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1、油水井防砂技术现状及新进展1.油层井出砂原因12.防砂技术的发展历程和目前主要防砂方法23.目前防砂新进展54.结论7疏松砂岩油藏在我国分布很广，产量储量都占很大比例，因此搞好防砂工作非常重要。油水井出砂带来的危害很大:出砂可能导致砂埋油层或井筒砂堵造成油水井不能正常生产或停产;出砂导致井下和地面设备磨损加剧;出砂导致井筒冲砂和地面设备清砂工作增加，使生产成本增加;出砂还可能造成油层部位亏空、井壁坍塌、套变加剧乃至使油水井报废。1. 油层井出砂原因油水井出砂原因可分为先天和人为两种因素造成的。先天因素主要是由于油藏埋藏浅，形成地质年代较晚，并且胶结矿物数量少、分布不均，因而油层胶结强度差，在地
2、应力大于地层强度时，在流体冲刷之下油层即出砂。人为因素主要有:钻井过程及开采前后，油层部位受破坏而应力失衡;不合理的开采速度和油井工作制度突变或生产压差过大;射孔、压裂、修井冲砂和酸化等措施不可避免造成对油层强度的负面影响;油层进人中高含水开发期后，由于胶结物的被溶解和冲刷，油层强度降低;地层压力下降，使油层受垂向应力增加，使砂粒间的应力平衡被破坏，造成出砂;固井质量差，注蒸汽对胶结物的溶解软化;另外油层渗透率高，流体渗流速度大;油黏度大，携砂能力强都会使油层易出砂。对于注水井来说，注入水返吐卸压是造成油层出砂的主要原因。2. 防砂技术的发展历程和目前主要防砂方法2.1防砂技术的发展历程防砂就
3、是采取一定措施禁止或减少油层砂产出并阻止其进入井筒，最早出现于20世纪60年代。对于防砂人们经历了从不自觉到自觉的发展过程，按照其发展过程可分四个阶段。(1)早期的试验摸索阶段:主要通过控制油井产量来稳定流体产出速度，在射孔炮眼处通过自然过滤堆积形成稳定的砂桥，进而阻止砂粒迸入井筒，这种方法一般也称为自然砂桥控砂技术，其技术关键是控制好油层流体流速不能超过破坏砂桥的临界流速。(2.)防砂技术发展阶段:20世纪70年代开始，经过研究探索形成了一套以化学防砂为主的固砂方法。(3)防砂技术成熟阶段:20世纪70年代，形成了一套以机械防砂为主导、机械一化学复合防砂技术。(4)防砂技术的崭新发展阶段:2
4、0世纪90年代随着新材料的出现、新加工工艺水平的提高，出现了新型复合防砂技术;随着近年来开发工作者认识观念更新，又出现了防排结合的综合治砂技术。2.2防砂方法根据防砂原理和工艺特点，目前各种防砂方法的主要技术特点如下。221机械防砂机械防砂分两类：第一类是现场应用比较普遍的防砂管柱防砂技术，主要是采取在采油泵下挂接如绕丝筛管、割缝衬管、双层或多层筛管、各种防砂器等，原理是利用上述防砂管柱阻挡住地层砂，防止进人采油泵内。优点是简便易行，可以有效的防止中粗砂岩油层所出的大砂径砂。不足是对出细砂的井易造成堵塞，使采油泵不进液，而且寿命相对短。第二类机械防砂是第一类机械防砂方法的发展进步，它采取先下入
5、防砂管柱后再进行充填，充填物常用砾石，还可用陶粒、果壳等。由于该类防砂方法应用较早，技术逐步完善提高，目前被认为是防砂效果最好的防砂方法之一。按照完井方法不同又可分为用于裸眼完井的裸眼井砾石充填和用于射孔完井的套管井管内砾石充填防砂方法。技术原理是将筛管或割缝衬管下入井内防砂层段，然后用流体携带经过优选的合适粒径的砾石，将其充填于筛管和油层或套管之间。形成一定厚度的砾石层，利用其阻止油层砂流入井内的防砂方法。充填的砾石粒径选择依据油层砂的粒径进行匹配。油层中砂粒被阻挡于砾石层之外，通过自然选择堆积在砾石层外形成一个由粗到细的砂拱，既有良好的流通能力，又能有效阻止油层出砂。管内砾石充填施工常与大
6、直径高孔密射孔技术相结合，以便提高成功率。总体看充填防砂具有施工可靠、成功率高、费用适中，而且目前已成功用于水平井的防砂的优点，缺点是不适用于防止细粉砂地层的出砂，且施工后井内流有物件，在对油层压裂改造等措施时常需大修取出。总之，机械防砂对地层的适应性强，无论产层薄厚、渗透率高低、夹层多少均可，缺点是不适应于细粉砂地层和高压地层防砂。222 化学防砂化学防砂是向地层挤入一定量的化学剂充填于地层孔隙中，以达到充填和固结地层，提高地层强度的目的。一般分为人工胶结地层和人造井壁两种防砂方法。前者是向地层注入各类树脂或各种化学固砂剂，直接将地层固结，它对疏松油层出砂特别适用。后者是把具有特殊性能的水泥
7、、树脂、预涂层砾石、水带干灰砂或化学剂挤入井筒周围地层中，这些物质凝固后形成一层既坚固又有一定渗透性和强度的人工井壁，达到防止油层出砂的目的，人工井壁法对由于出砂造成套管外油层部位坍塌所造成的亏空井防砂比较适宜。总之，化学法防砂前提条件要求固井质量好，不能有套管外串槽现象，射孔炮眼畅通，它适用于渗透率相对均匀的薄层段地层防砂，而层内差异大的厚层化学防砂施工由于注入剂锥进不均和重力作用易造成固结不均，影响防砂效果。化学防砂还可适用于合采井上部地层防砂。化学防砂优点是施工后井内无遗留物，并可用于异常高压井层的防砂;缺点是对地层渗透率有一定伤害，特别是重复施工时。另外注入剂存在老化现象，使其有效期有
8、限，成功率不如机械防砂，化学防砂不适用于裸眼井防砂。2.2.3 复合防砂主要是吸取机械防砂和化学防砂的成功经验，将两者优势结合起来相互补充，一方面通过化学防砂在近井地带形成一个有一定渗透率固结良好的屏障带，再利用机械防砂形成二次挡砂屏障。3. 目前防砂新进展随着新材料新工艺的出现和防砂观念的发展，目前防砂发展趋势具有四个转变:即由单一防砂方法向复合防砂转变;由被动防砂向主动防砂转变;由后期防砂向先期防砂转变;由井筒留工具防砂向井筒不留工具防砂转变。这里介绍几种新型的防砂技术:3.1压裂充填防砂技术它主要是针对中高渗透疏松砂岩油层防砂。随着这类油藏开发时间的延长，由于油层胶结物被长期冲刷溶蚀，油
9、层胶结强度变低，加之油藏进入开发中后期，一般都要提高采油速度来实现稳产，采油速度加大致使油层出砂加剧。为了兼顾防砂和增产双重目的而将压裂与砾石充填防砂两者结合在一起。原理是通过人工压裂在油层内形成短而宽的高导流裂缝(脱砂压裂)，降低流动阻力，从而增加产能，另外在井底形成双线形性流模式，降低流体的流速和携砂能力，减缓出砂。裂缝内砾石充填支撑带又具有多级分选过滤功能的人工井壁的作用。这种防砂技术实现了挡砂、滤砂、增加产能的目的。这种砾石充填防砂有两种方法，一是随压裂施工同地层尾追涂层砾石;二是可以采取套管内砾石充填工艺。32 纤维复合防砂技术它是近年来国外最新发展起来效果较好的一种新型防砂技术，采
10、取将纤维复合体挤入井筒附近地层，由于纤维柔软，不易流动，纤维复合体将在套管外形成环形过滤带，达到类似充填筛管防粗砂同样的效果。其优势是井筒不留工具、挡砂能力强、有效期长，并且能增加产能，特别是对防细粉砂效果好，也可防治小于 0.03mm为粉尘。其机理一方面软纤维稳砂机理:带有支链、具有正电性的软纤维，带正电支链吸附细粉砂。使之成为细粉砂的结合体，使细粉砂的临界流速增大。另一方面硬纤维挡砂机理:通过特制的硬纤维一般为弯曲、卷曲、螺旋型，互相勾结形成稳定的三维网状结构，将砂粒束缚于其中，形成较为牢固的过滤体，达到类似充填筛管同样的效果。纤维复合体能够解除储层原有的损害，将径向流变为拟线性流，改善油
11、气的流动条件;减小近井压力梯度和解除近井地带污阻压降，从而达到增产与防砂的双重目的。技术关键是纤维材质的优选和注入纤维长短、粗细、注入浓度的确定。3.3射孔一充填一体化防砂技术将射孔总成和砾石充填有机结合，用一趟管柱下入井内油层段，射孔后进行砾石充填或压裂充填施工。特点是简化施工过程，缩短作业时间，减少对地层伤害。这种技术对水平井防砂也具有一定优势。3.4防排结合的治砂技术随着人们防砂理念的更新，石油界对防砂的观念发生了很大变化，防砂已经由过去的单纯防砂向排砂、防排结合方面发展。对于出砂井，地层所出的砂分为游离砂和地层骨架砂，现在认为地层产出游离砂并不可怕，它反而能起到疏通地层孔隙、喉道作用，
12、对提高油井产能有利。真正要防的是地层骨架砂的产生，因为一旦地层出骨架砂，就可能导致地层坍塌，使油层一方面造成堵塞和渗透性降低，另一方面使地层强度减小，致使井套变和报废。因此有效的防砂和合理的排砂的技术思路被提出来。特别是20世纪90年代以来，随着#blogoil#油藏应用出砂冷采技术的成功，使防排砂技术逐步发展起来，并广泛应用。借鉴#blogoil#油藏应用经验，稀油油藏也应用了此项技术，主要是选取排量与地层供液能力相匹配的螺杆泵排砂生产，因螺杆泵具有耐砂磨、运行平稳、携砂能力强的优势。螺杆泵排砂生产对于地层出细粉砂的油藏意义更大，因为这类油藏的油井采取机械防砂时易管柱造成堵塞，而采取化学防砂
13、时如何有效地控制渗透率降低又很难。国内稀油出砂油藏应用的成功典范是新北油田，该油田自1995年以来试验应用螺仟泵排砂生产，并且逐步与其它各类机械防砂和化学防砂技术有机的结合，形成了一套成熟的综合防排砂配套技术，取得了显著效果。4. 结论油水井防砂技术经过油藏工作者的长期实践和总结，已经逐步得到完善和发展，各种控砂防砂理念的多元化也丰富了防砂手段，进一步推动了防砂技术的进步，防砂技术也由过去常规的维护性措施演化成防砂与增产同步的进攻性配套措施。今后应继续深入开展研究和推广应用力度，特别是要对不同开发阶段油层出砂的机理、出砂预测开展深入研究，以便增加防砂工作的主动性，使防砂技术不断满足现场生产需要。
