 间孔发育，孔隙分布不均匀，泥质胶结，粘土矿物晶型差，粘土含量较高；类 储集层(泥质粉砂岩)粒间充填晶型差的高岭石，伊利石呈桥接状，粘土含量高。 涩北气田防砂工艺主要以纤维复合、高压一次充填、端部脱砂三种防砂工艺 为主。截止 2009 年底，涩北气田共实施三种主导防砂工艺防砂 101 井次；其中 纤维复合防砂 49 井次，高压一次充填防守 24 井次，端部脱砂防砂 11 井次，其 它防砂工艺 17 井次，表 1.2。 表表 1.2 涩北气田不同防砂工艺实施井次对

18、比表涩北气田不同防砂工艺实施井次对比表 实施井次 气田 名称 纤维复合砾石 充填（井次） 高压一次充填 （井次） 端部脱砂 压裂砾石 充填（井 次） 其它方式 （高级优 质筛管） （井次） 合计 （井次） 二号13541133 台南611210 一号30186458 合计49241117101 三种主体防砂工艺 84 井次其它防砂工艺 17 井次 3）南海西部东方 11 气田防砂现状 东方 1-1 气田各层的粘土含量如下： a) 东方 112 井 ii 下气层，粘土含量 6.9617.53。 b) 东方 112 井 iii 上气层，粘土含量 7.0113.72。 c) 东方 113 井 i 气

19、层，粘土含量 27.27。 d) 东方 113 井 ii 下气层，粘土含量 6.4835.04。 e) 东方 114 井 ii 上气层，粘土含量 6.5323.97。 f) 东方 115 井 i 气层，粘土含量 9.5214.89。 g) 东方 115 井 ii 上气层，粘土含量 5.517.25。 h) 东方 117 井 i 气层，粘土含量 9.6516.75。 i) 东方 117 井 ii 上气层，粘土含量 8.0216.25。 j) 东方 118 井 ii 上气层，粘土含量 21.0929.87。 k) 东方 119 井 ii 上气层，粘土含量 6.8512.61。 该气田推荐采用的防砂

20、方法是：裸眼高级优质筛管防砂。 4）国内南海西部乐东 22-1 和乐东 15-1 气田的防砂现状 表 1.3 为乐东 22-1/15-1 气田泥质含量与黏土含量分析结果。 表表 1.3 乐东乐东 22-1/15-1 气田泥质含量与黏土含量分析气田泥质含量与黏土含量分析 井号层系生产气组取心井深 （m） 泥质绝对 含量（%） 黏土绝对 含量 （%） 22-1-3上层系qpl1v 上 583-59515.877.62 22-1-3上层系qpl1v 下 603-61215.236.69 22-1-2中层系qpl2i839-84214.797.63 22-1-3中层系qpl2i859-86713.21

21、5.59 22-1-4中层系qpl2ii910-92713.786.82 22-1-2中层系qpl2iii968-97514.098.37 22-1-4中层系qpl2iii970-100323.8913.56 22-1-3中层系qpl2iii995-100315.888.70 22-1-4中层系qpl3iii1484-150926.7319.51 22-1-3下层系n2y1i1488-149516.327.99 22-1-5下层系n2y1ii1599-160812.785.63 平均16.608.92 15-1-4ii1480-149617.849.13 15-1-4iii1610-16281

22、8.069.31 平均17.959.22 该气田垂直井、斜井采用砾石充填完井防砂，而水平井采用高级优质筛管防 砂。 5）文昌 19-1/15-1/14-3/8-3 油田防砂现状 各个油田的粘土含量如下： a）文昌 19-1 油田：珠江二段，粘土杂基含量 6.7%19%。珠海组二段，粘 土含量 10%24%。 b）文昌 15-1 油田：石英占 71.1%100.0%，长石占 0%20.2%。成分成熟 度较高。 以泥质胶结为主，部分钙质胶结。粘土含量平均为 10.5%。 c）文昌 14-3 油田：zh1油气组储层砂岩中泥质杂基含量较高，平均为 15.2。 zh2下油气组的砂岩中泥质杂基含量低，平均

23、为 3.3。 d）文昌 8-3 油田：砂岩中泥质分布不均匀，平均含量在 6.l11.0之间， 以 zh1油组泥质含量最高。 采用的防砂方法如下： a） 文昌 19-1（a） ，以裸眼+优质复合筛管为主； b） 文昌 19-1（b）,以裸眼砾石充填为主； c） 文昌 15-1，裸眼砾石充填和裸眼+优质复合筛管； d） 文昌 14-3，裸眼砾石充填和裸眼+优质复合筛管； e） 文昌 8-3，裸眼+优质复合筛管。 1.3.2 国外研究现状国外研究现状 1）射孔防砂一体化技术 射孔防砂一体化技术是射孔、防砂和监测技术集成配套而形成的一种实用化 的技术，它在国外发展很快。该技术应用于出砂油水井完井措施中

24、， 一趟管柱 完成射孔、防砂施工，优点是减轻了油层污染，降低了施工费用。 2）新型滤砂管防砂技术 在机械防砂工艺技术中，由于滤砂管防砂具有施工工艺简单，不进行砾石充 填作业，无需大型防砂设备以及施工成功率高等特点，近十年来发展很快，新产 品、新技术不断涌现，以适应不同地质条件和不同油井类型防砂的需要。目前最 新研制并在现场工业应用的防砂筛管有下面几种： a)reslink 高强度防砂筛管 b)excluder 抗冲蚀防砂筛管 c)stratapactm 多层充填组合筛管 3)化学防砂技术 a)烷基聚硅酸酯固砂。该方法的工艺原理是：将含水有机铵硅酸盐、碱金属 或铵的硅酸盐溶液注入砾石充填层，使硅

25、酸盐水溶液饱和整个层段；然后注入一 定体积的烃段塞作隔离液（烃段塞隔离液可以是石蜡和芳烃液体）再注入含有烷 基聚硅酸酯的可与水互溶的有机溶剂。当该溶液与保留在砂粒上的以及滞留在砂 粒之间接触点上的有机铵硅酸盐、碱金属或铵的硅酸盐溶液接触时发生反应，在 充填层段形成硅化物水泥。所形成的硅化物水泥在 ph7 时稳定，且能耐约 1000的高温。以上处理步骤可重复进行，直至控制住细砂粒的位移。 b)混纤维砂浆充填防砂。混纤维砂浆充填防砂最初是在压裂过程中应用的项 技术，它能够防止压裂后返排时支撑剂大量回流（吐砂） ，并减少支撑剂在压裂 过程中的破碎率。将一定量的纤维材料混入支撑剂中，随压裂液一起挤入地

26、层， 使纤维在颗粒之间构成网络，限制支撑剂的移动，减少支撑剂之间的碰撞，达到 理想的压裂充填效果。 1.4 文昌文昌 19-1 北油田研究背景资料北油田研究背景资料 文昌 19-1 油田北块位于珠江口盆地文昌 b 凹陷中部，距海南文昌县约 148km 海域,距文昌 19-1 油田 a 平台约 5.0km；水深: 125m。 文昌 19-1 油田北块拟动用储层为珠海组二段油组，折算压力系数为 1.011.03，为正常的压力系统；油层温度为 101.5，地温梯度为 3.27 /100m，为正常的温度系统。推荐文昌 19-1 油田北块采用半潜式钻井船+修井机 完成井口回接和完井作业。其地理位置见图

27、1.1。 图图 1-1 文昌文昌 19-1 油田北块地理位置图油田北块地理位置图 根据文昌 19-1 油田北块储层砂的粒度分析结果，该层位地层砂不均匀系数 d40/d90 值为 8.179.6，平均为 33.6；d10/d95 值 22.5259.2，平均为 116.1；细粉 砂（0.15mm） ，因缝隙尺寸易受腐蚀而增大，故防 砂有效期短，效果差。 图图 2.4 割缝衬管割缝衬管 2.2.8 可膨胀割缝管可膨胀割缝管 一种新式可膨胀割缝管（est）1995 年 8 月在 oman 油田通过现场试验，膨 胀的割缝管与筛网组合将防砂筛网紧贴近射孔套管，支撑和压紧筛网而共同起到 防砂作用。这种防砂

28、管柱的优点有：（1）可用于直井、斜井，尤其对水平裸眼 完井防砂效果更理想。 （2）因筛网受压，紧靠在套管射孔孔眼上，可防止地层砂 随油流流入井筒，造成地层亏空，故可保持地层的支撑作用，起到很好的防砂效 果，这种防砂方法尤其适用于油井先期防砂。 （3）该方法的最大优点是后期处理 简单。它只需从 est 的一端拉拔，割缝管便可收缩到原有直径，使用捞矛即可将 防砂管柱起出井筒。 2.2.9 滤砂管防砂滤砂管防砂 滤砂管防砂技术一般用于套管射孔完成井，其防砂机理是过滤和自然砂拱挡 砂。当滤砂管下入井中，正对出砂层位，将滤砂管上部悬挂封隔器坐封，并实现 丢手。把滤砂管流在井底，取出施工管柱便完成施工，再

29、下入生产管柱投产。地 层砂粒随液流进入井筒，被阻挡于滤砂管周围，逐渐堆积，形成自然砂拱，进一 步阻止地层出砂。 目前常用的滤砂管主要有：金属棉滤砂管、金属毡滤砂管、金属网布滤砂管、 树脂石英砂滤砂管、陶瓷滤砂管、多孔陶瓷滤砂管和多孔冶金粉末滤砂管。 （1）金属棉滤砂管 金属棉滤砂管由带孔基管、金属棉和保护管组成。基管和保护管上均有钻孔， 提供流体流动的通道。金属棉滤砂管的过滤介质是金属纤维，按一定的数量置于 预制的模具中，在一定压力下成型，镶嵌于管壁孔内或套在中心管上，并加以固 定并加筛套保护备用。金属纤维体内孔隙直径和渗透率可通过纤维用量及成型压 力加以调整。金属棉滤砂管的防砂原理是:大量金

30、属纤维被压紧堆积在一起，形成 高缝隙密度的防砂滤网阻挡地层砂粒通过，其缝隙大小与纤维堆积紧密程度有关。 通过控制纤维的压紧程度达到适应不同油气层砂径的防砂要求。由于金属纤维层 富有弹性，在一定的驱动力下，小砂粒可以通过缝隙，因而避免金属纤维被堵死。 砂粒通过后，纤维又可恢复原状而起“自洁”作用。大量的地层砂被外层金属网阻 挡形成砂拱，可阻挡网眼直径 1/6 的地层砂。 金属棉滤砂管分为单体（镶嵌）式金属棉滤砂管和整体式金属棉滤砂管，见 图 3-5 和图 3-6。单体式金属棉是由多孔盖（滤网） 、不锈钢金属棉丝、压板、焊 缝、基管组成。整体式金属棉滤砂管是由不锈钢金属棉丝、保护套（打孔套管） 、

31、 中心管、扶正器组成。 图图 2.5 金属棉滤砂管及滤砂介质金属棉滤砂管及滤砂介质 图图 2.6 整体式金属棉滤砂管整体式金属棉滤砂管 （2）金属毡滤砂管 金属毡滤砂管（见图 2.7）采用多层 316l 不锈钢金属纤维烧结毡作为过滤介 质，具有防砂可靠性高、抗破坏能力强、渗透性好、孔隙度高等特点；金属毡滤 砂管耐酸碱腐蚀、耐高温，寿命长。金属毡滤砂管渗滤介质采用独立多层缠绕结 构，抗挤压变形能力好，防砂层薄，外径小，重量轻，强度高，有利于通过大斜 度井段，增强了适应性。金属毡滤砂管适用于直井、斜井、定向井、水平井等不 同类型的骨内和裸眼防砂；金属毡滤砂管介质挡砂精度系列为 0.06mm 和 0

32、.1mm。 图图 2.7 金属毡滤砂管金属毡滤砂管 （3）金属网布滤砂管 金属网布滤砂管（见图 2.8）采用多层 316l 特种过滤网过滤结构，抗破坏能 力强，渗透性好（1000m2） ，过滤面积大。金属网布滤砂骨适用于直井、斜井、 水平井等不同类型的管内和裸眼井防砂，通过调节网布参数可适用于稠油井防砂; 管柱内可承受最大压差 2540mpa；滤砂介质挡砂精度系列为 60m、80m、100m、120m、150m、200m、250m 和 300m。 图图 2.8 金属网布滤砂管金属网布滤砂管 （4）树脂石英砂滤砂管 树脂石英砂滤砂管（图 2.9）由滤砂管、引鞋和中心管三部分组成。其制作 方法是：

33、用精筛选好的石英砂和环氧树脂或酚醛树脂，按一定配比均匀混合，装 入特制的模具中，在一定条件下固化成型、脱模取出，便可获得具有一定外形尺 寸、适当渗透率的滤胶管和引鞋。适用于（1）合采井早期或后期防砂；（2）中、 粗砂岩地层；(3)中等或较低粘度（2pa.s）原油条件。要求套管质量良好。 图图 2.9 树脂石英砂滤砂管树脂石英砂滤砂管 （5）多孔陶瓷滤砂管 以多孔陶瓷作为滤砂管，其周围可充填砾石，也可不充填砾石（当 d500.1mm 时） 。陶瓷滤砂管已在胜利、辽河油田应用了上百井次，成功率达到 95以上。由于陶瓷能耐高温，所以特别适用于注汽热采井防砂。 （6）多孔冶金粉末滤砂管 多孔冶金粉末滤

34、砂管用经过筛选的铜颗粒或铁粉烧结而成，多数采用铁粉烧 结，成本低，是由铜合金包覆金属粉末用独特的生产工艺制造的。滤砂管采用密 封胶连接，壁厚较薄，连接强度较低，容易开裂，使中心管内充满地层砂，造成 堵塞。 该滤砂管具有弯曲的过滤通道，孔隙孔道纵横交错，其孔隙度与孔径大小可 以控制和再生，具有很高的渗透能力，而且渗透性能稳定，具有足够的强度，有 耐高温、抗震动等特性。可防粒度中值大于 0.07mm 的地层砂。 （7）陶瓷滤砂管 陶瓷滤砂管（图 2.10）的防砂原理仍是基于过滤。陶瓷滤砂管是由外管、陶 瓷管、密封部分组成。将陶瓷管装入外管内，两端采用耐油、耐水、耐磨性好的 铜基密封件密封，下端用螺

35、钉将陶瓷管固定在外管上，上端为自由滑动端。外管 部分主要起保护作用。 图图 2.10 陶瓷管滤砂管陶瓷管滤砂管 2.3 砾石充填防砂砾石充填防砂 机械管柱砾石充填防砂也简称砾石充填防砂或筛管砾石充填防砂，是应用较 一早的防砂方法。它具有防砂强度高，成功率高，有效期长，适应性好的特点， 经过数十年研究，应用和发展，技术十分成熟。在垂直井、定向井（甚至水平井） ，海上油井、常规井、注汽热采井、新老井中应用非常普遍，效果很好，是众多 防砂方法中首选的防砂方法。由于近年来理论、工艺及设备的不断完善，被认为 是目前防砂效果最好的方法之一，在国外约占所有防砂施工总量的近 90%。 该方法防砂原理（参见图

36、2.11）可在井眼内（裸眼或套管内）正对出砂地层 下入金属全焊接的绕丝筛管，然后泵入砾石砂浆于筛管和井眼环空，如果是套管 射孔完成井，还要将部分砾石挤入射孔孔眼和周围地层空穴内，利用充填砾石的 桥堵作用来阻止地层砂运移，而充填砾石又被阻隔于筛管周围。这种多级过滤屏 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 则被井制在地层内，实现油井期生产又不出砂或轻微出砂。 图图 2.11 砾石充填防砂原理图砾石充填防砂原理图 由此可见，砾石充填防砂具有以下特点： （1）防砂强度高 套管内、外密实的砾石充填体阻止地层骨架砂运移，保证地层结构不被破坏， 而金属绕丝筛管本身强度很大，

37、渗流面积大，因而，通过筛缝的流动阻力极小。 所以，该过滤系统能随很大的生产压差而阻止地层出砂。经试验研究，砾石充填 能随的最大压差为 2.45mpa。 （2）有效期长 由于防砂强度高，不锈钢绕丝筛管耐腐蚀，砾石（石英砂）的化学性能稳定， 筛管和充填体过滤体系无运动部件，砂粒被阻隔于系统之外，因此，过滤系统可 以保证长期安全生产，一般可以有效工作 810 年，几乎是一种永久性的防砂过 滤系统。 （3）适应范围广 由于防砂机理是基于多级过滤，加上多年的发展，技术成熟，可供选择的工 艺方式多，因而对地层、油井适应性很好。不管井段长短，地层流体特性，无论 直井、斜井、常规井、热采井，单层完成或多层完成

38、均可获得过功，成功率高达 90以上。但粉细砂岩不适用，因极细的地层砂时能逐渐侵入充填体内重逢堵塞 而使防砂失效。 （4）产能损失相对较小 任何一种防砂方法都不可避免地带来油井的产能损失，也是因防砂保证油井 正常生产而必需付出的代价。现场数据表明，正常的管内砾石充填产能损失约 30，但采取有效的补救措施后，产能损失可降至 10，这是完全可以接受的。 常用的砾石充填方式有两种：一是用于裸眼完井的先期裸眼砾石充填；二是 用于射孔完井的套管内砾石充填。 1、裸眼砾石充填防砂 本方法是油层段采用裸眼完成，裸眼直径比上部技术套管更大，然后，正对 出砂层段下入绕丝筛管，再对裸眼环空进行砾石充填，从而完成防砂

39、。完井井身 结构可见，它是一种先期防砂完井技术。 裸眼砾石充填（图 2.12）的渗滤面积大，砾石层厚，防砂效果较好，对油层 产能的影响小。但其常用于油气井先期防砂。工艺较复杂，且对油层结构要求有 一定的强度，对油层条件要求高（如单一油层、厚度大、无汽水夹层等） 。 2、套管内筛管砾石充填防砂 套管内筛管砾石充填防砂（图 2.13）是在先期裸眼绕丝筛管砾石充填方法基 础上发展起来的。它适用于套管完成井。首先在井筒内下入绕丝筛管或割缝衬管， 正对油气层，然后用携砂液将砾石充填在筛管与套管的环形空间内，形成滤砂层， 这样筛管支撑砾石层，而砾石层则起到挡砂作用。既控制油层出砂，又保持较高 的渗流能力，

40、使油气井正常生产。这种方式通常称为套管内砾石充填。 1-油管；2-水泥环；3-套管；4-封隔器；5-衬管；6-砾石 图图 2.12 裸眼砾石充填裸眼砾石充填 1-油管；2-水泥环；3-套管；4-封隔器；5-衬管；6-砾石；7-射孔孔眼 图图 2.13 套管内砾石充填套管内砾石充填 按其传统的含义，管内充填是指对套管射孔完成井，对井筒内的筛管与套管 之间的环空进行砾石充填，形成挡砂过滤屏障，达到防砂目的。按现代的含义， 随技术的进步和发展，管内充填不仅包括对井筒环空的砾石充填，还包括将砾石 挤入射孔孔眼内和套管周围地层中，我们常称为地层预充填。所以，广义的管内 充填应包括套管环空充填和地层预充填

41、两层概念。按施工工艺方式，管内充填又 分为反循环充填、正循环充填和循环挤压充填。 3、高压充填防砂技术 高压充填防砂工艺技术有 2 种，一种是不压开地层进行充填，即高压一次充 填，其防砂原理主要是采用封隔高压一次充填工具与割缝筛管配套，通过携砂液 以大排量将砾石带到气井产层管外地层和筛管与套管的环形空间，经高压作用形 成沉积、压实高效能挡砂屏障带，达到防止气井出砂的目的。另外一种是压开地 层进行高压充填，即压裂端部脱砂，从而阻止裂缝进一步向缝长方向延伸，继续 泵入高砂比混合液，继而沿裂缝壁形成全面脱砂，缝中液体储能增加，泵压增高， 促使裂缝膨胀、增宽，缝内充填支撑剂，从而造出一条具有高导流能力

42、的支撑裂 缝。 3 文昌文昌 19-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组油组地层砂分析地层砂分析 3.1 文昌文昌 19-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组地层砂粒度分析油组地层砂粒度分析 取到文昌 19-1 油田北块珠海组二段油组（井段 2015-2050 米）岩心，以此 为依据进行该油田的防砂研究。 为了保证分析的准确性，我们把取回的岩心按照筛分析的要求，把整个取心 层段的岩心混合，并分成 4 个平行的样品进行筛析。 3.1.1 样品样品 1 的筛分析结果的筛分析结果 样品 1 的结果见表 3.1、表 3.2。 其粒度分布关系见图 3.13.3。 表表 3.1 文昌文昌

43、19-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组油组地层砂粒度分布统计结果地层砂粒度分布统计结果 样品 1 粒径分布范围 重量百分比（）累积百分比（） 2.00mm5.905.90 2.00-0.841mm10.3016.20 0.841-0.595mm12.6528.85 0.595-0.25mm23.0051.85 0.25-0.105mm34.5386.38 0.105-0.063mm6.6092.98 0.063-0.0443.0295.99 0.841mm16.2016.20 0.595mm12.6528.85 0.25mm23.0051.85 0.105mm34.5386.38

44、0.044mm9.6295.99 0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.595mm0.25mm0.105mm0.044mm0.044mm 粒径（mm） 累积百分比（） 累积百分比（） 图图 3.3 文昌文昌 19-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组油组样品样品 1 地层地层 砂累积重量百分比与平均最小粒径关系曲线砂累积重量百分比与平均最小粒径关系曲线 目前，国内外均按地层砂的粒度

45、大小,进行如下分级： 粒径0.1mm-特细砂或粉砂； 粒径介于 0.10.25mm-细砂； 粒径介于 0.250.5mm-中砂； 粒径介于 0.51.0mm-粗砂； 粒径1.0mm-特粗砂。 50为地层砂筛析曲线上占累积重量 50的地层砂粒径，简称地层砂的粒度 中值。40为地层砂筛析曲线上占累积重量 40的地层砂粒径；90为地层砂筛 析曲线上占累积重量 90的地层砂粒径；均匀性系数 c 定义为：cd40/d90，c5 为不均匀砂；c10 为很不均匀砂。 从上图可知样品 1 的参数为：d500.27mm，d400.43mm，d900.082mm， 均匀性系数 c5.24，为非均匀中砂。 3.1.

46、2 样品样品 2 的筛分析结果的筛分析结果 样品 2 的结果见表 3.3、表 3.4 和图 3.43.6。 表表 3.3 文昌文昌 19-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组油组地层砂粒度分布统计结果地层砂粒度分布统计结果 样品 2 粒径分布范围 重量百分比（）累积百分比（） 2.00mm6.746.74 2.00-0.841mm9.5016.24 0.841-0.595mm12.5528.79 0.595-0.25mm21.3950.17 0.25-0.105mm35.5385.70 0.105-0.063mm7.1292.82 0.063-0.044mm3.4996.31 0.84

47、1mm16.2416.24 0.595mm12.5528.79 0.25mm21.3950.17 0.105mm35.5385.70 0.044mm10.6196.31 0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.595mm0.25mm0.105mm0.044mm2.00mm6.986.98 2.00-0.841mm9.5916.57 0.841-0.595mm12.1328.70 0.595-

48、0.25mm21.3850.08 0.25-0.105mm35.9886.06 0.105-0.063mm7.0193.07 0.063-0.044mm3.1296.19 0.841mm16.5716.57 0.595mm12.1328.70 0.25mm21.3850.08 0.105mm35.9886.06 0.044mm10.1396.19 0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.59

49、5mm0.25mm0.105mm0.044mm2.00mm5.675.67 2.00-0.841mm9.6715.34 0.841-0.595mm12.5627.90 0.595-0.25mm21.6749.57 0.25-0.105mm36.1285.69 0.105-0.063mm7.5693.25 0.063-0.044mm3.0196.26 0.841mm15.3415.34 0.595mm12.5627.90 0.25mm21.6749.57 0.105mm36.1285.69 0.044mm10.5796.26 0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.2

50、5-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.595mm0.25mm0.105mm0.044mm0.044mm 粒径（mm） 累积百分比（） 累积百分比（） 图图 3.12 文昌文昌 19-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组样品油组样品 2 地层砂地层砂 累积重量百分比与平均最小粒径关系曲线累积重量百分比与平均最小粒径关系曲线 从上图可知样品 4 的参数为：d500.25mm，d400.41mm，d900.082mm， 均匀性系数 c5.00，为非均匀中砂

51、。 4 个样品的平均参数为：d500.255mm，d400.42mm，d900.08225mm，均 匀性系数 c5.11，为非均匀中砂。 3.2 文昌文昌 19-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组泥质含量与粘土含量油组泥质含量与粘土含量 分析分析 取到文昌 19-1 油田北块珠海组二段油组（井段 2015-2050 米）岩心，由此 得到文昌 19-1 油田北块珠海组二段油组泥质含量与粘土含量测试结果如下表 3.9 所示： 表表 3.9 文昌文昌 19-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组泥质含量与粘土含量测试结果油组泥质含量与粘土含量测试结果 油田层位井段（m）泥质绝对含量

52、（%） 粘土绝对含量 （%） 文昌 19-1 油 田北块 珠海组二段 油组 2015-20507.115.87 表 3.5 的结果低于原 odp 报告（细粉砂（44m）含量 16.9-68.8%，平均为 38.6、泥质含量（测井）：粒径小于 33um 的平均为 15%）的结果。 3.3 文昌文昌 19-1 油田北块与相邻油田北块与相邻 19-1 油田的地层砂参数对比油田的地层砂参数对比 对比结果见表 3.10 和表 3.11。 表表 3.10 文昌文昌 19-1 油田北块与相邻油田北块与相邻 19-1 油田的地层砂粒度参数对比油田的地层砂粒度参数对比 粒度参数（mm）油田层位井段 （m）d50

53、d40d90均匀性 c 文昌 19-1 油田北块 珠海组二 段油组 2015-20500.260.4250.08255.15 文昌 19-1zj2i 油层1272-12840.13450.1450.0751.93 文昌 19-1zh2i 油 层 1702-17150.1480.1870.07452.51 表表 3.11 文昌文昌 19-1 油田北块与相邻油田北块与相邻 19-1 油田的粘土含量对比油田的粘土含量对比 油田层位井段（m）粘土绝对含量 （%） 文昌 19-1 油田北 块 珠海组二段油组2015-20505.87% 文昌 19-1zj2i 油层1272-12846.7%19% 文昌

54、19-1zh2i 油层1702-171510%24% 从表 3.10 和表 3.11 来看，文昌 19-1 北块与文昌 19-1 油田差异很大。文昌 19-1 北块的地层砂粒度中值大于文昌 19-1、均匀性系数也大于 19-1。而粘土含量 却低于文昌 19-1。 4 文昌文昌 19-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组防砂优化研究油组防砂优化研究 4.1 文昌文昌 19-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组砾石充填出砂模拟实验油组砾石充填出砂模拟实验 根据前面地层砂的筛分析结果，该层地层砂粒度中值为 0.255mm，为中砂。 按照砾石充填公式，砾石的粒度中值 d50=（5-6）

55、0.255=1.275-1.53mm。 可以选择目数比较接近的砾石规格为：10-20 目、16-30 目、20-40 目。 1）10-20 目砾石，配置筛网 35 目（0.50mm） ； 2）16-30 目砾石，配置筛网 45 目（0.35mm） ； 3）20-40 目砾石，配置筛网 50 目（0.30mm） 。 实验流程见图 4.1。 陶粒 压力表 地层砂 泵 压力表 筛网 图图 4.1 试验方案流程图试验方案流程图 （1）实验编号 1-1（流程和要求见图 4.1） ，10-20 目砾石：配置筛网 35 目 （0.50mm） 用 2% nacl 盐水进行实验，模拟流量为 2ml/min。记录

56、压力表 1 和表 2 的压力， 并测量流量。记录数据的时间间隔按如下进行（分钟）： 0，5，10，20，30，40，50，60，90，120，180，240，300，360（也就是总时 间 6 个小时） 。记录总出砂量。 （2）实验编号 1-2（流程和要求见图 4.1） ，16-30 目砾石：配置筛网 45 目 （0.35mm） 用 2% nacl 盐水进行实验，模拟流量为 2ml/min。记录压力表 1 和表 2 的压 力，并测量流量。记录数据的时间间隔按如下进行（分钟）： 0，5，10，20，30，40，50，60，90，120，180，240，300，360（也就是总时 间 6 个小时）

57、 。记录总出砂量。 （3）实验编号 1-3（流程和要求见图 4.1） ，20-40 目砾石：配置筛网 50 目 （0.30mm） 用 2% nacl 盐水进行实验，模拟流量为 2ml/min。记录压力表 1 和表 2 的压 力，并测量流量。记录数据的时间间隔按如下进行（分钟）： 0，5，10，20，30，40，50，60，90，120，180，240，300，360（也就是总时 间 6 个小时） 。记录总出砂量。 表表 4.1 文昌文昌 19-1 油田北块珠海组二段油田北块珠海组二段油组砾石充填出砂量（水测）油组砾石充填出砂量（水测） 砾石尺 寸 （目） 匹配筛网目 数 （目） 砾石相当的 挡

58、砂精度 （m） 实测出砂 量 （g） 产液含砂量 （t/万 m3） 10-20352500.233.19444444 16-30451500.162.22222222 20-40501200.121.66666666 我们参考表 4.2 中油井防砂效果评价指标(行业标准 sy/t 5183-2000)的含砂量 这一栏来评价产液时的出砂量，当防砂后含砂量小于 0.03%（3t/万 m3）时，认为 防砂是完全有效的。 表表 4.2 油井防砂效果评价指标油井防砂效果评价指标(行业标准行业标准 sy/t 5183-2000) 序号项目指标评价，分 7030 5070201 防砂后日产油 量比防砂前日产

59、 油量，%500 0.0330 0.080.03202含砂量，% 0.080 18030 30180203 有效生产时间， d 300 8010 4 防砂后采油指 数比防砂前采油 指数，% 800 因此，从行业指标来看，表 4.1 的结果中，砾石目数为 16-30 目以及 20-40 目， 均满足含砂量3t/万 m3 的要求，防砂都是有效的。而当砾石目数为 10-20 目，则 出砂量超过行业指标。所以，可以选择 2 种规格的砾石，即 16-30 目（当量挡砂 精度 150m）以及 20-40 目（当量挡砂精度 120m）的砾石进行防砂是完全可行 的。 4.2 文昌文昌 19-1 油田北块珠海组

60、二段油田北块珠海组二段油组高级优质筛管出砂模油组高级优质筛管出砂模 拟实验拟实验 4.2.1 模拟高级优质筛管结构模拟高级优质筛管结构方案一方案一 方案从外到内详细结构及各层参数如下： 最外层：外保护套，材料为 304，厚 1.2mm，采用冲压加工方式，形成侧流 孔通道，具有非常好的泄流作用，并为内部过滤网提供有效保护； 第二层：过滤层，材料为 316l，采用过滤精度分别为 125m、149m、177m、210m、250m 、297m 的金属编制密纹网，其开孔 率高达 40%，具有很高过滤精度的同时又拥有很高的过滤效率； 第三层：泄流层，材料为 304，采用大孔径的方孔网（选择孔径 2-4mm