海上油气田完井手册第九章油、气、水防砂

海上油气田完井手册第九章油、气、水防砂内容摘要：

管（未钻孔）原有的抗拉强度的 80％。 绕丝筛管最常用的扣型为API 平式扣（ NU）、短螺纹扣（ STC）、和长螺纹扣（ LTC）。 3）预充填砾石筛管。 预充填砾石筛管是指内部充填了一层树脂涂敷的砾石层筛管，树脂涂敷砾石层起着阻挡地层砂的作用。 预充填砾石筛管是可用于充填砾石防砂作业的井中，以防万一充填砾石防砂作业失败，如充填砾石质量差或筛管外出现空穴，预充填砾石筛管也可阻挡地层出砂，尽管预充填砾石筛管的树脂涂敷砾石层也会被堵塞，但是局部的堵塞仍可以使油气 井生产。 预充填砾石筛管主要是用于难以进行充填砾石防砂作业的地方（如防砂层段很长，大斜度井、水平井、多层非均质地层）。 有几种不同类型的预充填砾石筛管。 最常见的双层绕丝预充填砾石筛管。 单层绕丝预充填砾石筛管和 Slimpak 预制筛管。 双层绕丝预充填砾石筛管包括二层筛套，一层标准绕丝筛套在里面，另一层绕丝筛套在外面，在二层筛套之间的环空部分填满树脂涂敷的砾石。 整个筛管最后被放在火炉上“烘烤”使树脂涂敷的砾石固结。 单层绕丝预充填砾石筛管是由标准的绕丝筛管发展而来的。 这类筛管，将一特殊的 带孔管罩在筛套外，带孔管外又罩上一层特殊的纸来密封带孔管的扎眼，并在带孔管与管罩之间环空部分充填满树脂涂敷的砾石，然后将单层绕丝预充填砾石筛管放在“烤炉”上烘烤，使树脂涂敷的砾石固化，带孔管外罩的一层纸也就被除去了。 外面的带孔管比筛罩要结实一些，更不易损坏，特别适合下入“狗腿”角度大的井中或磨铣开窗侧钻井中。 Slimpak 筛管与标准绕丝筛管的制造工艺基本类似，它有两大特点：第一，缠绕在带孔基管外面的是网眼很细的筛网，并且固定在基管上，然后才在筛网外面罩上绕丝筛套；第二，在筛网与绕丝筛套之间的空间 充填满树脂涂敷的砾石。 最后将 Slimpak 筛管放在烤炉上烘烤，使树脂涂敷的砾石固化，在筛罩与筛网之间形成一层薄的固化的砾石层。 Slimpak 筛管与其它预充填砾石筛管相比，它的主要优点是内径最大。 （ 3）砾石充填防砂 砾石充填防砂经几十年的技术改进和配套，是目前最有效的防砂方法。 砾石充填的工艺方法是在油气井中下入滤砂管柱后，再进行滤砂管柱外部（包括炮眼和地层近井地带）充填砾石，建立人工防砂屏障。 目前，砾石充填有四种方法： l）低密度充填法：即砾石水充填，用低粘度 的携砂液或盐水，用低的携砂比将砾石携带至防砂井段和防砂管柱外。 2）高密度充填法：即砾石胶液充填，用凝胶作携砂液，并用高的携砂比将砾石携带至防砂井段和防砂管柱外。 3）振动充填法：井下充填工具中带有振动装置，在砾石充填过程中引发滤砂管、盲管等挡砂管柱振动，迫使砾石趋向紧密堆积。 4）压裂充填法：将产层用水力压出裂缝后向裂缝挤人砾石，造成离井眼更远的砾石充填，进一步降低近井带的流动阻力和流速。 （ 4）化学防砂方法 将化学原料注入地层，胶结地层砂或将化学胶结剂预先涂在固体 颗粒表面，然后将其挤进套管外形成人工井壁以达到防砂的目的。 表 924 为化学防砂选用参数表。 化学防砂方法随着机械防砂技术的发展已越来越显得不重要，其优、缺点如下： 优点：对细粉砂地层的防砂效果优于机械防砂。 因为目前机械防砂的最小孔隙只达到防（ 10μ ）以上的砂粒， 以下的粉状砂就只有依靠化学防砂方法。 缺点：化学防砂的胶结剂进入地层，降低地层渗透率；胶结剂易老化，寿命不长；一般化胶结剂价格昂贵，成本高；作业成功率低于机械防砂。 表９ ２ ４ 化学防砂选用参数表 方 法 配方（质量比） 适 用 范 围 水泥砂浆 水 :水泥 :砂＝ ::4 油、水井后期防砂 原料来源广，强度较低，有效期较短 水带干灰砂 水泥 :砂＝ 1:2 高含水油井和注水井后期防砂 原料来源广，成本低，堵塞较严重 柴油水泥浆乳化液 柴油 :水泥 :水＝ 1:1: 少量出砂的油水井防砂 原料来源广，成本低，堵塞较严重 酚醛树脂溶液 苯酚 : 甲醛 : 氨 水＝1:: 油、水井先期和早期防砂 适应性强，成本高，树脂储存期短 树脂核桃壳 树脂 :核桃壳＝ 1: 油、水井早期 和后期防砂 胶结强度高，原料来源少，施工较复杂 树脂砂浆 树脂 :砂＝ 油、水井后期防砂 胶结强度高，施工较复杂 酚醛溶液地下合成 苯酚 :甲醛 :固化剂＝1:2:（ ～ ） 油层湿度在 60℃以上的油水井先期和早期防砂 溶液粘度低，易于泵送，可分层防砂 树脂涂层砾石 树脂：砾石＝ 1:（ 10～ 20） 油层湿度高于 60℃以上的油水井早期和后期防砂 强度较高，渗透率高，施工简单 三、防砂方法的选择 按储集层保护理论和防砂实践的经验，对油气水层实施早期防砂比中、后期防砂效果好 ，特别是对海上油气田更应该考虑早期防砂。 选择防砂方法通常应综合考虑以下因素的利弊。 1．完井类型 完井类型分裸眼防砂和管内防砂完井。 要综合井身结构、井眼形状、地层强度、工艺水平等条件选择防砂方式。 原油粘度偏高、地质条件相对简单，地层砂具有一定胶结强度、产层较薄但又要求高产量，可以考虑裸眼完井防砂，以增大井底渗流面积；而地层条件复杂，含有水、气、泥岩夹层的井应考虑采用管内防砂。 管内防砂也分直井和斜井、水平井管内防砂。 水平井、多底井、多分枝井（ 3 个分枝井眼以上）一般选用滤砂管防砂。 2． 防砂井段长度 机械防砂不受井段长度的限制。 隔层厚的井，可考虑分层防砂。 化学防砂只能在薄层段进行。 3．井筒和井场条件 化学胶结防砂方法适用小井眼、异常压力井。 温度对化学防砂有直接的影响，应注意井筒的温度范围，老油井不适合采用化学防砂方法。 无钻机或修井机条件的井，如不能进行砾石充填防砂，可选用 Pal1（颇尔）公司用连续油管下入的金属网加金属颗粒滤砂管防砂。 4．地层砂物性 化学防砂对地层砂粒度范围适应性大，砾石充填对地层渗透率的均匀性要求不高。 5．产能 裸眼防砂和压裂砾石充填防砂能建立长期较高的、稳定的产能，有条件时应尽量采用。 6．费用 应该考虑综合经济效果，如海上油田应考虑防砂的寿命和滤砂的效率。 根据防砂地层和油、气井的不同类型和特点，综合考虑上述因素，对照表 925 选出合适的防砂方法。 表 925 主要防砂方法优缺点 序号 防砂方法 优 点 缺 点 建 议 1 控制生产压差 1）费用低 1） 无井下监测出砂仪器，难以准确操作 2） 影响产量 3） 砂拱稳性差 4） 容易发生砂堵管柱 一般不选用 2 滤砂管防 砂 1） 施工成功率高 2） 对井眼形状适应性强 3） 方法可靠，有效期较长 4） 可用于多层完井 5） 作业简便，有补救方法 6） 可进和酸化解堵 7） 适用油气井 1） 滤砂管易被堵塞，影响产能 2） 滤砂管易受磨蚀 3 砾石水充填防砂 1） 成功率高达 95％以上 2） 方法可靠，有效期 10 年以上 3） 作业相对简单，费用中等 4） 材料来源广 5） 适用油气井 1） 不适用于细粉砂地层防砂 2） 对异常高压井不选用 3） 一定程度上影响产能 4） 多层防砂费用较高 建议应用（海上） 4 砾石胶液充填防砂 1） 成功率高达 95％以上 2） 方法可靠，有效期 10 年以上 3） 材料来源广 4） 适用油气井 1） 目前不太适用于水平井、分 枝井和多底井 2） 不适用于细粉砂岩 3） 作业相对复杂 4） 不适用于高温高压井 5） 一定程度上影响产能 建议应用（海上） 续表 序号 防砂方法 优 点 缺 点 建 议 5 砾石振动充填（与水充填相近）防砂 1） 成功率高达 95％以上 2） 方法可靠，有效期 10 年以上 3） 作业相对简单，费用中等 4） 材料来源广 5） 适用油气井 6） 充填密实 1） 同砾石水充填 2） 井下工具结构复杂，易出故障 6 压裂法砾石充填防砂 1） 井眼附近渗透性高，流动压差低，防砂效果好 2） 方法可靠，有利于高产，有效期长 3） 适用于油气井，特别适宜细粉砂硫松地层的气 井防砂 1） 目前不适用于水平井、分枝井、多底井 2） 动用设备多，作业相对复杂 3） 施工时间长 4） 不适用于高温高压井 5） 费用高 适用于油气井，特别是硫松砂岩、粉细砂岩气层防砂 7 化学防砂 目前水平下不适宜海上使用 第三节 管内砾石充填防砂工艺 管内砾石充填防砂是油气井在套管射孔后，将砾石充填在射孔炮眼内及筛管／套管、盲管／套管环形空间的一种机械防砂方法。 一、管内砾石充填防砂设计 1．设计原则 防砂井设计应符合以下三个基本原则： 1）注重防砂效果。 正确选用防砂方法，合理 设计工艺步骤和工艺参数，使防砂井的原油含砂量小于 ％。 2）发挥油井产能。 尽量采用先进的工艺技术，最大限度地发挥可能出砂井的产能，甚至增产。 3）讲求综合经济效益。 提高设计质量，施工成功率，降低成本，使防砂井具有高的经济效益。 2．砾石充填设计步骤 施工设计要形成一个完整的程序，有利于方案的系统化和规格化，不至于顾此失彼而影响设计质量。 设计应分步进行，如图 931 防砂施工分步设计程序所示，逐项展开。 地层预处理设计要根据地层砂样分析化验的结果和防砂 井的具体情况，确定酸化解堵方案和粘土稳定处理方案，同时考虑防乳化，防止新生沉淀物等化学处理的问题，对于提高作业成功率，发挥防砂井的产能有密切的关系。 3．砾石的选择 （ 1）收集地层砂样 砾石充填的原理是地层砂被较大砾石挡住，而砾石本身又被筛管挡住。 因此，在砾石充填完井中，最重要的设计参数，是有代表性的地层砂样。 通常有几种方法可以获得砂样。 下面按其可信程度的次序列出可以获得地层砂样的四种方法，应该尽一切努力，使用第 1 种和第 2 种方法获得砂样。 1）用橡皮套取心筒取心，也称密闭式取 心。 2）用钢丝绳方法进行井壁取心。 3）用打捞桶捞砂。 4）生产时随产液带出来的砂。 将取得的砂样送到实验室进行筛析分析，尽量使具有代表性的砂样总重量不少于 200g。 另外，在进行防砂技术设计时，仔细借鉴相同区域其它井在防砂时所使用的砾石尺寸和经验。 假如得不到样品，而且，该地区也没有其它井进行过砾石充填作业，那么，最好的办法就是使用最小尺寸的砾石。 （ 2）地层砂样的筛析 1）筛析地层砂样粒度中值 d50。 取得砂样以后，在实验室进行筛析。 步骤 如下：先清洗砂粒表面粘附的原油，再进行解集和烘干，使砂样变成无油污、干燥、洁净的单颗粒状态。 然后称取 100g 洁净砂样，放入10 个一组不同筛目的标准组筛的顶筛之中并装入振筛机，进行振动分筛 10min 以后，停机取出组筛，并在精确天平上称取每一级标准筛中保留的砂样质量。 假设如表 931 筛析结果。 根据这些筛分数值，计算各级筛目的累积质量百分比。 ① S 形曲线法。 把筛目号与对应的累积质量百分比描绘到半对数纸上，如图 932 筛析曲线所示，得到一条 S 形曲线。 在此曲线上找出累积质量百分比为 50％这点上所对应的筛目尺寸，即为地层砂粒度尺寸，定义为该砂样的粒度中值 d50。 （本例 d50＝ ）。 有时候，所获得的砂样是取自相同层段的几个不同的部位，在这种情况下，必须对每个不同部位样品作出“ S”形曲线。 通常这些“ S”形曲线都绘制在同一张图表下，而且每个“ S”形曲线都应标出 50％点处的粒度值。 为了计算出合适的砾石尺寸，不能取它们在 50％点处的平均值，只能以在 50％点处粒度值最小的那根“ S”形曲线为标准，来选择砾石尺寸。 表 931 筛析结果 筛目号 所得砂样的质量， g 累积质量百分比，％ 16 － － 25 1 1 35 3 4 45 7 11 60 10 21 80 23 44 120 35 79 170 15 94 230 3 97 灰分 3 100 “ S”型曲线为大多数地区所使用的一种方法。 这是一种已经得到了证实的可靠的砾石尺寸选择方法。 ②对数曲线法。 把筛目号和累积质量百分比描绘到对数概率纸上形成筛析曲线，如图 933 对数概率筛析曲线所示。 它表明了同一口油井三个砂样的筛析曲线。 对数概率曲线不是“ S”形的，如果所有使 用的砂样是有代表性的话，对数概率曲线应是一条直线。 这种对数概率法有其固有的优点。 首先，。