油气井防砂及出砂机理研究课件

内容提纲第一节出砂原因及危害第二节防砂方法分类第三节防砂工艺现状第四节砾石充填防砂设计第五节热采井砾石充填防砂特点第六节改善斜井水平井防砂效果的措施内容提纲第一节出砂原因及危害1第一节出砂原因及危害

油、气、水井出砂是石油开采遇到的重要难题之一。每年要化费大量的人力物力进行防砂。

油层出砂是由于井底附近地带的岩石结构破坏引起的，它与岩石的胶结强度、应力状态、开采条件、油井含水等因素有关。第一节出砂原因及危害油、气、水井出砂是石油22、岩石的应力状态

油层钻开前处于应力平衡状态，钻开后，平衡状态受到破坏，井壁附近岩石应力集中，故井壁附近岩石易发生剪切破坏。1、岩石的胶结强度砂岩的胶结物有泥质、碳酸盐、硅质等胶结物。其中泥质胶结强度最小。胶结物的多少也是影响胶结强度的重要因素。胶结物少、胶结强度低是油井出砂的主要内因。第一节出砂原因及危害2、岩石的应力状态1、岩石的胶结强度第一节出砂原因及危害33、开采因素的影响

1)地层压力的下降超过了极限，从而使岩石发生塑性变形，破坏岩石结构，引起出砂。

由于压降主要发生在近井地带，故主要引起近井地带出砂。第一节出砂原因及危害3、开采因素的影响由于压降主要发生在近井地带，故主要引起43)油井工作制度的改变方式在同样的压差下，地层是否容易出砂还取决于建立压差的方式(急剧、缓慢)；4)油井产水后胶结物的溶解；

热采井易出砂、一般油井含水高时出砂就是此原因。2)流体流向井底，对岩石颗粒产生拖拽力；

稠油粘度大，因此容易出砂；第一节出砂原因及危害3)油井工作制度的改变方式4)油井产水后胶结物的溶解；2)流54、注水井停注的影响

由于注水井井下管柱、工具损坏、地面设备故障等原因造成注水井停注引起井底压力降低，注入水回流，引起出砂。是注水井出砂的主要原因。第一节出砂原因及危害4、注水井停注的影响由于注水井井下管柱、工具损坏、6①导致地层亏空，地层坍塌，损坏套管。②造成油井减产停产。③加快磨损井下管柱，工具及地面设备。④增加原油处理难度。⑤增加环境污染及运输处理等问题。5、出砂的危害第一节出砂原因及危害①导致地层亏空，地层坍塌，损坏套管。5、出砂的危害第一节7

油、气井防砂方法很多，根据防砂原理，大致可以分为砂拱防砂、化学防砂、热力焦化防砂、机械防砂、复合防砂及其它防砂方法。第二节防砂方法及其适应条件油、气井防砂方法很多，根据防砂原理，大致可以分为砂8一、砂拱防砂

适于：产量较低的常规油井一、砂拱防砂适于：产量较低的常规油井90m+绕丝（上下各覆盖油层1米以上）+∮62mm油管20m+信筛+∮62mm油管10m+PFS充填工具(∮40mm冲管长度由充填工具至丝堵距离)；适用于油层吸收能力>500l/min(泵压小于20Mpa)；压（洗）井→起原井→探冲捞→探冲砂→通井→刮管热洗→下绕丝→座封→高压充填（循环）→倒扣丢手→探冲中心管→下泵试压→下杆。D40＝(5-6)d40c>5一般下封卡点位置在油层下界以下３－５米，上封卡点位置在油层上界以上５－８米。液相为一种良好的粘结剂，在特定的催化剂作用下能与地层砂和固相材料很好固结，且固结后有一定的收缩性，能保证较好的渗透性。HY液体防砂工艺适应于油田中套管轻微变形的油水井防砂,对于水井防砂适应性较好。适用于油层温度>55℃的常规开采井防砂；存在老化现象，有效期不如机械防砂长，防砂后不影响井筒内的作业。射孔时，把防砂材料推入射流打出的孔道中,形成永久性防砂塞。封上采下防砂管柱（见图二）：丝堵+∮62mm油管４.HY防砂剂是液、固两相材料组成。0m+绕丝（上下各覆盖油层1米以上）+∮62mm油管20m+信筛+∮62mm油管10m+PFS充填工具(∮40mm冲管长度由充填工具至丝堵距离)；壳派牌公司研制，防砂管柱下入井中，膨胀后(锥形膨胀心轴穿过防砂管)使其形成完整的防砂筛管，从而直接紧贴在套管壁上。1、绕丝筛管砾石充填防砂1、降低流速砂拱防砂：

机理如同拱桥承载一样，许多砂粒在炮眼口处形成砂拱，具有一定的承载能力，阻挡地层砂随液流产出。0m+绕丝（上下各覆盖油层1米以上）+∮62mm油管20m+10

其内管是套管，外壁为橡胶筒，外壁与内筒之间可以注入水泥，使橡胶筒向外扩张压实裸眼井壁，停泵后胶皮同内部的单流阀关闭，使胶皮筒内腔仍保持高压。2、管外膨胀封隔器防砂：其内管是套管，外壁为橡胶筒，外壁与内筒之间可以注入水11二、化学防砂

向地层注入一定的固砂剂，就地胶结地层砂；或向射孔孔眼外挤注入砂浆，待砂浆凝固后形成人工井壁。二、化学防砂向地层注入一定的固砂剂，就地胶结地层砂；或12分层化学防砂管柱结构对于两套油层的分层防砂管柱（见图一）

三套油层的分层防砂（见图二）分层化学防砂管柱结构对于两套油层的分层防砂管柱（见图一）三13

干灰（涂防、固结砂、地填）：压（洗）井→起原井→探冲捞→探冲砂→通井→套管试压→下防砂管柱→干灰（涂防、固结砂、地填）→候凝→探钻塞→通井。化学防砂施工工序干灰（涂防、固结砂、地填）：压（洗）井→起原井→14d.高含水期不宜适用。不适用于裸眼井、热采井和老油井；适用于低含水井。

成功率偏低，费用相对较高；对地层的渗透性有一定的伤害，并且存在老化现象。

缺点：b.细粉砂到中等地层砂，地层垂向渗透性好。对于粘土和粉砂含量高、受钻井泥浆污染的地层，在固砂前要进行酸洗处理；c.套管射孔完井的垂直小井眼井（侧钻井）、高压井防砂。a.油层均质性好、油层厚度小(3m左右)的油层。油层厚度较大（多层）时应分段（分层）施工，否则挤注不均匀，降低防砂效果；适用条件：d.高含水期不宜适用。不适用于裸眼井、热采井和老油井；适用于15化学防砂树脂胶结人工井壁其它化学方法树脂注入法、树脂地下合成预涂层砾石树脂砂浆水泥砂浆水带干灰砂泥砂浆树脂核桃壳乳化水泥焊接玻璃固砂氢氧化钙固砂四氯化硅固砂水泥碳酸钙混合液固砂化学防砂树脂胶结人工井壁其它化学方法树脂注入法、树脂地下合成16

将树脂涂敷砂挤到套管外，形成强度高、渗透率高的人工井壁。1、人工井壁防砂：特点：存在老化现象，有效期不如机械防砂长，防砂后不影响井筒内的作业。套管无变形、无破损；适用于油层温度>55℃的常规开采井防砂；适用于油层吸收能力>500l/min(泵压小于20Mpa)；适应于光油管全井及分层，每次防砂井段<20m。适应于油田中后期出砂的常规油水井的防砂，防砂半径1.5m。

要求(1)预涂层砾石防砂二、化学防砂将树脂涂敷砂挤到套管外，形成强度高、渗透率高的人工井壁。17用化学防砂在距井筒较远的地带胶结多层砂，形成渗透性较好的人工井壁；为使焊接玻璃充满近井地层孔隙并胶固砂粒，必须使砂粒保持干燥、洁净和有足够高的温度。是注水井出砂的主要原因。1、绕丝筛管砾石充填防砂第四节砾石充填防砂设计壳派牌公司研制，防砂管柱下入井中，膨胀后(锥形膨胀心轴穿过防砂管)使其形成完整的防砂筛管，从而直接紧贴在套管壁上。主要有热空气固砂和短期火烧固砂两种。适用于后期出砂油水井防砂；1、降低流速砂拱防砂：氢氧化钙溶液防砂：将Ca(OH)2溶液注入油层，在65.原理：在射孔过程中，将防砂作业同时完成。筛套套在带孔的中心管上，且两端焊在中心管上。油层厚度较大（多层）时应分段（分层）施工，否则挤注不均匀，降低防砂效果；1、绕丝筛管砾石充填防砂1、绕丝筛管砾石充填防砂

是以水泥等为胶结剂，以石英砂为支撑剂，按比例混合均匀，拌以适量的水，用油携至井下，挤入套管外，堆积于出砂部位，凝固后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，防止油层出砂。(2)水泥砂浆人工井壁适于：套管无变形、无破损；适用于后期出砂油水井防砂；适用于油层含水>85%，单井日产液量<70m3的油井；适用于日注水量>100m3，注入压力<7MPa的注水井；适应于光油管全井及分层，防砂每次防砂井段<20m。适于油田中后期出砂严重、地层亏空大高含水出砂常规油井及注入压力低、注水量大出砂的常规水井。二、化学防砂用化学防砂在距井筒较远的地带胶结多层砂，形成渗透性较好的人工18（3）固结砂防砂工艺经多次干灰和涂防无效的注聚井的防砂问题而引进应用的一种化学颗粒防砂新工艺，其主要有以下特点：⑴防砂材料本身部分水化后胶结固化，使其具备较强的固结强度，且受地层泥粉砂混杂的影响较小。⑵其固结强度受地层温度影响很小，在350℃以内均能水化固结，达到防砂所需的抗压强度，因此其比涂料砂的适用性更广。⑶固化胶结致密，但仍有较好的渗透性，室内试验的渗透率为3.0μm2左右，比涂料砂要低，但比干灰砂要高得多。因此其对水井地层的吸水能力影响不大。

二、化学防砂（3）固结砂防砂工艺二、化学防砂19a、适用条件套管无变形、无破损；适用于油层温度30-90℃的油水井防砂；高温固结砂适应于热采井注汽前防砂；适用于出泥粉砂严重的油水井防砂；适应于光油管全井及分层，防砂每次防砂井段<20m。b、适用范围固结砂防砂工艺适应于油田中后期出泥粉砂严重的油水井防砂及热采井注汽前防砂。

（3）固结砂防砂工艺二、化学防砂a、适用条件（3）固结砂防砂工艺二、化学防砂20（4）HY液体防砂工艺

HY防砂剂是液、固两相材料组成。液相为一种良好的粘结剂，在特定的催化剂作用下能与地层砂和固相材料很好固结，且固结后有一定的收缩性，能保证较好的渗透性。固相为分散状的纤维材料，密度与液相相近，确保了施工中被均匀地携带至地层。防砂材料被泵送到地层，固相材料填充已亏空地层后堆积于井壁附近；通过液相胶结剂把固相材料和井壁附近地层的疏松砂粒固结住，形成具有较高抗压强度和良好渗透性能的挡砂人工井壁，达到有效防止地层出砂的目的。

二、化学防砂（4）HY液体防砂工艺二、化学防砂21a、适用条件适应于套管完好或套管轻微变形的油水井防砂；适用于油层温度30-100℃的油水井防砂；适用于油层吸水能力>300l/min(泵压小于18Mpa)；适用于渗透率在0.1-10（um2）；适应于光油管全井及分层，防砂每次防砂井段<20m。b、适用范围HY液体防砂工艺适应于油田中套管轻微变形的油水井防砂,对于水井防砂适应性较好。

（4）HY液体防砂工艺二、化学防砂a、适用条件（4）HY液体防砂工艺二、化学防砂22不留塞防砂工艺该项目以油田套变井为研究对象，针对疏松砂岩油藏开发过程中普遍存在的油层出砂、套损严重、采用目前的防砂方法存在着后期处理难度大等问题，开展了套变井不留塞化学防砂工艺技术研究及现场应用。

目前也可用于小井眼侧钻井防砂。（5）不留塞防砂工艺二、化学防砂不留塞防砂工艺（5）不留塞防砂工艺二、化学防砂23

a.焊接玻璃防砂：将焊接玻璃捣碎研磨成粉末并溶于水溶性钠盐、氢氧化钠和二氧化硅的溶液中，将它注入地层胶结砂岩颗粒。为使焊接玻璃充满近井地层孔隙并胶固砂粒，必须使砂粒保持干燥、洁净和有足够高的温度。2、其他化学固砂法:二、化学防砂a.焊接玻璃防砂：将焊接玻璃捣碎研磨成粉末并溶于水溶性钠盐24b.氢氧化钙溶液防砂：将Ca(OH)2溶液注入油层，在65.5℃的温度下，与地层中的粘土矿物(蒙脱石、伊利石等)反应生成不和水作用的硅铝酸钙(一种胶结物)，将地层砂固结实现控制出砂。二、化学防砂2、其他化学固砂法:b.氢氧化钙溶液防砂：将Ca(OH)2溶液注入油层，在65.25三、焦化固砂：

原理：向地层提供热能，使原油在高温裂解生成焦炭，从而将地层砂胶结。主要有热空气固砂和短期火烧固砂两种。焦化固砂注热空气固砂短期火烧固砂三、焦化固砂：原理：向地层提供热能，使原油在高温裂解生成焦26

适应条件：它主要用于以火烧油层或注蒸汽开采的密度大于0.934g/cm3的疏松砂岩稠油油藏；防砂井应远离油水边界，含油饱和度较高(大于40％)，防止热量过分损失。

总之，不论注热空气焦化固砂还是短期火烧防砂效果都较好，是稠油开发井防砂的有效途径。适应条件：它主要用于以火烧油层或注蒸汽开采的密度大于0.9271)地层压力的下降超过了极限，从而使岩石发生塑性变形，破坏岩石结构，引起出砂。由于上述优点，绕丝筛管应用广泛。封上采下防砂管柱（见图二）：丝堵+∮62mm油管４.不适用于裸眼井、热采井和老油井；（4）HY液体防砂工艺割缝衬管、绕丝筛管、双层及多层筛管、滤砂管适用于日注水量>100m3，注入压力<7MPa的注水井；P泵max－最大地面泵压。D50＝(5－6)d500m+绕丝（上下各覆盖油层1米以上）+∮62mm油管20m+信筛+∮62mm油管10m+PFS充填工具(∮40mm冲管长度由充填工具至丝堵距离)；(2)整体式金属纤维滤砂管防止砂砾进入筛筒内，保证正常注汽和采油。通过液相胶结剂把固相材料和井壁附近地层的疏松砂粒固结住，形成具有较高抗压强度和良好渗透性能的挡砂人工井壁，达到有效防止地层出砂的目的。主要介绍热采井充填材料及井下工具（4）HY液体防砂工艺机械防砂防砂管柱防砂管柱＋砾石充填割缝衬管、绕丝筛管、双层及多层筛管、滤砂管筛管或衬管＋砾石充填筛管或衬管＋预涂层砾石充填筛管或衬管＋粒状塑料球或玻璃球、陶粒充填四、机械防砂

1)地层压力的下降超过了极限，从而使岩石发生塑性变形，破坏岩28

这类防砂方法简便易行，成本低,但效果差，原因是防砂管柱的缝隙或孔隙易被进入井筒的细地层砂所堵塞；地层砂进入井筒，且充满射孔孔眼，使油井的产能较低。防砂管柱挡砂四、机械防砂这类防砂方法简便易行，成本低,但效果差，原因是防砂管柱的291、绕丝筛管砾石充填防砂

下入防砂管柱后再进行充填。这种防砂方法能有效地把地层砂限制在套管外，防砂效果好，寿命长。四、机械防砂1、绕丝筛管砾石充填防砂下入防砂管柱后再进行充填。这种防砂30a.绕丝筛管：

绕丝为不锈钢丝，绕丝和纵筋(截面为三角形)的交叉点用电焊焊在一起，两端切平，焊上节箍。筛套套在带孔的中心管上，且两端焊在中心管上。四、机械防砂a.绕丝筛管：绕丝为不锈钢丝，绕丝和纵筋(截面为31全焊接绕丝筛管的优点：a.耐腐蚀；工作寿命长；b.筛缝外窄内宽，具有一定的自洁作用；c.缝隙最小可达0.1mm，适应任何尺寸的砾石要求；d.流通面积大，施工中不宜堵塞，作业成功率高。由于上述优点，绕丝筛管应用广泛。缺点：造价高，通常为割缝衬管的2－3倍。四、机械防砂全焊接绕丝筛管的优点：缺点：造价高，通常为割缝衬管的2－3倍32b.割缝衬管：

可直接用铣刀铣削套管壁而制成。缝隙的尺寸取决于铣刀的宽度，因此0.3mm以下的缝宽加工困难。适于中－粗地层砂，耐腐蚀性差，缝隙尺寸受腐蚀而增大，使防砂有效期缩短。四、机械防砂b.割缝衬管：可直接用铣刀铣削套管壁而制成。缝隙33

在选择筛管和衬管时，应考虑防砂井的具体条件和综合经济效果。若井液腐蚀性小，地层砂较粗，产能又较低的井，可选择割缝衬管；反之选用绕丝筛管。厚油层(厚度大于30m)，海上油田，作业成本高，希望防砂有效期长，使用绕丝筛管综合效益好。四、机械防砂在选择筛管和衬管时，应考虑防砂井的具体条件和综合经济效34

高压充填工艺是利用PFS封隔充填一体化工具连接绕丝筛管（割缝管）下入井内，绕丝管对准油层部位，选择一定排量和一定压力，利用携砂液把充填砂携带入地层，在井筒周围形成一定厚度的充填砂体，接着进行施工参数调整，使充填砂在井筒环空内沉积，完成油套环空充填。

1、绕丝筛管砾石充填防砂四、机械防砂绕丝筛管砾石充填工艺：高压充填、循环充填。高压充填工艺是利用PFS封隔充填一体化工具连接绕丝筛351、绕丝筛管砾石充填防砂四、机械防砂1、绕丝筛管砾石充填防砂四、机械防砂361、绕丝筛管砾石充填防砂四、机械防砂1、绕丝筛管砾石充填防砂四、机械防砂371）适用条件：适宜于井斜<45°，套管无变形破损的油井；原油粘度<3000mpa·s(热采井除外)；至少二年内不进行油层改造或分层措施。一般地层砂粒度中值<0.1mm的油井，选用筛隙为0.2mm的绕丝筛管，采用0.3-0.6mm的砾石充填；地层砂粒度中值≥0.1mm的油井，选用筛隙为0.3mm的绕丝筛管，采用0.4-0.8mm的砾石充填。1、绕丝筛管砾石充填防砂四、机械防砂1）适用条件：适宜于井斜<45°，套管无变形破损的油井；原油382）管柱组合（自下而上）：单一油层防砂管柱(见图一)：丝堵+∮62mm油管４.0m+绕丝（上下各覆盖油层1米以上）+∮62mm油管20m+信筛+∮62mm油管10m+PFS充填工具(∮40mm冲管长度由充填工具至丝堵距离)；封上采下防砂管柱（见图二）：丝堵+∮62mm油管４.0m+绕丝（上下各覆盖油层1米以上）+∮62mm油管10m+PFK不循环充填工具一套；一般夹层<１0m的油井，采用PFK专用密插和PFKQ组合；夹层>１0m的油井，采用Y211封隔器和PFKQ组合。一般下封卡点位置在油层下界以下３－５米，上封卡点位置在油层上界以上５－８米。

1、绕丝筛管砾石充填防砂四、机械防砂2）管柱组合（自下而上）：单一油层防砂管柱(见图一)：丝堵+39适于油田中后期出砂严重、地层亏空大高含水出砂常规油井及注入压力低、注水量大出砂的常规水井。1）滤砂管有：预充填双层绕丝滤砂管、整体金属纤维滤砂管、镶嵌式金属纤维滤砂管、环氧树脂滤砂管、陶瓷滤砂管、冶金粉末等。3)砾石层孔隙充填机理1、绕丝筛管砾石充填防砂这种防砂方法能有效地把地层砂限制在套管外，防砂效果好，寿命长。一般采用Saucier方法比较安全。原油粘度<3000mpa·s(热采井除外)；5、绕丝筛管砾石充填施工步骤通过控制压紧程度达到阻挡不同粒径地层砂的目的。当原油粘度较高时，产出液携砂能力很强，为使一部分细砂能通过砾石层产出，砾石尺寸应该比常规井大一些。D50＝(5－6)d50壳派牌公司研制，防砂管柱下入井中，膨胀后(锥形膨胀心轴穿过防砂管)使其形成完整的防砂筛管，从而直接紧贴在套管壁上。0m+金属滤砂管（上下各覆盖油层1米）+∮62mm油管8m+Y445封隔器工具。适用于出泥粉砂严重的油水井防砂；一般下封卡点位置在油层下界以下３－５米，上封卡点位置在油层上界以上５－８米。油层PFS充填工具信号筛管丝堵人工井底绕丝下界绕丝上界Y445封Y211封油层油层PFK充填工具丝堵人工井底绕丝下界绕丝上界单一油层防砂管柱封上采下防砂管柱

1、绕丝筛管砾石充填防砂四、机械防砂适于油田中后期出砂严重、地层亏空大高含水出砂常规油井及注入压401、绕丝筛管砾石充填防砂四、机械防砂

压（洗）井→起原井→探冲捞→探冲砂→通井→刮管热洗→下绕丝→座封→高压充填（循环）→倒扣丢手→探冲中心管→下泵试压→下杆

。绕丝筛管防砂施工工序1、绕丝筛管砾石充填防砂四、机械防砂压（洗）井→起413）适用范围高压充填适合于油田老井单一油层、出泥粉砂严重、井筒附近地层堵塞的油井防砂；循环充填适合于注汽热采井及长井段多层合采的、供液能力好的油井防砂。

1、绕丝筛管砾石充填防砂四、机械防砂3）适用范围高压充填适合于油田老井单一油层、出泥粉砂严重421）滤砂管有：预充填双层绕丝滤砂管、整体金属纤维滤砂管、镶嵌式金属纤维滤砂管、环氧树脂滤砂管、陶瓷滤砂管、冶金粉末等。其渗透性较好，并有较高的强度，它与其它管柱组合，下入井内，对准出砂层位，阻止地层砂进入生产管柱。2、滤砂管防砂四、机械防砂1）滤砂管有：预充填双层绕丝滤砂管、整体金属纤维滤砂43四、机械防砂(1)预充填双层绕丝滤砂管四、机械防砂(1)预充填双层绕丝滤砂管44四、机械防砂四、机械防砂45(2)整体式金属纤维滤砂管四、机械防砂(2)整体式金属纤维滤砂管四、机械防砂46(3)镶嵌式金属纤维滤砂管

由滤砂片镶嵌在滤砂管壁上制成。滤砂片由金属纤维压制而成。通过控制压紧程度达到阻挡不同粒径地层砂的目的。四、机械防砂(3)镶嵌式金属纤维滤砂管由滤砂片镶嵌在滤砂管壁上制47(4)金属毡滤砂管四、机械防砂(4)金属毡滤砂管四、机械防砂48(5)环氧树脂滤砂管：用石英砂和环氧树脂按一定比例混合，在一定条件下固结成型。其脆性强。四、机械防砂(6)陶瓷滤砂管：将经过筛选的陶瓷粒与其它添加剂和粘合剂混合，加入模中高温烧结而成。(7)冶金粉末滤砂管：用经过筛选的铁粉或铜粒烧结而成。(5)环氧树脂滤砂管：用石英砂和环氧树脂按一定比例混合，在一492）滤砂管防砂工艺（1）适用条件套管无变形、无破损；适用于原油粘度<5000mpa·s的常规开采防砂；适用于常规开采和注蒸汽吞吐井防砂；适用于斜井和水平井中防砂；适用于砂粒粒度中值>0.05mm；金属面滤砂管耐温性大于350°。（2）管柱组合（自下而上）丝堵+∮62mm油管4.0m+金属滤砂管（上下各覆盖油层1米）+∮62mm油管8m+Y445封隔器工具。（3）适用范围金属面滤砂管适合于油田出砂、油层热采注蒸气吞吐；斜井和水平井中的防砂。

2、滤砂管防砂四、机械防砂2）滤砂管防砂工艺2、滤砂管防砂四、机械防砂50四、机械防砂四、机械防砂51

总之，机械防砂(与化学防砂相比)对地层的适应能力强，无论产层厚薄、渗透率高低、夹层多少都能有效地实施；通过对套管外及射孔孔眼的充填，使井的产能较高。加上机械防砂成功率高，相对成本较低等优点，目前应用十分广泛。四、机械防砂总之，机械防砂(与化学防砂相比)对地层的适应能力强，52

用化学防砂在距井筒较远的地带胶结多层砂，形成渗透性较好的人工井壁；用机械防砂管柱、砾石充填层，在井底附近形成多道挡砂屏障。五、复合防砂(1)机械防砂和化学防砂相结合的防砂方法。总之，复合防砂比单一的机械防砂或化学防砂效果好，有效期长。(2)井筒外用涂料砂防砂或进行压裂防砂，井筒内进行绕丝筛管砾石充填防砂用化学防砂在距井筒较远的地带胶结多层砂，形成渗透性较好53六、防砂新工艺1、压裂防砂

自84年Smith发表的端部脱砂技术后发展起来的。近几年得到不断完善和发展。

常规压裂中：压裂过程中，缝的长、宽高都是不断增长的，且井底压力基本稳定；端部脱砂压裂中：开始裂缝的增长规律及压力特征同常规压裂，但开始脱砂后，缝长和缝高不再增加，只有裂缝宽度增长较快，井底压力逐步升高。六、防砂新工艺1、压裂防砂自84年Smith发表的端部脱54

原理：在射孔过程中，将防砂作业同时完成。其途径是在普通射孔弹前方置一前仓，内充填两种材料：中心部分装有能让液体通过但能阻挡地层砂的多孔材料，如不锈钢丝球，边缘部分装有用于推动多孔材料的发射药。射孔时，把防砂材料推入射流打出的孔道中,形成永久性防砂塞。2、复合射孔防砂技术

指标：射孔孔径≥14mm,穿透深度达300－500mm，防砂最小粒径不小于0.1mm,孔道过滤层渗透率不小于30um2。99年10月23日,该技术在锦607井上首次实施，并取得成功。现已在辽河锦州采油厂、金马油田等施工7井次，效果良好。研制单位：辽河采油工艺研究院防砂中心原理：在射孔过程中，将防砂作业同时完成。其途径是在普通射553、可膨胀割缝管

壳派牌公司研制，防砂管柱下入井中，膨胀后(锥形膨胀心轴穿过防砂管)使其形成完整的防砂筛管，从而直接紧贴在套管壁上。优点：筛管和套管间没有环形空间，可以进行其它作业。3、可膨胀割缝管壳派牌公司研制，防砂管柱下入井中，膨胀后564、分层挤压砾石充填工艺工艺原理:坐封底部桥塞下入管柱顶部封隔器坐封丢手上提管柱坐中间封隔器下放管柱挤压充填下层上提管柱挤压充填上层起出丢手管柱4、分层挤压砾石充填工艺工艺原理:坐封底部桥塞下入管柱顶57第三节防砂工艺现状1、胜利部分油藏防砂工艺应用情况

从部分砂岩油藏防砂井数表明：机械防砂占

57%、化学防砂占13%、复合防砂占29.8%、压裂防砂占0.2%。第三节防砂工艺现状1、胜利部分油藏防砂工艺应用情况582部分油藏不同防砂工艺平均有效期2部分油藏不同防砂工艺平均有效期59第四节砾石充填防砂设计一、砾石层挡砂机理实验

关于砾石直径的选择与砾石的挡砂机理，国内外在这方面都进行了大量的研究，结论基本一致：第四节砾石充填防砂设计一、砾石层挡砂机理实验关于砾石60特点：砾石直径很小()，能完全阻止地层细砂的侵入。

1)无地层砂侵入机理特点：砾石层渗透率不变化，但由于砾石直径小，渗透率低。一.挡砂机理特点：砾石直径很小()，能完全阻止地层61

特点：砾石直径较小()，地层砂在砾石层的表面形成稳定的砂桥。2)浅层内部桥塞

砾石层的渗透率开始有轻微的降低，之后，随流动时间的增长，渗透率几乎不再减小。一.挡砂机理特点：砾石直径较小()，地层62

特点：砾石直径与地层砂直径相比偏大()。3)砾石层孔隙充填机理

地层砂逐渐侵入砾石层孔隙，砾石层渗透率随流体流入时间的增长逐渐降低。一.挡砂机理特点：砾石直径与地层砂直径相比偏大(63二、砾石尺寸的选择1、筛析砂样、绘制粒度组成累积曲线二、砾石尺寸的选择1、筛析砂样、绘制粒度组成累积曲线642、确定砾石的直径：Saucier方法：D50＝(5－6)d50式中c=d60/d10一般采用Saucier方法比较安全。Schwart方法：D10＝(5-6)d10c<5D40＝(5-6)d40c>5D70＝(5-6)d70c>10砾石偏粗二.砾石尺寸的选择2、确定砾石的直径：Saucier方法：D50＝(5－6)d65砾石直径的确定方法：(以Saucier方法为例)：二.砾石尺寸的选择砾石直径的确定方法：(以Saucier方法为例)：二.砾石尺66三、筛管缝隙的选择

绕丝筛管的缝隙宽度必须能够100％的阻挡住砾石，通常选择筛管的缝隙尺寸略低于充填砾石的最小尺寸，常取最小砾石尺寸的1/2-2/3，推荐采用最小砾石尺寸的2/3：1、缝宽的选择－缝宽3、筛管长度

生产筛管的长度应穿过射孔上下界1.0－1.5m，裸眼井穿过油层上下界1.0m以上。三、筛管缝隙的选择绕丝筛管的缝隙宽度必须能够100％的阻67

筛管周围既要尽可能加大过流面积，又要留出足够的环形空间。筛管直径太小，流动阻力大，防砂后井的产量小；筛管直径过大(充填层薄)，地层流体很容易冲开砾石层直接冲刺筛管，致使有效期过短。另外，充填过程中，砾石容易在窄小处形成砂供造成防砂失败。2、筛管直径的选择裸眼井砾石充填：砾石层径向厚度不小于50mm；管内砾石充填：砾石层径向厚度不小于25mm。筛管周围既要尽可能加大过流面积，又要留出足够的环形空间。68四、砾石用量的确定砾石用量用下式计算：

Vt＝亏空体积Vk＋井筒内砾石容余量V余信号筛与生产筛之间容积用于储备砾石。低密度砾石充填：光管长度20－30m;高密度挤压充填：光管长度至少等于生产筛长度。四、砾石用量的确定砾石用量用下式计算：信号筛与生产筛之间容积691、冲砂及炮眼冲洗时最小排量的确定

为使地层砂携带到地面，上返液流速度必须高于砂粒在液体中的沉降速度。一般按下式确定液流上返速度：

对于牛顿流体：当沉降雷诺数Re≦1时五、施工参数的确定1、冲砂及炮眼冲洗时最小排量的确定为使地层砂携带到地面，702、砾石充填时井筒中不堵塞的最小排量一般:

低密度砾石充填(砂液体积比＝(5-10)%)：排量一般为400-500L/min

高密度砾石充填(砂液体积比＝(80-100)%)：排量一般为250-300L/min。五、施工参数的确定2、砾石充填时井筒中不堵塞的最小排量一般:五、施工参数的确定71炮眼充填过程

低密度砾石充填时，砾石总是先沉积炮眼入口处，若炮眼吸液速度高于临界流速，则注入的砾石在液流的携带下逐渐向炮眼深处蠕动，此时，井筒内砂面稳定，直至填满整个炮眼外的空腔，井筒内的砂面才开始上升。

炮眼内流速>Vc

上部炮眼吸液速度<Vc五、施工参数的确定炮眼充填过程低密度砾石充填时，砾石总是先沉积炮眼入口处，72(1)降低流动阻力要求炮眼内充满砾石的原因(2)提高防砂有效期例：油层的平均压力为13MPa，油层的渗透率k=0.8um2，孔眼内地层砂渗透率8um2，砾石层渗透率kg=40um2

。五、施工参数的确定(1)降低流动阻力要求炮眼内充满砾石的原因(2)提高防砂有733、最大施工泵压计算1)地层破裂压力地层破裂压力为：施工时井底压力应小于破裂压力，以免压开地层。Hw－油层中部深度,m；

－破裂压力梯度，MPa/mPc－破裂压力，MPa.五、施工参数的确定3、最大施工泵压计算1)地层破裂压力地层破裂压力为：施工时井742)泵压与井底破裂压力的关系(MPa)(MPa)(MPa)五、施工参数的确定式中：－摩擦水头损失，m;Pw－井底压力；P泵－地面泵压；P泵max－最大地面泵压。Hw－油层中部深度，m2)泵压与井底破裂压力的关系(MPa)(MPa)(MPa)五75六、砾石充填施工1、冲砂2、套管刮洗

清除管壁赃物，如泥浆、水泥、锈、垢、死油、结蜡，还有射孔毛刺等。这些赃物对于充填砂浆、封隔器坐封和充填工具皮碗的下入和密封、筛管十分不利。

六、砾石充填施工1、冲砂清除管壁赃物，如泥浆、水泥、锈、763、冲洗炮眼

炮眼不畅通会严重影响炮眼外地层的砾石充填，因此必须清理干净。炮眼冲洗一般采用皮碗式冲洗工具进行循环冲洗。冲洗步骤为：

下入冲洗管柱

工具验封产层底界以下2-3m

炮眼冲洗

反洗

起管柱六.砾石充填施工3、冲洗炮眼冲洗步骤为：六.砾石充填施工77

国内油田广泛采用的是转换充填工具，图4－9为SL－FS－WT1皮碗式转换充填工具。

工作液或砂浆从油管内腔泵到井底，返出液走油管和套管之间的环形空间。这样避免了砂浆的污染，套管也不必承受充填压力，用液量也小，常用于低压井。4、砾石充填工具六.砾石充填施工国内油田广泛采用的是转换充填工具，图4－9为SL78

中、高压井或斜井可选用四位式转换充填工具，只要地面施工人员操作工作管柱便可使井下工具进入不同的工作位置，来满足工艺要求。这种工具可用在作业难度较高的油、气井中。中、高压井或斜井可选用四位式转换充填工具，只要地79(1)下充填管柱

下入速度5m/min左右，平稳操作；(2)反洗替出井筒内的赃物；坐封；(3)正挤预处理液(4)循环充填砾石(4)反洗冲出井内多余砂浆。(5)丢手(6)起管柱起油管时要小心平稳，控制上提速度。5、绕丝筛管砾石充填施工步骤六.砾石充填施工步骤(1)下充填管柱下入速度5m/min左右，平稳操作；5、绕80油气井防砂及出砂机理研究课件81小结：防砂设计的基本过程1、了解油层的生产及地质情况(出砂状况、非均质性、粒度分析、胶结物分析)；2、根据油层具体情况，筛选可用的防砂方法；3、对选用的防砂方法进行防砂设计及施工参数的计算；4、对所选方案进行经济评价，筛选出最优的施工方案。小结：防砂设计的基本过程1、了解油层的生产及地质情况(出砂82第五节热采注蒸汽井砾石充填防砂特点主要介绍热采井充填材料及井下工具1、砾石充填材料：国外认为，在注汽井，井底湿蒸汽液相PH值很高，因而可使石英砂遭受严重的热碱溶蚀，于是开展了耐高温、低溶蚀的新型防砂充填材料的研究。如涂镍砂，树脂涂层砂，高含铝陶粒等。这些特殊材料溶蚀量比石英砂小的多，但价格昂贵。第五节热采注蒸汽井砾石充填防砂特点主要介绍热采井充填材料83

试验证明：注汽井井底的湿蒸汽液相一般不可能达到pH=11－12，因而也不会产生严重的热碱溶蚀。所以,SiO2含量高的石英砂仍是一种有效的可靠的热采井充填材料。

当原油粘度较高时，产出液携砂能力很强，为使一部分细砂能通过砾石层产出，砾石尺寸应该比常规井大一些。可取：试验证明：注汽井井底的湿蒸汽液相一般不可能达到pH=11842、环形空间耐高温封隔器配制

铅封是注汽防砂井用于密封筛套环形空间的耐高温封隔器，目的是阻挡已充填的砾石，防止在注汽和采油时砾石从环形空间逸出。由于注入高温蒸汽，一般封隔器的橡胶元件难以适应，铅封封隔器是一种耐高温的防砂封隔器。2、环形空间耐高温封隔器配制铅封是注汽防砂井85油气井防砂及出砂机理研究课件86

注蒸汽井由于井底温度高，筛管周围又被充填砾石掩埋，故高温膨胀的热应力可能使筛管破坏。

①中心管可以自由滑动。

用3个螺钉将中心管一端和筛筒连接（常规筛管是两端直接焊在中心管上）。注汽时，井底温度迅速上升，筛筒周围被砂埋住而不动，中心管热膨胀迫使销钉剪断，使中心管自由伸缩，防止筛管产生热应力破坏。3、热采筛管：注蒸汽井由于井底温度高，筛管周围又被充填砾石掩埋，87②高温密封好。中心管滑动时，筛筒与中心管的间隙由两端的填料盒密封。填料选用耐高温橡胶石棉盘根(耐温400℃，耐压10MP）。防止砂砾进入筛筒内，保证正常注汽和采油。③中心管孔眼流通面积大，有利于稠油流动。②高温密封好。中心管滑动时，筛筒与中心管的间隙由两端的填料盒88第六节改善斜井水平井砾石充填成功率的措施

在井斜角大于45°的斜井中，常规砾石充填的充填效率随着井斜角的增加急剧下降，主要是由于砾石重力作用的原因，砾石在井段顶部形成砂丘，过早地堵塞了筛套环形空间，使防砂井段下部不能被砾石充填，而只充填了砂丘上部的井段。

一、存在的问题：第六节改善斜井水平井砾石充填成功率的措施在井斜891.水平井砾石充填过程二、斜井、水平井砾石充填影响因素分析

砾石砂浆沿水平段的筛套环形空间向前流动时，由于向地层的滤失，砂丘上部流速降低，砂丘高度逐渐增加。当平衡高度达到顶部套管后，充填过程为一从井筒底部向井口方向的反向充填。1.水平井砾石充填过程二、斜井、水平井砾石充填影响因素分析902、实例数据2、实例数据913、数值模拟结果：3、数值模拟结果：92油气井防砂及出砂机理研究课件93另外，流体的粘度也影响充填效率，粘度增加充填效率增加。另外，流体的粘度也影响充填效率，粘度增加充填效率增加。94(1)增大冲筛比

大冲筛比可以增大冲、筛环空中的流动阻力，迫使砂浆在筛套环空中流动，将砾石携带到井段底部，而不在顶部环空中形成砂丘。

研究表明，当冲筛比大于0.6后，充填效率急剧增加。在斜度较大的井中砾石充填时，通常取冲筛比在0.8左右，这时充填效率可达到90％以上。

三、改善斜井砾石充填的措施

冲筛比过大，反向充填时，流动阻力太大，砾石易在上部井段沉积，造成充填效率不高。(1)增大冲筛比大冲筛比可以增大冲、筛环空中的流动阻力95

即在冲管上一定间隔距离内装橡皮挡板，阻挡携砂液在冲筛环空中的流动，即使携砂液流入冲筛环空，遇到橡皮挡板时又被迫返回筛套环空，这样迫使大部分流体在筛套环形空间内流动，保持流动速度和携砂能力，防止形成砂桥，从而提高充填效率。(2)橡皮挡板节流即在冲管上一定间隔距离内装橡皮挡板，阻挡携砂液在冲筛环96

在井斜角大于60°的高斜井中，为了提高携砂液的携砂能力，可以考虑采用中粘携砂液和底部信号筛管组合提高砾石充填效率。将密封的信号筛管置于生产筛管下部。迫使全部携砂液流经防砂井段底部，使底部能够被砾石充填。(3)采用中粘携砂液和底部信号筛管在井斜角大于60°的高斜井中，为了提高携砂液的携砂能力，97(5)在斜井下端120°范围内射孔

(4)采用较小密度的砾石、较高密度的流体、较高的流速

总之，要在井斜角大于60o的斜井中进行砾石充填，影响充填效率的因素很多，最好先进行数值模拟计算，以优化施工参数，提高砾石充填施工的成功率。

(5)在斜井下端120°范围内射孔(4)采用较小密度的98油层四、水平井筛管防砂完井管柱

油层四、水平井筛管防砂完井管柱99

压（洗）井→起原井→探冲砂→通井→套管试压→下酸洗管柱→酸洗解堵→完井。水平井筛管防砂完井施工工序压（洗）井→起原井→探冲砂→通井→套管试压→下酸洗管100a、适用条件套管无变形、无破损；适用于油层温度30-90℃的油水井防砂；高温固结砂适应于热采井注汽前防砂；适用于出泥粉砂严重的油水井防砂；适应于光油管全井及分层，防砂每次防砂井段<20m。b、适用范围固结砂防砂工艺适应于油田中后期出泥