第八章油井防砂.doc

《第八章油井防砂.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八章油井防砂.doc（21页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第八章 油井防砂第八章 油井防砂、防蜡与堵水工艺技术油井出砂、结蜡和出水是油田开采过程中经常遇到的问题，它直接影响油井的正常生产。因此，必须采取各种有效的工艺技术措施来解决所遇到的这些问题，以确保油田高产稳产和较高的采收率。本章简要介绍了油井防砂、防蜡、清蜡方法以及注水井调剖与油井堵水方法。第一节 防 砂我国疏松砂岩油藏分布范围较大、储量大、产量占有重要的地位。在一般开采条件下(除稠油采用排砂冷采新技术外)，油井出砂其危害极大，主要表现为：使地面和井下设备严重磨蚀，甚至造成砂卡；冲砂检泵、地面清罐等维修工作量剧增；砂埋油层或井筒砂堵会造成油井停产；出砂严重时还会引起井壁甚至油层坍塌而损坏套管甚

2、至造成油井报废。这些危害既提高了原油的生产成本，又加大了油田的开采难度。为了防止油井出砂，一方面要针对油层及油井条件，正确选择固井、完井方式，制定合理的开采措施，控制生产压差，限制渗流速度，加强出砂层油井的管理，尽量避免强烈抽汲的诱流措施；另一方面，根据油层和开采工艺要求，采用相应的防砂(sand control)工艺技术，确保油井的正常生产。本节主要介绍影响油井出砂的主要因素、出砂层的特征和三类防砂方法（机械、化学、复合及其它防砂）的技术原理。一、出砂因素及出砂层的特征1. 影响出砂因素油层是否出砂取决于岩石颗粒的胶结程度地层强度。一般说来，地层应力超过地层强度就可能出砂。出砂的影响因素很多

3、，可以归结为油井本身地质因素（胶结类型示意图1基底胶结；2孔隙胶结；3接触胶结；4杂乱胶结容易出砂的油层岩石主要以接触胶结类型为主，其胶结物含量少，而且其中往往还含有较多的粘土胶结物。胶结物极少的地层仅靠原油粘结岩石颗粒。孔隙度是反映地层致密程度的一个特征参数，胶结疏松易出砂的地层，孔隙度很高，而压实致密的地层孔隙度就很低。利用测井资料和岩心试验，可求得孔隙度在井段纵向上的分布情况，由此作为判断出砂层位及出砂程度的依据。流体性质对油层出砂也有影响。原油粘度高、密度大的油层容易出砂，因为高粘度原油对岩石的拖拽力和粘滞力强，对岩石的冲刷和携砂能力强，很容易将胶结不牢固的砂粒带出油层。2）开采因素开

4、采过程中生产压差的大小及其建立压差的方式，是油层出砂的外在原因。生产压差大，渗流速度快，井壁处油流对岩石的冲刷力就大。井壁附近成为岩层中最大应力区，当岩石承受的剪切应力超过岩石抗剪切强度时，岩石即发生变形和破坏，造成油井出砂。所谓建立生产压差的方式，是指缓慢地还是快速急剧地建立生产压差，因为在相同的压差下，二者在井壁附近油层中所造成的压力梯度不同。快速建立压差时，压力波尚未传播出去，压力分布曲线很陡，井壁处压力梯度很大，易破坏岩石结构而引起出砂；缓慢地建立压差时，压力波可以逐渐传播出去，压力分布曲线比较平缓，井壁处压力梯度小，不易影响岩石结构。开采因素有的可以避免，有的则不可避免，大体归纳如下

5、：（1）固井质量差造成高低压层串通，流体不断冲刷井壁岩石，粘土夹层膨胀，岩石胶结遭到破坏；（2）完井方式选择不当，不能有效地防止油层出砂；（3）生产压差过大，采油速度过高；（4）不适当的增产措施（酸化、压裂）及频繁的修井作业降低了胶结物的强度，破坏岩石结构；（5）油井含水上升；（6）油田开发中、后期，为了保持油井稳产，大幅度提高油井产液量，加剧了对岩石颗粒的冲刷。一般讲，油井出砂主要是地质原因造成的，其次是开采过程中措施不当，从而加剧了油井出砂。2. 出砂地层的分类及特征按地层胶结强度及出砂表现，可将出砂地层分为以下三类。1）流砂地层（未胶结地层）这类地层砂岩颗粒之间无有效的胶结物，仅靠压实作

6、用和内部流体的内聚力作用而成岩，钻井时极易坍塌，取岩芯收获率很低。投产后立即出砂并连续不断，井口含砂量相对稳定，其出砂规律如图82所示。 图82 流砂地层出砂规律这类地层防砂技术难度大，须采用特殊措施来阻止地层出砂，并在地层中大量挤入充填剂或固结剂才能达到防砂目的。2）部分胶结地层这类地层含胶结物较少，胶结差，强度低，取心易破碎。此类地层若不防砂，油井投产后出砂规律如图83所示，表现为含砂量波动变化大。3）脆性砂地层此类地层胶结物含量较多，中等胶结强度，易取心。流体产出时能把砂岩表面颗粒冲刷带走，出砂规律呈周期性变化，如图84所示。由于出砂，使地层中出现冲蚀孔穴，过流面积大增，流速骤降，出砂明

7、显减缓（甚至不出砂），如此周而复始地循环。此类地层采用先期裸眼砾石充填防砂成功率很高。 图83 部分胶结地层出砂规律 图84 脆性砂地层出砂规律二、机械防砂机械防砂又可分为以下两类：第一类：绕丝筛管砾石充填防砂。将绕丝筛管下入井内的防砂层段，用高渗透砾石充填于筛管和套管（油层）的环空之中，有的还将一部分砾石通过射孔孔眼挤入周围地层中，形成多级过滤屏障，阻止油井出砂。这类防砂方法适应性强，应用广泛，对细、中、粗砂岩，直井、定向井、热采井均可应用，防砂成功率高，有效期长。第二类：滤砂管防砂。例如下入割缝筛管、各种地面预制成型的滤砂器管柱（如双层预充填筛管、树脂砂滤砂管、金属棉纤维滤砂管、多孔陶瓷滤

8、砂管、多层网布筛管等）。这类方法施工简单，成本低。缺点是滤砂器容易被细砂堵塞，有效期比砾石充填防砂短，只宜用于中、粗砂粒地层。1.绕丝筛管砾石充填防砂砾石充填（gravel pack）防砂是应用最早，也是应用最广泛的机械防砂方法。常用的砾石充填方式有两种：一是用于裸眼完井的裸眼砾石充填(图85a)；二是用于射孔完井的套管内砾石充填(图85b)。裸眼砾石充填的渗滤面积大，砾石层厚，防砂效果好，有效期长，对油层产能影响小。常用于油井先期防砂，工艺较复杂，且对油层结构要求具有一定强度，对油层条件要求高(如厚度大、无气、水夹层的单一油层)。其它情况则采用套管射孔完井后，再进行套管内砾石充填。 图85砾

9、石充填完井示意图1油管；2水泥环；3套管；4封隔器；5衬管；6砾石；7射孔孔眼砾石充填防砂的施工设计应符合三条基本原则：一是注重防砂效果，正确选用防砂方法，合理设计工艺参数和工艺步骤，以达到阻止油层出砂的目的；二是采用先进的工艺技术，最大限度地减少其对油井产能的影响；三是注重综合经济效益，提高设计质量和施工成功率，降低成本。防砂设计要形成一套完整的程序，有利于方案的系统化和规范化，从而提高施工设计的质量。一般程序为：充填方式选择>地层预处理设计>砾石设计>防砂管柱设计>携砂液设计>施工工艺设计。1) 充填方式选择根据防砂油层、油井的特点和设计原则，结合完井类型选择

10、合适的砾石充填方式。2）地层预处理设计根据油层砂样分析化验的结果和防砂井的具体情况，确定酸化解堵和粘土稳定处理等措施，同时考虑防乳化、防止新生沉淀等问题。这一步对于提高施工成功率、保证油井产能有着重要的意义。3）砾石设计砾石设计主要包括确定砾石尺寸、砾石质量控制和砾石用量。（l）砾石尺寸选择通过筛析实验取得防砂井油层砂样粒度中值 d50后，根据计算公式求得所需用的砾石尺寸，即砾石的粒度中值D50。目前普遍采用Saucier公式D50(56) d50该公式是在大量实验基础上得到的，实验测得的砾砂粒径比与渗透率的关系曲线如图86所示。图87为砾石挡砂机理示意图，图中(a)表示D50d506时，砾石

11、与油层砂界面清楚，砾石挡住了油层砂，油气井无砂生产；图中(b)表示6D50d5014时，油层砂部分侵入砾石充填层，造成砾砂互混，砾石区渗透率下降，尽管油气井不出砂，但产量下降；图中(c)表示D50d5014时，油层砂可以自由通过砾石充填层，防砂无效。图86砾石层渗透率与D50d50的关系图87砾石挡砂机理示意图（2）砾石质量为满足防砂工艺要求，对砾石的质量要求主要有：砂砾粒度均匀；圆度、球度好；在标准的土酸中的溶解度小于1%；砾石试样在水中搅拌后其浊度不大于50度；显微镜观察没有发现两个或两个以上颗粒结晶块；满足抗破碎试验要求。（3）充填砾石用量砾石充填防砂所用的砾石数量要根据充填部位的体积来

12、确定。为了保证施工质量，设计用量时要考虑足够的附加量以提高其防砂效果。4）防砂管柱设计防砂施工管柱通常包括充填工具、生产筛管、信号筛管、光管、扶正器等，如图88所示。图8-8 防砂施工管柱结构（1）绕丝筛管一般选用全焊接不锈钢绕丝筛管如图89所示。它具有抗腐蚀，寿命长、耐高温、流通面积大、筛隙外窄绕丝筛管及其剖面筛管的缝隙尺寸设计以挡住最小粒径砾石为原则，按最小充填砾石粒径的 l223考虑。确定筛管直径的原则是尽可能增大流通面积，又要保证有足够的砾石充填层的径向厚度，以保证充填层的挡砂能力和稳定性。对裸眼充填井，砾石充填环空径向厚度应大于50mm；对管内充填井，应大于25mm。筛管的设计长度应

13、超过产层射孔段上、下界各1.01.5m；裸眼完井的筛管长度应超过扩眼产层上、下界各 l m以上，以便确保筛管对准产层，获得筛管的最大利用率，有利于提高防砂效果。(2) 信号筛管信号筛管是根据地面施工需要设置的一段筛管。对常规低密度循环充填方式，设置上部信号筛管（图8-8）；而对高密度挤压充填方式，设置下部信号筛管；底部信号筛管必须下过油层底界3m以上。其作用是：当信号筛管被充填砾石掩埋时，地面泵压会迅速上升，给施工人员一个信号，以便及时转入下一道施工工序。信号筛管的缝隙和直径尺寸与生产筛管相同，长度一般为 l2 m。(3) 光管防砂管柱上的光管采用普通油管或套管，位于生产筛管与信号筛管之间，或

14、生产筛管与充填工具之间。其作用是在光管与井筒的环形空间内储备一部分充填砾石，因为施工结束后，已填充的砾石会压实或通过炮眼进入油层而使砾石充填的高度下沉，这些储备砾石起到补充作用，以防止生产筛管裸露而使防砂失效。光管的直径与绕丝筛管的中心管直径相同。光管的长度取决于充填方法，对低密度循环充填，光管长度一般为2030 m；对高密度挤压充填，光管长度不小于生产筛管长度。裸眼完井的光管段不宜设计在上部技术套管内，只能设计在裸眼段内，这样，光管与井眼之间的环空可以储存更多砾石。（4）扶正器防砂施工管柱应使用扶正器，以保证管柱在井筒内居中，使筛管周围均匀地布满充填砾石，形成可靠的挡砂屏障。一般要求管柱的居

15、中度不低于67%，需要在管柱上加装足够数量的扶正器。对于垂直井，扶正器间距为58m，对于井斜大于45以上的定向井，扶正器的间距应小于3m。而且倾角越大，扶正器的间距越短。（5）充填工具按充填工艺的需要，常用的砾石充填工具的结构可分为三种：一是下冲法充填工具，工艺要求先把砾石投入防砂井筒，下入有下冲喷头的防砂管柱，从油管内泵入工作液，冲击砾石使其悬浮在井筒中，管柱得以逐渐下放，之后砾石沉降在管柱周围形成挡砂屏障；二是反循环充填工具，工作液和砂浆从油套环空泵入井底，砾石留在筛管周围，返出液进入筛管从油管内返出地面；三是转换充填工具，工作液和砂浆从油管泵入井底，通过转换工具使返出液从油套环空返出地面

16、。下冲法充填工艺，其工具简单，但易造成砾石大小分级现象，只适用于浅井和薄层段；反循环充填工艺，其工具较为简单，但砂浆易受套管内壁杂物的污染，使充填体渗透率下降，且套管柱必须承受充填压力，携砂液流速度低，用液量也较大，因此应尽可能少用；转换充填工具可避免对砂浆的污染，套管也不必承受充填压力，携砂液流速度高，用液量也小，是比较理想的充填方法，但其工具结构复杂、种类多、作业难度大。5）携砂液的选择砾石充填用携砂液要求与其它完井和修井液一样，必须对油层既无伤害又能达到应用目的，因此它在固相颗粒含量与颗粒大小、与油层产液和油层矿物的配伍性、反应生成物不堵塞油层孔隙等方面均有标准。携砂液种类和用量应根据油

17、井的具体情况和工艺要求进行选择和设计。6）施工工序设计施工工序设计包括防砂全过程的各个施工步骤、施工工艺参数及相应技术要求，施工器材的规格、数量以及施工装备的型号、数量等。常规井管内砾石充填工工序如下：（1）防砂准备：基液过滤>配酸>压井>射孔>冲洗孔眼>井筒刮管、热洗。（2）预处理：下管柱>试压（求吸收能力）>挤入前置液>挤酸液（或粘土稳定剂）>泵入顶替液>关井反应>起出管柱。（3）砾石充填：下防砂管柱>洗井（正洗或反洗）>加砂；替砂泵>泵入顶替液>洗井>工具丢手、起出管柱。（4）投产：下生产管柱

18、，开井生产。施工过程中应严格遵守有关井下作业规程和安全规定，并严格技术监督，以确保防砂施工质量和效果。2. 滤砂管防砂通常用于射孔完成井，常用的滤砂管（sand filter）有：树脂砂滤砂管、双层预充填筛管、多孔陶瓷滤砂管、金属棉纤维滤砂管和粉末冶金滤砂管等。使用方法：将上部带有悬挂封隔器的某种滤砂管下入井中，对准出砂层，然后坐封封隔器，并实现丢手，把滤砂管留于井底，起出施工管柱后，再下入生产管柱投产。采油时，地层砂随液流进入井筒，逐渐堆积在滤砂管周围，形成自然砂拱阻止地层出砂。其优点是：适用于中、粗砂岩（d500.1mm），施工简便，费用低。缺点是：随着生产时间延长，滤砂管周围易被地层砂堵

19、死，产能下降，有效期短。下面概述几种滤砂管的结构及性能。1）树脂砂滤砂管它由滤砂管、引鞋和中心管三部分组成，如图810所示。其制作方法是：用精筛选好的石英砂和环氧树脂或酚醛树脂，按一定配比均匀混合，装入特制的模具中，在一定条件下固化成型、脱模取出，便可获得具有一定外形尺寸、适当渗透率的滤胶管和引鞋。适用于（1）合采井早期或后期防砂；（2）中、粗砂岩地层；(3)中等或较低粘度（2Pa.s）原油条件。要求套管质量良好。 图810 滤砂管结构 图811 双层预充填筛管结构1中心管；2引鞋；3滤砂管 2）双层预充填筛管它由陶瓷管结构 图813 整体式金属棉滤砂管结构1接箍；2密封圈；3压盖； 4外管；

20、5陶瓷管；6销钉4）金属纤维滤砂管用耐高温金属棉纤维作为挡砂层。由于特稠油油藏，其地层砂粒度中值一般较大（0.100.15mm），不必在金属棉周围充填砾石，可直接用于注蒸汽热采井，施工简单，其结构如图8-13所示。3. 割缝衬管防砂割缝衬管防砂主要用于出砂不严重的油层，或在裸眼完井情况下，防止岩屑落人井筒中。防砂机理是允许部分被油流携带的细小砂粒通过，将大砂粒阻挡在衬管外，并堆积形成“砂桥”，达到防砂的目的，如图814所示。由于“砂桥”处流体流速很高，小砂粒不能在此停留。这种自然分选使“砂桥”具有较好的流通能力，同时起到保护骨架的作用。割缝的形状和尺寸应根据骨架砂的粒度确定。 图8-14 衬管

21、外自然分选形成“砂桥”示意图1-油层；2-砂桥；3-缝眼；4-井筒缝眼的剖面为梯形，梯形两边夹角一般为12左右，这种外窄内宽的形状可避免砂粒卡死在缝眼内而堵塞衬管。割缝衬管的优点是成本低，但仅适用于中、粗粒砂岩地层（d50>0.15mm），因缝隙尺寸易受腐蚀而增大，故防砂有效期短。4.水平井机械防砂1）工艺原理水平井防砂通常采用套管射孔、滤砂管防砂原理。对流入水平井内液体实施分级过滤，并将一定粒径范围内地层砂阻挡在滤砂管周围，形成稳定砂桥，达到防砂稳产目的。2）射孔方式水平井射孔工艺采用近平衡压力的定向射孔技术。射孔方式为下相位180，四排布孔（图815），孔径1216mm，孔密1620

22、孔m。 图8-15 水平井射孔布空示意图3）工艺管柱（1）水平井防砂管柱结构 悬挂式防砂管柱。主要由悬挂封隔器、扶正器、滤砂管、丝堵等组成（图816）。悬挂封隔器采用液压方式操作，一次投球，分级憋压，完成悬挂、坐封、丢手工序。坐封位置一般在井斜不大于30的直井段内。图8-16 水平井悬挂式防砂管柱示意图 平置式防砂管柱。主要由皮碗封隔器、扶正器、滤砂管、丝堵等组成（图817）。平置式封隔器采用死心球座，无须投球可在水平段任意位置坐封、丢手，完成防砂施工。 图8-17 水平井平置式防砂管柱示意图（2）水平井用滤砂管水平井常用滤砂管主要有：金属毡滤砂管、金属棉多层网布筛管、镶嵌式金属棉滤砂管等。（

23、3）皮碗封隔器该封隔器属于自封式防砂封隔器，主要由丢手总成、扶正器和密封总成组成。封隔器下部连接滤砂管和配套机具。由于封隔器皮碗外径大于套管内径，入井过程中已经自封。4）施工工序水平井施工工序由以下几部分组成：（1）管内防砂替泥浆一>通井一>刮管一>洗井一>替射孔液一>射孔一>下防砂管柱一>坐封一>丢手一>留井，如图8-18所示。 （a）下入（b）丢手 （c）留井图8-18 水平井防砂施工流程 (2) 裸眼内防砂通井一>下防砂管柱一>替泥浆一>洗井一>坐封一>丢手一>留井。 三、化学防砂1. 化学防砂原理

24、及特点化学防砂也称化学固砂(chemical consolidated sand)，是以各种化学材料（水泥浆、酚醛树脂等）为胶结剂，以轻质油或柴油为增孔剂，以各种硬质材料颗粒（石英砂、核桃壳等）为支撑剂，按一定比例搅拌均匀后，挤入套管外地层中，凝固后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，阻止地层出砂。或者不加支撑剂，直接将胶结剂和增孔剂挤入套管外出砂地层中，将疏松砂岩胶固起来，阻止地层出砂。由于化学剂种类很多，应用前先要用在室内对地层岩心或砂样进行胶固防砂试验，并对胶固后的岩心渗透率、抗压（或抗折）强度等技术指标进行测试和评价，然后才能确定化学剂的配方和用量。化学防砂的主要优点是施工简便，只需泵

25、入化学剂即可，井下不留任何装置，如果防砂失败，容易进行补救措施。它对细粉砂岩尤为有效。对未严重出砂的地层和低含水油井成功率较高。对已严重出砂的地层，可先向地层挤入石英砂后，再挤化学剂胶固。不足之处是只适用于井段不超过7.6m的单层或薄层。若井段过长，由于层间吸入能力的差异，使化学剂难以分布于全井段，导致部分层段仍然出砂。由于化学剂胶固后，渗透率通常有较大损失，油井产能会受影响。此外，因化学剂在油层条件下随时间会老化，强度变差，故有效期短。但仍不失为对薄层细粉砂岩防砂的方法。2化学防砂分类按化学剂配方的不同，可将化学防砂方法细分，见表81。可根据表中各种化学防砂方法的适用条件及优缺点结合实际情况

26、选用。以预涂层砾石防砂为例说明其化学防砂工艺。首先在地面制备预涂层砾石，即在筛析后的石英砂表面通过物理或化学方法均匀涂覆一层极薄的树脂，在常温下阴干，形成分散的颗粒，简称覆膜砂。施工时，用某种携带液将其泵入井套管外封隔器(ECP)如图819所示。其防砂机理是利用ECP的膨胀作用压实裸眼井壁，以提高近井地层的地应力水平。油井投产后，地层砂粒在流经射孔孔眼人口处时，在一定条件下，自然堆积形成砂拱，具有一定的承载或挡砂能力，可阻止地层出砂。其作法是：将ECP随套管管柱下入井内正对出砂层位，注入水泥使密封元件产生径向膨胀，其膨胀后直径可为原直径的23倍。从而压实裸眼井壁，迫使近井地层径向应力恢复甚至超

27、过原始地应力水平。水泥凝固后，再用高孔密、小孔径弹射开ECP，形成连接地层和井眼的油流通道。投产时，由于地层应力水平已大幅度提高，不易出砂。即使部分微粒运移到射孔孔眼人口处也会逐渐堆积，形成具有一定承载能力的砂拱，将进一步阻止地层出砂。 其次是油（气）井射孔完成后，不需要向井中下入任何机械装置或挤入化学剂。图819 套管外膨胀式封隔器目前，现有的ECP最长为12.2m，可以单级使用，也可以多级串联使用，但覆盖的单油层井段不宜超过12m。因此，使用范围受到限制。根据ECP防砂机理和现场应用情况，一般认为：1）这种防砂方法的本质是利用建立的稳定砂拱挡砂，而尽量提高近井地层的地应力水平是保证砂拱稳定

28、的关键。2）当油井生产条件的改变时，如含水上升，生产压差放大和井下作业频繁等。可能会破坏砂拱的平衡状态，使防砂失效。因此，只能用于出砂不严重的砂岩地层，而流砂层不宜采用。3) 配合采用高孔密、小孔径射孔工艺有利于改善砂拱稳定性。高孔密可增大渗流面积降低流速；较小孔径可提高孔眼入口处桥拱的承载能力。4）保持流速尽可能稳定（低于临界流速）是维持砂拱稳定的重要条件，只适用于中、低产油井。五、防砂方法选择1选择原则根据油藏地质特征和试油试采资料，结合出砂预测，一旦判断地层必然出砂，应立足于先期防砂。注意保护油层、减少伤害，以保持油井获得最大产能为目标，综合考虑选择技术可靠、经济合理的防砂方法。2选择防

29、砂方法必须考虑的因素1）完井类型。对油、气、水层关系复杂，有泥岩夹层的砂岩，可考虑套管射孔完井，进行先期管内砾石充填防砂。对原油粘度偏高，油层单一，无气、无水夹层的疏松砂岩，可考虑裸眼砾石充填先期防砂。2）完井井段长度。机械防砂一般不受井段长度限制，如果防砂井段长，夹层较厚，可采取分段防砂。化学防砂主要用于短井段地层，一般井段长度不超过8m。3）油层物性。绕丝筛管砾石充填对油层砂的粒度、渗透率、均质性要求不高，但不宜用于粉细砂岩地层。化学防砂对油层砂的粒度适应范围较广，尤其适用于粉细砂岩。滤砂管防砂一般只对中、粗砂岩有效。管外膨胀式封隔器砂拱防砂只适用于出砂不严重的中、粗砂岩。4) 产能损失。

30、无论那种防砂方法都应力争在控制出砂的前提下，使油井产能损失最小。比较而言，砂拱防砂产量损失最小，但防砂稳定性差。裸眼砾石充填油井产能最高，只要油层单一，地质条件允许，可优先考虑选用。粉细砂岩容易引起滤砂管堵塞，导致产能急剧下降，不宜选用滤砂管防砂。在管内绕丝筛管砾石充填和化学防砂施工中应考虑必要的配套措施，以便最大限度地维持油井产能。5) 成本费用。施工成本是选择防砂方法的重要因素，但也要考虑防砂后长期综合经济效益。以上是选择防砂方法时主要考虑的因素。表8-2和表8-3分别列出了各主要防砂方法的适应性和优缺点，供设计时参考。 原油中的蜡是指那些碳数比较高的正构烷烃，通常把C16H34 C64H

31、130 的正构烷烃称为石蜡。纯石蜡为白色无味略带透明的结晶体，相对密度在0.8800.905之间，熔点在4960之间。原油中的蜡是多种化合物的混合物，在油层条件下通常以液态存在，但在开采过程中，随着温度和压力降低，轻质组分会不断逸出，原油溶蜡能力随之降低，原油中的蜡便以结晶体析出、聚集并沉积在管壁等固相表面，即出现结蜡现象。油井结蜡并非是纯石蜡，而是石蜡、胶质、沥青等混合物，通常还含有泥砂、水等。油井结蜡(paraffin deposition)一方面会使油流通道变小，流动阻力增加；另一方面会直接影响抽油设备的正常工作。造成油井减产，严重时会将油流通道全部堵死而停产。因此，防蜡（wax rem

32、oval）和清蜡(paraffin control)是含蜡油井生产管理中的一项十分重要的技术措施。一、影响结蜡的因素通过对油井结蜡现象的观察和结蜡过程的研究，影响结蜡的主要因素是原油的组成（蜡、胶质和沥青的含量）、油井的开采条件（温度、压力、气油比和产量）、原油中的杂质（泥、砂和水等）、管壁的光滑程度及表面性质。其中原油组成是结蜡的内在因素，而温度和压力等则是外部条件。影响油井结蜡的主要因素有如下几方面。1原油性质与含蜡量原油中所含轻质馏分越多，溶蜡能力越强，析蜡温度越低，越不容易结蜡。当压力下降至泡点压力以下时，天然气分离出来，降低了原油的溶蜡能力，析蜡温度上升，结蜡转为严重。2温度当温度保

33、持在析蜡温度以上时，蜡不会析出，就不会结蜡；而温度降到析蜡温度以下时，开始析出蜡结晶，温度越低，析出的蜡越多。值得注意的是，析蜡温度是随开采过程中原油组分变化而变化的，应当根据预测的开发过程原油组成变化情况，用高压物性模拟实验测析蜡温度变化。3原油中胶质和沥青质随着胶质含量增加，析蜡温度降低。胶质本身是活性物质，可以吸附在蜡晶表面，阻止蜡晶的长大。而沥青是胶质的进一步聚合物，不溶于油，呈极细小颗粒分散于油中，对蜡晶起到良好的分散作用。但是，有胶质和沥青存在时，沉积的蜡强度明显增大，不易被油流冲走，又促进了结蜡。由此，胶质和沥青对结蜡的影响，一方面减缓结蜡，另一方面蜡一旦沉积下来，其硬度就比较大

34、。4压力和溶解气在高于原油饱和压力条件下，压力降低，原油不会脱气，蜡的初始结晶温度随压力的降低而降低；在低于饱和压力条件下，压力降低时原油中的气体逸出与气体膨胀都会使油温降低，会降低对蜡的溶解能力，因而使初始结晶温度升高。压力越低，结晶温度增加得越高。同时，气体膨胀带走了原油中一部分热量，引起原油自身温度降低，更促进结蜡。5原油中机械杂质和水机械杂质和水的微粒都会成为结蜡核心，加速结蜡。但随着含水上升，同样的流量，井下温度会上升，析蜡点上移。实践和实验表明，当含水增高到70%以上时，会产生水包油乳化物，蜡被水包住，会阻止蜡晶的聚积，在油管壁上形成水膜，使析出的蜡不容易沉积，减缓结蜡。6流速和管

35、壁特性实验表明，流速与结蜡量呈正态分布，如图8-20所示。开始随流速升高，单位时间通过的结蜡量也增加，析出的蜡也多，所以结蜡严重。当流速达到临界流速以后，由于冲刷作用增强，析出来的蜡不易沉积在管壁上，从而减缓了结蜡速度，结蜡量反而下降。由图中可以看出管材不同，结蜡量也不同，管壁越光滑越不容易结蜡，表面亲水比亲油更不容易结蜡。图820 流速与结蜡量的关系1钢管；2、3塑料管7举升方式举升方式对油井结蜡有一定影响。潜油电泵和水力活塞泵采油因流动温度高不易结蜡，也便于防蜡。自喷井和气举井在井口和井下节流时会引起气体膨胀吸热，温度下降造成结蜡。二、油井结蜡规律分析方法分析结蜡规律必须应从以下几方面进行

36、。1) 收集天然气、原油和石蜡有代表性的样品，进行全分析，从物质基础上掌握其性质，进而了解结蜡规律。2) 测定石油在不同压力下的析蜡温度。3) 测定石油的熔点。4) 测定胶质沥青含量、成分和活性。5) 用冷指（cold finger）、冷板（cold plate）或循环流动等方法，模拟含蜡原油的结蜡过程，掌握结蜡规律，验证上述分析结果。6) 录取油层压力和温度，流动压力和井筒不同深度的温度剖面，用来预测结蜡深度。没有流动温度测试资料时也可以用（1-117）式进行预测。在流动温度剖面上找出低于析蜡温度的深度，此深度即相当于开始结蜡深度，制定清防蜡措施时应在此基础上再加深50100m。三、油井清防

37、蜡方法为了防止油井结蜡，可以从阻止蜡晶析出，抑制石蜡结晶的聚集长大和创造不利于石蜡沉积的条件三个方面入手。油田常用的油井清防蜡方法主要有机械清蜡、热力清防蜡、表面能防蜡（内衬和涂料油管）、化学剂清防蜡、磁防蜡和微生物清防蜡方法等。其中热力清防蜡方法与开采稠油和高凝油所用井筒加热方法基本相同，将在第9章第四节中介绍。值得注意的是清防蜡措施往往不是单一的，而是复合的。1.机械清蜡(knife well)将清蜡工具下入井内，使其上下活动，将结在油管壁上的蜡刮下，并依靠液流将蜡带至地面。在自喷井中采用的清蜡工具主要由刮蜡片和清蜡钻头等。一般情况下采用刮蜡片；如果结蜡严重，则用清蜡钻头。有杆抽油井是利用

38、安装在抽油杆上的活动刮蜡器清除油管和抽油杆上的蜡。常用尼龙刮蜡器，在整个结蜡段的抽油杆柱上相距一定距离（稍小于1/2冲程长度）两端固定限位器，在两限位器之间安装尼龙刮蜡器，它随抽油杆在油管中作上下往复运动，刮掉油管和抽油杆上的蜡，并随液流带走。但是，它不能清除抽油杆接头和限位器上的蜡，所以还要定期辅以其它清蜡措施，如热载体循环洗井或化学清蜡等措施。2.油管内衬和涂层防蜡油管内衬和涂层防蜡是提高管壁的光滑度，改善表面润湿性（达到亲水憎油），使蜡不易沉积，达到防蜡的目的。应用较多的是玻璃衬里油管及涂料油管。玻璃衬里油管（glass liner tubing）是在油管内壁衬上由SiO2、Na2O、C

39、aO、Al2O3、B2O3等氧化物烧结而成的玻璃衬里，其玻璃表面十分光滑且具有亲水憎油特性，同时也具有良好的隔热性能。涂料油管（plastic coated tubing）是在油管内壁涂一层固化后表面光滑且亲水性强的物质，目前应用较多的是聚氨基甲酸酯类的涂料。涂料油管不耐磨，不适用于有杆泵和螺杆泵抽油井，主要用于自喷井和连续气举井防蜡。3.强磁防蜡磁防蜡技术的基本原理是：原油通过磁防蜡器时，石蜡分子在磁场作用下定向排列做有序流动，克服了石蜡分子之间的作用力，而不能按结晶的要求形成石蜡晶体；对于已形成蜡晶的微粒通过磁场后，石蜡晶体细小分散，并且有效地削弱了蜡晶之间、蜡晶与胶体分子之间的粘附力，抑

40、制了蜡晶的聚集长大。另外，磁场处理后还能改变井筒中的结蜡状态，使蜡质变软，易于清除。磁防蜡技术虽已在油田中应用，但其作用机理及如何改善其效果仍需进一步研究。4.化学剂清、防蜡用化学剂对油井进行清蜡和防蜡是目前油田应用比较广泛的方法。通常将药剂从油套环空中加入或通过空心抽油杆加入，不会影响油井的正常生产和其他作业。除可以起到清防蜡效果外，使用某些药剂还可以起到降凝、降粘、解堵的作用。化学清、防蜡剂有油溶型、水溶型和乳液型三种液体清、防蜡剂，此外还有一种固体清、防蜡剂。1）油溶型清防、蜡剂其作用以清蜡为主，现场使用的油溶型清、防蜡剂配方很多，主要由有机溶剂、表面活性剂和少量的聚合物组成，例如大庆号

41、清、防蜡剂的配方为铂重整塔底油30%、120号直馏溶剂汽油66.6%、聚丙烯酰胺0.3%，T渗透剂0.3%。其中有机溶剂主要是将沉积在管壁的蜡溶解，加入表面活性剂的目的是帮助有机溶剂沿沉积蜡中缝隙和蜡与油井管壁的缝隙渗入以增加接触面，提高溶解速度，并促进沉积在管壁表面上的蜡从管壁表面脱落，使之随油流带出油井。部分油溶型清、防蜡剂加入高分子聚合物的目的是希望聚合物与原油中首先析出的蜡晶形成共晶体。由于所加入的聚合物具有特殊结构，分子中具有亲油基团，同时也具有亲水集团，亲油基团与蜡共晶，而亲水集团则伸展在外，阻碍其后析出的蜡与之结合成三维网目结构，从而达到降粘、降凝的目的，也阻碍蜡的沉积并起到一定

42、的防蜡效果。油溶型清、防蜡剂的优点是：对原油适应性较强；溶蜡速度快，加入油井后见效快；产品凝固点低，便于冬季使用。其缺点是：相对密度小，对高含水油井不太合适；燃点低，易着火，使用时必须严格防火措施；一般这类清、防蜡剂具有毒性。2）水溶型清防、蜡剂水溶型清、防蜡剂是由水和许多表面活性剂组成。现场使用的配方是根据各油田原油性质、结蜡条件不同而筛选出来的。但都是在水中加入表面活性剂、互溶剂和碱性物质。常用的有磺酸盐型、季胺盐型、平平加型、聚醚型四大类。这种清、防蜡剂可以起到综合效应。其中，表面活性剂起润湿反转作用，使结蜡表面反转为亲水性表面，表面活性剂被吸附在油管表面有利于石蜡从表面脱落，不利于蜡在

43、表面沉积，从而起到防蜡效果。表面活性剂的渗透性能和分散性能帮助清、防蜡剂渗入松散结构的蜡晶缝隙里，使蜡分子之间的结合力减弱，从而导致蜡晶拆散而分散于油流中。互溶剂的作用是提高油（蜡）与水的互溶程度，可用的互溶剂有醇和醇醚，如甲醇、乙醇、异丙醇、异丁醇、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚等。碱性物质可与蜡中沥青质等有机极性物质反应，产生易分散于水的产物，因而可用水基清、防蜡剂将它从结蜡表面清除，常用的碱性物质有氢氧化钠、氢氧化钾等碱类和硅酸钠、磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠等一类溶于水，使水呈碱性的盐类。水溶型清、防蜡剂的优点是：相对密度较大，对高含水油井应用效果较好；使用安全，无着火危险。其缺点是：见效较慢

44、；显然其凝固点可达2030，但在严寒的冬天使用，其流动性仍然有待改进。3）乳液型清、防蜡剂乳液型清、防蜡剂是将油溶型清、防蜡剂加入水和乳化剂及稳定剂后形成水包油乳状液。这种乳状液加入油井后，在井底温度下进行破乳而释放出对蜡具有良好溶解性能的有机溶剂和油溶性表面活性剂，从而起到清蜡和防蜡的双重效果。乳液型清、防蜡剂具有油溶型清、防蜡剂溶蜡速度快的优点。由于这种清、防蜡剂其乳液的外相是水，因而又像水溶型清、防蜡剂那样使用安全，不易着火且相对密度较大。它的缺点是在制备和贮存时必须稳定，而到达井底后必须立即破乳，这就对乳化剂的选择和对井底破乳温度有着严格的要求，制备和使用时间条件要求较高，否则就起不到

45、清防蜡作用。制备乳液型清、防蜡剂常用的乳化剂为OP型表面活性剂，以及油酸、亚油酸和树脂酸的复合酯与三乙醇胺的混合物。4）固体防蜡剂固体防蜡剂主要由高分枝度的高压聚乙烯、稳定剂和EVA(乙烯-醋酸乙烯酯聚合物)组成,它可以制成粒状,或混溶后在模具中压成一定形状(如蜂窝煤块状)的防蜡块，将其置于油井一定的温度区域或投入井底,在油井温度下逐步溶解而释放出药剂并溶于油中。作为防蜡剂用的聚乙烯要求相对分子量为500030000，最好在20000左右，相对密度为0.860.94，熔点在102107之间，且结晶比较少，或非结晶型为宜。防蜡剂中的EVA，由于具有与蜡结构相似的链节，又具有一定数量的极性基团，它

46、溶于原油中。当冷却时它与原油中的蜡产生共晶作用，然后通过伸展在外的极性基团抑制蜡晶的生长。而溶解在原油中的聚乙烯，当油温降低时，它会首先析出，成为随后析出的石蜡晶核，蜡的晶粒被吸附在聚乙烯的碳链上，由于分枝的空间障碍和栏隔作用也阻碍晶体的长大及聚集，并减少EVA与蜡晶体之间的粘结力，从而使油井的结蜡减少，达到防蜡的目的。固体防蜡剂其优点是作业一次防蜡周期较长（一般长达半年左右），成本较低；其缺点是它对油品的针对性较强，其配方必须根据油井情况和原油析蜡点具体筛选。5）化学剂的加入方法化学清、防蜡剂的配方、浓度和用量必须根据油井情况、原油和石蜡性质具体筛选。重要的是采用合适的加药方法保证清、防蜡剂在原油中的浓度长期始终符合设计要求。总的原则是防蜡时加药方法要保证防蜡剂始终不间断地与石蜡接触，清蜡时要保证清蜡剂有一定时间与石蜡接触，使石蜡溶解和剥离。为此要针对具体情况采取合适的加药方法。（1) 自喷井化学清防蜡。由于井口压力比较高，一般采用高压加药罐加药。将足量清、防蜡剂加入高压加药罐调剖与堵水一、概述由于油层的非均质性或因开采方式不当，使注入水及边水沿高渗透部位不均匀地推进，在纵向上形成单层突进、在横向上形成舌进，造成注入水提前突破，致使油井过早出水，甚至水淹，从而使低渗透部位不能发挥作用，降低了原油的采收率。为此，必须掌握注水井吸水动态和油井出水动态，针对性地采取有效的调剖堵