防砂设备理论知识培训

防砂设备理论知识培训第1页/共51页完井的定义及分类防砂方式及原理出砂机理和导致的问题目录充填方式的选择设备及作业流程简介作业应急预案第2页/共51页完井的定义及分类

衔接钻井工程与采油工程而又相对独立的工程，是从钻开油气层开始到下套管注水泥、固井、射孔先期防砂，下生产管柱、排液，直至投产的一项系统工程。海上油田由于其特殊性，钻完井的工作界面在于从固井结束开始。因钻完井的一体化的实行，目前这种界面正在消失！第3页/共51页完井的定义及分类射孔完井：能有效地封隔含水夹层、易塌夹层、气顶和底水；能完全分隔和选择性地射开不同压力、不同物性的油气层，避免层间干扰；能具备实施分层注采和选择性增产措施的条件。裸眼完井：油气层完全裸露，具有最大渗流面积。不能阻挡油层出砂、不能避免层间干扰，也不能有效地实施分层措施。适用于岩性坚硬、井壁稳定、无气顶或底水、无含水夹层的块状碳酸岩或硬质砂岩油藏，和层间差异不大的层状油藏。第4页/共51页完井的定义及分类砾石充填完井：是最有效的早期防砂完井方式，主要用于胶结疏松、易出砂的砂岩油藏，特别是稠油砂岩油藏。分套管砾石充填和裸眼砾石充填完井，在渤海油田完井中，套管内射孔和砾石充填防砂完井所占比例较大，裸眼砾石充填完井和裸眼特殊筛管完井等方式。多级复合完井：根据油藏的具体特点选用以上多种完井方式的组合。第5页/共51页完井的定义及分类防砂方式及原理出砂机理和导致的问题目录充填方式的选择设备及作业流程简介作业应急预案第6页/共51页出砂机理和导致的问题一、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。第7页/共51页出砂机理和导致的问题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。第8页/共51页出砂机理和导致的问题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。第9页/共51页出砂机理和导致的问题二、出砂导致的问题油、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：减产或停产作业地面和井下设备磨蚀套管损坏、油井报废第10页/共51页完井的定义及分类出砂机理和导致的问题目录充填方式的选择设备及作业流程简介作业应急预案防砂方式及原理第11页/共51页防砂方法及原理一、防砂方法分类传统的防砂方法主要有以下几种：砂拱防砂机械防砂化学防砂焦化防砂第12页/共51页防砂方法及原理一、防砂方法分类和原理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。这种防砂方法也是我们目前使用最多的方法。第13页/共51页防砂方法及原理二、水充填防砂机理射孔段水充填机理：在油井中下入防砂管柱（筛管、盲管、冲管、封隔器等）后，进行水充填防砂施工工艺，在防砂管柱外部（包括炮眼和地层近井地带）充填砾石，建立人工防砂屏障，阻止地层砂随生产流体流出地层。（见下图）第14页/共51页防砂方法及原理二、水充填防砂机理射孔段中携砂液无漏失充填第15页/共51页防砂方法及原理1、0°－45°直井或斜井水充填该范围直井或斜井水充填效果不会因角度变化而产生影响，充填液浓度保持一定，筛管和环空有足够的携砂液漏失到射孔段中，能够将炮孔充填密实。砾石在筛管和环空中充填沉降的先后顺序不因井斜角变化而变化，但随井斜角度增大，砾石向充填套管内较低的部位。（见下图）第16页/共51页防砂方法及原理1、0°－45°直井或斜井水充填第17页/共51页防砂方法及原理2、45°－60°定向井水充填45°－55°，第一层，从上端向底部充填，砾石先充填筛管和套管环空较低的一边。第二层，再沿环空底端向上充填。第三层与第一层相同，依此类推，直至筛管和套管的环空最上部，从底端向上端全部充填密实。（见下图）第18页/共51页防砂方法及原理2、45°－60°定向井水充填第19页/共51页防砂方法及原理3、60°井斜充填段第一层，砾石从底部向上，沿筛管和套管环空底部一侧充填。第二层，从上部沿着第一层向下充填到底端，以后各层与第二层充填方向相同，直至套管上边从下部向上端全部充填完毕为止。（见下图）第20页/共51页防砂方法及原理3、60°井斜充填段第21页/共51页防砂方法及原理4、60°－110°水充填65°－70°定向井，砾石先沉降出一个砂丘，携砂液在砂丘后依次沉降，最后充填砂丘上面的空间。如果携砂液在炮孔中的漏失量少，或携砂液返回冲管的液量大，那么在60°－110°定向井中的形成砂丘后，不再向后充填，而形成后面的孔穴。D冲管/d筛管＝0.5,泵速Q＝0.5－1.0BPM,不能有效充填筛管和套管的环空。流速大于1ft/s,D冲管/d筛管=0.75,砾石N<1.0bbl/gal，充填效果好。第22页/共51页防砂方法及原理4、60°－110°水充填第23页/共51页充填方式的选择防砂方式及原理出砂机理和导致的问题目录完井的定义及分类设备及作业流程简介作业应急预案第24页/共51页充填方式的选择根据地层的不同情况，现在渤海地区防砂一般采取三种充填方式：压裂充填：所谓压裂充填是指通过人工方法在井筒周围受伤害地层里制造一条裂缝，然后在这条裂缝里填满砂子，通过这条裂缝将井筒和未受伤害地层连接起来。从而达到增产的一种方法。（见下图）第25页/共51页充填方式的选择高速水充填所谓高速水充填是指以盐水或低黏度液体作为挟砂液，在高泵速下将充填液顶入地层，砂子留在地层射孔孔道和小的裂缝里。高速水充填分为两种：第26页/共51页充填方式的选择高速水充填：充填压力低于地层破裂压力，而且仅仅是充填射孔孔道高速微压裂水充填：充填压力略高于地层破裂压力，而且充填的是射孔孔道，并能制造和充填一些小的裂缝。100mdreservoir2mddamagePerforations第27页/共51页充填方式的选择第28页/共51页充填方式的选择影响砾石充填因素泵速Q 冲管直径筛管形状漏失量砂浆浓度第29页/共51页充填方式的选择砂柱高度的计算公式根据充填各参数，利用达西公式，计算充填在筛管以上管柱与套管环空的砂柱高度△P=泵压与环空压力之差——(psi)；Q=最终泵排量——(bpm)A=盲管与套管之环空体积——(ft2/ft)；K=砾石砂渗透性——(darcy)ρ=携砂液浓度——(ppg)；μ=携砂液粘度——(cps)第30页/共51页设备及作业流程简介防砂方式及原理出砂机理和导致的问题目录充填方式的选择完井的定义及分类作业应急预案第31页/共51页设备情况简介防砂泵参数：最高工作压力：72MPa最大工作排量：2.07m³/min设备尺寸（m）/重量（T）：柴油机4.50*2.40*2.70/8.9

泵头2.85*2.40*2.70/7.1设备及作业流程简介第32页/共51页设备情况简介混砂橇参数：额定功率:300HP(224kw)吸入排量：20bbl/min(3.2方)清水排出流量：30bbl/min(4.8方)清最大输砂量：862/min(1900bl/min)设备尺寸（m）/重量（t）：动力撬：3.22*2.00*2.52/5.38加砂撬：2.80*2.00*3.20/3.41供液撬：1.92*1.15*1.16/0.92设备及作业流程简介第33页/共51页设备情况简介仪表橇参数：排量通道：6个砂量通道：2个压力通道：4个采集最大压力：105Mpa电压/功率：220V/7KWUPS能力：断电时零时间切换至电池供电，可满足50min持续电源。设备尺寸（m）：3.00*2.50*2.60设备重量（T）：3.57

设备及作业流程简介第34页/共51页设备情况简介沉砂池参数：沉积罐容量：6方（内置金属筛网）离心泵排量：16BBL/min(2.67方/分)电机电压/功率：380V/22KW尺寸（m）：3.10*2.30*2.50重量（T）：3.3设备及作业流程简介第35页/共51页设备情况简介高压管汇参数：额定压力：105Mpa尺寸（m）：1.72*1.65*0.70重量（T）：1.2设备及作业流程简介第36页/共51页人员配置情况序号岗位数量1防砂队长12泵主操23混砂主操14数据采集工程师15机械师16电气师17防砂作业助手2设备及作业流程简介第37页/共51页1、位置示意图2、设备摆放位置要求场地平整，视野开阔，保证作业时，操作人员能很好的观察现场环境。3、原则上设备摆放采用分散摆放，（可根据场地大小进行调整）。4、柴油机和控制室应垫上枕木，减少运转时产生噪音，防止产生静电。设备及作业流程简介第38页/共51页

流程示意图设备及作业流程简介第39页/共51页1、防砂泵动力端与液力端连接。2、混砂橇动力端与供液橇、混配端液压管线连接。3、仪表橇、沉砂池动力电源连接。注：出海前在陆地做好设备的模拟作业调试工作；启动前检查柴油机的液压油、机油、柴油及冷却水的液位应符合要求，设备的各个阀门处于工作状态或关闭状态。设备连接

检查保养现场调试

设备及作业流程简介第40页/共51页4、流程管线连接、加水、通水。5、设备启动检查。6、数据采集系统测试。7、试压作业。作业前设备启动检查探井防砂作业曲线设备及作业流程简介第41页/共51页根据批准的高速水充填泵送程序和相关作业单位召开作业前安全会，进行技术交底，交底内容应包括但不限于：泵送程序、充填液用量、最大地面压力、地面管线连接及试压、地面自动放压阀的设定压力、座封验封封隔器、防砂作业安全风险分析、防砂作业应急预案等，明确各个岗位责任。设备及作业流程简介第42页/共51页1、反循环测试底层隔离封隔器座封/验封完成后，上提管柱至反循环位置关万能BOP用泥浆泵做反循环测试。记录反循环泵速（2、4、6、8BPM）和泵压（PSI）。2、循环测试下放管柱至循环充填位置（环空保持打开状态）用防砂泵进行正循环测试，记录泵速为2.0bpm,4.0bpm,6bpm,8bpm,时的循环压力。3、挤注测试在循环位置关闭万能BOP和环空返出阀门分别以2bpm—10bpm的排量试挤并记录相应排量下的泵压及套压。在得到最后的挤注压力后，迅速停泵，观察压降曲线。注：每个阶段测试时间为2分钟，压力需基本保持稳定。施工步骤设备及作业流程简介第43页/共51页4、高速水充填作业（1）在循环充填位置，根据试挤结果确定防砂泵的排量，环空返出为1.0-2.0bbl/min，环空压力应低于地层的破裂压力及隔离封隔器允许的最大压力。（2）在循环过程稳定后，按照设计砂比进行加砂。（3）出现脱砂压力（超过正常充填压力1000psi）后停止加砂，并记录脱砂压力和脱砂排量。保持泵压缓慢以逐级方式降低泵速至1BPM，停泵。5、反循环冲砂一旦底层充填达到脱砂压力，立即给环空加压500psi，同时立即将工具上提到反循环位置，方井口倒反循环流程，开泥浆泵大排量反循环洗井，直至将钻杆里的砾石全部清洗干净为止。6、验充填、验滑套7、准备下次作业/拆除流程管线、拆除设备，作业结束施工步骤设备及作业流程简介第44页/共51页作业应急预案防砂方式及原理出砂机理和