防砂新工艺的研究及效果讲解

防砂新工艺的研究及效果

目录

第1章前言 (1)

第2章防砂新工艺的探索 (2)

2.1 疏松砂岩油藏出砂机理探讨 (2)

2.1.1 胶结强度的影响 (2)

2.1.2 地应力的影响 (2)

2.1.3 开采条件 (3)

2.2 目前防砂工艺原理及问题 (4)

2.2.1 防砂影响因素 (4)

2.2.2 防砂失败影响因素 (4)

第3章新工艺防砂机理 (6)

3.1 高压预充填 (6)

3.2 涂料砂人工井壁防砂 (6)

3.3 金属绕丝筛管复合防砂 (6)

3.4 射流泵排砂工艺 (6)

第4章防砂新工艺的现场试验及效果 (8)

4.1 选井 (8)

4.2 现场试验情况及效果评价 (8)

第5章排砂采油井的管理应注意的事项 (14)

第6章结论 (15)

致谢 (16)

第一章前言

滨南油区部分油藏胶结疏松，容易出砂。目前的绕丝管内砾石充填防砂投产取得了较好的效果，但是还存在粉细砂防不住、筛管损坏防沙失效和不能进行分层注水、分层测试及分层改造等问题。本课题主要对疏松砂岩油藏的出砂机理和目前的防砂工艺进行研究，探索高压预填砂、涂料防砂、人工井壁防砂、金属绕丝管复合防砂和射流泵排砂等新的防砂工艺机理，优选油井进行了防砂新工艺的现场实验，以注水开发的常规井和注蒸汽吞吐的稠油热采井为导向，在尚林地区和单家寺油田展开实验，取得了较好的效果。

第二章防砂新工艺的探索

2.1 疏松砂岩油藏出砂机理探讨

滨南油区的各个油藏虽然差异很大，但出砂的原因基本类似。油层出砂是由于井底近井地带的岩层结构遭到破坏所引起的，即剪切破坏和拉伸破坏。它与岩石的胶结强度、应力状态和开采条件有关。

2.1.1 胶结强度的影响

岩石的胶结强度取决于胶结物的种类、数量和胶结方式。通常砂岩的胶结物主要为粘土、碳酸盐和硅质三种。其中以硅质胶结物的强度为最大，粘土胶结最差。对于同一类型的胶结物，其数量越多，则胶结强度越大，反之越小。胶结方式不同，岩石的胶结强度也不同，岩石的胶结方式可分为：

（1）基底胶结：当胶结物的数量大于岩石颗粒数量时，颗粒完全浸没在胶结物中，彼此互不接触或接触很少。这种砂岩的胶结强度最大，但由于孔隙度、渗透率均很低，所以很难成为好的储油层。

（2）接触胶结：胶结物数量不多，仅存在于颗粒接触的地方。这种砂岩胶结强度最低。

（3）孔隙胶结：胶结物数量介于上述两种胶结类型中间。胶结物不仅在颗粒接触处，还充填于部分孔隙中。胶结强度也处于上述两种方式的强度之间。

滨南易出砂的油层主要以接触胶结方式为主，其胶结物数量少，而且胶结物中粘土含量较高。但这种储油层孔隙大、渗透性好。如单二块油层是以稠油为胶结物，所以油层严重出砂。

2.1.2 地应力的影响

地应力是决定岩石原始应力状态及其变形破坏的主要因素。钻开岩层前，岩石在垂向和侧向地应力作用下处于平衡状态。垂向地应力大小取决于油层深度和岩石比重，侧向地应力除与地层深度有关外，还与岩石的力学性质及岩石中的流体压力有关。钻井后近井地带的应力平衡遭到破坏，射孔使井筒周围岩石产生不同程度的损坏，水泥环松动、炮眼周围地应力作用使岩石剪切破坏，颗粒压碎造成出砂，这与过低的井底压力或过大的生产压差有关在生产过程中，井壁岩石都将保持最大的应力值。以上是影响油层出砂的内在因素。

2.1.3 开采条件

采油过程中由于液体渗流而产生的对颗粒的拖曳力是出砂的重要因素。在其它条件相同时，生产压差愈大，渗滤速度愈高，在井壁附近液流对岩石的冲刷力就愈大，如果液体的粘度再高一些就更容易出砂，因为粘度高，其拖曳力也大。另外在同样的生产压差下，地层是否易于出砂还取决于建立压差的方式。所谓建立压差是指以缓慢的方式建立压差还是以突然（或急剧）的方式建立压差。因为在同样压差下，二者在井壁附近油层中造成的压力梯度不同所示。

突然建立压差时，压力未能迅速传播出去，压力分布曲线很陡，井壁的压力梯度很大，易破坏岩石结构而引起出砂；当缓慢地建立压差时，压力可以逐渐地传播出去，井壁附近压力分布曲线比较平缓，压力梯度比较小，不至影响岩石结构。有些井强烈抽汲及气举之后往往会引起出砂，就是由于压差过大，建立压差过猛。

此外，除了上述出砂机理，还有微粒运移和高含水的影响。微粒运移包括地层中粘土颗粒的运移，这会导致近井周围地层渗透性的降低，从而增大流体的拖曳力且诱发地层出砂。油层含水后，由于部分胶结物被溶解，岩石强度降低或地层压力降低，增加了地应力对岩石颗粒的挤压作用，扰乱了颗粒间的胶结，都可能引起出砂。不适当地采用酸化等措施使岩石结构遭到破坏时，也会造成出砂。

对于均质成岩性好的油藏，油层岩石抗剪切强度较强，射孔后能抵抗原始地应力作用形成的孔周应力场，不剪切破坏或轻微破坏，所以这样的油层不出砂或轻微出砂。

滨南油区出砂油藏为细砂岩、粉细砂岩、及含砾细砂岩，非均质严重，胶结疏松且泥质含量较高，抗剪切强度较弱，射孔后炮眼周围的强度更弱，很容易被破坏。同时，由于流体流动在近井周围产生强烈的压力降，而粘土微粒运移形成表皮效应又加大了流动压降，从而使径向应力变为拉伸力，加剧了油层出砂，使地层横向卸载，上覆层的塑性挠曲又使地层维持着高应力，地层结构重新分布，伴随产生剪切扩容，油层形成更高的孔隙度，在压差和拖曳力的共同作用下，剥落的砂粒不断被携至井内，使油层出砂越来越严重，这就是油层出砂的机理。

根据油藏特征，滨南油区出砂油藏可分为细、粉砂岩油藏和含砾中细砂岩油藏。轻微出砂的包括滨南油田、利津油田、尚店油田的滨30块、单16块，严重出砂的包括尚南、林樊家及单家寺油田。

综上所述，油层胶结疏松是油层出砂的内在因素，而采油条件等外在因素将使油层

出砂更加严重，对于胶结不疏松的油层，开采措施不当则是油井出砂的直接因素。所以，为了防止油层出砂，一方面要制定合理的开采措施，另一方面要选用满足开采条件的防砂工艺技术。

2.2 目前防砂工艺原理及问题

无论哪一种防砂方法，都应该能够有效地阻止地层中承载骨架砂随着地层流体进入井筒。承载骨架砂是指那些组成地层力学结构的固体颗粒物质。游离于承载骨架砂孔隙之中的“非承载砂不是油、气井防砂的治理对象，它们最好能够随着地层流体产出，起到疏通地层孔隙通道的作用；反之如果这些游离砂留在地层中，再杂以各种完井液、修井液中的固相伤害物，有可能堵塞地层孔隙，造成渗透率下降，产量降低。

目前采用的防砂方法主要是机械防砂。机械防砂有金属绕丝筛管及激光割缝管滤砂管砾石充填、金属棉滤砂管等，其作用原理都是将防砂管下入井内面对防砂层段，然后在套管与防砂管环空中填满石英砂，形成一定的砾石层，将地层流体携带的砂粒阻挡在砾石层外，经自然选择形成一个里粗外细的滤砂器，起到挡砂作用。

2.2.1 防砂影响因素

对于严重出砂的尚林地区、单6断块用绕丝管砾石充填防砂工艺，低产停产井多，分析其影响因素有：

（1）重复关井会恶化地层出砂。停井时孔眼周围应力卸载，砂粒结构因失去应力支撑联结而进一步弱化。如停前生产压差大，开后产量较小时便产生拉伸破坏，加剧油层出砂，造成油井低产或停产。

（2）油层出砂严重时，对砾石充填层的影响。开发初期，地层压力高，油层射开后，油砂同出，在充填砂到筛管环空前，就有部分细砂沉敷在筛缝里（＜0.1mm的粉砂），致使砾石层充填不实，在生产过程中，地层粉细砂进入井筒，砂埋油层，产能下降。

（3）油层非均质严重，缝隙为0.2mm的筛管防不住细粉砂，它将随液流经过砾石层进入井内。

（4）绕丝管防砂容易造成地层污染，在近井地带形成堵塞，砾石层减少泄油面积，又不能进行分层改造和注采，影响注水开发和效果。

（5）油层出砂、探冲砂中心管落井造成停产停注，低产井多，加大了作业工作量，极大的影响油井利用率和采油速度。

2.2.2 防砂失败影响因素