(完整版)10、国内外防砂工艺技术现状及新进展

突破二: 油水井维护措施转变为防砂增产措施； 突破三：单纯重视工艺转变为工艺油藏并重；
突破四：单一防砂工艺转变为与其它采油工艺有效集成。
❖四项新技术的形成
新技术一：高压挤压充填防砂工艺技术
不同胶结和出砂类 型，不同开发阶段，
采取相应措施
新技术二：压裂防砂工艺技术
新技术三：水平井为代表的复杂结构井防砂技术
1 具有螺旋中心孔的芯管； 3 底层支撑扩散层（可选）； 5 中间支撑扩散层； 7 外保护支撑套（可选）；
2 内层支撑套； 4 金属烧结毡过滤层（可选）； 6 金属密纹网过滤层； 8 端部支撑环。
PK分级控砂筛管结构图
多层滤网结构
新型滤砂管—— PK分级控砂筛管
现场应用： 2009年一季度，由大港采油院、工程院和安东石油技术有限公司
射孔：大孔径 孔密：<21 spf 方式：撞击杆/液压
机械防砂
过去十年间，国外服务公司开发了多种新型精密筛管用于独立筛管完 井，以解决独立筛管常见的堵塞和磨蚀问题，尤其适用于水平井完井。目 前国外应用最为广泛的主流精密筛管有：
ResScreen 筛管 Con-slot筛管 Excluder2000筛管（贝克） Stratapac筛管（威德福） PoroMax筛管（哈里伯顿） Stren SC2000筛管 MeshRite筛管（斯伦贝谢） ESS膨胀筛管（威德福）
国内近几年在引进国外精密筛管的基础上，一些油田服务公司如大港安 东集团和西安集益公司等也开发出了精密微孔、PK分极控砂筛管等。
机械防砂
独立筛管主要用于出砂粒径均匀且以粗砂为主的地层。 选用原则：D10
D10/D95<10 绕丝筛管： D40/D90<3，粉砂（0.44mm）<2% 预充填筛管/精密筛管： 3<D40/D90<5， 2% <粉砂<5%
目录
一、国内外技术现状 二、新型防砂工艺 三、防砂技术发展方向
四、适用性分析 五、结论与建议
射孔防砂一体化
油水井射孔防砂一体化管柱实现了 射孔工艺和防砂工艺的有机结合，即利用 一趟管柱首先实施射孔作业，再下放管柱 实施防砂施工。该技术的应用可以缩短射 孔和防砂之间的施工时间，减轻地层出砂 和油层污染，减少一趟管柱。
江汉采油院
国内外防砂工艺技术现状及新进展
二零一零年三月
目录
一、国内外技术现状 二、新型防砂工艺 三、防砂技术发展方向
四、适用性分析 五、结论与建议
已形成的防砂工艺技术
ห้องสมุดไป่ตู้
机械防砂占主流（80%），压裂充填成为当前主流的化学方法
❖ 四大观念的突破
突破一：基础理论研究获得新突破
适度防砂，求得 防砂与产能平衡
光纤精密筛管(左)和光纤分流筛管(右)剖视图
新型滤砂管——光纤适配筛管
用途 ·监测水平井筒温度； ·裸眼井砾石充填； ·裸眼井独立筛管完井； ·分流筛管作业。
光纤精密筛管(左)和光纤分流筛管(右)剖 视图
基管外径
重量
筛管外径 偏 心
护套外径 角度
角度
公差
无分流管的筛管外径尺寸接近。
新型滤砂管—— PK分级控砂筛管
❖国外对防砂的认识
Chirag油田完井表皮系数
完 井 表 皮 系 数
裸眼砾石充填 下套管射孔 独立筛管
膨胀防砂筛管
井斜(层面)，度
BP公司在Chirag油田完井表皮系数数据。Chirag油田下套管射孔完井的表皮系数较低。独立筛管完井表皮系数也较低。然 而，当含水上升时，这两种完井方法都大量出砂。膨胀式防砂筛管表皮系数较低，也能防砂，但其在发生水窜后的效果 如何尚不明确。BP公司通过不断改进流体设计和作业方式公司通过不断改进流体设计和作业工艺，将裸眼砾石充填的完 井表皮系数降到了接近零。裸眼砾石充填是一种得到证实的在油井产水后也能防砂的方法。由此，裸眼砾石充填技术是 目前Azeri油田、Chirag油田以及Guneshli油田的基本完井方法。
分级控砂筛管由多层过滤网组成，各层过滤精度不同，外 层大于内层，粗砂被外层过滤网挡住，形成一级砂桥；更细的 砂将被内部过滤层过滤，形成二级砂桥，粉砂随流体产出。
结构特点： 从内到外由中心管、防砂过滤套、不锈钢外保
护套等组成。中心管采用API标准套管或油管，防 砂过滤套由金属丝编织方孔网、金属丝编织密纹网、 金属纤维烧结毡三种材料叠加焊接而成。
无筛管防砂
5、压裂充填+端部脱砂 通过支撑剂和砾石充填相结合的充填压裂，在地层内形成短而宽的裂缝，通
过端部脱砂使缝宽进一步增大。为了提高压裂效果，国外在压裂中采用了低伤 害非聚合物液体（清洁压裂液），以扩大缝宽和提高导流能力，采用了连续油 管定向压裂，一趟管柱处理多层，精确造缝，减少用液量。 6、支撑剂返排控制
合作开展了分级控砂筛管完井试验，在大港油田港西、港东4口井取 得成功。4口井的0.04mm～0.06mm细粉砂含量达42%，且分选差，防砂
投产后日产油15-35t/d，井口不含砂。
新型滤砂管—— 热溶性防砂管
机械防砂管柱存在无法进行堵水、分层开采等其它工艺措施的问 题。为此胜利油田滨南采油厂研制了稠油开采用的热溶性防砂管柱。
图2 EXCLUDER筛管结构
图3 外保护筛管(a)及内层滤膜网结构(b)
新型滤砂管——EXCLUDER 抗冲蚀防砂筛管
Excluder2000有三种尺寸指标 ： 细： D10为100-200 微米级（均匀孔隙提供高防砂效率和较大的入流面积， 防砂的同时不会产生大压差）。 中： D10 为200-300微米级（优化后的编织膜允许泥浆固相返排而阻挡出 砂）。 粗： D10>300 微米级（孔隙尺寸允许可能造成砂堵的极细砂通过）。
新技术四：分层注水防砂一体化技术
❖国外对防砂的认识
独立筛管完井：表皮系数较低，初期产能高，但经常在初期大量出砂，随后，出 砂量降低，但仍有间歇性大量出砂。随着含水上升，出砂量进一步上升，最终导 致侧钻。
膨胀式筛管完井：表皮系数较低，与裸眼砾石充填防砂效果相当，初期产能高， 但水窜后膨胀筛管的性能和长期可靠性尚待改善。许多膨胀筛管井短期投产后都 改为转注井，但也有持续5年不出砂的井。
施工程序
图7 形成的3D网状结构示意图
用地层预处理液处理目的层→挤入前置液造缝→加大砂比，用压裂 液携带混有纤维的支撑剂挤入裂缝，进行充填→继续挤入携砂液，砂 比降为零，顶替→压后关井。
混纤维砂浆充填防砂
施工注意事项 ▲ 为了使纤维能够与携砂液均匀混合，要求使用延迟胶联压裂液， 延迟交联时间一般为2～3min左右。 ▲ 纤维既可以在加砂压裂的全程使用，也可以后期尾追加入；为了 节约成本，一般推荐纤维尾追加入，在尾追量较低时，随着纤维尾追量 的增加，防砂效果变好，当尾追量大于30%后防砂效果趋于稳定。做压 裂设计时可按照PT软件形成的缝高和缝宽，计算出缝口至裂缝约4060m段支撑剂的体积作为尾追量。 现场应用 2005年孤岛油田工艺所在室内研发了纤维网络防砂剂，2005年11 月进入现场，试验表明对孤岛油田粉细砂防砂具有较好的适应性,大大提 高了化学防砂有效期。 我国的四川气田、长庆气田和吐哈油田等都开展 了研究与应用，大大降低返排时的出砂量。
新型滤砂管——EXCLUDER 抗冲蚀防砂筛管
EXCLUDER筛管是美国Baker 公 司的产品，坚固，抗损坏能力强， 主要有保护罩、单层滤膜网、贝克 焊接内衬管及基管，能够优化产量、 延长筛管寿命，EXCLUDER 筛管还具 有较好的抗冲蚀能力，其结构如图2 所示。
主要适用于水平井、小井眼井、 重复作业井，尤其是裸眼井效果更 好。
已在墨西哥湾、路易斯安那的海上，以及陆地进行了大量的现场应 用，取得了良好的防砂效果。
新型滤砂管—— STRATAPACTM 多层充填组合筛管
STRATAPAC筛管过滤层的挡砂性能
介质 PMM PMF II 20/40 PMF II 12/240
介质尺寸 （um） 60 125 400
等量砾石尺寸 40/60 目（US） 20/40 目（US） 12/20 目（US）
细
中 粗
新型滤砂管—— STRATAPACTM 多层充填组合筛管
STRATAPACTM 的技术核心是保尔PMM 不锈钢介质。PMM 复合片是由 不锈钢粉末烧结成的薄片，位于不锈钢丝编织网的孔隙结构内。它把高孔 隙体积的保尔PSS 粉末与有特殊刚度和韧性的保尔Regimesh编织丝介质结 合在一起，是一种具有韧性和抗损坏的材料，也是常规砂烧结金属或树脂 胶结材料无法比拟的。
套管井砾石充填：完井表皮系数较高，如今，多数套管井砾石充填采用高压充填 或压裂充填（采用哪种方法根据现场经验、材料和设备情况而定）。压裂防砂包 括常规处理和端部脱砂（TSO）处理，可将出砂量减少到最小，甚至可防止出砂。
裸眼砾石充填：表皮系数较低，能提供较好的井眼稳定性，长期产能高，比独立 筛管或膨胀筛管更易稳定产量和防止地层出砂，国外公司当前倾向于选择的一种 防砂方式。
性材料，将砂粒粘结在一起，防止其运移。斯伦贝谢的K300就是一种呋喃树脂 体系。
涂覆砂体系：在炮眼内和套管外形成一个坚固而渗透率高的人工砾石充填砂 岩带，防止地层物质进入井筒。斯伦贝谢公司的SANDLOCK V涂料砂能快速在 井下固化，携砂液能快速降粘，返排时间更短，用20/40目砾石，固化后能形成 耐压强度20.5MPa，渗透率100D的砂岩网络。
“无砂产量”的数值可以通过出砂探测器确定。
2、井筒结构设计 避免采用大井筒 实施分段措施 使用割缝衬管裸眼完井
无筛管防砂
3、优化射孔 避免使用负压射孔； 采用选择性或定向射孔，使炮眼远离欠稳定层段； 小孔径比大孔径更加坚固 ； 高孔密能提高开放的油流面积；
4、化学固砂 树脂体系：树脂注入近井疏松地层基质后发生聚合反应，树脂硬化后形成塑
无筛管防砂
有限防砂/出砂管理技术 是一种不采用常规防砂方式而通过监控油井压力、流量和产砂量来
优化生产的操作理念。近几年，出砂管理已经全球北海和其它地区的常 规油气开采中大量使用。现场应用表明，该技术几乎在所有情况下都是 可行的，并且最终形成了更低的表皮系数 。
1、压力保持 通过注水或注气保持储层压力有减少出砂，甚至实现无砂生产。
热溶性防砂管采用高强度、高渗透性的BNDSCS-1 高分子材料制成 割缝防砂管(φ89和φ73mm) 下入井内, 对地层及套管内实施高温涂料 砂充填进行防砂。注汽过程中, 当油层达到一定温度后, 防砂管溶解 (不可逆转) , 高温涂料砂胶结形成挡砂屏障, 达到防砂的目的。
在室内对热溶性材料热力学性能试验表明，260℃下可分解为液体, 过程不可逆,该液体在25 ℃时的粘度为0.978 mPa·s(接近水)。
适用条件：新井第一次射孔，且射孔井 段内无闭射夹层；老井（试油井）上返补 孔，且为单采、单注（单试）补孔段，射 孔段内无闭射夹层；油井井筒斜度小于 60℃。
图1 射孔防砂一体化管柱施工流程图
射孔防砂一体化
斯伦贝谢： 射孔+充填+测试一趟管柱
应用井次：15口深水井 最大井深：3300m 最大井斜：75° 井滤失：400 bbl/h 压力：17MPa 作业时间节省：37万美元
新型滤砂管——光纤适配筛管
是斯伦贝谢公司原有标准绕丝筛管和分流筛管基础上开发的产品。具有 改进的保护外套和内嵌式设计，以固定密封扁平装置及埋入的双控制线。 扁平装置被固定在筛管内嵌槽内，并隔一定距离采用焊接在外套上的夹 具进行固定，另外还在每一接头处采用一种特殊夹具固定。该系统能测 取井筒内每隔1m的温度，能够与湿式接头精确匹配以实现层段密封， 能在生产管柱下入后提供地面到筛管鞋之间（往返）控制线连续和通讯。
另外，将热溶材料加工成外径80 mm、内径60 mm的油管, 用AG25T 电子万能力学试验机测定了抗拉强度，结果表明，其抗拉强度完全可 以满足油田井下生产和作业的要求。
混纤维砂浆充填防砂
作用机理
将一定量的纤维材料（如玻璃纤维、 石棉纤维、金属纤维、聚合物纤维等）混 入支撑剂中，随压裂液一起挤入地层，使 纤维在颗粒之间构成网络，限制支撑剂的 移动，减少支撑剂之间的碰撞，达到理想 的压裂充填效果。
优越性
◇ PMM 介质、内外泄流网和保护罩的总厚度不超过 1/4in（6.35mm），OD/ID 比很小，可应用于小井眼 防砂，能够比常规的预充填筛管通过更大的流量。 ◇ 独立的层间结构及韧性材料在有严重机械变形情 况下，也不影响防砂效果。 ◇ 重量较轻，具有较好的柔性和抗弯曲能力，适合 于水平井及大斜度井的防砂。滤砂管渗透率高，生产 压差小，产能高。