生产井防砂工艺简介

常用防砂工艺及选井条件a、减产或停产作业油井出砂最容易造成砂埋油层、砂堵油管、地面管汇和贮油罐积砂。b、地面和井下设备磨蚀由于油井产出流体中含有地层砂，主要成分是SiO2，硬度高，能使抽油泵阀座磨损而不密封、阀球点蚀、柱塞和泵缸拉伤、地面闸门失灵、输油泵叶轮严重冲蚀。c、套管损坏、油井报废最严重的情况是随着地层出砂量的不断增加,套管外的地层孔穴越来越大，到一定程度往往会导致突发性的地层坍塌。套管坍塌部位由于受力失去平衡产生变形或损坏。严重时会导致油井报废。防砂是保障出砂油田正常生产必须的措施！出砂的危害一般油层的出砂可分为充填砂和骨架砂，当流体的流速达到一定值时，首先使得充填于油层孔道中的未胶结砂粒发生移动，油井开始出砂，随着流速的增加、油井受力发生变化，油井出砂量增加，当流体的流速和生产压差达到某一定值时，油井发生剪切破坏，造成岩石结构损坏，使骨架砂变为自由砂，被流体带动着移动，引起油井大量出砂。1、出砂的机理A、剪切破坏机理上覆岩层压力由孔隙压力与骨架应力共同平衡。随开采进行，油藏压力逐渐降低，施加在岩石骨架上的压力越来越大，当该力超过岩石的抗剪切应力，岩石就会被剪切破坏。剪切破坏的主要因素是油藏压力的衰减或生产压差过大，如果油藏能量得不到及时补充或注水效果差或生产压差超过岩石强度，都会造成地层的应力平衡失稳，形成剪切破坏。B、拉伸破坏机理在开采过程中，流体由油藏渗流至井筒，沿程会与地层颗粒发生摩擦，流速越大，摩擦力越大，施加在岩石颗粒表面的拖曳力越大，即岩石颗粒前后的压力梯度越大，岩石就会遭受拉伸破坏。与过高的开采速度和过大的流体速度有关。流体对岩石的拉伸破坏主要集中在炮眼周围，因为炮眼周围的流速远大于地层内部，另外，近井地带流体易脱气，粘度增大，对岩石颗粒的拖曳力也会增大。两种机理同时作用并相互影响,剪切引起地层破坏后，地层颗粒更容易在产液拖曳力作用下发生运移。2、影响出砂的因素（1）地质因素（2）开采因素（3）完井因素自然因素人为因素a、地层压降及生产压差对出砂的影响b、流速对出砂的影响a、射孔孔道填充物对出砂的影响b、射孔参数对出砂的影响b、颗粒胶结强度a、构造应力的影响c、流体性质c、含水上升或注水对出砂的影响d、蒸汽吞吐对出砂的影响断层附近和构造顶部区域原构造应力最大，是地层强度最弱的部位，局部内部骨架已经被破坏，是最容易也是出砂最严重的地区。地层埋藏越深，压实作用越强，胶结强度越高，越不易出砂。孔隙式胶结＞孔隙-接触式胶结＞接触式胶结1、含油饱和度越高，胶结越好。2、原油粘度越高，越易出砂（a、粘度高，毛细管力小，胶结强度弱。b、粘度高，作用在岩石颗粒上的拖曳力大e、日常管理不当导致压力激动1、压降过大导致岩石颗粒负荷大，形成剪切破坏。2、压降引起脱气导致原油粘度增大3、压降需要放大生产压差，作用在岩石上的拉伸作用力增大，更易出砂。1、含水上升导致毛细管力下降，地层强度降低2、胶结物被水溶解3、注水对地层的冲刷作用加剧出砂1、高温高压蒸汽将环空充填砂挤入地层或溶蚀，井筒内砾石充填带被破坏；放喷时大量地层砂回吐从绕丝管导致出砂。2、热采采油速度高，导致近井地带地层压降大，射孔后各种填充物导致孔道堵塞，孔道压降是生产压差的主要组成部分（80%）应采取大孔道、高密度射孔方式降低流动阻力，降低流速。常用防砂工艺技术：一、绕丝筛管砾石充填防砂技术二、化学防砂技术三、复合防砂技术四、解堵类防砂技术五、复杂结构井防砂技术六、热采井防砂技术一、绕丝筛管砾石充填防砂技术

原理：利用选定缝隙尺寸的绕丝筛管下入油井正对出砂油层，然后在绕丝筛管周围填入一定粒度的砾石，形成一个二级拦截过滤体系，较细的地层砂在充填砾石面上被阻留，而砾石本身比筛缝大又被阻隔在筛管周围，以保证让流体流过而阻挡地层砂进入井中，使油井既能获得产能又可控制出砂。绕丝筛管充填砾石绕丝筛管00.20.40.60.8102468101214161820砾石与地层砂粒度中值之比充填前后砾石渗透率之比砾石绝对渗透率太低地层砂可以自由通过地层砂侵导致充填体渗透率急剧下降理想的粒径比按索西公式D=（5～6）d50。实际地层砂粒度分布范围广，采用：D=（4～8）d50。

筛缝尺寸应等于最小充填砾石尺寸的1/2～2/3。油田地层砂平均粒径中值为0.1mm，则充填砂砾石直径为0.4～0.8mm，筛缝尺寸为0.3mm，选择石英砂和陶粒作为充填砾石。充填砾石及筛管尺寸选择砾石的质量要求：超大或过小尺寸的颗粒含量不得超过砾石总质量的2%；砾石的圆、球度不低于0.6；在标准土酸中的酸溶度小于1%；砾石试样水浊度不大于50度；显微镜观察不能发现两个或两个以上的颗粒结晶快；抗破碎试验产生的细颗粒砂质量应符合要求。适用范围：

1、不宜用于粉细砂岩（地层砂粒径中值＜0.07mm）和高泥质含量的地层。因为要防止粉细砂，则要求小砾石尺寸，这样砾石层渗透率低，影响产能；粉细砂容易侵入砾石层，使砾石层渗透率严重下降，影响产能；粘土容易将砾石层堵塞，降低产量。

2、不适用于高压井。压力及产量太高时，高速液流冲刷作用容易使砾石破碎，产生层产生粉细砂，堵塞通道，降低产量。3、套管直径小于5in的小井眼施工困难，应慎用或不用。4、对于多层系油藏，若要经常调层开采的油井应慎用。5、进行火烧油层开采的特稠油油藏不适合。除了以上条件外，绝大部分油气井和地层有适宜采用砾石充填防砂技术。施工过程绕防管柱示意图充填工具信号筛管生产筛管冲管丝堵灰面油层扶正器井筒处理（刮管、通井、洗井）下入管柱地层预处理（解堵、粘土稳定处理）洗井座封加砂充填砾石顶替压力至12MPa反洗井丢手充填工具信号筛管生产筛管冲管丝堵灰面油层扶正器施工管柱设计工作原理：将砂浆从油管内泵入，到达充填工具经转换内管自皮碗下方的转换孔流出，由于皮碗（朝下）的单向密封作用，迫使砂浆沿筛管/套管环形空间下行，并在环形空间内逐渐堆积，而脱砂液通过筛缝进入筛管，通过冲管返至充填工具内、外管之间的夹壁腔，并从皮碗上方旁通孔流出进入油管/套管环形空间，继续上行至井口，完成砾石的循环充填。扶正器的作用：使防砂管柱在井内处于中心位置，以使砾石均匀地充填到筛管周围，形成良好的挡砂屏障。信号筛管的作用：向地面施工人员提供井下充填情况的信号。当充填砾石堆积到生产筛管顶部，地面充填压力相对稳定，直到砾石把光管段环形空间全部填满达到信号筛管后，压力开始上升，当信号筛管全部被砾石填满后，压力剧增，表明井桶内砾石储备量已达到设计要求，充填停止，可进行下步工序。光管的作用：在光管与套管的环空内储备一部分充填砾石，因为防砂结束后，砾石会发生沉降、或溶蚀导致环空砾石损失，充填高度下降，光管周围储备的砾石可以补偿损失砾石，保证筛管不裸露，使防砂持续有效。此外，环空内的较多的储备砾石还阻止地层流体（包括产出砂）沿着环空向上窜流生产筛管：长度应超过射孔井段上、下界各1.0～1.5m，以便确保筛管对准生产层，获得筛管的最大利用率。长度规格2.6m、4.6m、6.6m（热采筛管2.8/4.8/6.8m）。冲管：与充填工具配合形成充填通道。影响绕丝筛管防砂失效因素分析：1、施工过程中出现的各种问题导致环空未充填好（负压、砂桥、防砂管柱不居中等现象）。导致二级防砂屏障只剩下绕丝筛管一级防砂屏障。2、防砂管柱质量问题导致穿孔（盲管生锈穿孔、筛管被砂砾击穿）。3、注蒸汽吞吐热采时蒸汽对环空砂的冲刷、溶蚀导致砂量大幅减少，挡砂屏障失效，极易引起出砂。二、化学防砂技术1、水带干灰砂防砂技术（水防）2、树脂涂敷砂防砂技术（涂防）3、高分子聚合物抑砂技术（固砂）4、HY化学防砂技术1、水带干灰砂防砂技术（水防）

原理：以水泥为胶结剂，以石英砂为支撑剂，按比例在地面搅拌均匀，用携砂液携至井下挤入套管外已出砂地层，凝固后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，防止地层出砂。适用范围：适用于已出砂的油、水井防砂；适用于多油层、高含水油井防砂；适用于防砂井段在50m以内的油、水井防砂；适用于低压油、水井后期防砂。缺点：造成的堵塞较为严重，对单层产量的制约可达50%，目前主要用于水井防砂。油层人工井底携砂液携带水带干灰砂防砂管柱水带干灰砂防砂示意图40-60m1、用料设计A、配方：油井水泥：石英砂=1：（1.5～2.5）（重量比，根据地层情况而定）B、用量：每米射孔井段按2t设计。井筒处理（刮管、通井、洗井）下入管柱试挤加砂顶替关井72h冲钻2、施工过程（砂比10%）影响水防失效因素分析：

井底流动压差过大导致作用在挡砂屏障上的剪切应力过大，从而导致水防形成的人工井壁被破坏。原因（井底压力波动，如压力突升突降等），因此在日常管理中应注意控制水井井底压力变化。2、树脂涂敷砂防砂技术（涂防）原理：在一定粒径的石英砂表面通过物理化学方法均匀涂敷一层树脂，在常温下经过干燥、碾压、过筛等生产过程，成为不发生粘连的稳定颗粒。树脂涂敷砂通过携砂液挤入地层，在地层温度、压力及催化剂等条件作用下，涂料砂外表面的树脂发生软化，使接触的颗粒相互粘结，并逐渐固化，形成具有一定强度和良好渗透性的人工井壁，从而起到防砂作用。表观棕黄色或黄色密度（g/cm3）1.45±0.02粒径（mm）0.4～0.8≥90%固结温度（℃）45抗折强度（MPa）≥2.5抗压强度（MPa）≥5.0涂覆率（%）≥98.5渗透率（μm2）>20树脂涂敷砂性能指标防砂前防砂后

适应性：1、适用于每米油层出砂量＞50L的油、水井早期和中后期防砂，对新射开油层必须先进行吐砂后再防砂；2、油层温度高于50℃；3、射孔井段小于40m，层厚小于25m，且射开层中无泥岩夹层，层间差异越小越好（大多数文献推荐处理井段不超过20m）；4、沉砂口袋不小于10m。涂防特点：防具有施工简单、解放井筒、保持地层原始渗透率的特点，尤其适用于早期低含水、含气少的井，对防细粉砂井效果好于绕防。

现场施工地层压力上升2MPa以上试挤关井反应钻塞后下泵投产顶替人工井底携砂液携带涂料砂防砂管柱涂料砂防砂示意图30-50m井筒处理加携砂液及固化剂影响涂防失效因素分析：1、涂料砂质量问题、施工问题等导致加砂困难或涂料砂都被带入地层，未在近井地带形成较好的人工井壁。

2、小层数多、渗透率级差大、井段长，导致油层进砂不均，未能形成有效人工井壁。

3、生产压差过大导致作用在涂料砂层的剪切应力大而破坏人工井壁，因此对于涂防井在后期的生产中必须严格控制压差生产。3、高分子聚合物抑砂（简称抑砂或固砂）技术A、抑砂机理水介质中的粘土和砂岩表面均带负电荷，阳离子聚丙烯酰胺通过其聚合物长链上的阳离子与砂岩和粘土颗粒带负电荷的表面相互作用，长链聚合物可以与多个粘土或粉砂颗粒相互作用而把它们连接在一起，使颗粒间引力增加，从而起到很好的砂岩稳定作用。高分子聚合物抑砂示意图大、小颗粒地层砂高分子聚合物分子链适用范围：采出程度低，原始渗透率高，渗透性能好，日产液量大于20m3；有注水井补充地层能量，液面高、波动不大；地层出砂不严重或防砂后仍出少量粒径最好小于0.1mm细粉砂。该工艺只能抑制细粉砂和细小颗粒的运移，对出砂量小或不严重的井较适用,防砂程度较低。适用范围4、HY化学防砂技术原理：

HY化学防砂，是多种树脂混合+固相纤维材料复合而成，固砂剂在一定条件下聚合成长高分子链的线型或网状高分子聚合物，在砂粒之间形成一层很薄的胶合物，将砂粒牢固地胶结在一起，从而达到防砂的目的。固相纤维液相高分子胶结材料填充已亏空的地层堆积于井壁附近固结填充堆积井壁附近的固相材料，在井壁附近形成挡砂人工井壁固结井壁附近分散的砂粒，避免井壁附近的砂粒运移流入井筒组成适用范围：

1、适用于已出砂的水井防砂；

2、适用于粉细砂岩油层防砂；

3、适用于多油层水井防砂。工艺特点：

1、防砂材料配制后具有低粘度易泵送。

2、适用温度范围广（适用30-90℃的油层）。

3、施工简单，现场施工成本低。

4、固化时间可调。施工工艺：冲砂→洗井→管柱（油层顶界20m）→清洗地层→挤防砂材料→顶替→关井反应2小时→钻塞→下泵生产。三、复合防砂技术原理：复合防砂就是化学防砂与机械防砂的有机结合，它是先向地层中挤入化学防砂剂，在地层温度、压力及固化剂等条件下，固结成具有一定强度和渗透性的人工井壁，防止地层砂流向井筒；然后再进行绕丝筛管砾石充填防砂，提高防砂成功率。

适用范围：单一化学防砂或绕防无法防住砂的井。四、解堵类防砂技术原理：在防砂的同时，采用物理或化学的方法解除地层污染和堵塞，达到增产和防砂的双重目的。适用范围：A、存在有机或无机堵塞的油井B、渗透率较低或稠油井C、施工层与水层距离要≥10m，边底水活跃的慎用高充和压裂防砂D、对多层系油藏要慎用，要求防砂层数不超过4层E、其它条件与绕防类似B、压裂+绕丝筛管砾石充填防砂（即压裂防砂）技术用压裂液压开地层，形成裂缝，并在裂缝中充填填充物，形成高渗流通道，然后再进行绕防施工。施工工序：先进行压裂，在进行绕防施工。配套工艺C、高压砾石充填防砂（即高充）技术在高于地层破裂压力的条件下，将充填砂携带至地层和筛管与套管环形空间，形成高渗透、大半径的挡砂屏障，达到解堵防砂和双重目的。A、解堵或酸化+绕丝筛管砾石充填防砂（解堵防砂）技术

在绕防前后，根据地层不同堵塞原因，采用不同的解堵方法，达到解堵和防砂的双重目的。施工工序：在绕防循环充填前或后挤入解堵液，再进行绕防施工。高压充填工艺特点：

1、施工简单：地层填砂与油套环空填砂结合在一起，减少了起下管柱次数，减少了作业占井时间，节约了地面施工费用。

2、防砂有效期长：由于大排量高压将地层充填与井筒充填结合在一起，确保了充填砾石与空洞周壁紧密镶嵌，有效防砂半径大，形成了高效能的挡砂屏障，故有效期长。

3、采液强度高：由于套管内下入了高强度的绕丝筛管，地层与环空又被砾石充填结实，故采液强度高，适用于大排量的提液。

4、携砂力强：由于套管内下入了绕丝筛管，流通面积小，流速大，易将砾石运移到空洞边界，把空洞填满挤实，故携带能力强。

5、具有一定的解堵作用。高压充填施工工序砂量设计：油田油层大量出砂半径在0.14-0.45m

最大出砂半径在0.21-3.5m高压充填处理半径设计为0.5-1.5mV=пR2h￠以挤压式充填模式确定排量。遵循原则：1、在油管及油套环空内携砂液速度应大于石英砂自由沉降速度。2、在射孔炮眼内，携砂液喷射速度应大于石英砂自由沉降速度。参数设计：排量设计改进Ⅰ：可循环充填防砂工艺工艺原理①关闭套管阀门，对地层进行挤压充填②打开套管阀门，对环空进行循环充填工艺特点在以往的高充工艺基础上对充填工具进行改进，增加可循环充填的通道，提高环空充填的程度和强度，提高环空充填效果，解决原来高压充填仅靠自然沉降来进行环空充填，充填程度低、强度低的问题。关闭套管闸门地填打开套管闸门环空填改进Ⅱ：预充填+绕防防砂工艺工艺原理②下防砂工具实施环空充填①下光油管对地层预充填适用范围：渗透率较低或稠油井；油层与水层距离≥10m，边底水活跃的慎用；防砂层数不超过4层；套管完好五、复杂结构井防砂技术将水平井、大斜度井、挂小套井、侧钻井划分为复杂结构井水平井、大斜度井挂小套井、侧钻井悬挂滤砂管防砂裸眼完井防砂一体化逆向充填预充填+绕防化防特殊工具机械防砂1、悬挂滤砂管防砂（即滤防）原理：目前使用的滤砂管主要有金属棉和精密复合筛管两种。防砂原理是：通过金属棉滤砂管或精密筛管的不锈钢微孔复合过滤层挡住一定粒径的地层砂，细粉砂粒则通过缝隙排出，从而达到防砂目的。1—外保护管;2—筛网;3—中心基管;4—过滤器;5—扩散管;6—内保护管

精密复合滤砂管结构示意图精密复合筛管

优点：1、成功率高、有效期长2、对井眼适应性强，可用于水平井、大斜度井、小套管井3、可用于多层段防砂4、作业简单，有补救方法，拔防砂管柱不需要大修5、可进行酸化解堵缺点：

1、滤砂管成本较高

2、易被堵塞，影响产能

优点：油层段不固井，提高了井底完善程度；滤砂管裸眼防砂，井眼内径大；筛管完井，油层污染小，节省射孔费用。油层套管筛管分级箍管外封隔器酸洗阀+死导锥盲板裸眼筛管防砂完井示意图2、裸眼完井防砂一体化工艺油管皮碗或增阻器酸洗阀裸眼筛管防砂完井酸洗管柱示意图工艺：反洗井——正替酸——关井反应——反洗井特点：通过酸洗阀的孔道，可以将酸化反应物、泥质、细粉砂排出，解堵彻底。油管皮碗或增阻器酸洗阀裸眼筛管防砂完井充填管柱示意图特点：a、配套酸洗—解除泥饼对筛管堵塞，提高油井完善程度；b、地层预充填，有效改善地层渗透性；c、环空充填，提高筛管的稳定性，延长防砂效果。引鞋底部充填服务器精密微孔滤砂管信号筛管悬挂丢手封隔器下入精密滤砂管防砂管柱后，丢手，下入充填管柱，在高压下分别向地层和环空充填，来达到解堵和防砂的双重目的。3、逆向充填防砂工艺（3）施工工艺逆向充填施工工艺六、热采井防砂技术项目绕防热采绕防高充热采高充绕丝筛管不同普通、固定耐高温、活动普通、固定耐高温、活动充填工具不同皮碗YFS可循环封隔器普通高压封隔器耐高温高压封隔器充填方式不同筛、套环空循环充填地层+筛、套环空挤压充填充填砂量不同筛、套环空容积，砂量少地层充填体积+筛、套环空容积，砂量大施工压力不同最高控制在13MPa以下根据地层破裂压力定施工排量不同0.3-0.5m3/min左右排量要求达到1.5-2.5m3/min或更高施工砂比不同5-10%左右10-40%施工车辆不同400型，混砂车，砂罐、液罐车700或以上型压裂车组一套及液罐车施工用液不同30-50m3左右100m3以上绕防与高充、普通和热采的区别对比表

由于热采井防砂对环空充填要求高，目前已经用可循环高压充填和预充填+绕防两种充填工艺替代了热采高充工艺一、防砂方式的选择

1、弄情况井场状况，能否进行大型施工？

2、弄清楚井筒状况，对于小井眼油井以化学防砂为首要选择。特别要注意套变的位置对防砂施工的影响。防砂工具能否下入？是否距离油层较近无法下封隔器或填砂？沉砂口袋位置是否足够？？

3、弄清楚防砂井段情况，机械防砂不受井段长度限制，隔层厚的井可考虑分层防砂，化学防砂只能在较薄层段进行。

4、弄清楚储层情况，防砂井段是否有水层，多层段渗透率差异情况。

5、弄清楚防砂井的出砂情况，若出砂严重则尽量选择机械防砂。

6、弄清楚防砂井供液情况，物性好、能量充足、排液强度大（＞20m3/d），含水高、应避免选择化学防砂。

7、考虑综合费用经济效益问题。二、影响防砂效果的因素分析

1、地层砂侵入影响地层砂的侵入对砾石充