砾石充填防砂工艺
一次多层砾石充填工艺在渤海油田的应用
3631 防砂设计1.1 防砂方式确定1.1.1 前期地层出砂情况统计初期开发和调整井中定向井共计174口，其中128口井采用砾石充填防砂，46口井采用优质筛管防砂。
截至目前，已开发井中17口定向井出现了出砂现象，其中以定向井简易防砂井为主为13口井，基本为筛管损坏、生产压差不合理等导致出砂。
而采用砾石充填防砂的井仅有4口出现了出砂现象，说明砾石充填防砂在耐冲蚀和机械强度上更具优势。
1.1.2防砂方式选择结果图1 防砂方式选择图版根据上表，综合以上两方面的分析，明化镇组定向井前期优质筛管完井出砂率高，且储层岩性较细，邻井泥质含量较高，层间非均质性强。
因此推荐该井采用砾石充填防砂方式。
1.2 防砂器材选择1.2.1 防砂精度确定（1）明化镇地层参数根据具有代表性的X井明化镇I油组1082米处岩心砂粒度分析数据可得。
d50=0.10mm；d40=0.112mm；d90=0.038mm。
根据saucier方法计算，D50=（5～6）d50，选用20/40目的砾石防砂。
通过初期开发井和调整井的情况调研，目前实际油井选用砾石尺寸为20/40目，并且防砂效果较好，所以推荐调整井采用20/40目砾石。
（2）筛管规格绕丝筛管的直径应该尽可能大一些。
但是，必须留有足够的环空，以便充填砾石时不会产生砂桥，环空间隙为3/4″～1″左右。
绕丝筛管的缝隙尺寸原则上应能满足挡住最小充填砾石的要求，具体计算应等于最小充填砾石尺寸的1/2～2/3。
根据对绕丝筛管的直径和绕丝缝隙的选择要求，绕丝筛管的选择结果如下：采用5-1/2″LTC绕丝筛管，钢级为N80的基管，绕丝间隙根据防砂精度进行选择，20～40目防砂精度的绕丝间隙选择0.012″。
（3）盲管规格盲管的选择应考虑内径不小于筛管和封隔器总成的内径，保证防砂服务工具的顺利下入，同时要有足够的抗外挤的强度。
根据油田前期开发井及调整井的实际应用情况，借鉴渤海各油田砾石充填防砂经验，采用5-1/2″LTC、钢级为N80的盲管。
水平井筛管防砂完井及砾石充填防砂新工艺的研究与应用
术 。该技术利 用裸 眼封 隔器 、分级 箍 、盲板 、洗井阀等特殊完井工具 在 水平井 造斜段实现注水泥 ，根据油藏情况利用裸眼封隔器和 大通径 筛管对 油层部位进行分段完井 。完井时 ，首先对造斜段注水泥 固井 ， 然 后钻除固井盲板 ，最后下入洗井酸化胀封管柱 ， 对油层进行洗井 和
（ ） ８ １ 沾ｌ 块水平井完井方法优选 。
完 井方式 裸 眼 预充 填砾 石筛 管完 井 裸 眼金 属 纤堆 筛管 完井 裸 眼烧 蛄 陶瓷 筛管 完井 裸 眼金 属毡 缔管 完井 裸 眼 井下砾 石充 填 完井 开 井产量 （ ／ 经 济效益 ｆ 吨 天） 万元１ ５ ３ ２ ０ ５ ３ ４ ４ ５ ３９ ６ ５ ４６ ７ ６ ８６ ５ １８ １ ｏ ４１ ３ １５ ２ ８ ５０ ０ １２ ７ ４ ５８ ２ １ ５４ ３ ５９ Ｓ １３ ３ ２ ９６ ６ 生产 时 闻（ 天） ９ ２ １６ ０ ０ ９ ２ １６ ０ Ｏ ９ ２ １６ ０ Ｏ ９ ２ １６ ０ Ｏ ９ ２ １６ ０ ０
放。
ｌ ：Ｆ ＝二二二二二
ｉ
匡 匿
图 ９ 井段 ２ ８￣２６ ｍ页 岩段 地 层 厚度 校 正 ４８ ５ ４
本 井在井段２８ ～ ５ ４ 录取页岩层 ，录取地层厚度为７ ｍ， （ ４８ ２６ｍ ６ 见 图９ ）井段换算 成垂深２ ０ ～ ４ ０ ４ ０ ２ ２ ｍ，垂厚为２ ｍ，其实这个 厚度仅仅 ０ 为一 个视厚度 ，在图 中表 现为Ｈ ＡＨ 与 的和 ，如果要求 出真实地层 厚 度还 得消除地层 倾角带来 的影响 ，本层在轨 迹方 向地 层倾角为３ ， 。 那 么就 得用地层倾 角消 除地层下倾带来地层 增厚影响 。ＡＨ＝ （ 层底 水平位移一 层顶 水平位 移 ）× ｇ 。 ，ＡＨ＝５ ×ｔ 。 ＝２ ｍ，得 出 ｔ３ ２ ｇ ３ ． ７ 地层 真实厚 度为１ ．ｍ。 ７３ （ ）引入特殊 录井手段 。非常规 油气勘探打破 了常规油气 录井 ５ 石油地质理论 ，引入一些特殊的录井方法尤其 重要 ，本井在录井过程 （ １４ ） 接 ０ 页 粘度 。根据砾 石充填机理 与固液两相 流理论 ，建立了水 平井砾石充填数模 ，研究 各参数对砾 石充填的影响 ，以达到充填防砂 施工 各参数 的最优 。沾 ｌ 块方案设 计用２ ８ ％防膨 抑砂剂配 成２ ｍ ８ ℃ ５ ） （ 以上本地 热污水溶 液挤前置液 ，携 砂液为 １０ 防膨清洁压 裂液 ，设 ８ ｍ
挤压砾石充填防砂工艺
辛 68 块 61.5 213 19.6 6.1 100 936 27.9 8.9
四、工艺管柱
一次管柱砾石充填防砂工艺管柱
一次管柱砾石充填防砂工艺
采用不同孔径炮眼压降与单孔产量关系
1
压降（MPa）
0.75
10mm
12mm
0.5
14mm
18mm
0.25
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
单孔产量（m 3 /d）
不同渗透率充填层的炮眼压降与产能关系
10
压降P（MPa）
8
120μm2
40μm2
6
15μm2
4
5μm2
2
0
0
1 单孔产量2Q（m 3 /d）3
解堵剂使用前后岩心渗透率变化
层号
S26 S27
使用前 （μm2）
1.14 1.65
使用后（μm2）
A
B
C
1.58
1.67
1.61
2.44
2.35
2.42
污染岩心经处理后渗透率恢复到80%以上
(二)炮眼充填层理论应用
1、炮眼压降数学模型
dp Q Q 2
dx
A
原油乳化 胶质沉淀
岩心渗透率变化比较结果
岩心
原始渗透率 （μm2)
测定渗透率 （μm2)
S26
2.047
1.14
S27
2.940
1.65
岩心污染后渗透率下降幅度较大，下降 率达40%-50%。
解堵剂配方
解堵剂 A B C
配方组成 污水+HCL+KBG+BG-02+柠檬酸+甲醛+D1112H 污水+HCL+HF+BG-02+柠檬酸+甲醛+D1112H 污水+BG-02+NH4CL+甲醛+D1112H
砾石充填防砂井砾石尺寸设计实例
1 砾石充填防砂井砾石尺寸设计实例砾石充填类防砂是目前主流的防砂工艺，砾石尺寸设计是砾石充填类防砂设计的关键步骤之一，砾石尺寸的大小会影响防砂效果和油气井生产动态。
较大的砾石尺寸有利于获得较高的产能，但会导致地层砂侵入砾石层；相反，较小的砾石尺寸挡砂效果好，但对油井产能的影响较大。
油气井防砂领域使用的标准砾石尺寸如表1所示。
目前国内外的主要砾石尺寸设计方法为三类：(1) 第一类：设计依据简单，仅依据地层砂某一特征尺寸的设计方法，包括Karpoff、Smith、Tausch&Corley、Saucier等四种设计模型；(2) 第二类：信息依据丰富，基于地层砂筛析曲线的设计方法，主要包括DePriester和Schwartz两种设计模型；(3) 第三类：基于砾石层孔喉结构模拟的砾石尺寸设计方法。
上述砾石尺寸设计方法均已在中国石油大学(华东)研制开发的Sand control Office软件中实现。
我国西部某出砂气田S-14井地层砂为粉细砂，图3中的曲线D为其筛析曲线，经粒度分析，d10= 0.151 mm，d40= 0.082mm，d50=0.065mm，d70=0.032 mm，d90=0.008mm，分选系数2.043，均匀系数10.036，标准偏差系数0.231。
表1 油气井防砂领域使用的标准砾石尺寸第一类设计方法的设计结果如表2所示。
使用DePriester方法进行砾石尺寸设计结果如图2所示。
设计中的取值为：A=5.5，Cmin=1.5，Cmax=3.0，计算得到系数B的取值范围为[25.4，35.9]。
图中曲线A、B分别为B取最小值和最大值时的砾石尺寸分布曲线；曲线C为B取平均值时得到砾石尺寸范围曲线，对应的设计结果为砾石尺寸范围0.227～0.560mm，匹配的砾石标准为0.25～0.42mm。
使用Schwartz方法设计该井的砾石尺寸，设计中的取值为：Cmin=1.2，Cmax=1.5；选择设计点为d70，设计结果如图3所示。
砾石充填防砂工艺参数优化设计
砾石充填防砂工艺参数优化设计砾石充填防砂工艺是一种常用的防止水土流失和保护土壤的措施。
通过充填砾石，可以提高土壤的稳定性，减少河流或河岸的冲刷和侵蚀，保护生态环境和人类安全。
为了进一步提高砾石充填防砂的效果，需要对工艺参数进行优化设计。
首先，要确定砾石的大小和种类。
砾石可以分为不同的等级和规格，一般有5-10cm、10-20cm、20-40cm等规格可供选择。
选择砾石的大小和种类应根据具体工程的需要和水文地质条件来确定。
一般来说，对于大型水利工程，可以选择大小规格较大的砾石，以增加充填层的坚固性和稳定性。
其次，要确定充填砾石的厚度和密度。
充填砾石的厚度决定了其对土壤的保护效果，过薄的砾石层容易被水流冲刷，过厚的砾石层则会增加工程的成本和施工难度。
一般来说，砾石充填层的厚度应在20-40cm之间。
充填砾石的密度决定了其对土壤的压实效果和稳定性，过松的砾石层易被水流冲刷，过紧的砾石层则可能导致土壤的排水性不佳。
因此，在充填砾石时，应根据土壤的类型和水文地质条件来确定合适的压实措施，例如辊压、振动等。
另外，要确定砾石充填层的倾斜度和边坡设计。
倾斜度是指充填砾石层的坡度，通常取45°-60°之间。
较大的坡度可以增加充填层的稳定性和抗冲刷能力，但也会增加工程的成本和土地的占用。
边坡设计是指充填层的边缘线形，一般可以选择直线形、斜线形、曲线形等。
边坡设计应根据充填层的厚度、坡度和土壤的稳定性来确定，以确保工程的安全性和稳定性。
最后，要进行充填砾石的施工技术和质量控制。
充填砾石的施工技术包括挖掘、运输、充填、压实等环节。
在施工过程中，要选择合理的施工设备和方法，并进行密实度测定和质量检测，以确保充填砾石的均匀性、稳定性和工程质量。
总之，砾石充填防砂工艺参数的优化设计是一项复杂而关键的工作。
只有合理选择砾石的大小和种类，确定充填层的厚度和密度，以及进行倾斜度和边坡设计，同时结合施工技术和质量控制，才能提高砾石充填防砂的效果，减少水土流失，保护土壤和生态环境。
水平井砾石充填防砂工艺研究
２１ ０ １年 第 ２期 （ ２ 卷 ） 第 １
・ ７・ １
水 平 井砾石充填 防砂工 艺研究
王 子元① 顾 长亮 杨 小敏
中 国石 油 大学 （ 京 ） 油 工程 学 院 北 石 中 国石 油 大 学 （ 京 ） 石 力 学 实 验 室 ，０ ２ ９北 京 昌平 斯 伦 贝谢 中 国海 洋服 务公 司 完 井部 北 岩 １ ２４
３ 杨喜柱 ， 刘树 新 ， 秀敏 等 ． 平 井裸 眼 砾 石 充 填 防砂 工 艺技 薛 水
术研 究 与应 用［． 油钻 采 工 艺 ，０ ９３ （ ：６ ７ Ｊ石 ］ ２０ ，１ ） ￣ ８ ３７
４ Ｊ Ｓ ｕ ｉｒ ｏ ｓｄ ｒｔ ｎ ｎ ＧｒｖｌＰ ｃ ｓｇ ．ａ ｃｅ ．Ｃ ｎ ｉｅａｉ ｓ ｉ ａ ｅ ａ ｋ Ｄｅｉｎ．Ｓ Ｅ ０ ０ ｏ Ｐ ４３ ．
该测 试 项 目现 场试 验 的成功 为 下一步 实现 大斜度 井 、 水平 井分 布式 温度和 单 点压 力监测 ， 供依 据 。 提 同时解 决 了常规 电子传 感 器和光 纤压 力传 感器 受油 井下 高温 高压 干扰 而无 法正常 工作 的技 术 难题 。
裘 新农
７ 余 克 让 ． 石 充填 完 井作业 队储 层 的伤 害． 气井测 试 ， 砾 油
】 ９ ：８ ４ ９ ２３ － ２
达 到含 格后 再泵 入井 内。即使 有漏 失存 在， 也易 在 生 产过程 中排 出。
３ 应 用前 景 展 望
（ ） 随着水 平井 砾石 充填 技术 研究 的深入 ， 高 １ 提
漏 失
参考文 献
１ 王 鹏 ， 和 清 ． 砂 工 艺技 术 ． 姚 防 北京 ： 油 工 业 出版 社 ，９ ９ 石 １９ ：
简述高压充填防砂
防砂工具： 封隔器+
充
3.正转油管 倒扣丢手， 3.正转油管 倒扣丢手， 提出中心管， 提出中心管，油套转换通 道自动关闭。 道自动关闭。 4.接好反洗管线， 4.接好反洗管线，大排量 接好反洗管线 洗井，洗出油管内的砂子。 洗井，洗出油管内的砂子。 起出管柱后探冲一次即可 下泵投产。 下泵投产。
支撑剂） 砂（支撑剂）。 施 工 液 流 走 向 示 意 图
防砂工具： 封隔器+
充 填 砂
最后， 最后，利用端部脱砂 技术将充填砂填满套管 与防砂管柱之间的环空 空间。 空间。
体 分 布 示 意 图
这样就在地层和环 空形成了一个既有良 空形成了一个既有良 好渗透性又连续 又连续、 好渗透性又连续、致 密的稳定挡砂屏障。 密的稳定挡砂屏障。 稳定挡砂屏障 如右图，形成由地层 如右图， 砂体、 砂体、环空砂体和防 砂管组成的一个层层 过滤体系， 过滤体系，延长防砂 周期。 周期。
简述高压砾石充填防砂
常规井Байду номын сангаас石充填防砂技术 基本原理
高压砾石充填防砂， 高压砾石充填防砂，先在 井内下入防砂工具、 井内下入防砂工具、防砂管等 组成防砂管柱， 组成防砂管柱，投球打压座封 并开启充填通道，然后用防砂 并开启充填通道， 车组利用携砂液将充填砂从油 管挤入， 管挤入，经过防砂工具的油套 转换装置， 转换装置，从射孔孔眼挤入油 层，把油层压开，并填入充填 把油层压开，
防 砂 管
环 空 充 填 砂 体
地 层 充 填 砂 体
常规充填防砂施工工艺流程： 常规充填防砂施工工艺流程：
1.前期通井、刮管洗井准备完毕， 1.前期通井、刮管洗井准备完毕， 前期通井 下防砂管柱， 下防砂管柱，打压座封并开启充填 通道。 通道。 2.防砂施工： 2.防砂施工：携砂液携带充填砂从 防砂施工 油管、油套环空、最后挤入油层， 油管、油套环空、最后挤入油层， 随着加砂量的不断增加， 随着加砂量的不断增加，地层被充 填结实。随后环空被充填， 填结实。随后环空被充填，当充填 砂埋住信号筛管后， 砂埋住信号筛管后，地面反应压力 上升，当达到预定充填压力后， 上升，当达到预定充填压力后，停 止充填， 止充填，完成高压砾石充填防砂施 工。
砾石充填技术
脱砂压力 —— 保证筛管顶部以上有合适的砾石高度
技术水平
目前渤海9 5/8” 套管和7”套管防砂井应用了 ONE-TRIP和DUAL-TRIP防砂技术，取得了卓著的成效。 尤其是ONE-TRIP技术的应用，大大缩短了完井周期，以 往一口三层的井用STACK-PACK技术防砂完井需9天，现 在用ONE-TRIP技术仅需4天左右。
顶部 液压座封工具
中心管 冲管
充填转换工具 定位接头
隔离封隔器 液压座封工具
沉砂封隔器 锚定密封及延伸
冲管
隔离密封段
三层防砂管柱
座封管柱
充填管柱
应用概况
项 目 时间 1994 SZ36-1实验区 1994 1997 平台数 A B J 井数 32 16 16 Stack-pack Stack-pack 技术 完井周期（天） 9.10 9.42 4.50
砾石充填示意图
泵压
Psi
脱砂压力
时间，t
砾石充填特点
工艺简单，易于操作，节约作业费用 适用于大斜度井、水平井 成功率高，有效期长 可根据每个防砂层段的实际情况选择相应的充
填方式，避免窜层；若采用微压裂充填方式，
可有效解除近井地带的油层污染，提高油井产 量。
技术指标
砾石质量 —— 能否挡住地层砂
隔离封隔器
INV密封筒 滑套 GP 密封筒 密封筒 盲管 筛管 LH 密封筒
隔离封隔器 INV密封筒
滑套 GP 密封筒 密封筒 盲管 筛管 定位密封总成 沉砂封隔器
底部密封总成
套管
带引鞋和单流阀的底部延伸筒
防砂工艺介绍
• ㈢循环充填防砂工作原理
• 割缝管循环充填防砂工艺的原理是用油 管带着割缝管和充填封隔器下入井内， 割缝管对准生产层，投球蹩压打开座封 循环充填工具，地面用泵车将砾石与携 砂液搅拌均，通过油管打入井内，砂子 充填于割缝管与套管的环形空间，地层 砂子被砾石与割逢管两道屏障阻挡，不 能注流入井筒，从而起到防砂的目的。
对接工具 铁扶正器 φ73mm油管 塑料扶正器
φ73mm割缝管
塑料扶正器 盲管 丝堵砂面
• ㈢防砂原理
• 割缝管砾石充填防砂的原理，是用油管 将割缝管送到井下对准生产目的层，由 油管正蹩压油管与割缝管从丢手处分开， 在地面用高压防砂车组将砾石用携砂液 带入井筒并挤入地层并充填割缝管与套 管的环形空间，在地层与井筒形成两道 挡屏障，有效地防止地层砂子流入井筒， 并有改变地层渗流状况，所以此防砂工 艺有防砂增产的效果。
• ㈣主要技术参数（光盘） • ㈤防砂质量要求（同压防） • ㈥防砂监督要点（同压防）
• 三、CS-1新型固结剂防砂工艺 • ㈠施工步骤 • 1、冲砂至防砂目的层底管以下20m±。 • 2、通进、刮削至砂面冲洗炮眼、洗井干
净。
• 3、 对油管、套管试漏（带封）。 • 4、 完成挤砂施工管柱，笔尖至油层顶界
砂面
• ㈢CS-1防砂工作原理：
• CS-1新型固结剂是一种地面预制好的新 型无机防砂颗粒材料，是一种粒度均匀， 不粘连的松散人造砂粒。施工时，用水 基携砂液将CS-1用结剂携带至油水井出 砂层位充填饱满，在地层条件下，利用 CS-1固结剂颗粒，本身与水基携砂液相 互作用，形成是有一定强度和良好渗透 性的人工井壁，防止地层出砂。
防砂工艺介绍
目前油田防砂工艺较多，可分为机械防砂、 人工井壁防砂两大类：
CS-300 及CS-AP裸眼井水平砾石充填防砂1
15
充砂作业
1.服务工具在循环位置，服务工具的重量在负荷 显示作用下可释放在外管柱上。
2.关BOP，监测返出情况（一般不关）。
单位名称－序号
16
反循环冲砂
1.多余的砂子反循环出井筒。 2.FAS Tool的关闭，防止流体滤失。 3.服务工具在反循环位置，服务工具的重量在负
荷显示作用下可释放在外管柱上。
单位名称－序号
17
上部完井作业
甩服务管柱，关闭充填滑套，开始上部完井作业。
单位名称－序号
具体防砂演示
18
CS-AP与300的不同
1.砾石充填结束后还可以进行打酸或替破胶剂 作业
2.不能使用FAStool的阀板或在阀板上打孔 3.增加了激动球座 4.增加了BetaBreaker Diverter Valve
2.关闭BOP，即可反循环。 3.钻柱或环空有一灌满即可保持压力平衡 (FAS Tool还没有打开)。 4.在下入位置上提9.5英寸。
单位名称－序号
14
顶部反循环位置
1.FAS Tool碰到密封筒，服务管柱的重量可是放 在负荷显示上。
2.关闭BOP，即可反循环。 3.钻柱或环空有一灌满即可保持压力平衡。 4.过提18000bl,打开FAS Tool。
M ax. Hole Angle, deg. =
敬请大家批评指正！ Hole Dia., in = 8.5 Screen OD, in = 6.54
Wash Pipe OD, in = 4
Pipe Roughness, in = 0.008
Pressure w/ alpha-wave @ bottom = 800 psi
Pump Pressure, psi Dune Hei ght/ Hol e Di ameter R atio
绕丝筛管砾石充填防砂
绕丝筛管砾石充填防砂砾石充填（gravel pack）防砂是应用最早，也是应用最广泛的机械防砂方法。
常用的砾石充填方式有两种：一是用于裸眼完井的裸眼砾石充填；二是用于射孔完井的套管内砾石充填。
裸眼砾石充填的渗滤面积大，砾石层厚，防砂效果好，有效期长，对油层产能影响小。
常用于油井先期防砂，工艺较复杂，且对油层结构要求具有一定强度，对油层条件要求高(如厚度大、无气、水夹层的单一油层)。
其它情况则采用套管射孔完井后，再进行套管内砾石充填。
砾石充填防砂的施工设计应符合三条基本原则：一是注重防砂效果，正确选用防砂方法，合理设计工艺参数和工艺步骤，以达到阻止油层出砂的目的；二是采用先进的工艺技术，最大限度地减少其对油井产能的影响；三是注重综合经济效益，提高设计质量和施工成功率，降低成本。
防砂设计要形成一套完整的程序，有利于方案的系统化和规范化，从而提高施工设计的质量。
一般程序为：充填方式选择－>地层预处理设计－>砾石设计－>防砂管柱设计－>携砂液设计－>施工工艺设计。
1) 充填方式选择根据防砂油层、油井的特点和设计原则，结合完井类型选择合适的砾石充填方式。
2）地层预处理设计根据油层砂样分析化验的结果和防砂井的具体情况，确定酸化解堵和粘土稳定处理等措施，同时考虑防乳化、防止新生沉淀等问题。
这一步对于提高施工成功率、保证油井产能有着重要的意义。
3）砾石设计砾石设计主要包括确定砾石尺寸、砾石质量控制和砾石用量。
（l）砾石尺寸选择通过筛析实验取得防砂井油层砂样粒度中值d50后，根据计算公式求得所需用的砾石尺寸，即砾石的粒度中值D50。
目前普遍采用Saucier公式D50＝(5～6) d50该公式是在大量实验基础上得到的，实验测得的砾／砂粒径比与渗透率的关系曲线如图8－6所示。
图8－7为砾石挡砂机理示意图，图中(a)表示D50／d50＜6时，砾石与油层砂界面清楚，砾石挡住了油层砂，油气井无砂生产；图中(b)表示6＜D50／d50＜14时，油层砂部分侵入砾石充填层，造成砾／砂互混，砾石区渗透率下降，尽管油气井不出砂，但产量下降；图中(c)表示D50／d50＞14时，油层砂可以自由通过砾石充填层，防砂无效。
砾石充填防砂工艺
应用情况
绕丝 PS防 高压一 脲醛 复合 滤砂 砂 次充填 树脂 防砂 管 充填 89年开发初期共投产油井71口，先后 施工 高青油田在 5552口油井上实施绕丝管砾石充填防砂 10 3 7 4 55井次， 2 在出砂的 井次 措施实施率占投产油井的73.2%，其中，因补孔需要 成功 51 7 12-15、高 2 12-16、高 4 12-17 2 三口油 1 开采不同井段，高 井次 井进行过两次绕丝管砾石充填防砂，防砂成功率高达 93%。 成功 93% 70% 67% 58% 50% 50% 率 砂
艺
工
六、结论认识
1、经过改进避免了后续措施的复杂化。
2、生产管柱可任意组合，避免了管杆偏磨现象的发生。
3、对地层污染更小，人工井壁渗透率更高。 4、老井措施中要有选择性使用。
艺 砂 防 工 三 口 井 的 优 化 方 案
井号 G10-2 地 层 预留 排液 砂面 8.4 986 m 扶正器 绕 丝 石 英 充填工具 管 砂 ф 150 ф 89 油溶式 *0.2 0.4SL-FS0.8 m PLT1-152 m 0.30.6 mm 0.30.6 mm SL-FSPLT1117 SL-FSPLT1152 携砂液 生产 方式
2、充填工具不完善：单向皮碗强度低、 密封性差；下部转换孔充填结束后不 能关闭。 1、转大修率高：原充填 管柱底部带有封隔器，再 充填砂的挤压下绕丝筛管 很难拔动；绕丝管之间加 有多个铁制扶正器，拔脱 后很难套铣。
筛管+Y111-150F+密封插头+绕丝鱼顶
充填砂面
主体筛管 措施层
安全接头+Y211-150F
汇报内容
一、前言
二、工艺原理及技术特点
三、应用情况及存在的问题
砾石充填完井
防砂工艺1生产过程中地层出砂的判断油气井出砂会造成井下设备、地面设备及工具(如泵、分离器、加热器、管线)的磨蚀和损害，也会造成井眼的堵塞，降低油气井产量或迫使油气井停产。
所以，弄清油气井出砂机理及正确地判断地层是否出砂，对于选择合理的防砂完井方式及搞好油气田的开发开采是非常重要的。
1.1地层出砂机理及出砂的影响因素对于出砂井，地层所出的砂分为两种，一种是地层中的游离砂，另一种是地层的骨架砂。
石油界对防砂的观点也随着技术的进步和认识的深化在不断变化。
在此之前，一些防砂的理论主要是针对地层中的游离砂，防砂设计也是为了能阻挡地层中的游离砂产出来。
但是，近儿年来，特别是国外的看法有了较大的变化，认为地层产出游离砂并不可怕，反倒能疏通地层孔隙喉道，对提高油井产量有利。
真正要防的是地层骨架砂的产出，因为一旦地层出骨架砂，可能导致地层的坍塌，使油井报废。
那么，什么时候地层将产出骨架砂呢?按岩石力学观点，地层出砂是由于井壁岩石结构被破坏所引起的。
而井壁岩石的应力状态和岩石的抗张强度(主要受岩石的胶结强度，也就是压实程度低、胶结疏松的影响)是地层出砂与否的内因。
开采过程中生产压差的大小及地层流体压力的变化是地层出砂与否的外因。
如果井壁岩石所受的最大张应力超过岩石的抗张强度，则会发生张性断裂或张性破坏，其具体表现在壁岩石不坚固，在开发开采过程中将造成地层出骨架砂。
影响地层出砂的因素归结起来主要有:(1 )地层岩石强度一般说来，地层岩石强度越低，地层出砂的可能性就越大。
(2)地层压力的衰减随着地层压力的下降，井壁岩石所受的应力就会增大，地层出砂的可能性就会随着增大。
(3)生产压差一般说来，生产压差(或生产速度)越大，地层出砂的可能性就越大。
(4)地层是否出水和含水率的大小生产过程中，随着地层的出水和含水率的上升，地层出砂的可能性增大。
(5)地层流体粘度地层流体粘度越大，地层出砂的可能性就越大。
(6)不适当的措施或管理不当的增产措施(如酸化或压裂)或管理(如造成井下过大的压力激动)都会引起地层出砂。
砾石充填防砂工艺参数优化设计
1 概述砾石充填防砂是指涉及使用砾石、陶砾等固相颗粒充填到井筒或地层中，该技术应用的过程中具有良好的防砂效果，因而在油气田防砂过程中得到了广泛的应用。
然而，上述优点基于合理的设计工艺参数。
由于防砂技术的复杂性和高成本，有必要优化施工工艺参数，以达到良好的防砂效果。
防砂工艺参数设计的合理性将直接影响防砂作业。
本文提出了砾石充填防砂控制过程的砾石粒度选择方法和程序。
2 砾石充填防砂工艺中砾石的尺寸优选携砂液中砾石的体积浓度与充填效率的关系为随砾石体积浓度的增加充填效率降低。
砾石颗粒大小的优化是砾石充填防砂的关键。
防砂效果和产量是2个相互矛盾的方面，两者都受到砾石尺寸的影响。
砾石的尺寸太小，虽然它可以有效地过滤地层砂，但可能导致更高的表皮系数，从而降低油气井产量，这对产量有更大的影响；相反，虽然可以获得更高的产量，但是防砂周期短，效果差。
中值粒径仅代表地层砂的一般特征，并不反映特定的特征，例如粒度范围、分布和均匀性。
砾石层孔喉直径是指砾石层空隙中能够容纳的最大球形颗粒的直径。
由于砾石颗粒的随机充填，砾石层的孔喉直径并不均匀，对于非等径的砾石更是如此，对于阻挡地层砂的砾石层而言，如果砾石孔喉结构分布与地层砂尺寸分布匹配相当，则砾石层可以起到很好的挡砂效果。
本文采用砾石层孔喉模拟方法模拟砾石沉降过程。
砾石粒度分析和选择过程中需要通过计算机模拟砾石层的孔喉结构。
砾石粒度设计过程如下：根据地层砂的中值粒径，从工业砂砾标准中选择几个中值比为5~8的砂砾。
假设砾石颗粒尺寸是正态分布的，通过计算机模拟了砾石的孔喉结构，绘制了孔喉尺寸的分布曲线。
通过使用地层砂筛曲线绘制每个砾石的孔喉尺寸分布曲线。
砾石粒径的选择与地层砂的大小相同，孔隙度曲线小于地层砂筛曲线。
这确保了砾石层的孔喉尺寸小于整个分布中地层砂的孔喉尺寸。
3 填充量和携砂比优选砾石充填的关键是确保携砂液体能够通过水平射孔并到达炮眼端部。
炮眼中携砂液体是水平管流。
绕丝筛管砾石充填防砂
绕丝筛管砾石充填防砂砾石充填（gravel pack）防砂是应用最早，也是应用最广泛的机械防砂方法。
常用的砾石充填方式有两种：一是用于裸眼完井的裸眼砾石充填；二是用于射孔完井的套管内砾石充填。
裸眼砾石充填的渗滤面积大，砾石层厚，防砂效果好，有效期长，对油层产能影响小。
常用于油井先期防砂，工艺较复杂，且对油层结构要求具有一定强度，对油层条件要求高(如厚度大、无气、水夹层的单一油层)。
其它情况则采用套管射孔完井后，再进行套管内砾石充填。
砾石充填防砂的施工设计应符合三条基本原则：一是注重防砂效果，正确选用防砂方法，合理设计工艺参数和工艺步骤，以达到阻止油层出砂的目的；二是采用先进的工艺技术，最大限度地减少其对油井产能的影响；三是注重综合经济效益，提高设计质量和施工成功率，降低成本。
防砂设计要形成一套完整的程序，有利于方案的系统化和规范化，从而提高施工设计的质量。
一般程序为：充填方式选择－>地层预处理设计－>砾石设计－>防砂管柱设计－>携砂液设计－>施工工艺设计。
1) 充填方式选择根据防砂油层、油井的特点和设计原则，结合完井类型选择合适的砾石充填方式。
2）地层预处理设计根据油层砂样分析化验的结果和防砂井的具体情况，确定酸化解堵和粘土稳定处理等措施，同时考虑防乳化、防止新生沉淀等问题。
这一步对于提高施工成功率、保证油井产能有着重要的意义。
3）砾石设计砾石设计主要包括确定砾石尺寸、砾石质量控制和砾石用量。
（l）砾石尺寸选择通过筛析实验取得防砂井油层砂样粒度中值d50后，根据计算公式求得所需用的砾石尺寸，即砾石的粒度中值D50。
目前普遍采用Saucier公式D50＝(5～6) d50该公式是在大量实验基础上得到的，实验测得的砾／砂粒径比与渗透率的关系曲线如图8－6所示。
图8－7为砾石挡砂机理示意图，图中(a)表示D50／d50＜6时，砾石与油层砂界面清楚，砾石挡住了油层砂，油气井无砂生产；图中(b)表示6＜D50／d50＜14时，油层砂部分侵入砾石充填层，造成砾／砂互混，砾石区渗透率下降，尽管油气井不出砂，但产量下降；图中(c)表示D50／d50＞14时，油层砂可以自由通过砾石充填层，防砂无效。
水平井管内分段砾石充填防砂技术精品PPT课件
有锚定式和非锚定式两种，可满足不同井况和工艺 条件的砾石充填防砂要求。
二、主要技术研究
1、砾石充填工具研制
HWPT型水平井充填工具技术参数
型号
适用套管内径，mm
钢体最大外径，mm 最小通径，mm
技 留井后最小通径，mm 术 坐封压差，MPa 参 验封压差，MPa 数 工作压差，MPa
悬挂力，kN 工作温度，℃
≤120
钢体最大外径，mm Φ74
Φ60
最小通径，mm
Φ34
Φ24
二、主要技术研究
3、分段砾石充填施工管柱研究
管柱组成
（1）砾石充填工具 （2）防砂管柱系统 （3）冲管系统
充填工具 1-充填工具 防砂管柱系统 2-防砂筛管 4-内密封短节 6-丝堵 冲管系统 3-冲管 5-分段充填装置
三、施工工艺研究
二、主要技术研究
2、分段充填转换装置研制 实现分段充填工艺过程的关键装置，其必须逐段打开， 才能确保分段充填工艺过程的可靠性。
研制了FDT型分段充填转换装置.
两大 特点
➢只有分段充填转换装置上下承受一定压差， 其内部转换机构才能打开； ➢根据砾石充填实际需要和工艺要求，每级 分段充填转换装置的打开压差可以设计为不 同，以获得最佳砾石充填效果。
丢手方式
HWPT-152 Φ157.07～ 166.07
152 67 76 15～18 7～8 ≥35 ≥500 ≤120 正转倒扣 20圈以上
HWPT-115 Φ121.36～ 127.30
115 36 60 15～18 7～8 ≥35 ≥500 ≤120 正转倒扣 20圈以上
说明
此种工具 亦有非锚 定型式 （非悬挂 式）。
一、水平井管内分段砾石充填防砂技术机理 分段充填防砂机理
渤海老油田砾石充填防砂方法研究
渤海老油田砾石充填防砂方法研究1. 引言1.1 研究背景渤海老油田作为中国重要的海上油田之一，自上世纪60年代开始开发，已有数十年的历史。
随着油田开发的不断进展，油井产量逐渐减小，而水驱油层的砂垮现象日益严重，给油井的持续生产带来了严重困扰。
砂垮不仅降低了油井的产能，还导致油井设备的堵塞和损坏，增加了维护成本和风险。
目前，渤海老油田砾石充填防砂方法已经得到广泛应用，通过在井筒中充填砾石来稳定油井的产能，防止砂垮现象发生。
现有的砾石充填防砂方法还存在一些问题，如砾石充填质量不稳定、防砂效果不明显等，亟需深入研究和改进。
本研究旨在通过对渤海老油田砾石充填防砂方法进行系统分析和实验研究，探讨其有效性和改进方向，为进一步提高油井产能、降低维护成本和风险提供理论基础和实际指导。
1.2 研究目的本文旨在探讨渤海老油田砾石充填防砂方法的有效性，并为该油田的生产提供可靠的技术支持。
具体目的如下：1. 研究砾石充填防砂方法在渤海老油田的适用性和可行性，寻求最佳的防砂措施，以提高油田的产量和延长井筒寿命。
2. 探讨砾石充填防砂方法对油井生产效率的影响，分析其在防砂、减少堵塞等方面的实际效果。
3. 基于实验结果，评估砾石充填防砂方法的经济效益和环保效益，为油田的可持续发展提供技术支持和决策依据。
4. 分析砾石充填防砂方法的优缺点，为油田管理者提供改进建议，提升油田生产效率和资源利用效率。
2. 正文2.1 渤海老油田概况渤海老油田位于中国东北部渤海湾的沙涌底凹盆地，地处陆上-浅海过渡带，是中国迄今为止最大的陆壳油田之一。
该油田地质构造复杂，属于抬升台地构造，形成了由南向北倾斜的断块地形。
渤海老油田从上世纪60年代开始勘探开发，已经经历多个开发阶段，产量逐渐递减。
目前，该油田的主要油层为砂砾岩层，油气产出受到沉积物的砂砾粒度影响较大，存在砂砾堵塞管孔、磨损设备等问题。
为了有效开采渤海老油田的油气资源，必须解决砂砾对生产设备和管道造成的影响。
防砂工艺设计
新井防砂工程设计2010年09月19日井底部挤压充填防砂工程设计(以此方案为准) 一、基本数据：表1、井基本数据表表2、曙4-H108射孔井段数据表3、井生产数据表二、生产现状该井去年7月检泵开井后初期日产液13.9吨左右，日产油5.6吨左右，含水60%左右，进入去年12月含水开始上升，产油量开始下降，到本月8日，含水上升到86%，日产油下降到1.8吨，分析砂埋底部出油层，要求作业冲砂测压检泵。
该井无地层压力资料。
产液性质为:油、天然气、水混合液。
该井09年6月取样化验原油粘度为316.8mPa.S。
硫化氢含量为0，投产以来历次作业都没有硫化氢显示。
临井不含硫化氢。
该井与注水井曙4-9-更4井和曙4-9-003井油层连通较好，曙4-9-更4井和曙4-9-003井目前均停注,油套压均0MPa。
其邻井地层压力为：曙4-9-003井01年9月测17.7MPa，曙4-9-3井93年12月测8.28MPa。
曙4-9-更4井、曙4-9-4井、曙4-9-04井均无地层压力资料。
其相邻井油气水层段为：曙4-9-003井1026.9-1062.8m、曙4-9-3井922.6-952.8m。
曙4-9-更4井980.2-1017m，曙4-9-4井980.4-1027.8m、曙4-9-04井973.8-1017.6m，距井东100米有厂房，西60米有高压线、稻田，南50米有稻田，北100米有住宅。
三、方案设计该井投产以来已小修作业7次，造成作业频率较高的原因为地层出砂，建议该井下精密复合滤砂管进行管内逆向砾石挤压充填防砂。
该井2010年9月20日作业冲砂190m，发现1183.56米套管变形，为恢复该井产能，对井段1094.6-1183.56m选用逆向砾石挤压充填防砂。
四、施工目的和工艺1、施工目的：为防止地层出砂，增加油井产能，对水平段进行砾石充填防砂施工。
利用管内高压底部充填防砂工艺，防止地层出砂，获得该防砂井段的合理产能，取得各项施工资料。
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艺 砂 防 工 三 口 井 的 优 化 方 案
井号 G10-2 地 层 预留 排液 砂面 8.4 986 m 扶正器 绕 丝 石 英 充填工具 管 砂 ф 150 ф 89 油溶式 *0.2 0.4SL-FS0.8 m PLT1-152 m 0.30.6 mm 0.30.6 mm SL-FSPLT1117 SL-FSPLT1152 携砂液 生产 方式
充填工具
信号筛管
扶正器
措施层
主体筛管
丝堵
人工井底理 艺 工 原二、工艺原理及技术特点
充填工具 充填砂面
扶正器
措施层
主体筛管
丝堵 人工井底
反循环洗井 从套管内泵入洗井 液，洗井液从上而 下压缩皮碗，通过 皮碗与套管之间的 间隙到达下部环空， 经转换孔进入油管， 将油管内多余砾石 冲洗至地面，倒扣 或打压丢手，完成 全部砾石充填。
应用情况
绕丝 PS防 高压一 脲醛 复合 滤砂 砂 次充填 树脂 防砂 管 充填 89年开发初期共投产油井71口，先后 施工 高青油田在 5552口油井上实施绕丝管砾石充填防砂 10 3 7 4 55井次， 2 在出砂的 井次 措施实施率占投产油井的73.2%，其中，因补孔需要 成功 51 7 12-15、高 2 12-16、高 4 12-17 2 三口油 1 开采不同井段，高 井次 井进行过两次绕丝管砾石充填防砂，防砂成功率高达 93%。 成功 93% 70% 67% 58% 50% 50% 率 防砂 工艺
艺 砂 防 工
井号
G10-2
防 砂 前 后 生 产 情 况
前后动液面m
100 168 750 706 150 213
前后生产情况
6.0*0.6*90% 6.0*1.2*80% 7.0*2.1*70% 5.2*5.0*4% 15.6*2.3*85% 13*3.9*70%
前后产出液含砂
28.6% 不含砂 17.6% 微量 8.8% 微量
6、生产管柱的优化
原生产管柱
泵 筛管+Y111-150F 密封插头+绕丝鱼顶
改进后的生产管柱
S
螺杆泵+油管锚
留井鱼顶 新型充填工具 充填砂面
充填砂面
主体筛管 措施层 措施层 安全接头+Y211-150F 预留砂面 塑胶油溶式扶正器
主体筛管
人工井底
人工井底
现场应用 五、现场应用情况
针对高青出砂油藏的实际情况，经过对原绕丝筛管砾石 充填防砂工艺的系列优化改进后，形成了有针对性的、新型 的防砂工艺技术。今年4月开始，经过精心设计，严密把关， 先后在高10-2、高10-3、高12-17井上进行了改进后的砾石 充填防砂试验应用。措施后经观察分析，三口井防砂效果良 好，均达到了预期的目的。
技术特点
技术比较成熟：国外从40年代就开始试验应用；胜利 油田从70年代初引进，86年在孤东会战时得到广泛应用
适应性强：适应粒度中值0.07毫米以上的各类出砂油藏
成功率高（胜利油田砾石充填防砂成功率83%以上）
有效期较长，平均有效期18个月以上
对地层污染小(施工用液体只在井筒内循环)
三、应用情况及存在的问题
人工井底
四、工艺优化及工具的改进
1、施工工序优化：在新井和补孔井上，射开油层以后，先 抽吸或负压排液，将近井地带的钻井泥浆污染排出井筒，然后 2、绕丝管及石英砂的优化：优选渗流面积大，绕丝外径 用防膨液彻底清洗井筒，有效防止了混砂泥浆、稠油及地层粘
ф 89毫米，能有效阻挡粉细砂，筛缝为0.2毫米的绕丝筛管做 土对绕丝筛管的堵塞。 3、入井液优化：针对高青油田出砂地层泥土含量高，遇清 充填筛管。依据索西埃准则，充填砾石的直径根据地层砂粒径
存在问题
原工艺存在的问题
影响原油产量较大：钻井过程中泥浆对近井地带油层的污
染不可避免，油层受泥浆浸泡后，原油粘度可增大一倍以上，
也就增大了原油对地层砂的拖拽力。如果不把近井地带的混浆 段处理干净就防砂，部分绕丝筛管缝隙会很快被糊死，导致产 量快速下降。
泵
原管柱存在的问题
3、生产管柱易弯曲：因充填工 具密封性差，生产管柱不得不 接一密封插头和支撑封隔器重 新加压密封，导致泵上管柱弯 曲变形。
由于原绕丝充填管柱的不合理、充填工具及工艺流程
的不够完善等原因，在近年来的应用过程中逐渐受到 限制，为了使该防砂工艺得到更好的应用，我们对原 工艺进行了优化和改进。
理 艺 工 原
二、工艺原理及技术特点
正循环充填 从油管内泵入携砂 液，经转换总成进入筛 管和套管之间的环空， 此时皮碗起密封作用， 携砂液只能往下通过筛 管，砾石被挡在筛管外， 形成砾石充填层，液体 从筛缝流入，通过冲管 进入工具的回流通道， 从皮碗上部的旁通孔流 入套管返回地面，完成 正循环充填
m3
2%DX-Y1 螺杆泵 30 m3 *900 m
G10-3
7.5 m3
桥 塞 ф 118 ф 73 990 m 油溶式 *0.2
2%DX 螺杆泵 -Y1 25 * 900 m3 m 2%DX 防砂卡 -Y1 30 泵800m m3
G12-17 15. 6 m3
塞 面 ф 150 ф 89 930m 油溶式 *0.2
水容易膨胀的特点，据试验效果，优选 DX-Y1型防膨抑砂剂配 中值实际情况确定。 制成2%的携砂入井液，有效防止了油层近井地带粘土的膨胀。
四、工艺优化及工具的改进
4、充填工具的改进
原充填工具简图
换向孔 单向皮碗 双向皮碗 可关闭转换孔
油管接头
改进后的充填工具简图
冲管接头
四、工艺优化及工具的改进
5、绕丝筛管充填管柱优化
G10-3
G12-17
防 砂
艺
工
六、结论认识
1、经过改进避免了后续措施的复杂化。
2、生产管柱可任意组合，避免了管杆偏磨现象的发生。
3、对地层污染更小，人工井壁渗透率更高。 4、老井措施中要有选择性使用。
汇报内容
一、前言
二、工艺原理及技术特点
三、应用情况及存在的问题
四、工艺的优化及工具的改进
五、现场应用情况
六、结论认识
一、前言
砾石充填防砂工艺是目前国内外开发疏松砂岩油 藏最有效的防砂方法之一。该防砂工艺具有成功率高、
有效期长、适应性广、防砂效果好的优点，从八十年
代至今，胜利油田应用砾石充填防砂在千口井以上。
2、充填工具不完善：单向皮碗强度低、 密封性差；下部转换孔充填结束后不 能关闭。 1、转大修率高：原充填 管柱底部带有封隔器，再 充填砂的挤压下绕丝筛管 很难拔动；绕丝管之间加 有多个铁制扶正器，拔脱 后很难套铣。
筛管+Y111-150F+密封插头+绕丝鱼顶
充填砂面
主体筛管 措施层
安全接头+Y211-150F