河口采油厂防砂工艺现状

河口采油厂防砂工艺现状
邵现振全伟力唐林
（河口采油厂采油工艺研究所）
摘要：河口采油厂油藏类型众多，地质条件复杂，目前所管辖的油区中有埕东、飞雁滩、陈庄、邵家、义东、太平、英雄滩等7个出砂油田，2005年以来每年的防砂井数都在230口（含新井）以上，在防砂工艺上，形成了机械防砂为主，化学防砂为辅的防砂理念，对泥质含量高粉细砂岩出砂油藏采用防膨抑砂工艺为主，其他油藏的非热采井主要采用割缝管封隔高压一次充填工艺进行防砂，对热采井防砂主要采用改进后的绕丝筛管封隔高压一次充填工艺防砂，水平井主要采用底部逆向充填防砂工艺，水井防砂主要采用HY、CSC-DMP两种化学防砂工艺，应用效果较好，防砂有效期满足要求。

主题词：防砂封隔高压水平井现状
1 防砂概况
河口采油厂油藏类型众多，地质条件复杂，目前所管辖的油区中有埕东、飞雁滩、陈庄、邵家、义东、太平、英雄滩等7个出砂油田，目前油井开井总数1087口，占全厂开井总数1856口的58%，井口产油4457吨，占全厂井口产量7924吨的56%，2005
年以来每年的防砂井数都在230口（含新井）以上，随着陈家庄南区等出砂油田全面开发，防砂井数也在不断的增加。

在防砂工艺上，我厂采用以机械防砂为主，化学防砂为辅的方针，普通油井主要采用封隔高压一次充填工艺，水平井主要采用先期筛管防砂工艺和底部逆向充填防砂工艺。

2 防砂工艺现状
近几年，我厂防砂工艺主要分机械防砂和化学防砂两大部分，其中机械防砂有封隔高压一次充填防砂，高压预充填复合式防砂，压裂防砂，水平井防砂（套管内挂滤砂管、防砂筛管完井、底部逆向充填），化学防砂用于油井的有复合树脂固砂和防膨抑砂。

2.1 封隔高压一次充填防砂
“封隔高压一次充填”防砂技术，是采用FS－115(150)封隔高压一次充填工具与防砂筛管配套，将砾石以携砂液大排量带到油气井产层管外空洞处和筛管与套管环形空间，经沉积、压实形成高效能挡砂屏障，达到防止油层出砂目的。

充填工具及防砂工艺流程
1、上接头部分
2、中心管部分
3、液压部分
4、锁紧部分
5、密封部分
6、卡瓦锚定部分
7、反洗部分
8、充填部分
9、关闭部分10、丢手部分
图1 FS－115(150)充填工具图
FS封隔高压一次充填工具主要由封隔机构（液压、锁紧、密封、卡瓦锚定）、充填机构、反洗机构、丢手机构四部分组成。

FS-115(150) 封隔高压一次充填工具是“封隔高压一次充填”防砂的关键技术，具有封隔、充填、反洗、关闭充填孔、丢手等功能。

封隔机构包括液压、锁紧、密封、卡瓦四部分。

工具下到预定位置后，从油管投球加压，封隔器座封，密封油套环空，封隔器座封后继续加压，充填孔打开，实施充填。

充填完成后，反洗井把充填孔以上的充填砂洗干净。

充填结束后正转油管实现充填管柱丢手，中心管、球座和上接头起出，并自行关闭充填孔完成充填过程。

封隔高压一次充填工艺在普通井中的应用
自河口厂2000年引进封隔高压一次充填技术，广泛推广应用于埕东、飞雁滩、陈庄等出砂区块，目前仍在常规出砂油藏防砂中占主导地位，自2000年5月到2007年12月，封隔高压一次充填防砂井总量已达1391井次，防砂有效率93.7%。

表1 封隔高压一次充填工艺历年实施情况
图2 普通井封隔高压一次充填管柱图3 普通井防砂后留井管柱
充填工具采用FS－115(150) 充填工具，防砂管采用0.3-0.35mm的割缝防砂管，为方便打捞在留井管柱上采用可溶式扶正器，加装安全接头。

封隔高压一次充填防砂在稠油热采井中的应用：
我厂从2006年陈家庄陈373块大规模进行稠油热采，陈家庄油田陈373块主力油层以薄层砂泥岩互层为主，馆下段岩性以粉砂岩－细砂岩为主，平均粒度中值0.24mm，胶结疏松，胶结方式以孔-接式胶结为主,埋深 1450-1220米 , 原油粘度一般10000～30000mPa·s,孔隙度平均32%，渗透率平均2500×10-3μm2。

陈家庄油田陈373块热采井防砂：砾石选择0.6～1.2mm的充填石英砂，防砂管采用绕丝筛管，绕丝筛管缝隙为0.3mm；针对注汽过程中防砂管柱受热应力容易损坏的问题，设计了热补偿器；针对打捞防砂管柱安全接头极易损坏的问题，采用正反扣接头代替安全接头；改进了封隔器胶筒，采用聚四氟材料，提高封隔器的耐温性能。

对于中心管为打孔筛管的绕丝管在注汽热采过程中，容易因为应力集中而穿孔的问题，对绕丝管进行了改进，改进绕丝管的中心管为割缝筛管，避免应力集中。

至2007年11月，陈373块累计热采防砂井119口，136井次，一次防砂成功率96.3%，效果显著。

图4 热采井封隔高压一次充填管柱图5 热采井防砂后留井管柱
2.2高压预充填复合式防砂
技术原理
主要采用YFS-115（150）预充填防砂工具进行先期地层填砂，形成先期挡砂屏障，同时改善层间渗透性差异。

然后采用封隔高压一次充填防砂工具与防砂筛管配套进行二次充填，将砾石以携砂液大排量带到油气井产层管外空洞处和筛管与套管环形空间，经沉积、压实形成高效能挡砂屏障，达到防止油层出砂目的。

该工艺的主要适用于多层，层间差异大或挤压充填压力高的油井防砂。

应用情况
该工艺在飞雁滩油田、埕东西区、陈家庄油田都有应用。

共实施15井次，成功率100%，有效率100%，效果显著。

典型井例：
C126-2-G61井2002年9月新投防砂，充填砂量24吨，开井后产量一直在2吨左右，2004年1月打捞防砂管柱后补孔重新防砂，充填砂量为13吨，初期产量较高。

但很快产量便降低至1吨以下。

经分析该井具有比较好的产能，但该井所出地层砂为粉细砂，由于2004年1月防砂时充填砂量较少，所以地层砂很快就突破该挡砂屏障导致产量急剧下降。

2004年11月打捞防砂管柱后采用高压预充填复合式防砂，累计充填砂量36吨，开井后日产量在10吨左右，取得了令人满意的效果。

图6 C126-2-G61生产曲线
2.3压裂防砂
技术原理
采用大排量、高砂比施工, 压开地层裂缝，并尽可能实现端部脱砂。

生产时流体由原来的径向流变为双线性流，使流速和阻力下降，减缓岩石破坏，减轻冲刷和携带能力，从而达到减缓出砂和增产的双重目的。

压裂液的评价与优选
压裂防砂采用0.55%HPG+0.3%OBC-2的压裂液体系，该体系具有以下优点：
剪切稳定性
该压裂液体系具有较强的剪切恢复性和低伤害性，与有机钛和有机锆相比，对地层伤害率可减少5% 10%。

剪切稳定性试验结果
图7 压裂液剪切试验
压裂液滤失性
利用上述配方的交联冻胶压裂液进行了高温高压下的静态滤失性测定各种压裂液
体系的滤失量较小，原因主要在于良好的抗温性能，在120℃的条件下仍具有较高的粘
度，因此抑制了滤液的滤失。

表2 压裂液滤失性测试结果
压裂液破胶特性
加入微胶囊破胶剂EB-1，延缓破胶剂60min时间内压裂液仍保持较高的粘度，这是因为破胶剂延缓释放有效成分，保持了压裂液性能的稳定，随着时间的延长，延缓破胶剂的包覆物逐渐溶解和破坏（或者是由于裂缝的闭合导致破胶剂颗粒破碎而释放出有效成分）并发挥作用，在4h～6h的时间范围内，压裂液冻胶得以彻底的破胶化水，粘度在5mPa·s左右，从而大大降低了对油层的伤害。

现场应用情况
大35-X20块储集层为长石砂岩，埋深 1700-2140米。

孔隙度为25.9%，渗透率为193.1×10-3μm2，粒度中值0.1mm,粘度1095-8717mPa.s
2004-2005年在英雄滩油田大35-斜20块深层稠油出砂油藏实施该工艺4井次，有效减缓出砂，延长检泵周期。

表3 大35-x20压裂防砂施工情况
2.4 水平井防砂
（1）套管内挂滤砂管防砂
我厂在2001-2006年主要采用整体式金属纤维滤砂管、镶嵌式金属纤维滤砂管防砂、金属毡滤砂管防砂三种方式。

防砂的原理及特点：主要是运用高渗透、高强度滤砂管的部分防砂机理，将滤砂管对准水平井段油层，生产过程中，对流入井筒内的流体进行分级过滤，将一定粒径范围的地层骨架砂阻挡在滤砂管以外，形成稳定砂桥，而地层粉细砂随油流携带至地面，最终达到防砂生产的目的。

①平置式防砂管柱
主要由皮碗封隔器和滤砂管组成，管柱在水平段丢手并能密封油套环空。

包括皮碗封隔器、光管、扶正器、滤砂管和丝堵几部分，尾管支撑到井底，皮碗封隔器采用液压丢手方式，具有操作简单，后期处理难度低，可实现分层开采的优点。

我厂采用了平置式防砂管柱、尾管支撑到人工井底的完井方式，防砂管柱结构为；皮碗封封隔器+整体式金属毡滤砂管，滤砂管过滤精度0.1mm，该防砂技术的挡砂精度为0.06-0.07mm，渗透率在35-50μm2。

应用情况:在埕东西区、沾27、沾18块防砂13井次，单井日油4.2吨，累油7.89万吨。

②悬挂式防砂管柱
该方法使用悬挂封隔器将防砂管柱悬挂在套管上，悬挂封隔器采用一次投球，分级憋压，使其实现悬挂、座封和丢手。

由于这种完井方式后期处理难度较大，应用范围小。

只在沾4-P1井应用过，但后期因滤砂管堵塞，解堵效果不佳。

表4 埕东西区水平井开发现状统计表
在埕东西区水平井应用金属毡滤砂管防砂10口,平均单井日6.9*4.6*93% 。

（2）水平井逆向砾石充填防砂技术
①解决的问题
解决常规压裂、挤压充填过程中，砾石在筛套环空时，由于较高的速度，引起砾石的破碎问题。

解决水平井砾石充填带来的砂桥问题。

保证了地层、射孔炮眼、筛套环空砾石充填的连续性和整体性。

②砾石充填机理与过程
压裂液携带砾石由下而上地进入筛套环空，根据油层的渗透率大小自动由高到低进行近井地带及炮眼的挤压充填，然后再对筛管与套管环形空间进行循环砾石充填，使“地层---炮眼---筛套环空”形成一个密闭、连续的防砂层。

③防砂管柱
自下而上为：丝堵+油管短节(带扶正器) + 底部充填装置+油管短节+精密防砂管（带扶正器）+增阻器+精密防砂管+水平井空心桥塞+油管短节+油管至井口。

防砂服务管柱自下而上为：防砂服务器+Φ60.3m等径油管+变径接头+Φ73mm油管至井口。

图8 防砂管柱图9 防砂服务管柱
④水平井砾石充填防砂参数的优化研究
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效率的影响，以达到充填防砂施工各参数的最优。

每米加砂量为0.4-0.8m3，排量1200-1500L/min，砂比5%-50%。

通过控制这些参数：可以实现将地层和井筒环空充填压实，形成高强度砂体屏障，达到防砂增产的目的。

典型井例：
图10 沾18-P8生产曲线
如沾18-P8进行了水平井套射＋砾石挤压充填防砂，该井射孔段长140m，射孔采用两段射孔，127枪127弹；相位角：水平180度，向下四方位，夹角60度；射孔井段：1540-1610米，10孔/米；1610-1680米，16孔/米。

07.5.30日采用底部充填防砂工艺技术，取得了成功。

该井根据底水与油层距离情况，加砂强度控制在0.4方砂/米油层，携砂液180 m3 ，挤入0.4-0.8mm石英砂18t，，施工压力17↑21MPa，砂比5-15%。

保证了施工效果。

表5 现场应用效果
2007年,采用水平井砾石充填防砂工艺实施8口，平均单井产油11.3吨，累增油18442吨。

见到了显著效果。

2.5 复合树脂固砂工艺
作用机理：
改性呋喃树脂(化学式简记为Ｒ′—ＯＨ)是以糠醛或糠醇为主体,再与其它如酚醛、脲醛等树脂改性复合而成的复合树脂,分子量分布较广,平均分子量较低,具有较高活性的高分子化合物。

分子中的强极性基如羟甲基、酰胺基等与砂粒的极性基团有亲和
作用,可产生物理吸附,并易向砂粒表面迁移而强烈地粘附在砂粒表面上。

Ｒ′—ＯＨ可缩合脱水形成化学键,反应示意式为
Ｒ′-ＯＨ+砂粒—Ｓｉ—ＯＨ→砂粒—Ｓｉ—ＯＲ′+Ｈ2Ｏ
该固砂剂与相应固化剂作用后,能发生低温快速聚合反应,从而将砂粒粘在一起。

随着聚合反应的进行,分子量增加,树脂粘度上升,分子结构由单一链、网状结构变成了难溶、不熔的体型大分子,使其强度不断增大,并以此达到固砂目的。

现场应用效果：
复合树脂固砂技术于2000年4月开始进入现场试验，截止2001年9月底，共施工22井次，可对比19井次，有效17井次，有效率89.5%，累增油30551吨。

投入产出比达1：8.14 。

2.6 防膨抑砂工艺
防膨机理：有机阳离子聚合物在水中溶解、解离，产生聚阳离子，这些聚阳离子即可通过吸附中和粘土表面的负电性，又可在粘土晶层或颗粒之间吸附微粒，使它们之间的静电排斥力减小，晶层收缩，抑制粘土膨胀。

抑砂机理：有机阳离子聚合物主要通过其阳离子链节将带负电砂粒桥接起来，若聚合物中含有丙烯酰胺，其氨基可与松散砂粒表面的羟基通过氢键桥接起来，达到抑砂的目的。

施工工艺：
从油管或套管用水泥车先挤入3-4％的清洗剂溶液清洗油层，再挤入8-10%防膨抑砂剂水溶液，处理半径为1.0-2.0m，关井反应时间为24-48hr。

现场应用情况及效果分析：
新井投产前作为地层预处理剂
表6 现场应用情况
2005-2006年11月底实施8口井，累产油19451吨，检泵周期平均延长了144天。

2.7 水井化学防砂
河口采油厂陈家庄、埕东、飞雁滩以及沾3块油田油藏埋深浅，地层胶结疏松，加之层间干扰、注水压力波动和井口单流阀失效等原因造成水井出砂严重，频繁的冲换作业，严重影响着水井的注水时率和油田的注水开发效果，并且造成了大量的额外作业费用的发生；分层注水井因出砂造成的测试遇阻、卡，严重影响着分注井的测试成功率和层段合格率。

河口采油厂从2000年开始致力于注水井防砂工艺技术的引进、现场试验和应用，几年来，逐步形成了HY、CSC-DMP为主的化学防砂两大注水井防砂工艺体系。

（1） HY化学防砂工艺
防砂机理：HY型油水井化学防砂材料是由液固两相组成。

防砂材料被泵送到地层，固相材料充填已亏空的地层和堆积于井壁附近；液相为胶结剂，一部分液相材料固结充填和堆积于井壁附近的固相材料，在井壁附近形成具有较高强度和较好渗透性能的挡砂人工井壁；另一部分液相把井壁附近的疏松砂粒固结住，避免井壁附近的疏松砂粒运移流入井筒，达到有效地防止地层出砂的目的。

应用条件：
适应于砂岩油层，油层温度为30-100℃。

油层渗透率在0.1-10（μm2）。

适用于油水井防砂。

单层防砂＜20m，多层防砂井段＞20m，可采用分层防砂。

现场应用情况：
鉴于HY化学防砂工艺所具有的明显优势，在2003年的室内研究及陈家庄、埕东油田HY化学防砂工艺现场试验良好效果的基础上，我们借鉴现场试验中的成功经验，改进施工工艺中的不足，在飞雁滩油田、陈家庄油田、沾3块等油田利用HY水井化学防砂剂开始一定规模HY化学防砂工艺的推广应用，从2005年1月开始至今共实施4井次（沾3-16、埕126-8-斜12、陈19-侧29、埕128- 更4）。

表7 HY化学防砂实施效果统计表
分析上表可以看出，实施前情况均为砂埋油层，注不进，实施防砂措施后油压都有不同程度的降低，注水量大幅度的提高，超额完成配注。

（2） CSC-DMP化学防砂工艺
鉴于与2005年推广的HY化学防砂技术不同的防砂机理，2006年我们与采油院防砂所进行技术合作，引进了CSC-DMP防砂技术并小规模的应用于陈家庄油田出砂严重的注水井.
防砂机理：利用CSC-1低聚物中的羟基（—OH）及醚基（—O—）对砂岩表面硅醇基（SiOH）的强吸附性能，使低聚物均匀包裹在砂岩表面，并在地层的温度下继续聚合，生成体型链，将疏松砂岩牢固的结合在一起，从而实现固砂、防砂的目的。

DMP-10润湿剂的应用使CSC-1低聚物能在中、低矿化度高含水条件下不至于形成弱胶结，拓宽了CSC-1低聚物的应用范围。

技术特点：
用CSC-1低聚物固砂，施工工艺简单，无需特殊的增孔液进行增孔。

CSC-1低聚物能在中、低矿化度的高含水地层砂中固结，固结岩芯强度高，渗透性能好。

采用该固砂工艺固砂，CSC-1低聚物用量少，不大于砂子重量的5％，防砂成本低。

现场应用及效果分析：
2006年5月至10月间，我们利用CSC-DMP化学防砂技术在陈家庄出砂严重的注水井上实施作业防砂4井次。

表8 2006年CSC-DMP化学防砂技术实施情况统计表
从此表可以看出，利用CSC-DMP化学防砂实施4口井，防砂前，均为注水压力高，注不进；实施防砂措施后除陈13-9井因套管问题导致注不进外，其它防砂注水井油压都有不同程度的降低，注水量大幅度的提高，都能够完成配注，初期效果良好。

3 结论
1、我厂泥质含量高的粉细砂岩油藏，采用以防膨抑砂工艺进行防砂，提高防砂有效期和检泵周期。

2、我厂出砂油藏中非热采井防砂采用封隔高压一次充填工艺，防砂管采用割缝管，该工艺防砂有效期长，合乎非热采井防砂的要求，是非热采井防砂的主导工艺。

3、我厂出砂油藏中的热采井防砂针对之前注汽热采过程中存在的问题，对封隔高压一次充填工艺进行了改进，防砂管柱加装热力补偿器，采用的中心管为渗氮割缝管的绕丝筛管，更换安全接头为正反扣接头方便打捞。

通过改进后的绕丝筛管封隔高压一次充填工艺防砂能够满足热采防砂的需要。

4、水平井防砂采用逆向砾石充填防砂，防砂有效期长，防砂后产量高，作业方便，该工艺为我厂射孔完井后管内防砂的主导防砂工艺。

5、水井防砂采用HY、CSC-DMP两种化学防砂工艺，有效解决水井防砂问题，提高我厂出砂油井的注水量。

参考文献
[1] 防砂手册〔美〕小乔治.o.苏曼石油工业出版社1988.10
[2] 胜利油田深井压裂工艺唐汝众孟祥和1993.10
[3] 采油技术手册石油化学工业出版社1977.6。