防砂和筛管技术.

防砂和筛管技术简介2004年7月一、防砂方法笼统讲，防砂方法分两大类：化学防砂和机械防砂。1、化学防砂化学防砂方法多用于早期防砂和后期补救防砂。现场作业时：●将某种合适的化学剂（比如环氧树脂）挤入油层---井眼附近，把井眼附近的地层砂固结起来，生产时阻止地层砂流动，达到防砂目的。●事先将合适尺寸的砾石涂上树脂，然后把涂脂砾石泵入地层（井筒附近），待涂脂砾石固化后即形成防砂砾石层。化学防砂法的优/缺点：a、优点----现场施工作业简单；b、缺点----●由于地层渗透率差异问题，不适宜长井段防砂(≤30m）；●高温井（＞900C）胶结质量难以控制；●有效防砂寿命期短；没胶结的地层砂环氧树脂胶结后的地层砂挤注封隔器挤注管柱炮眼套管A、早期挤化学剂固砂疏松地层砂由于先期生产时不防砂，井筒附近被掏成空洞。炮眼生产油管套管B、补救防砂油层1、先生产，不防砂疏松地层砂‘空洞’已被涂脂砾石填充炮眼生产油管套管2、补救防砂---挤入涂脂砾石疏松地层砂‘空洞’已被胶结砾石填充炮眼生产油管套管3、将套管内的砾石钻掉并清洗干净后投产2、机械防砂目前世界上绝大部分防砂井均采用机械防砂方法防砂。机械防砂法主要有：1）预充填防砂管事先将合适尺寸的砾石与树脂混合后，成形到合适的基管上（基管上有开孔和相应的连接丝扣）为了安全起。见，有的还在外面安装保护套。预充填砾石基管保护套优点：结构简单、现场容易施工，二次防砂时容易作业。缺点：防砂效果差、特别不适宜稠油/泥质含量高的井；易破碎，不适宜斜井；外面不能进行砾石充填。目前油田上已很少使用。适用范围：直井或斜度不大的短井段井；泥质含量低、黏度不高的井；2）多层复合金属纤维烧结（毡）式筛管—StratapacScreen从防砂效果方面来说，类似于预充填筛管，对泥质含量和稠油很敏感。优点：现场施工简单，基管内径大。缺点：不适宜稠油/泥质含量高的井，外面不能进行砾石充填。适用范围：泥质含量低、油黏度不高的井；“PallStratapacScreen”的使用条件1）d50＞70µm；2）44µm以下的微粒数量＜20%；3）d40/d90＜5（均匀系数＜5）；4）黏土含量＜5%（渤海地区大部分油田达不到）；注：PallStratapacScreen----‘多层复合金属纤维烧结（毡）式筛管’类似于我们早期防砂用过的‘油毛毡’效果----要麽堵，要麽出砂，对大部分防砂井，其有效防砂寿命都很短。3）压实性金属片筛孔形防砂管（不能叫做筛孔形金属棉筛管）优点：现场施工简单；基管通径大，二次作业时容易打捞。强度大，特别适用于大斜度井。缺点：●泥质含量高（＞10%）的井慎用。●制造过程中比较困难控制过滤精度。适用范围：油不太稠、泥质含量不很高的井—特别是大斜度裸眼井。若在套管井使用时，应尽量减小砂环厚度。压帽上卸油网防砂金属片承托杯下卸油网承托片压实性金属片筛孔形防砂管结构示意图4）多层金属网缠绕复合筛管（不同于我们现在的多层金属网缠绕复合筛管）这种筛管一般由三层筛网布缠绕，从外向里每层筛网的孔眼逐渐变小，最外层形成大砂粒砂桥；中间层形成中等砂粒砂桥；较小的砂粒在最里层形成砂桥；再小的地层砂流入井筒。这样，在筛网里形成了由地层砂本身组成的、经过选择分类的砾石充填层。注：见“SPE4014”。1972年10月8～11日美国德克萨斯第47届SPE年会。作者：SpurlockJ.W.andDemski,D.B.论文题目:“Anewapproachtothesandcontrolproblem–Amulti-layer,wirewrappedsandscreen”.优点：现场施工简单；基管通径大；抗变形能力强；防砂效果较好。缺点：价格昂贵；适用范围：大斜度井、裸眼井。若在套管井使用并且管外不再充填砾石时，应尽量减小砂环厚度。过滤网（有时每层具有不同的网眼直径）卸油网（外/中/内）外套中心管端环多层金属网缠绕复合筛管结构示意图（EXCLUDERSCREEN）过滤筛网（2～3层）5）割缝管优点：结构简单，现场容易施工，基管通径大，二次施工时打捞作业特别容易。缺点：小尺寸的开缝难以加工、开缝总的流通面积较小、由于开缝处容易结垢/生锈，因此，开缝容易被堵；适用范围：地层砂直径比较大无明显腐蚀介质存在的井；大斜度井；裸眼井；若在套管井里使用，应尽量减小砂环的厚度。外面不能进行砾石充填；割缝管示意图适用范围：除水平裸眼井外，几乎适用于各类防砂井。就其绕丝断面形状而言，根据不同的使用情况，现场应有所选择。（具有自洁功能）适用范围：普通循环砾石充填防砂井A、普通三角形绕丝断面6）绕丝筛管优点：防砂效果好，有效寿命长。缺点：现场施工复杂，作业难度大，费用较高。“House”形绕丝截面缠绕后可能形成易被赃物堵塞的不平行“House”形筛缝适用范围：压裂充填、高速循环充填B、“House”形绕丝断面B、“House”形绕丝断面C、改进性三角形绕丝断面适用范围：压裂充填、高速循环充填特点：和普通三角形断面绕丝相比，具有较强的抗冲蚀性，而且保留了自洁特性，但费用高。二、筛管1、筛管种类、使用范围及其优缺点筛管的种类很多，但目前使用比较广泛的有三种：a）绕丝筛管b）金属微孔多层网布筛管c）筛孔形金属棉筛管（海总内部）其中用得最多的是绕丝筛管。A）绕丝筛管适用范围：几乎适用于所有的油、气、水井的防砂；优点：●加工时绕丝缝隙容易控制、容易检验其质量好坏；●使用绕丝筛管能进行高速或压裂充填防砂工艺；●由于其缝隙不直接和地层砂接触，而是缝隙挡砾石，砾石形成的缝隙挡地层砂，因此，防砂效果比较好，寿命长；缺点：现场施工作业量比较大，作业过程中技术性比较强，因作业时砾石充填层有时存在“空洞”的可能，可能导致防砂失败；注：筛管用户陆地检验方法1/3LL2kg塞规1ft1ft（检验段）检验段W1/3W1cm检验段高渗透率砾石层未充填好的空洞砾石充填的利弊砾石充填封隔器炮眼定位封隔器套管B、金属微孔多层网布筛管适用范围和优点：●适合于不进行管内砾石充填的、原油粘度不太高的、黏土含量在10%以下的井。在大斜度/水平油、气井里施工有其优点，●基管内径大，有利于井下测试作业；●有利于套洗作业缺点：因使用这种筛管时，管内一般不再进行砾石充填，因此，生产时，一旦地层砂出来后，将很快在套管环空和炮眼里形成渗透率很低的砂环和砂堵，若原油黏度高、黏土含量高的话，将会严重影响正常生产。●先直接靠网布筛眼挡地层（大）砂。然后，由地层砂逐渐形成砂桥挡地层砂。●很显然，这层砂环桥的渗透率远不如砾石的渗透率高。金属微孔多层网布防砂原理网眼直径＜d50微孔多层网布地层砂间隙≈10mm基管封隔器套管射孔炮眼渗透率低的砂环、砂堵C、筛孔形金属棉筛管适用范围和优点：适合于不进行管内砾石充填的、原油粘度不太高的、黏土含量在10%以下的井。在大斜度/水平油、气井里施工有其优点；内径大，有利于测试作业；易套洗缺点：●加工时缝隙比较难以控制（即过滤精度难以控制）●因使用这种筛管时，管内一般不再进行砾石充填，因此，生产时，一旦地层砂出来后，将很快在套管环空和炮眼里形成渗透率很低的砂环和砂堵，若原油黏度高、黏土含量高的话，将会严重影响正常生产。微孔多层网布地层砂基管封隔器套管射孔炮眼间隙≈10mm渗透率低的砂环、砂堵金属微孔多层网布防砂原理筛孔形金属棉筛管正常循环充填充填即将结束射孔段砂浆脱水砾石反循环洗井反循环洗井失误----砂卡形成砂桥的主要原因1、由于地层的渗透率差异太大，渗透率高的地层局部失水过快，砾石在此失去了液体的携带力，砾石不再继续向前运动而形成砂桥；2、由于泵速不合理，砾石的重力下沉速度大于携砂液携带砾石的前进速度而形成砂桥；3、由于井斜过大，携带砾石的携砂液黏度不够，砾石下沉至低边而形成砂桥；钻杆携砂液砾石充填工具总成封隔器砾石转向孔冲洗管砂桥空洞污水坑封隔器由于泵速不合理或地层渗透率差异太大而形成砂桥筛管冲洗管进入地层进入地层砂桥空洞大斜度井容易形成砂桥7）膨胀式筛管膨胀式筛管是近几年发展起来的一种新的机械防砂技术。特点/优点：■直接靠选择性膨胀筛缝防砂（不用砾石）,减少了液流阻力；■基管通径大；■节省了油层部位的生产套管；■由于油层部位不需要固井、不射孔、不需要用完井液进行砾石充填作业，因此，减少了油层污染；缺点:●严格控制膨胀筛缝的尺寸精度难度大;特别是在那些不规则的裸眼井里，情况可能会更明显；●费用高;膨胀筛管图1、下入9-5/8“套管刮管器刮洗套管；2、下入5-1/2”膨胀筛管；3、将弹性爪密封插入底部封隔器；4、投1-3/8“球，坐封顶部封隔器；5、释放下入工具，并其出下入工具；6、连接5-7/8”膨胀心轴，钻杆下入井里；7、将心轴插入膨胀锥里，下压10000磅剪切膨胀锥上的固定销钉；8、下推膨胀锥至膨胀筛管的底部；9、下压20000磅，确保膨胀锥位于膨胀筛管的底部10、其出膨胀管柱（膨胀锥留在井底）11、投产；弹性爪密封底部封隔器膨胀锥接头9-5/8“套管膨胀筛管7.375”膨胀锥7”23#盲管9-5/*顶部封隔器留在底部的膨胀锥,5.625”ID膨胀心轴已膨胀筛管膨胀工作管2×4-3/4”DC11×61/2”DC15×5”HWDP9-5/8”40#膨胀管长11.35m膨胀筛管现场施工主要作业步骤地层砂炮眼和环空充满低渗透率地层细粉砂增加了油流阻力预充填筛管或类似筛管封隔器预充填筛管生产时存在的问题定位密封总成循环滑套安全阀控制管线生产油管套管三、任何筛管为了有效防砂，开缝/孔选择的基本原则任何防砂筛管的防砂能力必须等同下列直径砾石所形成的防砂能力：5～6×d50；式中：d50---地层砂在累积重量为50%点处的砂粒直径（mm）；5～6×d50---（防砂用）砾石直径（mm）；Dd≈D/6.5注:D--砾石的平均直径；d--砾石稳定堆积后形成的平均喉道直径；砾石（直径大于“d”的地层砂不能通过此喉道）