氟硼酸防砂技术研究与应用
海外河油田属注水开发稠油油田。主力层东营组为砂岩泥质胶结。由于泥质含量高、成岩作用差，岩石颗粒以点接触为主，储层胶结强度低，生产过程中油井出砂普遍。对出细粉砂以及出泥质的油井，常规防砂方法受到限制，影响油井正常生产。本文从配方组成、作用机理、室内评价、现场试验对氟硼酸防砂体系进行了研究。在海外河油田进行了39井次的现场试验，取得较好的防砂效果。
标签：稠油油田氟硼酸防砂实验研究应用
海外河油田储集层为砂岩泥质胶结，由于泥质含量高（泥岩蒙脱石相对含量高达76.5%）、成岩作用差，岩石颗粒间又以点接触为主，造成储层胶结强度低。由于产出的为细粉泥砂或粘土类物质，且这些产出物呈悬浮状态悬浮于产出液中，造成卡泵和作业频繁。对这种出砂，常规的防砂方法难以成功。89年开发以来，油井在生产过程中出砂普遍。
筛析结果表明：砂粒度中值一般在0.14-0.16mm之间，属细粉砂范畴。
为能达到防砂目的，又不使油井产能下降幅度太大，针对海外河油田的岩性特点，开展了氟硼酸防砂研究工作。
1 氟硼酸防砂剂组成及作用机理
1.1 配方组成
主剂为6%～8%的氟硼酸。辅助添加剂：粘土稳定剂、缓蚀剂、铁离子稳定剂、破乳剂、胶束溶剂等成份。
1.2 反应机理
氟硼酸水解反应为多级水解且反应可逆。
HBF4+H2O → H3O++ BF4-
BF4-+H2O → BF3OH-+HF
BF3OH-+H2O → BF2（OH）2-+HF
BF2（OH）2-+H2O → BF（OH）3-+HF
BF（OH）3-+H2O → H3BO3+HF +OH-
氟硼酸水解动力学方程：
油气田用各种防砂筛管及工艺技术简介 防砂筛管是为了解决油气井开发中油气井出砂问题和水平井组不射孔开发问题而研发的产品。我公司现有激光割缝防砂筛管、打孔筛管、金属棉防砂筛管、TBS防砂筛管、螺旋筛管、V缝自洁防砂筛管以及弹性防砂筛管等各种规格型号的产品，并已批量应用于全国各油田的防砂井和水平井生产中。与目前国内外水平井使用的完井方式相比，各油田水平井产要是以筛管、打孔衬管、射孔三种完井方式为主。由于绝大多数水平井是砂岩油藏和稠油油藏，稠油防砂问题是水平井开发的主要矛盾之一，因此以筛管完井占主导地 位。 用于防砂完井防砂的筛管主要有 金属棉筛管、TBS筛管割缝筛管、弹性筛管、螺旋筛管、V缝自洁防砂筛管 筛管防砂完井的发展历程及性能评价 1、1996年以前 防砂完井技术试验阶段，主要以金属棉筛管完井防砂为主。 金属棉筛管防砂完井后井眼尺寸小，不利于注汽热采、采油生产和后期作业。防砂材料强度不足、不均匀，容易堵塞和损坏（击穿）。 2、1996～2002年间 开发并应用了TBS筛管。TBS筛管是以打孔套管为基管，将金属纤维过滤单元烧结在基管上，单层管结构，内径大，可防细砂，解决了金属棉筛管内径小、堵塞和强度低的问题。 TBS筛管存在问题：过滤单元易脱落、加工工艺性差。 3、2002年以后 由于机械加工工艺的进步，割缝筛管加工成本降低，近几年来在辽河油田应用的最多，主要适用于粗砂、分选性好的油藏。
存在问题：不能防止细砂，缝隙易冲蚀变大、缝型为单一直缝抗压强度低。 4、2005年以后 割缝筛管防砂完井技术推广应用阶段和弹性筛管现场试验阶段 高强度弹性筛管进入现场，显示出明显的优势。 解决了TBS过滤单元脱落的问题，防砂材料采用弹性金属纤维，渗透性能好，抗堵塞性能高，扩大了防砂范围。截止到目前在辽河油田的水平井上应用了32井次。 目前水平井最主要的防砂完井筛管是弹性筛管和割缝筛管。 目前水平井筛管完井方式主要有两种： A、95/8″套管内悬挂7″筛管。 B、7″套管下接7″筛管，上部固井。
第二章防砂方法原理 2.1 防砂方法分类 根据防砂原理及工艺特点，目前主要防砂方法大致可分为机械防砂、化学防砂、复合防砂和其它防砂方法几类。 （1）机械防砂方法 机械防砂方法可以分为两类，第一类是仅下入机械管柱的防砂方法，如绕丝筛管、割缝衬管、各种滤砂管等。这种方法简单易行，施工成本低。缺点是防砂管柱容易被地层砂堵塞，只能阻止地层砂产出到地面而不能阻止地层砂进入井筒，有效期短，只适用于油砂中值大于0.1mm的中、粗砂岩地层。 第二类机械防砂方法为管柱砾石充填，即在井筒内下入绕丝筛管或割缝衬管等机械管柱后，再用砾石或其它类似材料充填在机械管柱与套管的环形空间内，并挤入井筒周围地层，形成多级滤砂屏障，达到挡砂目的。这类方法设计及施工复杂，成本较高；但挡砂效果好，有效期长，成功率高，适用性广，可用于细、中、粗砂岩地层，垂直井，定向井，热采井等复杂条件。砾石充填防砂的缺点主要是施工复杂，一次性投入高；若砾石尺寸选择不当，地层砂侵入砾石层后会增加油流入井的阻力，影响防砂后的油井产能。研究结果表明，砾石充填井筒附过主要压降损失在填有砾石的射孔炮眼内。因施工过程较长，必须注意减少作业过程中对油层的作害。 （2）化学防砂 化学防砂是向地层中挤入一定数量的化学剂或化学剂与砂浆的混合物，达到充填、固结地层、提高地层强度的目的。化学防砂主要分为人工胶结地层和人工井壁两种方法。人工胶结地层是向地层注入树脂或其它化学固砂剂，直接将地层砂固结；人工井壁是将树脂砂浆液、预涂层砾石、水带干灰砂、水泥砂浆、乳化水泥等挤入井筒周围地层中，固结后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁。 化学防砂方法适用于薄层短井段，对粉细砂岩地层的防砂效果好，施工后井筒内不留下任何机械装置，便于后期处理。缺点是有机化学剂材料成本高，对油藏温度的适应性较差，易老化，有效期短，固结后地层渗透率明显下降，产能损失大。 （3）焦化防砂
本科生毕业设计（论文） 论文题目：油井防砂工艺技术研究 学生姓名：××× 学号： 系别：石油工程系 专业年级： 指导教师：
目录 第一章绪论 .................... 错误！未定义书签。 1. 研究的目的和意义....................................................................................... 错误！未定义书签。 2. 国内外研究现状........................................................................................... 错误！未定义书签。 3. 研究的目标、技术路线及所完成的工作................................................... 错误！未定义书签。 3.1 研究的目标......................................................................................... 错误！未定义书签。 3.2 技术路线............................................................................................. 错误！未定义书签。 3.3 本文所完成的工作............................................................................. 错误！未定义书签。第二章出砂原因和出砂机理 ...... 错误！未定义书签。 1. 出砂因素....................................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1 地质因素............................................................................................. 错误！未定义书签。 1.2 开采因素............................................................................................. 错误！未定义书签。 1.3 完井因素............................................................................................. 错误！未定义书签。 2. 油层出砂机理............................................................................................... 错误！未定义书签。 2.1 剪切破坏机理..................................................................................... 错误！未定义书签。 2.2 拉伸破坏机理..................................................................................... 错误！未定义书签。 2.3 微粒运移............................................................................................. 错误！未定义书签。第三章稠油井防砂及配套工艺技术研究错误！未定义书 签。 1. 孤岛油田稠油热采区块开发概况............................................................... 错误！未定义书签。 2. 稠油热采一次防砂工艺的研究................................................................... 错误！未定义书签。 2.1 稠油热采一次防砂工艺防砂机理..................................................... 错误！未定义书签。 2.2 割缝管防砂工艺的研究..................................................................... 错误！未定义书签。 3. 配套工艺技术研究....................................................................................... 错误！未定义书签。 3.1 高温防砂剂强度及耐温性能的研究................................................. 错误！未定义书签。 3.2 射孔工艺............................................................................................. 错误！未定义书签。 3.3 深部处理油层技术............................................................................. 错误！未定义书签。 4. 现场应用效果分析....................................................................................... 错误！未定义书签。 5. 小结............................................................................................................... 错误！未定义书签。第四章结论及建议 .............. 错误！未定义书签。 1. 结论............................................................................................................... 错误！未定义书签。 2. 建议............................................................................................................... 错误！未定义书签。致谢 ............................ 错误！未定义书签。 参考文献 ........................ 错误！未定义书签。
收稿日期:2007 01 20 专利项目:本装置已获国家实用新型专利(ZL 200420040117.4) 作者简介:范玉斌(1970 ),男,山东高唐人,技师,2006年毕业于中国石油大学石油工程专业,主要从事海洋石油工程技 术及管理工作。 文章编号:1001 3482(2008)09 0091 04 新型抽砂防砂工艺技术研究与应用 范玉斌,安茂吉,王 涛,张 乐,吴志民,李新晓,韩宗峰 (胜利石油管理局井下作业公司,山东东营257077) 摘要:从抽砂、防砂的理论研究出发,利用研制的专利产品 冲砂转换装置,初步探索出了抽砂、防砂工艺技术。在冲砂后起钻时依靠单向皮碗的抽汲作用,将聚集在近井地带的地层砂抽出,改善 地层砂砾运移造成的地层堵塞,使井筒附近流体渗流通道增大,起到一定的防砂作用,为后续的防砂提供了良好的防砂环境,使防砂一次成功率和施工进度大大提高。关键词:抽砂防砂;渗流通道;防砂环境;后续防砂中图分类号:T E358.1 文献标识码:B Study of New Sand Washing and Sand Prevention Technology and Its Application FAN Yu bin,AN M ao ji,WANG Tao,ZH ANG Le,WU Zhi min, LI Xin xiao,H AN Zong feng (Sheng li Oilf ield D ow nhole Op er ation Co.,D ongy ing 257077,China) Abstract:T his paper intro duces a new technolog y o f sand w ashing and sand prevention using pa tented sand w ashing cro ssover assembly w hich is based on conventional method.T he sand w hich is accumulated in the near w ellbore area w ill be mo ved by using sw abbing action of the unidir ec tional leather cup.T his action can improve the flow matr ix o f the near w ellbo re ar ea and enhance the sand prev ention effect. Key words:sand w ashing and sand preventio n;flow m atrix ;conditio n o f sand prevention;succee ding sand prevention 油、气井防砂方法很多,但都是在油井出砂后,或者根据区块特性、油井的声波时差等资料来分析判断该油井出砂情况,会出现防砂效果不理想的情况,防砂一次成功率低、有效期短。探索抽砂、防砂工艺的最初目的并不是为了油井防砂,而是为了抽出井筒及近井地带聚集的地层砂,减小地层堵塞,为地层流体更好流入井筒提供新的通道。因此,抽砂防砂工艺不单独作为油井防砂的一种方法,只是作为一种其他防砂方法的前期清理油层通道的方法,但也起到防砂的作用,能延长油井的生产周期,故称 为抽砂防砂。 1 防砂现状及特点 目前,防砂方法可分为砂拱防砂、机械防砂[1] 、化学防砂、热力焦化防砂、复合防砂5大类。其共同特点是防砂都经过2道工序:一是把井筒内的砂子冲出;二是再用各种方法把井筒外的油层重新打开,开辟新的油路通道[2]。没有一种方法是把近井地带聚集砂抽出一部分,以减少油流通道障碍,达到延长油井生产周期的目的。 2008年第37卷 石油矿场机械 第9期第91页 OIL FIELD EQUIPMENT 2008,37(9):91~94
化学防砂是将一定量的化学胶结物及填充材料挤入地层，待其凝固后，可提高地层强度或形成具有一定强度的挡砂屏障，达到防砂的目的。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，适用于疏松油层出砂。后者是把具有特殊性能的水泥、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，适宜于由出砂造成套管外油层部位坍塌所造成的亏空井防砂。自２０世纪６０年代研究酚醛树脂地下合成、水带干灰砂等化学防砂工艺开始，经过多年的研究，现已形成了以化学胶结防砂、人工井壁防砂为主的十几种化学防砂方法，化学防砂从油层出砂的主要原因着手，达到了标本兼治的目的。化学胶结防砂就是用胶结剂将松散的砂与砂的接触点处胶结起来，为了胶结砂层中的砂粒，一般把化学胶结过程分为以下步骤：预处理液的注入、胶结剂的注入、增孔液的注入、胶结剂的固化。 （１）预处理液的注入。根据砂层需要预处理目的不同，预处理液也不同：①除砂粒表面的油，预处理液一般用液化石油气、汽油、煤油、柴油等；②除砂粒表面的水，预处理液一般用乙二醇丁醚；③除去影响胶结固化的碳酸盐，预处理液一般用盐酸；④改变砂粒表面的润湿性，预处理液一般用活性剂溶液。 （２）胶结剂的注入。砂层的不均质性使胶结剂更多的沿高渗透层进入砂层，影响防砂效果。为了使胶结剂均匀的注入，在注胶结剂前，可先注一段分散剂。由于分散剂可减少高渗透层的渗透率，从而使胶结剂可以比较均匀地分散入砂层。分散剂一般用异丙醇、柴油和乙基纤维素的混合物。当把分散剂注入砂岩时，分散剂将更多的进入高渗透层，引起高渗透层渗透率降低，因此要提高防砂效果需注意分散剂的选择。一种好的胶结剂必须能润湿砂粒表面，在增孔液通过后仍有一定数量残留在砂粒接触处，并在一定条件下固化，将砂粒胶结起来，达到防砂的目的。常用的胶结剂主要有：酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、硅酸钙、二氧化硅和焦炭。 （３）增孔液的注入。对砂粒起胶结作用的胶结剂是沾在砂粒接触点处的胶结剂，在砂粒空隙中的胶结剂在固化后将引起砂层的堵塞，减少胶结后砂层的渗透率，因此要用增孔液将这部分胶结剂推至地层深处。常用的增孔液有煤油、柴油及合成有机试剂等。 （４）胶结剂的固化。对不同胶结剂有不同的固化方法。胶结剂的固化，主要用化学方法。胶结剂固化后可将砂粒胶结住，达到防砂的目的。目前，常用的方法主要有相分离法和后冲洗法。相分离法用的是烃类溶剂中比较稀的树脂溶液，与一种活化剂结合之后，过段时间液态树脂就与溶剂相分离并固化。发生分离后的树脂仍处于液态，它被毛管力吸引到颗粒－颗粒间的接触点上。后冲洗法用的是一种高屈服值树脂溶液。把后冲洗液泵人地层中，驱替到只剩下颗粒－颗粒接触点处的残余树脂膜的饱和度，以建立一定的渗透率。后冲洗液用来控制树脂膜的厚度，因此也控制抗压强度和渗透率。后冲洗液通常是烃类，但也可以是水溶液。它可能含有催化剂或增速剂。为提高驱替效果，有些配成粘稠液体。人工井壁防砂用于已出砂层的防砂，目的是在砂层的亏空处做一个由固结颗粒材料所组成的有足够渗透率的防砂屏障，形成密实充填，使地层恢复或部分恢复原始应力，从而使油气井具备开井生产条 件。人工井壁种类很多，如预涂层砾石、树脂砂浆、水泥砂浆、树脂核桃壳等。所形成的人工井壁从机械上束缚住地层砂。人工井壁防砂可以分为六种，分别是：水泥砂浆人工井壁、水带干灰砂人工井壁、柴油乳化水泥浆井壁、树脂桃核壳人工井壁、树脂砂浆人工井壁、预涂层砾石人工井壁。各种人工井壁防砂适用情况如表１所示： 常用的化学防砂方法的配方如下表２所示： 脲醛树脂溶液防砂基于脲醛树脂在一定条件下可以牢固固结地层砂砾的特性。以脲醛树脂，偶联剂和固化剂混合物作为胶结剂，以水为增孔剂，按一定比例混合后挤入出砂层位，在油层条件下凝固，将井壁附近的疏松砂岩胶结牢固，形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，防止油层出砂。该方法防砂费用低，适用温度和含水范围广，固结强度高，渗透性良好，溶液粘度较低，易挤入油层，可用于分层防砂，是高含水油层的一种有效防砂方法。脲醛树脂溶液防砂工艺于１９９０年１０月投入现场应用，截止２００２年７月底在孤东、滨南、纯梁、东辛等油田广泛应用，累计防砂达５２０多井次，防砂成功率在８０％以上，高含水井在防砂的同时产生了一定的堵水效果，技术和经济效益明显。 硅酸固化高分子新型防砂剂（ＳＡ－２）由无机硅酸粒熟料（氧化钙、硅酸钙、少量防膨剂等成分）复合而成。首先，把无机硅酸粒熟料加工成规定粒径组成的颗粒，然后高温烧制成一种亲水固化物，最后在其表面涂裹上一层高分子表面活性剂，就形成了一种新型的防砂材料。在孤岛油田、孤东油田等多个主力区块中，选取出粘土砂的井，进行了硅酸固化高分子防砂剂的防砂堵水试验。共实施２０井次，开井２０井次，有效１８井次，有效率达９０％，平均单井防砂有效期１４３天。 酚醛树脂防砂剂在油田中的应用很广，目前取得很好成绩的有以下几种：酚醛树脂涂敷防砂、酚醛溶液地下合成树脂防砂及酚醛树脂桃核防砂。并在胜利油田都取得了不错的成绩，以其中的酚醛树脂涂敷防砂技术的应用为例，从１９９１年开发该技术起到１９９３年６月为止，采用该种防砂技术进行油井防砂２３１井次，水井防砂４８井次，成功率达到了４８．５％。１ 化学防砂的研究 ２化学防砂的应用 １．１化学胶结防砂 １．２人工井壁防砂 １．３化学防砂配方 ２．１脲醛树脂防砂剂的应用２．２硅酸固化高分子防砂剂的应用 ２．３酚醛树脂防砂剂的应用 ［１］ ［４］表１各种人工井壁防砂适用情况 表２化学防砂选用参考表 ［２］ ［３］ ３ 化学防砂的发展趋势 （转１００页） 化学防砂在疏松砂岩油藏中的应用与发展趋势 （长江大学石油工程学院） 曾念 赵林 吴华 摘要关键词化学防砂具有工艺简单、渗透率恢复值高、适合疏松砂岩油藏防砂、后处理简单等特点。本文就化学防砂的特点、主要方法及应用进行探讨，介绍了化学胶结防砂、人工井壁防砂两种主要方法，并指出化学防砂技术的发展方向。 化学防砂固砂剂化学胶结剂人工井壁防砂
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/7b19114490.html, 油井防砂工艺 作者：崔浩 来源：《环球市场信息导报》2013年第02期 疏松砂岩油藏分布范围广、储量大，这类油藏开采中的主要矛盾之一是油井出砂。因此，油井防砂工艺技术的研究和发展对疏松砂岩油藏的顺利开发至关重要。国内防砂工艺技术的发展已有数十年的历史，辽河油田在油气井防砂方面也作了大量的工作，丰富和提高了国内防砂工艺技术水平。目前已形成机械防砂工艺、化学防砂工艺和复合防砂工艺三大体系的油气水井防砂工艺技术。 各种防砂方法应用概况。辽河油田疏松砂岩油藏储量大、类型多、分布广、防砂工作量大，防砂井次呈上升趋势。随着含水的上升和采液强度的提高，出砂井数越来越多，如何应用更先进的防砂工艺技术，提高防砂效果显得尤为重要。 各种防砂方法的比较。从统计结果分析，目前，在应用规模上，高压挤压砾石充填防砂工艺是2828井次，其次是复合防砂698井次和管内循环充填防砂687井次；对防砂效果来说，由于范围大，井数多，工作量大，大部分采油厂都未做这项工作，许多资料都是临时收集，其准确性及可信度较难把握，很难统计出准确的结果。 通过调研发现，辽河油田防砂工艺技术已实现了由单一的生产维护措施到防砂增产措施的转变；由单项工艺技术到配套集成技术系列的转变；工艺向油藏深入，不断提高工艺与油藏适应性的转变。通过数据统计分析及调研走访，发现了防砂工艺技术在应用实施、质量管理、监督监控、人员素质等方面存在着各种各样的问题。为了进一步提高辽河油田防砂工艺水平，最大程度提高中高渗透疏松砂岩油藏的采出程度，提高该类油藏油井的防砂免修期，降低油田的防砂作业成本，需建立完善的防砂市场监督管理体系，制定科学的技术规范，为辽河油田剩余油开发，挖潜上产，油气当量重上三千万提供有效的保障措施。 高含水油井。主要特点是油井采油强度高、生产压差增大，出砂加剧；注水开发使地层胶结物不断溶失，导致地层骨架破坏，出砂加剧，含水上升，影响油井生产；套变套损井逐年增多，据不完全统计，每年套损套变井按照正常生产井的20%速度递增。 海上油田。海上油田同时射开层数多、井段长、层间物性差异大，多年的高速强采使层间矛盾更加突出，单一的滤砂管防砂工艺和笼统的高压充填已不能满足海上提速提液的开发需求。 难动用区块稠油粉细砂岩油藏防砂难度大。稠油疏松砂岩区块，携砂力强，防砂注汽后，一方面放喷速度过快，易冲蚀挡砂屏障。另一方面粉细砂运移，导致油井产能迅速降低。
超渗透高强度砂低成本防砂技术简介 天津大港金科源石油工程技术服务有限公司 联系人：陈先生
超渗透高强度砂低成本防砂技术 一、原理： 该项防砂技术主要是采用高强度、高渗透材料、水下固结剂以及几种添加剂经过处理制成油水井井下人工井壁防砂基础材料，然后用携砂液将“高强度、高渗透”携送到井底，通过炮眼，在油层油井井眼周围堆积压实，在地层强度压力等条件下经过一定时间形成具有高强度超渗透性的人工井壁，从而达到防砂防而不死且能增产增注的目的。防砂示意图如下。 二、技术创新： 1、高强度 ①胶体水下抗压强度＞88Ｍpa ②胶体水下抗拉强度＞28Ｍpa ③水下钢对钢（45#钢/45#） ④剪切强度＞15Ｍpa ⑤水下固结砂体强度＞15Ｍpa ⑥冲击强度＞50kg.cm 2、砂体超渗透率 水下固结砂体空气渗透率＞10达西 3、适用温度范围大 ①适用温度：-8℃－120℃均能完全固化 ②恒温加热实验在60℃－80℃温度增强，120小时试验结果抗拉强度不下降，
说明耐热性比较好． ③冷冻试验在-20±2℃的冰箱中进行冷冻，在室温25℃左右解冻抗拉强度不下降，说明耐寒性能较好． 4、低粘度、渗透性好、附着力强 最低粘度Ｍ可泵性能强 刚性材料渗透能力（cm/s）Ｋ＝00000 附着力是一级 5、超渗透高强度砂体性能稳定 在油气水高温高压酸碱侵蚀等环境长期作用条件下其性能稳定不降低，耐水耐酸耐碱耐腐蚀能力强． 6水下固结 产品所用固结剂能在水下存有油水，潮湿等环境下固结，其固结强度与地面正常情况固结强度相同。 7长井段多层段封口牢固，解决了化学防砂封难的问题 8可等同割缝使用，并且固化后也可随时钻掉 三、适用范围 1、地层出砂较严重难以正常生产的油井 2、地层出砂较细一般防砂材料挡不住细粉砂或挡住后油井被堵死的油井，采用此技术可以达到防而不死的效果． 3、水井出砂较为严重，防砂后注水注不进的井可采用此技术达到即防砂又增注的目的． 4、注水井地层污染严重，粘土膨胀，地层堵塞，注水注不进去的井，可采用此技术建立较大的高渗透带起到减压增注的效果．
油水井防砂工艺 一、油水井出砂原因 油水井出砂是由近井地带岩层结构破坏引起的，与地层应力和地层强度有关。地层应力包括地层结构应力（如弹性、塑性应力）、地层孔隙压力、上覆岩层压力流体流动时拖拽力和生产压差。地层被钻穿后，井壁岩石的原始应力平衡状态被破坏，并且在整个采油过程中保持最大应力。因此在一定的外部条件下井壁的岩石首先发生变形和破坏。根据出砂内外因素分为地质因素和开发因素： 地质因素 （一）地层胶结疏松 地层流体在生产压差条件下向井眼方向发生渗流，致使岩石颗粒之间的胶结物发生运移，地层结构破坏，引起地层出砂，当其它条件相同，地层渗透率越高，岩石强度越低，地层越容易出砂。 （二）地层构造变化 地层在构造上发生急剧变化的区域，例如在断层多、裂缝发育、地层倾角大及边水活跃的地区，由于地层岩石原始应力状态被复杂化，容易引起地层出砂。 开发因素 （一）在地层流体渗流过程中，大部分有效压头消耗在井壁附近，因此，井壁岩石渗流冲刷作用最大，也容易变形和破坏。 （二）不恰当的开发速度及采油速度的突然变化、注水井急剧放压等原因造成地层压力梯度发生急剧变化，致使岩层结构破坏引起出砂。 （三）频繁的增产措施会破坏地层岩石的结构，引起地层出砂。 （四）油井出水时，泥质胶结物水化膨胀并分散成细小颗粒，在地层压差作用下随着油水流线向井眼方向运移，造成油水井出砂、出泥。 （五）在油水井生产过程中，油气层孔隙压力总体上是不断下降的，而上覆岩层对地层颗粒即其胶结物的有效应力则是不断增加的，致使颗粒之间的应力平衡被破坏，胶结力下降引起地层出砂。 （六）在注水开发油田时，当油田含水量上升，为维持原油产量必须提高采液速度，加大地层流体对岩石颗粒的拖拽力。引起油层出砂。 （七）当井壁附近的岩石结构破坏到一定程度，就会出现流砂现象，这时即使压差很小，大批沙子也会无控制流出。
一、防砂工艺 1. 出砂的原因 1.1 出砂的地质条件（内因） a. 地层地质年代新（第三系、第四系）； b. 埋藏浅（一般小于1500m），压实作用差； c. 地层胶结强度低（可由室内岩芯实验确定）； d. 机杂及胶结物含量低； e. 以泥质胶结为主的敏感性（水敏和速敏）储层，遇水后易发生膨胀和运移； f. 高孔(25.0%～30.0%)和高渗(数百到数千 md）； g. 往往是稠油油藏，流动阻力大； h. 断块油藏——断层发育，构造应力大； 1.2 出砂的开发因素（外因） a. 地层压力降低，出砂； b. 完井方式与参数； c. 生产压差：避免压力激动和过大压差； d. 油井含水：含水上升，出砂加剧； e. 地层损害：渗透率降低，出砂； f. 钻井/作业：液体漏失、地层损害。
2. Palogue油田的出砂预测 2.1 组合模量法 储层岩石强度是决定油气井是否出砂的主要因素，它与其弹性参数如剪切模量、体积模量有良好的相关性。美国莫尔比石油公司提出的组合模量法能很好的预测油藏是否出砂。组合模量法在墨西哥湾和北海已广泛应用，当Ec大于3×106psi时油气井不出砂。 E c =(9.94×108ρ r )/△t2 c 式中： E c ----岩石组合模量（岩石密度、声波时差函数），×1.4503×106psi ρ r ----岩石密度，g/cm3 t----岩石纵波时差，μs/m 胜利油田通过现场应用，最终得到出砂界限值： E c >3×106psi，在正常生产中油气井不出砂； 2.03×106psi 国内外防砂决策及工艺技术调研报告 1.出砂机理理论基础 1.1地层出砂的影响因素 油层出砂是由于井底附近地带的岩层结构破坏所引起的，它是各种因素综合影响的结果，这些因素可以归结为两个方面，即地质条件和开采因素，其中地质条件是内因，开采因素是外因。 1.1.1内因—砂岩油层的地质条件 (1)应力状态 砂岩油层在钻井前处于应力平衡状态。垂向应力大小取决于油层埋藏深度和上覆岩石的密度；水平应力大小除了与油层埋藏深度有关外，还与油层构造形成条件及岩石力学性质和油层孔隙中的压力有关。钻开油层后，井壁附近岩石的原始应力平衡状态遭到破坏，造成井壁附近岩石的应力集中。在其它条件相同的情况下，油层埋藏越深，岩石的垂向应力越大，井壁的水平应力相应增加，所以井壁附近的岩石就越容易变形和破坏，从而引起在采油过程中油层出砂，甚至井壁坍塌。 (2)岩石的胶结状态 油层出砂与油层岩石胶结物种类、数量和胶结方式有着密切的关系。通常油层砂岩的胶结物主要有粘土、碳酸盐和硅质、铁质三种，以硅质和铁质胶结物的胶结强度最大，碳酸盐胶结物次之，粘土胶结物最差。对于同一类型的胶结物，其数量越多，胶结强度越大。 油层砂岩的胶结方式主要有三种(图9-1)，一是基底胶结，砂岩颗粒完全浸没在胶结物中，彼此互不接触或接触很少，其胶结强度为最大，但由 于其孔隙度和渗透率均很低，很难成为好的储油层；二是接触胶结，胶结物的数量不多，仅存于岩石颗粒接触处，其胶结强度最低；三是孔隙胶结，胶结物的数量介于基底胶结和接触胶结之间，胶结物不仅存在于岩石颗粒接触处，还充填于部分孔隙中，其胶结强度也处于基底胶结和接触胶结之间。 图1-1 油层砂岩胶结方式示意图 a—基底胶结；b—接触胶结；c—孔隙胶结 容易出砂的油层岩石主要以接触胶结方式为主，其胶结物数量少，而且其中往往含有较多的粘土胶结物。 (3)渗透率的影响 渗透率的高低是油层岩石颗粒组成、孔隙结构和孔隙度等岩石物理属性的综合反应。实验和生产实践证明，当其它条件相同时，油层的渗透率越高，其胶结强度越低，油层越容易出砂。 1.1.2外因—开采因素 (1)固井质量 由于固井质量差，使得套管外水泥环和井壁岩石没有粘在一起，在生 防砂新工艺的研究及效果 目录 第1章前言 (1) 第2章防砂新工艺的探索 (2) 2.1 疏松砂岩油藏出砂机理探讨 (2) 2.1.1 胶结强度的影响 (2) 2.1.2 地应力的影响 (2) 2.1.3 开采条件 (3) 2.2 目前防砂工艺原理及问题 (4) 2.2.1 防砂影响因素 (4) 2.2.2 防砂失败影响因素 (4) 第3章新工艺防砂机理 (6) 3.1 高压预充填 (6) 3.2 涂料砂人工井壁防砂 (6) 3.3 金属绕丝筛管复合防砂 (6) 3.4 射流泵排砂工艺 (6) 第4章防砂新工艺的现场试验及效果 (8) 4.1 选井 (8) 4.2 现场试验情况及效果评价 (8) 第5章排砂采油井的管理应注意的事项 (14) 第6章结论 (15) 致谢 (16) 第一章前言 滨南油区部分油藏胶结疏松，容易出砂。目前的绕丝管内砾石充填防砂投产取得了较好的效果，但是还存在粉细砂防不住、筛管损坏防沙失效和不能进行分层注水、分层测试及分层改造等问题。本课题主要对疏松砂岩油藏的出砂机理和目前的防砂工艺进行研究，探索高压预填砂、涂料防砂、人工井壁防砂、金属绕丝管复合防砂和射流泵排砂等新的防砂工艺机理，优选油井进行了防砂新工艺的现场实验，以注水开发的常规井和注蒸汽吞吐的稠油热采井为导向，在尚林地区和单家寺油田展开实验，取得了较好的效果。 第二章防砂新工艺的探索 2.1 疏松砂岩油藏出砂机理探讨 滨南油区的各个油藏虽然差异很大，但出砂的原因基本类似。油层出砂是由于井底近井地带的岩层结构遭到破坏所引起的，即剪切破坏和拉伸破坏。它与岩石的胶结强度、应力状态和开采条件有关。 2.1.1 胶结强度的影响 岩石的胶结强度取决于胶结物的种类、数量和胶结方式。通常砂岩的胶结物主要为粘土、碳酸盐和硅质三种。其中以硅质胶结物的强度为最大，粘土胶结最差。对于同一类型的胶结物，其数量越多，则胶结强度越大，反之越小。胶结方式不同，岩石的胶结强度也不同，岩石的胶结方式可分为： （1）基底胶结：当胶结物的数量大于岩石颗粒数量时，颗粒完全浸没在胶结物中，彼此互不接触或接触很少。这种砂岩的胶结强度最大，但由于孔隙度、渗透率均很低，所以很难成为好的储油层。 （2）接触胶结：胶结物数量不多，仅存在于颗粒接触的地方。这种砂岩胶结强度最低。 （3）孔隙胶结：胶结物数量介于上述两种胶结类型中间。胶结物不仅在颗粒接触处，还充填于部分孔隙中。胶结强度也处于上述两种方式的强度之间。 滨南易出砂的油层主要以接触胶结方式为主，其胶结物数量少，而且胶结物中粘土含量较高。但这种储油层孔隙大、渗透性好。如单二块油层是以稠油为胶结物，所以油层严重出砂。 2.1.2 地应力的影响 地应力是决定岩石原始应力状态及其变形破坏的主要因素。钻开岩层前，岩石在垂向和侧向地应力作用下处于平衡状态。垂向地应力大小取决于油层深度和岩石比重，侧向地应力除与地层深度有关外，还与岩石的力学性质及岩石中的流体压力有关。钻井后近井地带的应力平衡遭到破坏，射孔使井筒周围岩石产生不同程度的损坏，水泥环松动、炮眼周围地应力作用使岩石剪切破坏，颗粒压碎造成出砂，这与过低的井底压力或过大的生产压差有关在生产过程中，井壁岩石都将保持最大的应力值。以上是影响油层出砂的内在因素。 项目名称：压裂防砂技术研究与实验 负责单位：吐哈油田分公司开发事业部 承担单位：吐哈油田分公司吐鲁番采油厂 吐哈石油勘探开发指挥部钻采工艺研究院 2003年9月 ,. 负责单位负责人：金志鹏 承担单位负责人：周自武刘建伟 承担单位具体负责人：王宇宾刘兆江 目录 一、问题的提出 (3) 二、油井出砂状况机理分析与评价 (6) 三、压裂防砂技术原理及特点 (9) 四、国内外技术状况 (10) 五、压裂防砂工艺技术研究 (12) 六、适合压裂防砂的支撑剂优选 (18) 七、低伤害压裂液的研究与优选 (20) 八、前期压裂防砂现场试验总结分析 (24) 九、压裂防砂试验下部工作安排 (27) 一、问题的提出 吐哈油田雁木西油田和鲁克沁稠油油田都存在一个共同的问题，即油井出砂严重，影响了正常生产。雁木西油田储层中孔低渗，岩性以细砂岩为主，中孔细喉道，平均孔径58.2m m，孔吼直径均值8.04m m，胶结疏松。投产初期油井自喷产能低，出砂较严重，储层出砂造成了严重的地层伤害。采用烧结防砂筛管防砂后，见到了较好的防砂效果，但不能完全满足防砂稳产要求。同时，采用防砂管防砂其有效期一般都不长，粉细砂在井筒中逐渐堆积，使油井产量越来越低。鲁克沁稠油油田表现更加突出，由于地层出砂的影响，油井采油时率低，检泵周期很短，采用TBS防砂管有效期短，地层产能下降快。 以鲁2井为例，鲁2井是鲁克沁区块的一口探井，试油时曾大量出砂，其中目前生产层（2341～2377m）共出砂0.56m3，日产稠油23.3m3/d。而其上层（2290～2320m）出砂达4.3 m3，日产稠油13.8m3/d，日产水16.4m3/d。试油时累计出砂5.0m3。1998年挤水泥封堵（2290～2309.37m），1998年9月投产2341～2377m，产量一直在18m3/d以上，不出砂。生产15个月之后，掺稀泵泵压偏高，于1999年12月25日进行第一次检泵作业。发现单流阀入口4孔中有3孔被胶皮、碎石、油泥等杂质严重堵塞。投 国内外防砂技术现状与发展趋势 概述 疏松砂岩油藏分布范围广、储量大，这类油藏开采中的主要矛盾之一是油井出砂。因此，油井防砂工艺技术的研究和发展对疏松砂岩油藏的顺利开发至关重要。目前国外在油气井防砂方面主要以机械防砂为主，约占防砂作业的90%，随着油田的进一步开发，现在又相继研究开发各类型的滤砂管、可膨胀性割缝筛管和压裂防砂、过油管防砂等防砂工艺技术。化学防砂六十年代在美国墨西哥湾地区曾占据防砂作业的主导地位，但由于机械防砂的完善和发展，其主导地位逐渐被取代。进入九十年代后，性能较好的固砂剂不断出现，化学防砂的前景又趋看好。 国内防砂工艺技术的发展已有数十年的历史，辽河油田、胜利油田、大港油田在油气井防砂方面也作了大量的工作，丰富和提高了国内防砂工艺技术水平。目前已形成机械防砂工艺、化学防砂工艺和复合防砂工艺三大体系的油气水井防砂工艺技术。其中辽河油田防砂中心，研制开发了复合射孔防砂技术，为国际领先水平。随着辽河油田稠油开发比重的增加，辽河油田的出砂情况变得越来越复杂，防砂治理工作难度也越来越大，辽河油田结合油井出砂特点，开展了防砂基础理论及试验研究，主要包括：出砂机理分析、防砂数据库和出砂预测软件的建立、防砂机具性能评价研究。先后研制开发了机械、化学、复合型防砂工艺技术近20项，主要有TBS筛管防砂技术、MC-Ⅰ组合式筛管防砂技术、塑料筛管防砂技术、激光割缝筛管高压砾石充填深部防砂技术、压裂防砂技术、复合射孔防砂技术、焦碳人工井壁防砂技术、泡沫树脂液防砂技术、乳液树脂固砂技术、桃壳人工井壁防砂技术、高温固砂技术、携砂采液技术、低压井冲砂技术。 一、机械防砂 目前机械防砂主要化分两类：一类是下入防砂管柱挡砂，如割缝衬管、绕丝筛管、胶结成型的滤砂管、双层或多层筛管等。这类防砂方法简单易行，但效果差，寿命短。原因是防砂管柱的缝隙或孔隙易被进入井筒的细地层砂所堵塞。另一类是下入防砂管柱后再进行充填，充填材料多种多样。最常用的是砾石，还可用果壳、果核、塑料颗粒、玻璃球或陶粒等。这种防砂方法能有效地把地层砂限制在地层内，并能使地层保持稳定的力学结构，防砂效果好，寿命长。 相对来说，机械防砂对地层的适应能力强，无论产层厚薄、渗透率高低，夹层多少都能有效的实施；在老油井作业中，还可起到恢复地层应力的作用，从而延长生产周期，使出砂井能得到充分的利用。加上机械防砂成功率高，相对成本较低等优点，目前应用十分广泛。 1国外机械防砂技术 国外油气井防砂工艺技术研究起步较早，最初采用限产的方法来控制油气井出砂，1932年开始采用砾石充填方法。目前国外在油气井防砂方面主要以机械防砂为主，其中绕丝筛管砾石充填经过不断的完善和发展，到八十年代已发展成为一项较成熟的技术。如美国的贝克—休斯公司、道威尔—斯伦贝谢公司、哈里巴顿公司、沙龙公司、雪弗龙公司等都拥有自己专门的防砂器材、施工设备和施工工艺，从砾石充填工具、封隔器、滤砂管、泵送设备到施工液体、化学药剂、技术咨询、现场服务等形式一条龙服务。随着油田的进一步开发，为满足各种类型的油气井防砂需求，现在国外又相继研究开发出各种类型的滤砂管和多种防砂工艺技术。 完井作业是钻采工程中一项十分重要的工序，也是最后一道工序，是采油工程的开始。近年来人们逐渐认识到完井在油气田开发中的重要作用，国内外开始普遍重视完井技术。而完井工程当中完井方法的优选尤为重要，完井方式的选择是否合理，直接关系到探井能否反映井下情况、油井能否长期稳定生产，并直接关系到油田田开发方案的正确执行和油田或油井的最终经济效益。如果方法选择不对，会伤害地层导致不出油、气，或产能大幅降低，探井不能发现油气，从而引起油、气勘探、开发中的重大损失。对疏松砂岩油藏水平井来说，在石油开采过程中，由于地层各种因素以及生产因素引起的疏松砂岩储层出砂是导致储层损害，附加表皮增大和产能降低的主要原因，严重时导致地层亏空、坍塌，甚至引起套管破裂油井报废。不同完井方式防砂的效果不一样，造成的地层伤害也不一样，进而引起油井的产能也必然不同，最终引起油井的经济效益也不同从这一点上讲，非常有必要进行疏松砂岩水平井完井方式优选的研究，了解各种水平井完井方法的特点、产能预测以及经济评价的方法，为选择合理的完井方式提供依据。 其次，从疏松砂岩的分布和水平井的应用来看，世界上油气资源的分布在疏松砂岩地层中，疏松砂岩油藏的广泛分布决定了其对石油工业的发展起着巨大的作用。疏松砂岩油藏出砂的可能性很大，选择合适的防砂完井方式，不仅关系着疏松砂岩油藏开采的最终经济效益，更关系着我国乃至世界石油工业的发展。水平井完井作为油气藏 的一个重要的完井技术，对具有较好垂直渗透率的薄油层或是厚油层来说已经被证明是比较好的开采方式。与垂直井比较，水平井的优点有增加产能，改善驱替效率，降低水锥或气锥效应，增大泄油面积。自从水平井广泛应用于油气田开发以来，油气产量获得了前所未有的突破，单井产量比以往增加了，整体采收率也提高了。于是，国内外也不断加大水平井的研究开发力度，水平井钻完井、开发技术不断进步。本文正是在这样的趋势下展开对疏松砂岩水平井完井方式优选的研究。 防砂技术发展现状 防砂对于出砂油藏有着重要意义，防砂的成功与否直接关系到油气藏是否能够正常开发。随着新科技和新材料的不断发展和完善，防砂技术也获得了日新月异的进展。我国防砂技术的研究和应用始于20世纪60年代，经过40年的发展形成了机械、化学和复合三大防砂工艺体系。特别是20世纪90年代以来在旧的防砂工艺不断完善的基础上，积极研究开发防砂新工艺、新方法，特别是在机械防砂方面，取得了飞速的发展，各种新的防砂技术在油田现场应用均取得了良好的效果。 目前防砂技术主要以机械防砂为主。国外机械防砂工艺技术研究起步较早，1932年就开始采用砾石充填法防砂，此法目前在国内外防砂方面仍占主要地位，约占防砂作业的90%以上。其中绕丝筛管砾石充填法经过完善和发展，已经成为一项较成熟的技术。如常规砾石防砂技术调研
防砂新工艺的研究及效果讲解
压裂防砂技术规划项目情况总结
国内外防砂技术
完井与防砂
相关主题
文本预览