生产井防砂工艺简介

防砂是保障出砂油田正常生产必须的措施！
1、出砂的机理
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
适用范围
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。
4、 HY化学防砂技术
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。
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。
现场施工
涂料砂防砂示意图
井筒处理
试
携砂液携 带涂料砂
挤
加携砂液及固化剂
防砂管柱
地层压力上升2 MPa以上
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
高分子聚合物分子链 大、小颗粒地层砂
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
油层
生产筛管
冲管：与充填工具配合形成充填通道。
冲 管 丝 堵 灰 面
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，
砾石绝对 渗透率太 低
理 想 的 粒 径 比
粒结晶快；
抗破碎试验产生的细颗粒砂质量应符合要 求。
砾石与地层砂粒度中值之比
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。
常用防砂工艺及选井条件
出砂的危害
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。
绕防管柱示意图
下入管柱
地层预处理
洗井座封
充填工具 扶正器 信号筛管
加砂充填砾石
油层
生产筛管
顶替压力至 12MPa
冲 管 丝 堵 灰 面
反洗井丢手
施工管柱设计
充填工具 扶正器 信号筛管
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 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 口，完成砾石的循环充填。 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 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 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 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 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， 生产筛管：长度应超过射孔井段上、下界各 设计要求，充填停止，可进行下步工序。 1.0～1.5m，以便确保 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 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、 （包括产出砂）沿着环空向上窜流 6.6m（热采筛管2.8/4.8/6.8m）。
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。
1、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。
水带干灰砂防砂示意图
携砂液携带 水带干灰砂
2、施工过程
井筒处理 下入管柱
（刮管、通井、洗井）
防砂管柱
棕黄色或黄色
1.45± 0.02 0.4～0.8≥90% 45 ≥2.5 ≥5.0 ≥98.5 >20
度和良好渗透性的人工井壁，从而起到
防砂作用。
防砂前
防砂后
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。
适应性：
1、适用于每米油层出砂量＞50L的源自、水井早期和中后期防砂，对新射原理：在一定粒径的石英砂表面通过物
树脂涂敷砂性能指标
表观
密度（g/cm3） 粒径（mm） 固结温度（℃） 抗折强度（MPa） 抗压强度（MPa） 涂覆率（%） 渗透率（μm2）
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
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
（刮管、通井、洗井） （解堵、粘土稳定处理）
井筒处理
充填砾石
绕丝筛管
绕丝筛管
充填砾石及筛管尺寸选择
砾石的质量要求：
充填前后砾石渗透率之比
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
超大或过小尺寸的颗粒含量不得超过砾石 地层砂侵导致 充填体渗透率 急剧下降 地层砂可以 自由通过
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
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：
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。
自然因素
（1）地质因素
c、流体性质 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、压降需要放大生产压差，作用在岩石上的拉伸作
1、高温高压蒸汽将环空充填砂挤入地层或溶蚀，井 a、地层压降及生产压差对出砂的影响 3、注水对地层的冲刷作用加剧出砂 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。 b、流速对出砂的影响 2、热采采油速度高，导致近井地带地层压降大，
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
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
40-60m
试挤加砂 顶替 关井72h 冲钻
（砂比10%）
油层
人工井底
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）
30-50m 顶替
关井反应
人工井底
钻塞后下泵投产
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。
（2）开采因素 人为因素
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
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%） e、日常管理不当导致压力激动
a、射孔孔道填充物对出砂的影响 低流速。
应采取大孔道、高密度射孔方式降低流动阻力，降
（3）完井因素
b、射孔参数对出砂的影响
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
大量出砂。
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。
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
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。 1 、含油饱和度越高，胶结越好。 a、构造应力的影响 孔隙式胶结＞孔隙 -接触式胶结＞接触式胶结 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 1、压降过大导致岩石颗粒负荷大，形成剪切破坏。 b、颗粒胶结强度 在岩石颗粒上的拖曳力大 2、压降引起脱气导致原油粘度增大
组 成
液相高分子胶结材料