防砂和筛管技术

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； 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；
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
检验段 1 ft 1/3 W
1/3 L
（检验段）
检验段 1 ft W
套管
砾石充填 封隔器
炮眼
2 kg
高渗透率 砾石层 定位封隔器
1cm 塞 规
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；
1、先生产，不防砂
生产油管 套管 由于先期生产时不防砂， 井筒附近被掏成空洞。 炮眼 疏松地层砂
油 层
2、补救防砂---挤入涂脂砾石
生产油管 套管
„空洞’已被涂脂砾石填 充
炮眼
疏松地Fra Baidu bibliotek砂
3、将套管内的砾石钻掉并清洗干净后投产
生产油管 套管
„空洞’已被胶结砾石填 充
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。 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。
B、“House”形绕丝断面 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
● 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， 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
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；
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。
D
注: D-- 砾石的平均直径； d-- 砾石稳定堆积后形成的平均喉道直径；
砾石
套管 封隔器 基管 微孔多层网布 射孔炮眼 地层砂 间隙≈10mm
● 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，
渗透率低的 砂环、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。
筛孔形金属棉 筛管
正常循环充填
地层砂
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： 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 缺点： ● 加工时缝隙比较难以控制（即过滤精 度难以控制）
金属微孔多层网布防砂原理
SCREEN）
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。
层。
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
挤注管柱 套管 挤注封隔器 环氧树脂胶结后的地层砂 没胶结的地层砂 炮眼
B、补救防砂
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。
外套
过滤网（有时每层具有不同的网眼直径）
端环
卸油网
（外/中/内）
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
膨胀筛管图
40#
7”23#盲管
膨胀工作管
2×4-3/4” DC 11×61/2”DC 15×5”HWDP
7.375”膨胀锥
膨胀筛管
已膨胀筛管
膨胀管长11.35m
9-5/8“套管
膨胀心轴 膨胀锥接头
留在底部的膨胀 锥,5.625”ID
底部封隔器 弹性爪密封
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；
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。 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；
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）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 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。
6、连接5-7/8”膨胀心轴，钻杆下入井 里；
9、下压20000磅，确保膨胀锥位于膨 胀筛管的底部
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；
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 炮眼和环空充满 低渗透率地层细粉砂 增加了油流阻力 控制管线 安全阀 循环滑套 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
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）
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。
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”.
● 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
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
套管
网眼直径＜d50
封隔器 基管 微孔多层网布 间隙≈10mm
● 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。
压实性金属片筛孔形防砂管结构示意图
防砂金属片
上卸油网 压帽
承托杯
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
外面不能进行砾石充填；
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
■ 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;
膨胀筛管现场施工主要作业步骤
9-5/8”
9-5/*顶部封隔器
二、筛 管
1、筛管种类、使用范围及其优缺点
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；