井下作业操作手册防砂作业

1、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46人，防砂工具工程师34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、

2、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56 倍，即D50（56）×d50。1）在独立筛管防

3、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。挡砂精度/µm60100120150200250相当于充填砾石/目40/6030/4020/4016/3010/3010/202）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1/22/3。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8mm10mm 为宜；裸眼井中以最大刚体外径小于裸眼直径10mm15mm为宜。图2 Saucer最优砾石充填尺寸设计图版4、 根据

4、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。1）防砂筛管长度应覆盖防砂层段，宜超过防砂层段上、下界各1.0m。2）防砂隔层厚度宜大于砾石充填顶部封隔器总成长度和防砂筛管覆盖防砂层段上下界的实际长度及生产过程中沉降所需的盲管长度的三者之和。5、 砂量预算：孔眼内砂量 = 净射孔段长度×充填系数筛套环空砂量 = 筛套环空的体积×砂子密度盲套环空砂量 =（盲管长度+充填滑套以下部分 > 30ft，取30；< 30ft，取实际长度）×盲套环空环形

5、面积×砂子密度总砂量 = 孔眼内砂量+筛套环空砂量+盲套环空砂量+（5-10%附加量）计算中充填系数依据同区块同层位砾石充填经验初步确定，砂子密度一般取为100lbs/ft³。6、 携砂液选择：1）不同性能的携砂液用在不同的防砂完井方式中，在直井、斜井的循环/高速水砾石充填和水平井砾石充填中宜用清洁盐水携砂液或中粘携砂液；压裂充填防砂井中宜用高粘携砂液。2）携砂液的密度应满足井控要求。3）携砂液应做地层配伍性试验，且岩心渗透率的恢复值应不小于85%。7、 物料准备：根据防砂配管表准备筛盲管、防砂封隔器、防砂服务工具及各种变扣接头；根据砂量预算准备陶粒；根据携砂液配方准备相应

6、化学药剂；以上物料原则上要求准备需要使用量的1.5倍。根据现场情况，准备防砂地面设备。8、 施工方的动力设备等相关设备和相关仪器需具有检验报告，需要在陆地进行试运转、调试的，进行试运转、调试，确保海上能够正常运转、应用。9、 施工方的出海施工人员要具有符合安全作业要求的相关证件，并且要准备合格的劳保用品。10、 施工方准备相关设备、器材和施工人员出海申报所需的各种材料。11、 作业监督负责协调施工方设备、人员的出海相关事宜。2.2 海上作业准备1、 作业前的设备吊装就位，施工人员必须到达现场，指定设备摆放位置。2、 作业监督负责组织防砂施工人员、作业队人员和平台人员等召开防砂作业技术和安全交底

7、会，进行各项步骤的安全风险分析，并应明确各相关人员的安全职责和作业分工。3、 设备、工具到达现场后，施工人员现场检查设备和工具等能否满足施工要求，包括：防砂器材是否齐全、完好，动力源能否正常启动、混砂车密度计是否准确、防砂泵最大水马力能否满足要求、平台供液是否足够、流程是否正确、数采房信号是否接收正常、对讲机准备是否充足。4、 作业流程中的管线高压部分要求使用满足压力要求的硬管。5、 防砂人员根据现场施工情况及筛盲管长度重新配管，丈量防砂工具尺寸，确保生产管柱能正常下入，交由作业监督进行检查。6、 施工人员在作业前办理作业时的各种作业许可证，监督负责协调事宜。7、 作业监督根据作业进度，安排防

8、砂人员就位防砂器材及防砂设备，并标明防砂器材连接和下井次序，按标准对防砂管线进行试压，试压区域拉警示带进行隔离。3、 HSE要求1、 严格遵循天津分公司健康安全环境管理体系HSE/WW-119 防砂作业安全管理规定。2、 防砂服务方按甲方要求准时将防砂器材运送至指定码头出海，并按安全规定在现场存放，人员按甲方要求按时出海，必须具有五小证、健康证。3、 防砂工程师摆放地面设备并组织下入防砂管柱，防砂人员严格按我公司防砂操作规程和安全管理规定进行操作。4、 现场操作人员必须戴手套、穿工衣、工鞋、戴安全帽、护目镜。5、 吊运防砂器材时一定要谨慎小心，防止掉落伤人。6、 防砂作业时首先要申请冷工作业许

9、可证，经平台同意后才能开始防砂作业。7、 防砂场地要用警示带围住，严禁无关人员进入；禁止防砂场地跨越高压管线、禁止非防砂人员操作防砂地面设备、禁止非防砂人员在高压作业区停留。8、 防砂作业要谨慎，如果管线有破损、刺漏或高压管线无法固定，要马上通知防砂工程师。9、 所有防砂过程都要由防砂工程师和监督亲自指挥，管线连接和试压要由防砂工程师亲自完成，并做好安全隔离。10、 防砂工程师正确指挥防砂地面设备的就位及防砂器材的下入，防碰、防撞、防砸、防高压，检查所有防砂地面设备，使其处于安全可靠状态。11、 所有电器设备插头防水、防潮、防短路，人离断电，注意其他公司的设备安全。12、 防砂作业时，作业区5

10、00米范围内无线电通讯设备必须保持畅通。 13、 防砂作业充填过程中循环出的液体要集中处理，禁止随便排放。14、 对工作中产出的垃圾按类别放入对应的垃圾箱内，决不乱扔、乱放，杜绝污染环境的事情发生。15、 对于防砂器材防砂结束后带出的原油，及时进行处理，防止其流入大海。4、 防砂作业4.1 基本概念1、 冲筛比：砾石充填防砂管柱中冲管外径与筛管基管内径之比。2、 地层砂均质系数：地层砂筛析曲线上占累积重量40%的地层砂粒径与占累积重量90%的地层砂粒径比值。注：一般用UC来表示。UC 3为均匀砂；3UC5为不均匀砂；UC5为极不均匀砂。3、 地层砂分选系数：地层砂筛析曲线上占累积重量10%的地

11、层砂粒径与占累积重量95%的地层砂粒径比值。注：一般用SC来表示：SC 10为分选好；10 < SC <20为分选中等；SC 20为分选差。4、 砂丘比：水平井砾石充填过程中，波充填的充填高度与井眼直径的比值。5、 地层砂粒度中值：根据筛析结果，将粒径筛目号与对应的累积质量百分比描绘到半对数坐标系上形成一条筛析曲线，在此曲线上累积质量百分比为50%所对应的粒径大小，即为地层砂样的粒度中值d50。4.2 防砂方式海油常用的防砂方式分为独立筛管防砂和砾石充填防砂，见图3。 (1) 独立筛管防砂 (2) 砾石充填防砂图3 独立筛管防砂和砾石充填防砂4.1.1 独立筛管防砂此方法一般用于地

12、层砂分布较均匀、粒度较粗的地层，一般防砂寿命较短。是将滤砂管和封隔器联接成防砂管柱并用钻杆将防砂管柱送到产层，坐封、丢手后，封隔器将滤砂管固定于井下，然后在封隔器上部下入生产管柱。该方法操作简单，易于施工，作业风险小、周期短、成本低，并且对井筒周围的渗透率影响较小。4.1.2 砾石充填防砂砾石充填防砂经几十年的技术改进和配套，是目前最有效的防砂方法。砾石充填的工艺方法是在油气井中下人工滤砂管柱后，再进行滤砂管柱外部(包括炮眼和地层近井地带)砾石充填，建立人工防砂屏障。该方法施工风险较大，作业周期较长，但防砂时效长，并能防止射孔炮眼闭合，维持近井地带较高的渗透率。4.3 防砂管柱典型的独立筛管防

13、砂管柱及砾石充填防砂管柱见表1、表2，示意图如下：图4 独立筛管防砂管柱 图5 砾石充填防砂管柱表1 典型的独立筛管防砂管柱（一趟3层为例） 表2 典型的砾石充填防砂管柱（3个单层为例）4.4 防砂器材4.3.1 常用的防砂筛管目前海上常用的防砂筛管分为优质筛管及绕丝筛管，优质筛管包括星孔优质筛管和复合型优质筛管。1、星孔优质筛管1） 结构星孔优质筛管（如图6）以优质无缝钢管做基管，在基管上钻有若干个阶梯孔，过滤件通过螺纹旋接在基管上的阶梯孔中，每个过滤件由外壳、保护网、过滤介质和垫片组成。其中过滤介质是由金属纤维堆积而成，当一个适当大小的自由砂粒位于两条金属纤维丝中间时，只要给砂粒足够大的力

14、，就可以通过缝隙，当砂子通过筛管以后，由于金属纤维的弹性，又可以恢复滤砂管的原有参数。另外，由于金属纤维过滤介质是立体结构，过流面积远远大于普通筛管的平面过流面积。图6 星孔优质筛管外观及结构2） 特点a. 过滤介质采用金属纤维，防砂范围小，适用于地层砂均质性好、泥质含量低或砂析不清楚及代表性不强的情况。b. 可选择多种防砂精度，保证防砂的有效性。c. 一口井中可使用不同孔密筛管，防止底水锥进及筛管单点冲蚀。d. 在井斜大、狗腿度大等各种难度井中下入安全可靠。e. 整根筛管无焊接，全筛管可采用防腐材质适合腐蚀井中应用。f. 同规格的井眼尺寸，可下入较大基管尺寸的防砂筛管，保证较大的筛管内径，如

15、8.5”井眼可下入7”优质星孔筛管，6”井眼可下入4.5”优质星孔筛管。g. 外形与套管类似，下入快捷、方便。h. 防砂精度不高，防砂时效短，易被泥砂堵塞。2、复合型优质筛管1）结构复合型优质筛管（如图7）是在均匀钻孔后的基管外罩以防砂网，并在防砂网外安装保护罩，并依靠防砂网阻挡地层砂进入井筒的筛管，筛管结构如图7。图7 复合型优质筛管外观及结构2）特点a. 防砂范围小，适用于地层砂均质性好、泥质含量低或砂析不清楚及代表性不强的情况。b. 可选择多种防砂精度，保证防砂的有效性。c. 在井斜大、狗腿度大等各种难度井中下入安全可靠。d. 防砂精度不高，防砂时效短，易被泥砂堵塞。e. 滤砂网强度较低

16、，砾石充填及生产过程中易于破损。3、绕丝筛管1）结构绕丝筛管是由不锈钢丝盘旋缠绕在一基管外衬套上制成。其断面形状如图8所示，它的一个特点是使用了三角形(断面)的不锈钢丝，三角形的顶点朝里面，这样就形成了一个梯形断面的开口缝隙，减少了缝隙被堵塞的趋势。图8 绕丝筛管断面形状2）特点a. 不具有独立防砂能力，使用绕丝筛管必须进行砾石充填。b. 强度较低，吊装、下钻及砾石充填过程中易于损伤。4.3.2 顶部封隔器常用的Baker “SC-1R”型封隔器（如图9）是高性能、可回收的生产封隔器，适用于独立筛管防砂及砾石充填防砂，可以使用SC及S2系列的全部配套工具，如”B1”或”SC”液压座封工具和砾石

17、充填转向工具，可以通过使用配备”BSC-R”配件并具有特殊公扣的”SC”座封工具来实现防砂管柱下井过程中的旋转。1、结构图9 “SC-1R”型封隔器2、特点1）旋转锁定系统使防砂管柱易于在高狗腿度及水平井中下入。2）抗扭强度大，允许长防砂段的完井。3）单一、自紧的杯形密封元件使封隔器具有较大的压力适用范围。4）可以用BAKER“S 一1”型回收工具（图10）插入封隔器内直接上提进行解封和回收。图10 “S-1”型回收工具5）机械式连锁机构使该封隔器可以起到悬挂器及生产封隔器的双重作用。4.3.3 隔离封隔器常用的Baker “SC-1L”隔离封隔器（如图11）是多层防砂中用以分隔不同层位的生产

18、封隔器。通过钻杆内加压，推动位于封隔器顶部的活塞座封。1、 结构图11 “SC-1L”隔离封隔器2、 特点1）结构简单，操作方便。2）本身没有密封筒，一般与左旋、倒置密封筒配合使用。3）无法释放储存于锁紧环中的能量，因此胶皮能一直保持密封，但是回收困难。4.3.4 沉砂封隔器沉砂封隔器（也即桥塞，如图12）的作用是分隔生产层段，防止层间流体和压力的串通、干扰，在生产时也可使油直接进入生产管柱可以使产层和口袋隔离开，在砾石充填时不影响挤注测试结果。打砂时也能阻止砂子进入口袋影响充填结果,防砂时插入锚定插入密封具有承托防砂管柱及定位的作用。沉砂封隔器具有施工工序少、周期短、卡封位置准确的特点，分为

19、永久式桥塞和可取式桥塞两种。1、 结构1中心轴；2压套；3锁环；4上卡瓦；5上锥体；6坐封剪切销钉（6个）； 7上膨胀圈；8下膨胀圈；9箍环；10支撑环（内有O-Ring）；11胶筒；12下锥体；13键；14下卡瓦；15下接头；图12 “F-1”沉砂封隔器2、 特点1）结构简单，下放速度快。2）整体式卡瓦可避免中途坐封；单胶筒和平滑的金属背圈组成可靠的密封系统。3）采用双卡瓦结构，齿向相反，实现桥塞的双向锁定，从而保持坐封负荷，压力变化亦可保证密封良好；棘轮锁环保持坐封负荷，保证压力变化下的密封依然可靠。 4）施工工序少、周期短、卡封位置准确、深度误差小。4.5 防砂步骤4.4.1 独立筛管防

20、砂步骤（9-5/8”套管1趟3层为例）1、座封沉砂封隔器沉砂封隔器应坐封于底层射孔段底界以下大约12m，并要求避开套管接箍。电缆座封沉砂封隔器：钻具组合：Baker"F-1"沉砂封隔器+电缆座封工具+CCL+马龙头+电缆。注意事项： 电缆下入"F-1"沉砂封隔器时，关闭所有无线电通讯，停止一切电弧焊作业，平台所有人员禁止使用手机。如果电缆下入"F-1"沉砂封隔器有困难（井斜超过60°或狗腿度较大），可选择用钻杆下入。钻杆座封沉砂封隔器：1）工具组合为："F-1"沉砂封隔器液压坐封工具+3-1/2"

21、;钻杆（具体柱数根据同位素的深度来定）+同位素接头+ 3-1/2"钻杆。2）下钻到位后，测量并记录上提下放悬重。3）保持管柱处于上提状态，座卡瓦，电测校深。4）根据校深结果上提或下放管柱使"F-1"沉砂封隔器处于设计座封位置。5）接考克、循环头及地面管线，对地面管线通水并试压5000psi x 10min。6）投1-7/16"座封球，开泵小排量送球入座，此过程注意泵压变化。7）按如下步骤座封"F-1"沉砂封隔器：500psi ×5min0；1300psi×5min0；1800psi×5min0；2500p

22、si×5min0。注：如果管柱打不起压，则投1-3/4”备用球，打压座封。8）过提10吨，下压5吨确认卡瓦咬住套管壁；关防喷器（BOP），反打压，钻杆内无返出，验证胶皮已胀封。9）将管柱置于中和点位置，正转12-15圈脱手座封工具。10）起钻至射孔段以上50m，正打压3800psi左右剪切球座。注：如果用备用球座封"F-1"沉砂封隔器，则上提管柱后反循环出备用球。11）起钻（注意随时补充工作液，保持井筒内液面在合适的高度）。2、下防砂管柱准备筛管台、方台、碗型座及相应尺寸的C型盘、冲管手提卡瓦、安全卡瓦。1）外层管柱使用筛管台、C型盘，按下列顺序下入外层防砂管柱：

23、a) 190-60“S-22B”锚定插入密封总成b) 下层优质筛管c) 下层盲管d) SC-1L隔离封隔器总成e) 中层优质筛管f) 中层盲管g) SC-1L隔离封隔器总成h) 上层优质筛管i) 上层盲管j) SC-1R顶部封隔器总成2）中心管柱将最后一根盲管坐在筛管台上，坐上方台，放入碗型座，使用冲管手提卡瓦、安全卡瓦下入中心管：a) 隔离封隔器座封工具b) 冲管3）连接SC-1R顶部封隔器总成a) 变扣b) 磨铣延伸筒c) SC-1R顶部封隔器d) 液压座封工具e) 3-1/2”IF短钻杆下钻1柱，关防喷器，接循环头及地面管线，尝试低泵速反循环，验证各工具连接是否正确。3、座封封隔器1）下

24、钻，每柱通径，要求通径规直径大于备用球直径，控制纯下钻速度在20m/min之内。2）下钻到位后，测上提/下放悬重并记录，下压2t，试将锚定插入密封插入沉砂封隔器，过提5t提出，再次下压5t插入，若两次插入位置相同，确认到位。3）上提管柱至正常上提悬重，连接考克、循环头及地面管线，试压5000psi x 10min，试压合格后泄压。4）投1-7/16"坐封球，打压座封“SC-1R”顶部封隔器：500psi×5min0；1300psi x 5min0；1800psi x 5min0；2500psi x 5min0。注意：若座封球座提前剪切，则投1-3/4"备用球继续座

25、封；服务工具脱手后，上提3m，反循环洗出备用球。5）过提10t，下压5t，确认卡瓦张开；关防喷器，环空打压2000psi x 10min，验证胶皮胀封合格。6）上提管柱脱手服务工具，若服务工具未脱手，则正转1215圈进行脱手。7）上提管柱3m，打压3800psi剪切球座。8）继续上提管柱至隔离封隔器总成以下5m，开泵小排量正循环，同时缓慢上提管柱，直至管柱内憋压，停泵，继续上提0.5m标记隔离封隔器座封位置。9）下放3m，标记隔离封隔器验封位置；开泵做正循环测试，地面见返出后，记录泵速及泵压。10）上提管柱至座封位置，正打压2500psi x 5min座封隔离封隔器。11）下放管柱至验封位置，

26、正打压，环空无返出为验封合格。12）重复步骤（8）（11），座封中层隔离封隔器。13）起钻，保持环空液位适当。4.4.2 单层砾石充填防砂步骤（9-5/8”套管3个单层为例）1、座封沉砂封隔器步骤同独立筛管防砂。2、下防砂管柱准备筛管台、方台、碗型座及相应尺寸的C型盘、冲管手提卡瓦、安全卡瓦。1）外层管柱使用筛管台、C型盘，按下列顺序下入外层防砂管柱：a) 190-60“S-22B”锚定插入密封总成b) 下层优质筛管c) 下层盲管d) SC-1R砾石充填顶部封隔器总成2）中心管柱将最后一根盲管坐在筛管台上，坐上插板，放入碗型座，使用冲管手提卡瓦、安全卡瓦下入中心管：a) 底部隔离密封b) 冲管

27、3）连接SC-1R顶部封隔器总成a) 安全剪切接头b) 下部延伸筒c) 滑套密封筒d) 充填滑套e) 上部延伸筒f) SC-1R顶部封隔器g) 3-1/2”IF短钻杆下钻1柱，测量上提/下放悬重；关防喷器，尝试低泵速反循环（控制泵压小于500psi），验证各工具连接是否正确。3、砾石充填1）下钻，每柱通径，要求通径规直径大于备用球直径，控制纯下钻速度在20m/min之内。2）下钻到位后，测上提/下放悬重并记录，下压2t，试将锚定插入密封插入沉砂封隔器，过提5t提出，再次下压5t插入，若两次插入位置相同，确认到位。3）上提管柱至正常上提悬重，投1-7/16"坐封球，连接考克（关闭）、循

28、环头及地面管线，试压5000psi x 10min，试压合格后泄压。4）开考克，打压座封“SC-1R”顶部封隔器：500psi×5min0；1300psi x 5min0；1800psi x 5min0；2500psi x 5min0。注意：若座封球座提前剪切，则投1-3/4"备用球继续座封；服务工具脱手后，上提3.5m，反循环洗出备用球。5）过提10t，下压5t，确认卡瓦张开；关防喷器，环空打压，钻杆无返出证明胶皮胀封合格。6）上提管柱脱手服务工具，若服务工具未脱手，则正转1215圈进行脱手，脱手后测量上提/下放悬重并记录。7）上提管柱至正常上提悬重，继续上提2ft，标记充填位置；充填位置继续上提7ft标记反循环位置。8