(精品)防砂和筛管技术
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筛管的种类很多，但目前使用比较广泛的有三种： a）绕丝筛管 b）金属微孔多层网布筛管 c）筛孔形金属棉筛管（海总内部）
其中用得最多的是绕丝筛管。 A）绕丝筛管
适用范围：几乎适用于所有的油、气、水井的防砂； 优点：● 加工时绕丝缝隙容易控制、容易检验其质量好坏；
● 使用绕丝筛管能进行高速或压裂充填防砂工艺； ● 由于其缝隙不直接和地层砂接触，而是缝隙挡砾石，
任何防砂筛管的防砂能力必须等同下列直径砾石所形成 的防砂能力：5～6×d50； 式中： d50--- 地层砂在累积重量为50%点处的砂粒直径（mm）； 5～6×d50--- （防砂用）砾石直径（mm）；
d≈D/6.5 （直径大于“d”的地层砂不能通过此喉道）
D
注: D-- 砾石的平均直径；
d-- 砾石稳定堆积后形成的ห้องสมุดไป่ตู้均喉道直径；
砾石
优点：现场施工简单；基管通径大；抗变形能力强；防砂 效果较好。
缺点：价格昂贵； 适用范围：大斜度井、裸眼井。若在套管井使用并且管外
不再充填砾石时，应尽量减小砂环厚度。
卸油网
（外/中/内）
外套
过滤网（有时每层具有不同的网眼直径） 端环
中心管
过滤筛网 （2～3层）
多层金属网缠绕复合筛管结构示意图 （EXCLUDER SCREEN）
麽 堵，要麽出砂，对大部分防砂井，其有效防砂寿命都很短。
3）压实性金属片筛孔形防砂管（不能叫做筛孔形金属棉筛管） 优点：现场施工简单；基管通径大，二次作业时容易打 捞。强度大，特别适用于大斜度井。 缺点：● 泥质含量高（＞10%）的井慎用。 ● 制造过程中比较困难控制过滤精度。 适用范围：油不太稠、泥质含量不很高的井—特别是大斜 度裸眼井。若在套管井使用时，应尽量减小砂 环厚度。
防砂和筛管 技术简介
2004年7月
一、防砂方法
笼统讲，防砂方法分两大类：化学防砂和机械防砂。
1 、化学防砂 化学防砂方法多用于早期防砂和后期补救防砂。 现场作业时： ● 将某种合适的化学剂（比如环氧树脂）挤入油层--井眼附近，把井眼附近的地层砂固结起来，生产时阻止 地层砂流动，达到防砂目的。 ● 事先将合适尺寸的砾石涂上树脂，然后把涂脂砾石泵入 地层（井筒附近），待涂脂砾石固化后即形成防砂砾石 层。
筛孔形金属棉 筛管
正常循环充填
充填即将结束
反循环洗井
反循环洗井失误 ----砂卡
砂浆
脱水砾石 射 孔 段
形成砂桥的主要原因
1、由于地层的渗透率差异太大，渗透率高的地层局部 失水过快，砾石在此失去了液体的携带力，砾石不 再继续向前运动而形成砂桥；
2、由于泵速不合理，砾石的重力下沉速度大于携砂液 携带砾石的前进速度而形成砂桥；
1）d50＞70µm； 2）44µm以下的微粒数量＜20%； 3）d40/d90＜5（均匀系数＜5）； 4）黏土含量＜5%（渤海地区大部分油田达不到）；
注：Pall Stratapac Screen ----‘多层复合金属纤维烧结（毡） 式筛管’ 类似于我们早期防砂用过的 ‘油毛毡’ 效果----要
泥质含量低、黏度不高的井；
2）多层复合金属纤维烧结（毡）式筛管—Stratapac Screen 从防砂效果方面来说，类似于预充填筛管，对泥质含量
和稠油很敏感。 优点：现场施工简单，基管内径大。 缺点：不适宜稠油/泥质含量高的井，外面不能进行砾石充填。
适用范围：泥质含量低、油黏度不高的井；
“Pall Stratapac Screen” 的使用条件
1、下入9-5/8“套管刮管器刮洗套管； 2、下入5-1/2”膨胀筛管； 3、将弹性爪密封插入底部封隔器； 4、投1-3/8“球，坐封顶部封隔器； 5、释放下入工具，并其出下入工具；
6、连接5-7/8”膨胀心轴，钻杆下入井 里；
7、将心轴插入膨胀锥里，下压 10000磅剪切膨胀锥上的固定销钉；
8、下推膨胀锥至膨胀筛管的底部；
压实性金属片筛孔形防砂管结构示意图
防砂金属片 承托杯 上卸油网 压帽
下卸油网
承托片
4）多层金属网缠绕复合筛管（不同于我们现在的多层金属网缠绕复合筛管） 这种筛管一般由三层筛网布缠绕，从外向里每层筛网的
孔眼逐渐变小，最外层形成大砂粒砂桥；中间层形成中等砂 粒砂桥；较小的砂粒在最里层形成砂桥；再小的地层砂流入 井筒。这样，在筛网里形成了由地层砂本身组成的、经过选 择分类的砾石充填层。
时，一旦地层砂出来后，将很快在套管环空和炮眼里形成渗透率很 低的砂环和砂堵，若原油黏度高、黏土含量高的话，将会严重影响 正常生产。
金属微孔多层网布防砂原理
网眼直径＜d50
● 先直接靠网布筛眼挡地 层（大）砂。然后，由 地层砂逐渐形成砂桥挡 地层砂。
● 很显然，这层砂环桥的 渗透率远不如砾石的渗 透率高。
9、下压20000磅，确保膨胀锥位于膨 胀筛管的底部
10、其出膨胀管柱（膨胀锥留在井 底）
11、投产；
预充填筛管生产时存在的问题
生产油管 套管
控制管线 安全阀 循环滑套
炮眼和环空充满
低渗透率地层细粉砂 增加了油流阻力
定位密封总成
封隔器 预充填筛管 或类似筛管
地层砂
三、任何筛管为了有效防砂，开缝/孔选择的基本原则
套管 封隔器
基管 微孔多层网布
地层砂
间隙≈10mm 射孔炮眼
渗透率低的 砂环、砂堵
C、筛孔形金属棉筛管 适用范围和优点：
金属微孔多层网布防砂原理
适合于不进行管内砾石充填的、原
油粘度不太高的、黏土含量在10%以下
的井。在大斜度/水平油、气井里施工有 其优点；内径大，有利于测试作业；易 套洗
套管 封隔器
特点/优点： ■ 直接靠选择性膨胀筛缝防砂（不用砾石）,减少了液流阻力； ■ 基管通径大； ■ 节省了油层部位的生产套管； ■ 由于油层部位不需要固井、不射孔、不需要用完井液进行砾石充
填作业，因此，减少了油层污染； 缺点: ● 严格控制膨胀筛缝的尺寸精度难度大;特别是在那些不规
则的裸眼井里，情况可能会更明显； ● 费用高;
B、“House”形绕丝断面
“House”形绕丝截面
缠绕后可能形成易被赃物堵 塞的不平行“House”形筛缝
适用范围：压裂充填、高速循环充填
C、改进性三角形绕丝断面
特点：和普通三角形断面绕丝相比，具有较强的抗冲蚀性，而
且保留了自洁特性，但费用高。
适用范围：压裂充填、高速循环充填
二、筛 管
1、筛管种类、使用范围及其优缺点
机械防砂法主要有：
1）预充填防砂管
事先将合适尺寸的砾石与树脂混合后，成形到合适的
基管上（基管上有开孔和相应的连接丝扣）为了安全起。
见，有的还在外面安装保护套。
预充填砾石
基管
保护套
优点：结构简单、现场容易施工，二次防砂时容易作业。 缺点：防砂效果差、特别不适宜稠油/泥质含量高的井；
易破碎，不适宜斜井；外面不能进行砾石充填。 目前油田上已很少使用。 适用范围：直井或斜度不大的短井段井；
定位封隔器
套管 砾石充填 封隔器
炮眼
未充填好 的空洞
B、金属微孔多层网布筛管 适用范围和优点： ● 适合于不进行管内砾石充填的、原油粘度不太高的、黏土含 量在10%以下的井。在大斜度/水平油、气井里施工有其优点， ● 基管内径大，有利于井下测试作业； ● 有利于套洗作业
缺点： 因使用这种筛管时，管内一般不再进行砾石充填，因此，生产
注：见 “ SPE 4014”。1972年10月8～11日美国德克萨斯第47届 SPE年会。 作者：Spurlock J.W.and Demski,D.B. 论文题目:“A new approach to the sand control problem– A multi-layer,wirewrapped sand screen”.
割缝管示意图
6）绕丝筛管 优点：防砂效果好，有效寿命长。 缺点：现场施工复杂，作业难度大，费用较高。 适用范围：除水平裸眼井外，几乎适用于各类防砂井。 就其绕丝断面形状而言，根据不同的使用情况， 现场应有所选择。
A、普通三角形绕丝断面
（具有自洁功能）
适用范围：普通循环砾石充填防砂井
B、“House”形绕丝断面
3、由于井斜过大，携带砾石的携砂液黏度不够，砾 石下沉至低边而形成砂桥；
由于泵速不合理或地层渗透率 差异太大而形成砂桥
钻杆 携砂液 砾石充填 工具总成
封隔器 砾石转向孔 冲洗管
砂桥 空洞
污水坑封隔器
进入地层 砂桥
空洞
冲洗管
进入地层
筛管
大斜度井容易形成砂桥
7）膨胀式筛管 膨胀式筛管是近几年发展起来的一种新的机械防砂技术。
砾石形成的缝隙挡地层砂，因此，防砂效果比较好， 寿命长；
缺点：现场施工作业量比较大，作业过程中技术性比较强，因作业 时砾石充填层有时存在“空洞”的可能，可能导致防砂失败；
注：筛管用户陆地检验方法
L
砾石充填的利弊
检验段
1 ft 1/3 W
1/3 L
（检验段）
检验段 1 ft
W
2 kg
1cm 塞规
高渗透率 砾石层
缺点：
基管
微孔多层网布
● 加工时缝隙比较难以控制（即过滤精
度难以控制）
地层砂
● 因使用这种筛管时，管内一般不再进
行砾石充填，因此，生产时，一旦地
层砂出来后，将很快在套管环空和炮
眼里形成渗透率很低的砂环和砂堵，
若原油黏度高、黏土含量高的话，将
会严重影响正常生产。
间隙≈10mm 射孔炮眼
渗透率低的 砂环、砂堵
膨胀筛管现场膨胀施筛工管主图要作业步骤
9-5/*顶部封隔器
7”23#盲管
7.375”膨胀锥
膨胀筛管
9-5/8” 40#
膨胀工作管
2×4-3/4” DC 11×61/2”DC 15×5”HWDP
已膨胀筛管
9-5/8“套管 膨胀锥接头
膨胀心轴
留在底部的膨胀 锥,5.625”ID
膨胀管长11.35m
底部封隔器 弹性爪密封
化学防砂法的优 /缺点： a、优点---- 现场施工作业简单； b、缺点---- ●由于地层渗透率差异问题，不适宜长井段防
砂(≤30m）；
● 高温井（＞900C）胶结质量难以控制；
●有效防砂寿命期短；
A、早期挤化学剂固砂
套管 环氧树脂胶结后的地层砂
挤注管柱
挤注封隔器 没胶结的地层砂 炮眼
B、补救防砂
5）割缝管 优点：结构简单，现场容易施工，基管通径大，二次施工时打 捞作业特别容易。 缺点：小尺寸的开缝难以加工、开缝总的流通面积较小、由于 开缝处容易结垢/生锈，因此，开缝容易被堵； 适用范围：地层砂直径比较大无明显腐蚀介质存在的井； 大斜度井；裸眼井； 若在套管井里使用，应尽量减小砂环的厚度。 外面不能进行砾石充填；
1、先生产，不防砂
生产油管
由于先期生产时不防砂， 井筒附近被掏成空洞。
套管 炮眼
疏松地层砂
油层
2、补救防砂---挤入涂脂砾石
‘空洞’已被涂脂砾石填 充
生产油管 套管
炮眼
疏松地层砂
3、将套管内的砾石钻掉并清洗干净后投产
‘空洞’已被胶结砾石填 充
生产油管 套管
炮眼
疏松地层砂
2 、机械防砂
目前世界上绝大部分防砂井均采用机械防砂方法防砂。
其中用得最多的是绕丝筛管。 A）绕丝筛管
适用范围：几乎适用于所有的油、气、水井的防砂； 优点：● 加工时绕丝缝隙容易控制、容易检验其质量好坏；
● 使用绕丝筛管能进行高速或压裂充填防砂工艺； ● 由于其缝隙不直接和地层砂接触，而是缝隙挡砾石，
任何防砂筛管的防砂能力必须等同下列直径砾石所形成 的防砂能力：5～6×d50； 式中： d50--- 地层砂在累积重量为50%点处的砂粒直径（mm）； 5～6×d50--- （防砂用）砾石直径（mm）；
d≈D/6.5 （直径大于“d”的地层砂不能通过此喉道）
D
注: D-- 砾石的平均直径；
d-- 砾石稳定堆积后形成的ห้องสมุดไป่ตู้均喉道直径；
砾石
优点：现场施工简单；基管通径大；抗变形能力强；防砂 效果较好。
缺点：价格昂贵； 适用范围：大斜度井、裸眼井。若在套管井使用并且管外
不再充填砾石时，应尽量减小砂环厚度。
卸油网
（外/中/内）
外套
过滤网（有时每层具有不同的网眼直径） 端环
中心管
过滤筛网 （2～3层）
多层金属网缠绕复合筛管结构示意图 （EXCLUDER SCREEN）
麽 堵，要麽出砂，对大部分防砂井，其有效防砂寿命都很短。
3）压实性金属片筛孔形防砂管（不能叫做筛孔形金属棉筛管） 优点：现场施工简单；基管通径大，二次作业时容易打 捞。强度大，特别适用于大斜度井。 缺点：● 泥质含量高（＞10%）的井慎用。 ● 制造过程中比较困难控制过滤精度。 适用范围：油不太稠、泥质含量不很高的井—特别是大斜 度裸眼井。若在套管井使用时，应尽量减小砂 环厚度。
防砂和筛管 技术简介
2004年7月
一、防砂方法
笼统讲，防砂方法分两大类：化学防砂和机械防砂。
1 、化学防砂 化学防砂方法多用于早期防砂和后期补救防砂。 现场作业时： ● 将某种合适的化学剂（比如环氧树脂）挤入油层--井眼附近，把井眼附近的地层砂固结起来，生产时阻止 地层砂流动，达到防砂目的。 ● 事先将合适尺寸的砾石涂上树脂，然后把涂脂砾石泵入 地层（井筒附近），待涂脂砾石固化后即形成防砂砾石 层。
筛孔形金属棉 筛管
正常循环充填
充填即将结束
反循环洗井
反循环洗井失误 ----砂卡
砂浆
脱水砾石 射 孔 段
形成砂桥的主要原因
1、由于地层的渗透率差异太大，渗透率高的地层局部 失水过快，砾石在此失去了液体的携带力，砾石不 再继续向前运动而形成砂桥；
2、由于泵速不合理，砾石的重力下沉速度大于携砂液 携带砾石的前进速度而形成砂桥；
1）d50＞70µm； 2）44µm以下的微粒数量＜20%； 3）d40/d90＜5（均匀系数＜5）； 4）黏土含量＜5%（渤海地区大部分油田达不到）；
注：Pall Stratapac Screen ----‘多层复合金属纤维烧结（毡） 式筛管’ 类似于我们早期防砂用过的 ‘油毛毡’ 效果----要
泥质含量低、黏度不高的井；
2）多层复合金属纤维烧结（毡）式筛管—Stratapac Screen 从防砂效果方面来说，类似于预充填筛管，对泥质含量
和稠油很敏感。 优点：现场施工简单，基管内径大。 缺点：不适宜稠油/泥质含量高的井，外面不能进行砾石充填。
适用范围：泥质含量低、油黏度不高的井；
“Pall Stratapac Screen” 的使用条件
1、下入9-5/8“套管刮管器刮洗套管； 2、下入5-1/2”膨胀筛管； 3、将弹性爪密封插入底部封隔器； 4、投1-3/8“球，坐封顶部封隔器； 5、释放下入工具，并其出下入工具；
6、连接5-7/8”膨胀心轴，钻杆下入井 里；
7、将心轴插入膨胀锥里，下压 10000磅剪切膨胀锥上的固定销钉；
8、下推膨胀锥至膨胀筛管的底部；
压实性金属片筛孔形防砂管结构示意图
防砂金属片 承托杯 上卸油网 压帽
下卸油网
承托片
4）多层金属网缠绕复合筛管（不同于我们现在的多层金属网缠绕复合筛管） 这种筛管一般由三层筛网布缠绕，从外向里每层筛网的
孔眼逐渐变小，最外层形成大砂粒砂桥；中间层形成中等砂 粒砂桥；较小的砂粒在最里层形成砂桥；再小的地层砂流入 井筒。这样，在筛网里形成了由地层砂本身组成的、经过选 择分类的砾石充填层。
时，一旦地层砂出来后，将很快在套管环空和炮眼里形成渗透率很 低的砂环和砂堵，若原油黏度高、黏土含量高的话，将会严重影响 正常生产。
金属微孔多层网布防砂原理
网眼直径＜d50
● 先直接靠网布筛眼挡地 层（大）砂。然后，由 地层砂逐渐形成砂桥挡 地层砂。
● 很显然，这层砂环桥的 渗透率远不如砾石的渗 透率高。
9、下压20000磅，确保膨胀锥位于膨 胀筛管的底部
10、其出膨胀管柱（膨胀锥留在井 底）
11、投产；
预充填筛管生产时存在的问题
生产油管 套管
控制管线 安全阀 循环滑套
炮眼和环空充满
低渗透率地层细粉砂 增加了油流阻力
定位密封总成
封隔器 预充填筛管 或类似筛管
地层砂
三、任何筛管为了有效防砂，开缝/孔选择的基本原则
套管 封隔器
基管 微孔多层网布
地层砂
间隙≈10mm 射孔炮眼
渗透率低的 砂环、砂堵
C、筛孔形金属棉筛管 适用范围和优点：
金属微孔多层网布防砂原理
适合于不进行管内砾石充填的、原
油粘度不太高的、黏土含量在10%以下
的井。在大斜度/水平油、气井里施工有 其优点；内径大，有利于测试作业；易 套洗
套管 封隔器
特点/优点： ■ 直接靠选择性膨胀筛缝防砂（不用砾石）,减少了液流阻力； ■ 基管通径大； ■ 节省了油层部位的生产套管； ■ 由于油层部位不需要固井、不射孔、不需要用完井液进行砾石充
填作业，因此，减少了油层污染； 缺点: ● 严格控制膨胀筛缝的尺寸精度难度大;特别是在那些不规
则的裸眼井里，情况可能会更明显； ● 费用高;
B、“House”形绕丝断面
“House”形绕丝截面
缠绕后可能形成易被赃物堵 塞的不平行“House”形筛缝
适用范围：压裂充填、高速循环充填
C、改进性三角形绕丝断面
特点：和普通三角形断面绕丝相比，具有较强的抗冲蚀性，而
且保留了自洁特性，但费用高。
适用范围：压裂充填、高速循环充填
二、筛 管
1、筛管种类、使用范围及其优缺点
机械防砂法主要有：
1）预充填防砂管
事先将合适尺寸的砾石与树脂混合后，成形到合适的
基管上（基管上有开孔和相应的连接丝扣）为了安全起。
见，有的还在外面安装保护套。
预充填砾石
基管
保护套
优点：结构简单、现场容易施工，二次防砂时容易作业。 缺点：防砂效果差、特别不适宜稠油/泥质含量高的井；
易破碎，不适宜斜井；外面不能进行砾石充填。 目前油田上已很少使用。 适用范围：直井或斜度不大的短井段井；
定位封隔器
套管 砾石充填 封隔器
炮眼
未充填好 的空洞
B、金属微孔多层网布筛管 适用范围和优点： ● 适合于不进行管内砾石充填的、原油粘度不太高的、黏土含 量在10%以下的井。在大斜度/水平油、气井里施工有其优点， ● 基管内径大，有利于井下测试作业； ● 有利于套洗作业
缺点： 因使用这种筛管时，管内一般不再进行砾石充填，因此，生产
注：见 “ SPE 4014”。1972年10月8～11日美国德克萨斯第47届 SPE年会。 作者：Spurlock J.W.and Demski,D.B. 论文题目:“A new approach to the sand control problem– A multi-layer,wirewrapped sand screen”.
割缝管示意图
6）绕丝筛管 优点：防砂效果好，有效寿命长。 缺点：现场施工复杂，作业难度大，费用较高。 适用范围：除水平裸眼井外，几乎适用于各类防砂井。 就其绕丝断面形状而言，根据不同的使用情况， 现场应有所选择。
A、普通三角形绕丝断面
（具有自洁功能）
适用范围：普通循环砾石充填防砂井
B、“House”形绕丝断面
3、由于井斜过大，携带砾石的携砂液黏度不够，砾 石下沉至低边而形成砂桥；
由于泵速不合理或地层渗透率 差异太大而形成砂桥
钻杆 携砂液 砾石充填 工具总成
封隔器 砾石转向孔 冲洗管
砂桥 空洞
污水坑封隔器
进入地层 砂桥
空洞
冲洗管
进入地层
筛管
大斜度井容易形成砂桥
7）膨胀式筛管 膨胀式筛管是近几年发展起来的一种新的机械防砂技术。
砾石形成的缝隙挡地层砂，因此，防砂效果比较好， 寿命长；
缺点：现场施工作业量比较大，作业过程中技术性比较强，因作业 时砾石充填层有时存在“空洞”的可能，可能导致防砂失败；
注：筛管用户陆地检验方法
L
砾石充填的利弊
检验段
1 ft 1/3 W
1/3 L
（检验段）
检验段 1 ft
W
2 kg
1cm 塞规
高渗透率 砾石层
缺点：
基管
微孔多层网布
● 加工时缝隙比较难以控制（即过滤精
度难以控制）
地层砂
● 因使用这种筛管时，管内一般不再进
行砾石充填，因此，生产时，一旦地
层砂出来后，将很快在套管环空和炮
眼里形成渗透率很低的砂环和砂堵，
若原油黏度高、黏土含量高的话，将
会严重影响正常生产。
间隙≈10mm 射孔炮眼
渗透率低的 砂环、砂堵
膨胀筛管现场膨胀施筛工管主图要作业步骤
9-5/*顶部封隔器
7”23#盲管
7.375”膨胀锥
膨胀筛管
9-5/8” 40#
膨胀工作管
2×4-3/4” DC 11×61/2”DC 15×5”HWDP
已膨胀筛管
9-5/8“套管 膨胀锥接头
膨胀心轴
留在底部的膨胀 锥,5.625”ID
膨胀管长11.35m
底部封隔器 弹性爪密封
化学防砂法的优 /缺点： a、优点---- 现场施工作业简单； b、缺点---- ●由于地层渗透率差异问题，不适宜长井段防
砂(≤30m）；
● 高温井（＞900C）胶结质量难以控制；
●有效防砂寿命期短；
A、早期挤化学剂固砂
套管 环氧树脂胶结后的地层砂
挤注管柱
挤注封隔器 没胶结的地层砂 炮眼
B、补救防砂
5）割缝管 优点：结构简单，现场容易施工，基管通径大，二次施工时打 捞作业特别容易。 缺点：小尺寸的开缝难以加工、开缝总的流通面积较小、由于 开缝处容易结垢/生锈，因此，开缝容易被堵； 适用范围：地层砂直径比较大无明显腐蚀介质存在的井； 大斜度井；裸眼井； 若在套管井里使用，应尽量减小砂环的厚度。 外面不能进行砾石充填；
1、先生产，不防砂
生产油管
由于先期生产时不防砂， 井筒附近被掏成空洞。
套管 炮眼
疏松地层砂
油层
2、补救防砂---挤入涂脂砾石
‘空洞’已被涂脂砾石填 充
生产油管 套管
炮眼
疏松地层砂
3、将套管内的砾石钻掉并清洗干净后投产
‘空洞’已被胶结砾石填 充
生产油管 套管
炮眼
疏松地层砂
2 、机械防砂
目前世界上绝大部分防砂井均采用机械防砂方法防砂。