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2006防砂技术讲座

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2006 技术讲座
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主讲 曲占庆石油大学 (华东 )是指由于油井开采和作业等各种综合因素造成井底附近地带的岩层结构破坏,导致部分脱落的地层砂随油层流体一起流入井筒,从而对油井正常生产造成一系列不利影响的过程或现象。油井出砂是疏松砂岩油藏开采的主要矛盾。出砂造成砂埋油层、井筒砂堵、设备磨蚀砂卡、井壁坍塌、套管损坏等一系列危害,既提高了原油生产成本,又增加了油田管理难度。油井持续出砂最终会导致油井停产甚至报废,因此出砂的油井必须采取防砂措施。防砂又称砂控,是指对于出砂的油井采取机械、化学等方法阻止地层产出砂进入井筒或将地层脱落砂重新固结在地层中从而达到控制地层出砂目的的一些列措施。由于我国疏松砂岩油藏分布广、储量大,产量占有重要地位,油井防砂技术的研究与发展对我国石油工业具有重要意义。 质原因 (1)地层构造应力状态变化 砂岩油层在钻井前处于应力平衡状态 。 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 。 ﹙ 裸露井眼的一面打破了六面受压的平衡 ﹚(2)地层岩石胶结状态油层出砂与油层岩石胶结物种类 、 数量和胶结方式有密切联系 。 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 。 ﹙ 粘土含量 ≥5%, 越高胶结越差 ﹚油层砂岩的 胶结方式 主要有三种 (如图 ),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;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。以接触胶结方式为主的油层岩石胶结物数量少,而且其中往往含有较多的粘土胶结物,最容易出砂。也就是说, 最容易出砂的地层是以接触胶结方式胶结的泥质砂岩地层 。 ﹙ 接触胶结方式最严重 ﹚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(3)地层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 。 ﹙高孔高渗 ﹚(4)油层流体物性油层流体物性对出砂有一定的影响 , 相同的流速条件下 , 高粘度流体比低粘流体的对岩石颗粒的拖拽力和携砂能力更大 , 流体粘度较高的油层更容易出砂 。 同样的地层条件下 , 稠油油藏的出砂更严重一些 。 ﹙ 高密度 ≥高粘度 ≥150﹚)油井工作制度在油井生产过程中,流体渗流而产生的对油层岩石的冲刷力和对颗粒的拖曳力是由层出砂的重要原因。在其它条件相同时,生产压差越大井底附近流体渗流速度越高,对岩石的冲刷力就越大。另外生产压差、抽汲参数等油井工作制度的突然变化使油层岩石的受力状况发生变化,也容易引起或加剧油井出砂。 ﹙ 采液强度大造成速敏、生产压差大破坏原来的平衡 ﹚(2)射孔状况射孔完井是目前各油田普遍采用的沟通油流通道的方法 , 如果射孔密度或孔径过大 , 有可能使套管破裂和砂岩油层岩石松动 , 结构遭到破坏 ,引起油井出砂 。 ﹙ 低孔低密引起速敏 、 超高孔高渗引起套损和砂岩破坏 ﹚(3)高含水对出砂的影响油井注水开发引起油井含水较高,引起了部分胶结物的溶解,岩石强度降低。在开采强度不变的情况下,会引起或加剧油层出砂。我国多数油田开发早期不出砂,中后期出砂严重,高含水是重要原因之一。 ﹙ 含水达到中高、特高含水出砂越重 ﹚(4)地层压力下降油藏开发后 , 随油藏压力降低 , 岩石所受的垂向应力增加 , 当油藏压力下降较小时 , 岩石可能发生弹性变形 。 当地层压力下降幅度较大时 ,作用在岩石上的应力超过岩石的弹性极限时 , 岩石发生塑性变形 , 破坏岩石结构 , 引起出砂 。 对蒸汽吞吐油层 , 油层压力较原始压力下降较大是造成油层出砂的重要原因 。 ﹙﹚(5)其它原因固井质量差 , 在生产中形成高低压层的串通 ,使井壁岩石不断受到冲刷 , 粘土夹层膨胀 , 岩石胶结遭到破坏 , 因而导致油井出砂 。 注蒸汽开采中 , 注入的蒸汽和高温热水对以粘土为主要胶结物的油层有溶解和软化作用 , 从而降低地层胶结强度 。 另外 , 不合理的工程措施 、 频繁而低质量的修井作业 、 设计不良的酸化等措施和不科学的生产管理等都可能造成油气井出砂 。2. 出砂预测方法对尚未全面开发的疏松砂岩油藏 , 利用出砂预测技术对油田进行出砂评价十分重要 。 判断是否可能出砂 ,出砂的程度 , 各种因素对出砂的影响 , 防砂的必要性和防砂的时机 , 这有利于油田开发的早期科学决策 , 有助于筛选合理的防砂方法和工艺技术 。Δt)来预测地层出砂情况 。 统计分析发现当 Δ95μs/ 生产过程一般会出砂 , 应该考虑防砂措施 。 声波时差从一个侧面反映了地层的压实程度 。 Δ 胶结越疏松 , 反之亦然 。基于产层岩石力学特性来预测出砂。由声波时差、密度测井资料经过处理计算,求出反映岩石强度的出砂指数,用以下关系式表示:4式中 104 104 104 104μ 无量纲; Δ μs/m; Δ μs/m;ρ kg/值越大,岩石体积弹性模量 之和越大,岩石稳定性越好,不易出砂。因此,可以把 出砂指数。现场经验表明: 出砂或出砂轻微;当 层出砂加剧;当 井严重出砂。 抗压强度试验及孔隙度 、 渗透率测试等 。 后几项静态资料可作为出砂判断的辅助资料加以应用 , 而岩心流动实验则直接反映生产动态条件下压差 、流速与出砂之间的关系 。 改变通过岩心的流量 、 测试出口含砂量变化 , 排出砂粒粒度分布及粒级相结合 , 根据油井配产指标 , 可判断在正常生产时是否出砂或出砂程度 , 从而决定放砂的必要性和防砂时机 。:  12c o p—油井井底流压 , ρ—岩石密度 , kg/β—岩石导压系数 ,1/g—重力加速度 , H—产层厚度 , m; φ—地层倾角 , ° ;μ—岩石泊松比 , 无量纲; α—岩石颗粒摩擦系数 , 无量纲; c—岩石颗粒的内聚力 , 算出保证产层不出砂的油井最低流压 。 根据实际生产要求的配产量及生产压差 , 求出实际流压 。 若实际流压大于计算得到的最低流压 , 则生产过程中不会出砂 , 反之生产过程中就会出砂 。 试采资料分析利用现场钻井 、 试采或试油资料 , 通过经验类比 ,可以定性地判断地层出砂的可能性和出砂程度 。 如钻井取心 , 假定技术条件正常 , 收获率又很低 , 则可定性说明地层胶结疏松 , 有可能出砂 。 试油 、 试采作业 , 抽汲 、气举等环节也可取样观测分析井液流是否出砂 , 长期试采的生产数据更是判断出砂的直接证据 。总之 , 出砂预测的方法 、 技术很多 , 有些是从岩石力学性质理论研究而来 , 有些是现场资料分析的总结 。只有将多种方法有机结合 , 资料相互印证 、 对比 , 才能得出正确 、 可靠的结论 。砂方法大致可以分为机械防砂 、 化学防砂 、 焦化防砂 、 复合防砂和其它防砂方法 。(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 砂岩地层。第二类机械防砂方法为管柱砾石充填。这类方法施工复杂,成本较高;但挡砂效果好,有效期长,成功率高,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是增加了油流入井的阻力,防砂后油井产能下降。表 1砂方法分类绕丝筛管 (割缝衬管 )砾石充填机械防砂机械管柱防砂绕丝筛管割缝衬管双层预充填绕丝筛管金属棉 (毡 、 布 )滤砂管树脂石英砂滤砂管陶瓷滤砂管砾石充填防砂 绕丝筛管 (割缝衬管 )预涂层砾石充填绕丝筛管 (割缝衬管 )陶粒充填化学防砂人工井壁人工胶结固砂 酚醛树脂胶结地层 ;酚醛溶液地下合成防砂预涂层砾石人工井壁 ;树脂砂浆人工井壁 ;水带干灰砂人工井壁焦化防砂 注热空气固砂 ; 短期火烧油层固砂复合防砂 机械 、 化学相结合的防砂方法 、 高渗压裂充填防砂其它方法降低流速 :增大射孔段长度 、 增加射孔密度 ;控制产量增大油层径向应力 裸眼产层膨胀式封隔器(2)化学防砂方法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。缺点是化学剂材料成本高,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)焦化防砂焦化防砂的原理是向油层提供热能,促使原油在砂粒表面焦化,形成具有胶结力的焦化薄层。主要有注热空气固砂和短期火烧油层固砂两种方法。(4)复合防砂复合防砂利用机械防砂和化学防砂的优点相互补充 , 一方面能在近井地带形成一个渗透性较好的人工井壁 , 另一方面利用机械防砂管柱形成二次挡砂屏障 , 起到很好的防砂效果 。 复合防砂效果好 , 有效期长 。 复合防砂通常使用的机械防砂管柱为滤砂管和绕丝筛管 , 化学方法为化学剂和涂料砂 。(5)压裂防砂2)防砂方法的选择为防止油井出砂 , 一方面要针对油层及油井的条件 , 正确选择固井 、 完井方式 , 制定合理的开采措施 , 提高管理水平;另一方面 , 要根据油层 、 油井及出砂的具体情况采用防砂方法 ,选择正确合理的防砂方法是防砂措施成功的关键 。防砂方法的选择原则 。(1)立足于先期防砂和早期防砂:根据油藏地质研究和试油试采资料 , 结合出砂预测结果 , 一旦判断地层必然出砂 ,则应立足于先期防砂完井或短暂排液后的早期防砂 , 以此为基础来选择防砂方法 。 在地层骨架被破坏后才考虑防砂措施 , 防砂难度将大大增加 , 而且也很难保证防砂效果 。(2)结合实际 , 综合考虑技术现状 、 工艺条件和经济成本 ,合理选用防砂方法 。(3)立足油层保护 , 减少伤害 , 在保证挡砂效果的前提下 ,以保持油井获得最大产能为目标 。防砂方法选择必须考虑的因素有:(1)完井方式:对原油粘度偏高 , 油层单一 , 无水 、 气夹层的部分胶结的砂岩地层可考虑采用裸岩砾石充填先期防砂 , 以提高渗流面积 , 减少油层伤害 , 获得较高产能 。 对油气水关系复杂 , 有泥岩夹层的井应考虑套管射孔完井 , 然后进行先期或早期管内砾石充填防砂 。(2)井段长度:机械防砂一般不受井段长度限制 , 化学防砂主要用于短井段地层 。(3)地层物性:化学防砂对地层粒度范围适应范围较广,尤其是用于粉细砂岩地层,但在油井高含水期防砂成功率下降。筛管砾石充填对地层砂粒度、渗透率、非均质性要求不高,但不适于粉细砂岩。单纯的机械管柱防砂一般只对中、粗砂岩地层有效。(4)井筒和井场条件:小井眼 、 异常高压地层宜用化学防砂 ,化学防砂还要特别注意油层温度 , 因为它对化学剂的固结有直接影响 。 现场无钻机等作业机械时 , 无法进行机械防砂 。(5)产能损失:无论哪种防砂方法 , 都应力争在控制出砂的前提下 , 使油井产能损失达到最小 。 一般情况下 , 裸眼砾石充填防砂的产能损失最小 , 只要条件允许应尽量使用 。 粉细砂岩容易引起滤砂管堵塞 , 引起产量下降 , 尤其当原油粘度较高的时候 , 不宜使用滤砂管防砂 。 对于筛管砾石充填和化学防砂应在施工时采取合理的配套技术措施 , 最大限度地维持油井产量 。(6)成本因素:施工成本是防砂方法选择时要考虑的重要因素 ,同时也要考虑防砂后的综合经济效益 。表 1砂方法筛选 表比较项目 防砂方法衬管 筛管砾石充填树脂固沙预涂层砾石套管外封隔器适应地层砂尺寸中 细 种尺寸各种尺寸泥质低渗透地层- - - - 适用非均质地层适用 适用 - 适用 适用多油层 适用 适用 - 适用 适用井段长度 短 40=60, V>70 表示砾石直径, 据上述准则,找到 ,平移 倍于 ,过点 砾石组成对应的曲线,满足其均匀系数 后外推直线至 100,得到的直线段对应的粒度范围即设计的砾石尺寸范围。按照上述方法计算得到砾石尺寸范围后,可以根据 表 1果找不到与之对应的工业砾石,就向小尺寸方向退一级选用标准筛目 颗粒直径 粒度中值 渗透率(隙度3~ 4 100 ~4~ 6 700 ~6~ 8 900 ~6~ 10 ~8~ 10 150 ~8~ 12 745* 36*10~ 14 00 ~10~ 16 ~10~ 20 25 3210~ 30 91 3316~ 30 ~20~ 40 21 3530~ 40 10 ~40~ 50 6 ~40~ 60 5 3250~ 60 3 ~60~ 70 1 ~(2)砾石质量控制为满足防砂工艺要求 , 应根据具体的使用环境考虑砾石的品种和质量要求 。 主要有:砾石粒度均匀;园 、 球度好 , 平均值都应大于 石中不合格的砾石应 30m,盲管长度至少 30m;若油层中间夹层厚度 >30m, 应采取分层充填 。 冲管外径与筛管的中心管内径之比应在 (7)扶正器设计使用扶正器可使防砂管柱在井筒内处于中心位置,以便砾石能够均匀充填在筛管周围,形成良好的挡砂屏障。如果不使用扶正器或使用数量不够,防砂管柱就可能偏置,使得有一边的砾石充填量减少,甚至完全得不到砾石充填,油层流体流出后直接冲蚀和流过筛管,导致防砂失败。扶正器的最大外径应比套管内径小 4~ 6正器在管柱上的分布距离由井斜角确定。井斜角为 0~ 45° 时,扶正器间距为 8~ 10m;井斜角为 45~ 70° 时,扶正器间距为 4~ 5m;井斜角 >70° 时,扶正器间距为 )充填工具的选用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 , 通过转换工具返出液从油套环空返出地面 。下冲法充填工艺 、 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 、 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 、 作业难度较高 。 图 7 - 8 炮眼 堵塞示意图 (五 )携砂液设计砾石充填用携砂液要求与其它完井和修井液一样 , 必须对地层无固相伤害 , 能有效阻止粘土的膨胀与运移 , 有效防止原油乳化 , 保持井筒内的压力平衡 。 在固相颗粒含量与颗粒大小 、与油层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可以参考 。 携砂液种类和用量应根据油井的具体情况和工艺要求进行选择和设计 。(六 )施工工艺参数设计砾石充填过程中 , 为了保证砾石顺利充填到地层中 , 必须有足够的砾石砂浆排量 。 若排量太小 , 则携砂液携砂能力不足 , 携砂液不能将砾石携带到炮眼末端从而在炮眼浅处堵塞 , 造成充填效果差或充填失败 (如图 1 要保持炮眼内完全充填而不发生沉降堵塞 , 每个炮眼中的液流速度必须高于临界流速 :(1眼中的携砂液流量为:(1砂液的地面最小排量:(1中 眼中液体的临界流速 , m/s; 眼中液体的临界流量 , m3/s;砂液的地面临界流量 , m3/s; 大砾石颗粒直径 , m;p g-砾石密度, kg/-携砂液密度 , kg/孔炮眼直径 , m; 孔总厚度 ,m; 孔密度 , 孔 /m; 颗粒直径 、 体积浓度有关的系数 。212     施工最高泵压以不压开地层为原则 , 用下式计算:(1 式中 层中深, m; 筒摩阻水头损失, m; ρm-砂浆密度, kg/面最高泵压, 层破裂压力工工艺应根据油气井的具体情况和施工工具及设备进行设计 , 原则是要使操作有利于提高砾石充填的防砂质量和施工的顺利进行 。 常规井的施工工艺步骤如 图 1图 1石充填防砂施工工艺步骤  6m a 0    砂管柱 充填前循 环洗井 砾石 充填 反洗 丢手 投产 (七 )改善斜井砾石充填效果的措施(1)增大冲筛比:冲筛环形空间的阻力是影响砾石充填的重要因素 , 增大冲筛比可以减小冲筛环形空间 , 增大砾石砂浆在冲筛环空中的流动阻力 , 迫使砂浆在筛套环空中流动以将砾石携带到井段底部而不是过早地在顶部环空中形成沙丘 。 研究表明 , 当冲筛比大于 充填效率急剧增加 。 在斜度较大的井中砾石充填时 , 通常取冲筛比在 这时充填效率可达到 90% 以上 。(2)增加橡皮节流挡板:即在冲管上一定间隔距离内装橡皮挡板,阻挡携砂液在冲筛环空中的流动,控制携砂液流动途径,即使携砂液流入冲筛环空,遇到橡皮挡板时有被迫返回筛套环空,这样迫使大部分流体在筛套环形空间内流动,保持流动速度和携砂能力,防止形成砂桥,从而提高充填效率。橡皮挡板之间的间距是这种方法的关键,挡板间间距太大会起不到挡板的作用,间距太小会增大压力损失。当砾石已充填了部分井段时,充填井段部分的挡板应该打开,允许流体从筛管内通过。(3)采用中粘携砂液和底部信号筛管:在井斜角大于 60°的高斜井中 , 为了提高携砂液的携砂能力 , 可以考虑采用中粘携砂液和底部信号筛管组合提高砾石充填效率 。 将密封的信号筛管置于生产筛管下部 。 迫使全部携砂液流经防砂井段底部 , 使底部能够被砾石充填 。(4)采用较小的砾石密度 、 较高的流体密度和较高的流速 。(5)在斜井下端 120° 范围内射孔 。二 、 割缝衬管防砂技术割缝衬管主要用于出砂不严重的井 。 其防砂机理是允许部分能被产出液携带到地面的细小砂粒通过 , 而把较大的砂粒阻挡在衬管外 , 形成堆积砂桥 , 达到防砂目的 。割缝衬管可以使流体通过同时阻挡地层砂 , 割缝缝眼排列方式有平行轴向方向 , 交错排列 。 平行割缝衬管的缝眼长度取L=50~ 300垂直割缝衬管取 L=20~ 50小直径高强度衬管取高值 , 大直径低强度衬管取低值 。 割缝衬管的防砂机理是允许一定大小的 、 能被原油携带至地面的细小砂粒通过 , 而把较大的砂粒阻挡在衬管外面 , 大砂粒在衬管外形成砂桥 , 将地层砂阻挡在割缝衬管与套管的环空中 , 达到防砂的目的 。 割缝衬管防砂工艺简单 , 操作方便 , 成本低 。 但受机械加工技术的限制 , 衬管割缝的最小缝宽达 适用地层砂的范围较小 。 割缝衬管防砂有效期短 , 效果差 , 缝眼易被细纱堵塞或磨损 。割缝衬管割缝缝眼的剖面呈梯形 , 夹角为 12° 左右 。 梯形大的底边为衬管内表面 , 这种外窄内宽的形状可以避免砂粒卡死在缝眼内而堵塞 , 具有 “ 自洁 ” 作用 。梯形缝眼小底边的宽度称为缝口宽度 。 根据试验研究 , 砂粒在衬管外形成沙桥的条件是梯形缝眼的宽度不大于砂粒直径的两倍 , 即:(1中 层砂筛析曲线重量累积百分数为 10%对应的砂直径 , e-缝口宽度 , 眼排列方式有平行轴向方向和垂直轴线方向两种排列方式 。由于平行割缝的强度较高 , 通常采用平行割缝 , 缝眼以交错排列为宜 。平行割缝取缝眼长度 L=50~ 300垂直割缝衬管取缝眼长度L=20~ 50小直径高强度衬管取高值 , 大直径低强度衬管取低值 。 缝眼纵向间距为 眼数量以保证衬管强度的前提下尽量增大流通面积为原则 , 用下式计算:(1中 n—缝眼数量; а-缝眼总面积和筛管外表面积之比,一般取 а=2%; F-每米割缝衬管的外表面积, m; L—割缝长度, 02 三 、 滤砂管防砂技术滤砂管防砂机理是过滤和自然砂拱挡砂 。 当滤砂管下入井中 , 正对出砂层位 , 将滤砂管上部悬挂封隔器坐封 , 并实现丢手 , 下入生产管柱投产 。 地层砂粒随液流进入井筒 , 被阻挡于滤砂管周围 , 逐渐堆积 , 形成自然砂拱 , 进一步阻止地层出砂 。 目前常用的滤砂管主要有:金属棉滤砂管 、 树脂石英砂滤砂管和陶瓷滤砂管 。(一 )金属棉滤砂管金属棉滤砂管的过滤介质是金属纤维,在一定压力下成型,镶嵌于管壁孔内或套与中心管上。金属纤维体内孔隙直径和渗透率可通过纤维用量及成型压力加调整,使之既保持一定弹性。金属棉滤砂管分为单体 (镶嵌 )式金属棉滤砂管和整体式金属棉滤砂管。单体式金属棉是由多孔盖(滤网)、不锈钢金属棉丝、压板、焊缝、基管组成。整体式金属棉滤砂管是由不锈钢金属棉丝、保护套、中心管、扶正器组成。整体式滤砂管如 图 1示。金属棉滤砂管规格的选择如下表 。表 1属棉滤砂管规格的选择套管规格 ,心管规格24 184(整体式 ) 139219 201 146(镶嵌式 ) 120193 175 146(镶嵌式 ) 120177 159 146/140(镶嵌式 ) 、133(整体式 )120168 150 133整体式、108(镶嵌式 )31/2、 82139 125 108/102(镶嵌式 ) 82/78127 113 108/102(镶嵌式 ) 82/78(二 )树脂石英砂滤砂管树脂石英砂滤砂管由滤砂管 、 引鞋和中心管三部分组成 。 用选好的石英砂和环氧树脂或酚醛树脂 , 按配比均匀混合装入模具中固化成型而成 。树脂石英砂滤砂管产品规范及主要性能参数见表 1表 1脂石英砂滤砂管规格滤砂管规格粒级组合 30% 10%A 砂管技术参数a2规格 强度 ,透率 ,m 孔隙度 ,% 孔隙半径 ,5B 4C 17D 40E 53表 1同类型的滤砂管使用范围地层砂粒度中值, 1 0 5 1 5 4 5~ 3 12 10 6 4 9 66 54 44 22 18 4 5 31 45 23 9 6 0 5 70 25 13 3 3 87 17 75~6 3 2 时为不均匀砂,当 C>10时为极不均匀砂。9040几何尺寸标准偏差系数 δ在双对数坐标系的累积重量百分数曲线中 , 可由几何尺寸标准偏差系数确定地层砂的均匀程度:(4- 3)和 50% 相对应的砂粒直径 , 当 δ接近于 1时为均匀砂 , 接近于 在半对数累积重量百分数筛析曲线上, 粒度分析的计算参数,可以在曲线上直接读出或用线性插值的方法得到。二 、 充填砾石质量标准及工业砾石标准砾石质量要求标准如下: 合格度 :砾石中存在大于或小于标定尺寸的颗粒都会使砾石渗透率下降。大于和小于标定尺寸的砾石分别占 5%和 3%时,对渗透率影响不大,因此要求砾石中不合格的砾石应小于 5%。 抗破碎率: 砾石样品加压到 保持 200目的细砂含量 。 圆度及球度: 平均球度和平均圆度都应大于 并且尽量防止含有扁平和带棱角的砾石 。 均匀程度: 砾石颗粒尺寸的变化范围愈小 , 砾石愈均匀 , 充填层的渗透率愈大 , 酸溶度: 砾石中可能含有长石等酸溶成分 , 溶解后 会 形 成 空 穴 。 通 常 要 求 在 标 准 土 酸(3%2%砾石的重量溶解百分数小于 1%。 砾石的热稳定性: 热采井采用砾石充填防砂时,要求砾石具有热稳定性。国外学者认为,石英砂在注蒸汽的高温( 230~ 320)和高 11~ 12)条件下,会遭受严重的热碱溶蚀。但经过国内的试验及实践证明,在注蒸汽的高温高压条件下,井底的湿蒸汽液相一般达不到 1~ 12,不会产生严重的热碱溶蚀,因此石英砂仍是一种有效的热采井防砂充填材料。供液砾石标准如表 4表 4- 1 工业砾石标准标准筛目 颗粒直径4 100 ~4~ 6 700 ~6~ 8 900 ~6~ 10 ~8~ 10 150 ~8~ 12 745* 36*10~ 14 00 ~10~ 16 ~10~ 20 25 3210~ 30 91 3316~ 30 ~20~ 40 21 3530~ 40 10 ~40~ 50 6 ~40~ 60 5 3250~ 60 3 ~60~ 70 1 ~*为棱角砾石三 、 影响砾石破碎的因素分析两种情况下造成砾石破碎 。 一是砾石的运输和泵送过程中;运输过程中的颠簸振动可以使砾石产生破碎 , 这是不可避免的;在向井中泵入砾石时 , 砾石受到泵活塞挤压以及流体冲蚀作用都可能使砾石被压碎 。 这种冲蚀作用已被 他们在 100英尺长的井眼中模拟砾石充填情况 ,观察到泵入过程中 , 细砂增加很多 , 并证实带棱角的砾石即圆度不好的砾石的压碎程度要比圆度好的砾石大的多 。 因此 , 为减小砾石破碎对防砂效果的影响 , 在砾石充填前 , 在现场应重新筛选;另外并适当控制泵送流速 , 这实际是困难的 , 流速过低会造成砾石沉降堵塞 。 二是生产过程中地层产出液的冲势作用 , 尤其在高产井中 , 高速携砂液流冲击砾石层 , 产生粉碎细砂 , 堵塞充填层 , 降低产量 。 在负荷作用下 , 圆度和球度小的砾石会产生较多的细粒砂 , 球度以及不同多晶砾石含量的砾石在 分钟 , 试验结果表明 , 生成的细砂量与砾石的圆度 、 球度和多晶颗粒含量有关 。下述相关式可以描述它们之间的关系:(4- 4)  f-在负荷 分钟产生的细粒百分数 , % ;M-砾石样品中的多晶颗粒含量的重量百分数 , 小数;石的粒度中值 , -砾石球度 , 0-砾石圆度 , 0用上述相关式可以选择不同的砾石:·单晶砾石情况下 , 确定低于规定的细砂量所要求的最低圆度;·多晶砾石情况下 , 确定低于规定的细砂量所要求的最低圆度;·砾石圆度足够高时 , 确定允许的最大多晶颗粒含量 。四 、 常规砾石尺寸选择方法对用常规方法计算得到的砾石尺寸分别进行砾石充填结构模拟计算求取孔隙度 、 渗透率和平均孔喉等参数 , 在此基础上计算各砾石充填后油井的产能指数并简单预测地层砂的侵入情况 , 综合考虑砾石充填后的产能和砂侵两个相反的方面, 优选出既不影响产能又不会造成严重砂侵的砾石尺寸 。 目前常用的常规砾石尺寸计算方法为 (1) 它建议最小砾石直径应等于 4最大砾石直径应等于 6即(4- 4) 10m a i (2) 先在半对数筛析曲线上求出 , 过A、 (3) 它建立在完全挡砂机理之上 。 5~ 6)选用工业砾石的的粒度中值为防砂井地层粒度中值的 5~ 6倍 , 此时砾石充填带的有效渗透率 /地层渗透率最大 。 砾石尺寸过大会造成砂侵 , 引起砾石层渗透率严重下降 , 一般在最佳范围内使用较小值 。(4) 它将半对数地层砂累积重量百分数曲线上砾石直径 /砂粒径为 6作为砾砂的临界比值 ,根据不同的均匀系数和缝眼流速采用不同的准则选择砾石尺寸 。 其设计步骤如下:·计算流体通过缝眼的流速 ;(4- 5)式中 Q-估计产量 , m3/s;A-筛管的流通面积 , 根据 选择设计准则 (设计点 );表 4- 2. 计点 40=60, V>70=6表示砾石直径 。·根据上述准则 , 找到 , 平移 倍于砂粒直径的点 B, 过点 满足其均匀系数外推直线至 100, 得到的直线段对应的粒度范围即设计的砾石尺寸范围 。如果按以上两种方法选用的砾石尺寸找不到与之对应的工业砾石 , 就向小尺寸方向退一级选用 。五 、 充填砾石炮眼压降梯度计算在从地层到井筒的各个渗流区域中 , 射孔炮眼区域的流通面积最小 , 其流体流速最高 , 特别对于高产井 , 炮眼中的压力损失占总压力损失很大一部分 。 通过射孔炮眼的压降可以用下面的公式计算:(4- 6)式中 L-孔眼长度 , m; K-孔道充填物的渗透率 ,um2
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本文标题:2006防砂技术讲座
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