完井防砂技術(shù)研究畢業(yè)設(shè)計

1、本本科科畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè) 計計（論論 文文） 題目題目文昌文昌 19-1 北油田北油田 完井防砂技術(shù)研究完井防砂技術(shù)研究 學(xué)生姓名學(xué)生姓名學(xué)學(xué)號號 教學(xué)院系教學(xué)院系石油工程學(xué)院石油工程學(xué)院 專業(yè)年級專業(yè)年級石油工程石油工程 2008 級級 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師熊友明熊友明職職稱稱教授教授 單單位位西南石油大學(xué)西南石油大學(xué) 輔導(dǎo)教師輔導(dǎo)教師職職 稱稱 單單位位 完成日期完成日期2012年年6月月 southwest petroleum university graduation thesis the technical research of completion sand control method

2、s in wenchang 19-1 north oil field grade: 2008 name: speciality: petroleum engineering instructor: xiong youming petroleum engineering college 2012-6 摘摘 要要 文昌 19-1 油田北塊位于珠江口盆地文昌 b 凹陷中部，距海南文昌縣約 148km 海域。油田出砂現(xiàn)象較為嚴重，每年油田公司在完井防砂生產(chǎn)方面花費較大。 文昌油田防砂技術(shù)的關(guān)鍵在于設(shè)計防砂篩管的防砂層結(jié)構(gòu)和綜合的擋砂精度。 國內(nèi)外的防砂大多按照 d50=(5-6)*d50來選擇礫石尺寸

3、，然后倒推高級優(yōu)質(zhì)篩管的 擋砂精度。但是實際上，具體的油田的地層砂的分選型和砂子粒徑都是千變?nèi)f化 的，差異很大，不能完全按照這個公式來設(shè)計。 本文通過對文昌 19-1 北地層砂的篩分析、確定礫石充填實驗方案和高級優(yōu)質(zhì) 篩管出砂模擬實驗方案，進行實驗，根據(jù)實驗結(jié)果、整理和分析，推薦合理的擋 砂精度。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：粒度分析；防砂方式；礫石充填；篩管結(jié)構(gòu)；模擬實驗；擋砂精度 abstract wenchang 19-1 north oil field is located in pearl river mouth basin, the wenchang b central depression.

4、its far from the hainan wenchang county about 148 km away. the oil field sand phenomenon is relatively serious. every year oil company takes large spendings on completion and sand control production. the key of wenchang oil field sand control technology is design the sand control layer structure of

5、sand control screen and integrated block off sand control accuracy. at home or abroad designers choose the gravel size according to the d50=(5-6)*d50 as sand control method. after that, they retrodict the block off accuracy of senior high quality screen. but actually, the sorting types and sand part

6、icle sizes in special oil fields formation sand are ever changing, at the same time, they differ greatly, we cant design completely according to the formula. in this text ,according to the analysis on wenchang 19-1 north oil fields formation sand screen, designers confirm the gravel pack experimenta

7、l program and senior high quality screen sand simulation experiment scheme. after experiment, according to the result of the experiment, collection and analysis, we finally recommend reasonable block off sand control accuracy. keywords: mechanical analysis; sand control method; gravel pack; screen c

8、onstruction simulated experiment; block off accuracy 目錄目錄 1 1 前前 言言 1 1 1.11.1 研究目的與意義研究目的與意義 1 1 1.21.2 研究內(nèi)容與步驟研究內(nèi)容與步驟 1 1 1.31.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1 1.3.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 1.3.2 國外研究現(xiàn)狀 5 1.41.4 文昌文昌 19-119-1 北油田研究背景資料北油田研究背景資料 6 6 2 2 防砂方法的介紹與選擇防砂方法的介紹與選擇 1010 2.12.1 防砂方法概述防砂方法概述 1010 2.22.2 機械防砂機械防砂 1010

9、2.2.1 繞絲篩管防砂 10 2.2.2 雙層預(yù)充填礫石繞絲篩管防砂 11 2.2.3 膨脹篩管 12 2.2.4 多層濾膜組合篩管 13 2.2.5 雙層半剖面繞絲篩管 13 2.2.6tbs 篩管防砂技術(shù) 13 2.2.7 割縫襯管防砂 14 2.2.8 可膨脹割縫管 15 2.2.9 濾砂管防砂 15 2.32.3 礫石充填防砂礫石充填防砂 1919 3 3 文昌文昌 19-119-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組地層砂分析油組地層砂分析2424 3.13.1 文昌文昌 19-119-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組地層砂粒度分析油組地層砂粒度分析 2424 3

10、.1.1 樣品 1 的篩分析結(jié)果 24 3.1.2 樣品 2 的篩分析結(jié)果 27 3.1.3 樣品 3 的篩分析結(jié)果 30 3.1.4 樣品 4 的篩分析結(jié)果 32 3.23.2 文昌文昌 19-119-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組泥質(zhì)含量與粘土含量分析油組泥質(zhì)含量與粘土含量分析 3535 3.33.3 文昌文昌 19-119-1 油田北塊與相鄰油田北塊與相鄰 19-119-1 油田的地層砂參數(shù)對比油田的地層砂參數(shù)對比3535 4 4 文昌文昌 19-119-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組防砂優(yōu)化研究油組防砂優(yōu)化研究 3737 4.14.1 文昌文昌 19-119

11、-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組礫石充填出砂模擬實驗油組礫石充填出砂模擬實驗3737 4.24.2 文昌文昌 19-119-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組高級優(yōu)質(zhì)篩管出砂模擬實驗油組高級優(yōu)質(zhì)篩管出砂模擬實驗 3939 4.2.1 模擬高級優(yōu)質(zhì)篩管結(jié)構(gòu)方案一 39 4.2.2 模擬高級優(yōu)質(zhì)篩管結(jié)構(gòu)方案二 39 4.2.3 模擬多層篩網(wǎng)填砂模型實驗方案一（2%nacl 鹽水測） 41 4.2.4 模擬多層篩網(wǎng)填砂模型實驗方案二（2% nacl 鹽水測）44 4.34.3 文昌文昌 19-119-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組的防砂方案和防砂參數(shù)推薦油組的防

12、砂方案和防砂參數(shù)推薦 4747 5 5 研究結(jié)論研究結(jié)論4848 謝辭謝辭 4949 參考文獻參考文獻 5050 1 前前 言言 1.1 研究目的研究目的與意義與意義 通過對文昌 19-1 北油田地層砂的粒度分析、確定礫石充填實驗方案和高級優(yōu) 質(zhì)篩管出砂模擬實驗方案，進行實驗，根據(jù)實驗結(jié)果、整理和分析，推薦合理的 擋砂精度與防砂方案。 目前，在國內(nèi)外的防砂大多按照 d50=(5-6)d50 來選擇礫石尺寸，然后倒推高 級優(yōu)質(zhì)篩管的擋砂精度。但是實際上，具體的油田的地層砂的分選型和砂子粒徑 都是千變?nèi)f化的，差異很大，不能完全按照這個公式來設(shè)計。研究主要在于對地 層砂進行出砂模擬實驗，從而確定具體

13、的擋砂精度，制定完整的防砂方案。 1.2 研究內(nèi)容研究內(nèi)容與步驟與步驟 1、文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油組地層砂的粒度分析、粘土含量分析、 泥質(zhì)含量分析； 2、用模擬地層水進行文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油組礫石充填模擬實 驗，確定礫石目數(shù)和配套篩管的縫隙大?。?3、用模擬地層水進行文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油組優(yōu)質(zhì)篩管出砂模 擬實驗，模擬 2 種篩管結(jié)構(gòu)，確定最佳的擋砂精度； 4、文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油組礫石充填和優(yōu)質(zhì)篩管方案對比與最 終防砂方式以及防砂參數(shù)確定； 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)外在防砂方法的主要發(fā)展趨勢是變管內(nèi)防砂為裸眼

14、防砂。同時， 對于高泥質(zhì)含量或者高粘土含量的地層，都以礫石充填防砂為主。比如，中海油 的做法是：泥質(zhì)含量超過 14%，就推薦礫石充填防砂。經(jīng)過 10 多年的探索，目 前，國內(nèi)對于泥質(zhì)含量低的地層，基本上都用高級優(yōu)質(zhì)篩管防砂完井。但是，也 有很多泥質(zhì)含量超過 14%的油氣田，仍然采用高級優(yōu)質(zhì)篩管直接防砂同樣有效。 其關(guān)鍵在于設(shè)計防砂篩管的防砂層結(jié)構(gòu)和綜合的擋砂精度。只要擋砂精度合理， 高級優(yōu)質(zhì)篩管在大多數(shù)情況下都可以替代礫石充填，從而節(jié)約很多的費用。 1.3.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)幾個主要氣田的防砂現(xiàn)狀如下： 1）國內(nèi)南海東部番禺 30-1 氣田的防砂現(xiàn)狀 表 1-1 為番禺 30-

15、1 氣田的粘土含量分析結(jié)果。番禺 30-1 氣田水平井采用高 級優(yōu)質(zhì)篩管防砂。 表表 1.1 番禺番禺 30-1 氣田粘土含量氣田粘土含量 巖芯深度粒度中值分選系數(shù)粘土含量序 號（m） 井號 d50（um） 2575/ d d （） 11676.53py30-1-3247.732.060.79 21678.53 py30-1-3275.841.360.79 31680.28 py30-1-3629.192.060.58 41682.78 py30-1-3348.842.141.86 51684.8 py30-1-3274.271.6118.66 62708.53 py30-1-3487.532

16、.232.03 72710.53 py30-1-3249.41.74.99 82712.53 py30-1-3263.21.443.19 92714.53 py30-1-3238.91.553.81 102716.53 py30-1-3282.531.565.89 112718.53 py30-1-3158.832.7710.46 122720.53 py30-1-3269.1726.24 2）青海澀北氣田防砂現(xiàn)狀 澀北氣田儲集層泥質(zhì)細粉砂巖的泥質(zhì)含量為40%60%，粘土礦物主要為伊 利石(占45%67%)、綠泥石(占18%29%)、高嶺石(占12%17%),其次為伊/ 蒙 混層礦物(占014

17、 %，混層比為10%)，還含有1%左右的蒙脫石。類儲集層(細 砂巖)粘土礦物含量較低，粒間孔發(fā)育，雜基含量低；類儲集層(泥質(zhì)粉砂巖)粒 間孔發(fā)育，孔隙分布不均勻，泥質(zhì)膠結(jié)，粘土礦物晶型差，粘土含量較高；類 儲集層(泥質(zhì)粉砂巖)粒間充填晶型差的高嶺石，伊利石呈橋接狀，粘土含量高。 澀北氣田防砂工藝主要以纖維復(fù)合、高壓一次充填、端部脫砂三種防砂工藝 為主。截止 2009 年底，澀北氣田共實施三種主導(dǎo)防砂工藝防砂 101 井次；其中 纖維復(fù)合防砂 49 井次，高壓一次充填防守 24 井次，端部脫砂防砂 11 井次，其 它防砂工藝 17 井次，表 1.2。 表表 1.2 澀北氣田不同防砂工藝實施井次對

18、比表澀北氣田不同防砂工藝實施井次對比表 實施井次 氣田 名稱 纖維復(fù)合礫石 充填（井次） 高壓一次充填 （井次） 端部脫砂 壓裂礫石 充填（井 次） 其它方式 （高級優(yōu) 質(zhì)篩管） （井次） 合計 （井次） 二號13541133 臺南611210 一號30186458 合計49241117101 三種主體防砂工藝 84 井次其它防砂工藝 17 井次 3）南海西部東方 11 氣田防砂現(xiàn)狀 東方 1-1 氣田各層的粘土含量如下： a) 東方 112 井 ii 下氣層，粘土含量 6.9617.53。 b) 東方 112 井 iii 上氣層，粘土含量 7.0113.72。 c) 東方 113 井 i 氣

19、層，粘土含量 27.27。 d) 東方 113 井 ii 下氣層，粘土含量 6.4835.04。 e) 東方 114 井 ii 上氣層，粘土含量 6.5323.97。 f) 東方 115 井 i 氣層，粘土含量 9.5214.89。 g) 東方 115 井 ii 上氣層，粘土含量 5.517.25。 h) 東方 117 井 i 氣層，粘土含量 9.6516.75。 i) 東方 117 井 ii 上氣層，粘土含量 8.0216.25。 j) 東方 118 井 ii 上氣層，粘土含量 21.0929.87。 k) 東方 119 井 ii 上氣層，粘土含量 6.8512.61。 該氣田推薦采用的防砂

20、方法是：裸眼高級優(yōu)質(zhì)篩管防砂。 4）國內(nèi)南海西部樂東 22-1 和樂東 15-1 氣田的防砂現(xiàn)狀 表 1.3 為樂東 22-1/15-1 氣田泥質(zhì)含量與黏土含量分析結(jié)果。 表表 1.3 樂東樂東 22-1/15-1 氣田泥質(zhì)含量與黏土含量分析氣田泥質(zhì)含量與黏土含量分析 井號層系生產(chǎn)氣組取心井深 （m） 泥質(zhì)絕對 含量（%） 黏土絕對 含量 （%） 22-1-3上層系qpl1v 上 583-59515.877.62 22-1-3上層系qpl1v 下 603-61215.236.69 22-1-2中層系qpl2i839-84214.797.63 22-1-3中層系qpl2i859-86713.21

21、5.59 22-1-4中層系qpl2ii910-92713.786.82 22-1-2中層系qpl2iii968-97514.098.37 22-1-4中層系qpl2iii970-100323.8913.56 22-1-3中層系qpl2iii995-100315.888.70 22-1-4中層系qpl3iii1484-150926.7319.51 22-1-3下層系n2y1i1488-149516.327.99 22-1-5下層系n2y1ii1599-160812.785.63 平均16.608.92 15-1-4ii1480-149617.849.13 15-1-4iii1610-16281

22、8.069.31 平均17.959.22 該氣田垂直井、斜井采用礫石充填完井防砂，而水平井采用高級優(yōu)質(zhì)篩管防 砂。 5）文昌 19-1/15-1/14-3/8-3 油田防砂現(xiàn)狀 各個油田的粘土含量如下： a）文昌 19-1 油田：珠江二段，粘土雜基含量 6.7%19%。珠海組二段，粘 土含量 10%24%。 b）文昌 15-1 油田：石英占 71.1%100.0%，長石占 0%20.2%。成分成熟 度較高。 以泥質(zhì)膠結(jié)為主，部分鈣質(zhì)膠結(jié)。粘土含量平均為 10.5%。 c）文昌 14-3 油田：zh1油氣組儲層砂巖中泥質(zhì)雜基含量較高，平均為 15.2。 zh2下油氣組的砂巖中泥質(zhì)雜基含量低，平均

23、為 3.3。 d）文昌 8-3 油田：砂巖中泥質(zhì)分布不均勻，平均含量在 6.l11.0之間， 以 zh1油組泥質(zhì)含量最高。 采用的防砂方法如下： a） 文昌 19-1（a） ，以裸眼+優(yōu)質(zhì)復(fù)合篩管為主； b） 文昌 19-1（b）,以裸眼礫石充填為主； c） 文昌 15-1，裸眼礫石充填和裸眼+優(yōu)質(zhì)復(fù)合篩管； d） 文昌 14-3，裸眼礫石充填和裸眼+優(yōu)質(zhì)復(fù)合篩管； e） 文昌 8-3，裸眼+優(yōu)質(zhì)復(fù)合篩管。 1.3.2 國外研究現(xiàn)狀國外研究現(xiàn)狀 1）射孔防砂一體化技術(shù) 射孔防砂一體化技術(shù)是射孔、防砂和監(jiān)測技術(shù)集成配套而形成的一種實用化 的技術(shù)，它在國外發(fā)展很快。該技術(shù)應(yīng)用于出砂油水井完井措施中

24、， 一趟管柱 完成射孔、防砂施工，優(yōu)點是減輕了油層污染，降低了施工費用。 2）新型濾砂管防砂技術(shù) 在機械防砂工藝技術(shù)中，由于濾砂管防砂具有施工工藝簡單，不進行礫石充 填作業(yè)，無需大型防砂設(shè)備以及施工成功率高等特點，近十年來發(fā)展很快，新產(chǎn) 品、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，以適應(yīng)不同地質(zhì)條件和不同油井類型防砂的需要。目前最 新研制并在現(xiàn)場工業(yè)應(yīng)用的防砂篩管有下面幾種： a)reslink 高強度防砂篩管 b)excluder 抗沖蝕防砂篩管 c)stratapactm 多層充填組合篩管 3)化學(xué)防砂技術(shù) a)烷基聚硅酸酯固砂。該方法的工藝原理是：將含水有機銨硅酸鹽、堿金屬 或銨的硅酸鹽溶液注入礫石充填層，使硅

25、酸鹽水溶液飽和整個層段；然后注入一 定體積的烴段塞作隔離液（烴段塞隔離液可以是石蠟和芳烴液體）再注入含有烷 基聚硅酸酯的可與水互溶的有機溶劑。當(dāng)該溶液與保留在砂粒上的以及滯留在砂 粒之間接觸點上的有機銨硅酸鹽、堿金屬或銨的硅酸鹽溶液接觸時發(fā)生反應(yīng)，在 充填層段形成硅化物水泥。所形成的硅化物水泥在 ph7 時穩(wěn)定，且能耐約 1000的高溫。以上處理步驟可重復(fù)進行，直至控制住細砂粒的位移。 b)混纖維砂漿充填防砂?；炖w維砂漿充填防砂最初是在壓裂過程中應(yīng)用的項 技術(shù)，它能夠防止壓裂后返排時支撐劑大量回流（吐砂） ，并減少支撐劑在壓裂 過程中的破碎率。將一定量的纖維材料混入支撐劑中，隨壓裂液一起擠入地

26、層， 使纖維在顆粒之間構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，限制支撐劑的移動，減少支撐劑之間的碰撞，達到 理想的壓裂充填效果。 1.4 文昌文昌 19-1 北油田研究背景資料北油田研究背景資料 文昌 19-1 油田北塊位于珠江口盆地文昌 b 凹陷中部，距海南文昌縣約 148km 海域,距文昌 19-1 油田 a 平臺約 5.0km；水深: 125m。 文昌 19-1 油田北塊擬動用儲層為珠海組二段油組，折算壓力系數(shù)為 1.011.03，為正常的壓力系統(tǒng)；油層溫度為 101.5，地溫梯度為 3.27 /100m，為正常的溫度系統(tǒng)。推薦文昌 19-1 油田北塊采用半潛式鉆井船+修井機 完成井口回接和完井作業(yè)。其地理位置見圖

27、1.1。 圖圖 1-1 文昌文昌 19-1 油田北塊地理位置圖油田北塊地理位置圖 根據(jù)文昌 19-1 油田北塊儲層砂的粒度分析結(jié)果，該層位地層砂不均勻系數(shù) d40/d90 值為 8.179.6，平均為 33.6；d10/d95 值 22.5259.2，平均為 116.1；細粉 砂（0.15mm） ，因縫隙尺寸易受腐蝕而增大，故防 砂有效期短，效果差。 圖圖 2.4 割縫襯管割縫襯管 2.2.8 可膨脹割縫管可膨脹割縫管 一種新式可膨脹割縫管（est）1995 年 8 月在 oman 油田通過現(xiàn)場試驗，膨 脹的割縫管與篩網(wǎng)組合將防砂篩網(wǎng)緊貼近射孔套管，支撐和壓緊篩網(wǎng)而共同起到 防砂作用。這種防砂

28、管柱的優(yōu)點有：（1）可用于直井、斜井，尤其對水平裸眼 完井防砂效果更理想。 （2）因篩網(wǎng)受壓，緊靠在套管射孔孔眼上，可防止地層砂 隨油流流入井筒，造成地層虧空，故可保持地層的支撐作用，起到很好的防砂效 果，這種防砂方法尤其適用于油井先期防砂。 （3）該方法的最大優(yōu)點是后期處理 簡單。它只需從 est 的一端拉拔，割縫管便可收縮到原有直徑，使用撈矛即可將 防砂管柱起出井筒。 2.2.9 濾砂管防砂濾砂管防砂 濾砂管防砂技術(shù)一般用于套管射孔完成井，其防砂機理是過濾和自然砂拱擋 砂。當(dāng)濾砂管下入井中，正對出砂層位，將濾砂管上部懸掛封隔器坐封，并實現(xiàn) 丟手。把濾砂管流在井底，取出施工管柱便完成施工，再

29、下入生產(chǎn)管柱投產(chǎn)。地 層砂粒隨液流進入井筒，被阻擋于濾砂管周圍，逐漸堆積，形成自然砂拱，進一 步阻止地層出砂。 目前常用的濾砂管主要有：金屬棉濾砂管、金屬氈濾砂管、金屬網(wǎng)布濾砂管、 樹脂石英砂濾砂管、陶瓷濾砂管、多孔陶瓷濾砂管和多孔冶金粉末濾砂管。 （1）金屬棉濾砂管 金屬棉濾砂管由帶孔基管、金屬棉和保護管組成?；芎捅Ｗo管上均有鉆孔， 提供流體流動的通道。金屬棉濾砂管的過濾介質(zhì)是金屬纖維，按一定的數(shù)量置于 預(yù)制的模具中，在一定壓力下成型，鑲嵌于管壁孔內(nèi)或套在中心管上，并加以固 定并加篩套保護備用。金屬纖維體內(nèi)孔隙直徑和滲透率可通過纖維用量及成型壓 力加以調(diào)整。金屬棉濾砂管的防砂原理是:大量金

30、屬纖維被壓緊堆積在一起，形成 高縫隙密度的防砂濾網(wǎng)阻擋地層砂粒通過，其縫隙大小與纖維堆積緊密程度有關(guān)。 通過控制纖維的壓緊程度達到適應(yīng)不同油氣層砂徑的防砂要求。由于金屬纖維層 富有彈性，在一定的驅(qū)動力下，小砂?？梢酝ㄟ^縫隙，因而避免金屬纖維被堵死。 砂粒通過后，纖維又可恢復(fù)原狀而起“自潔”作用。大量的地層砂被外層金屬網(wǎng)阻 擋形成砂拱，可阻擋網(wǎng)眼直徑 1/6 的地層砂。 金屬棉濾砂管分為單體（鑲嵌）式金屬棉濾砂管和整體式金屬棉濾砂管，見 圖 3-5 和圖 3-6。單體式金屬棉是由多孔蓋（濾網(wǎng)） 、不銹鋼金屬棉絲、壓板、焊 縫、基管組成。整體式金屬棉濾砂管是由不銹鋼金屬棉絲、保護套（打孔套管） 、

31、 中心管、扶正器組成。 圖圖 2.5 金屬棉濾砂管及濾砂介質(zhì)金屬棉濾砂管及濾砂介質(zhì) 圖圖 2.6 整體式金屬棉濾砂管整體式金屬棉濾砂管 （2）金屬氈濾砂管 金屬氈濾砂管（見圖 2.7）采用多層 316l 不銹鋼金屬纖維燒結(jié)氈作為過濾介 質(zhì)，具有防砂可靠性高、抗破壞能力強、滲透性好、孔隙度高等特點；金屬氈濾 砂管耐酸堿腐蝕、耐高溫，壽命長。金屬氈濾砂管滲濾介質(zhì)采用獨立多層纏繞結(jié) 構(gòu)，抗擠壓變形能力好，防砂層薄，外徑小，重量輕，強度高，有利于通過大斜 度井段，增強了適應(yīng)性。金屬氈濾砂管適用于直井、斜井、定向井、水平井等不 同類型的骨內(nèi)和裸眼防砂；金屬氈濾砂管介質(zhì)擋砂精度系列為 0.06mm 和 0

32、.1mm。 圖圖 2.7 金屬氈濾砂管金屬氈濾砂管 （3）金屬網(wǎng)布濾砂管 金屬網(wǎng)布濾砂管（見圖 2.8）采用多層 316l 特種過濾網(wǎng)過濾結(jié)構(gòu)，抗破壞能 力強，滲透性好（1000m2） ，過濾面積大。金屬網(wǎng)布濾砂骨適用于直井、斜井、 水平井等不同類型的管內(nèi)和裸眼井防砂，通過調(diào)節(jié)網(wǎng)布參數(shù)可適用于稠油井防砂; 管柱內(nèi)可承受最大壓差 2540mpa；濾砂介質(zhì)擋砂精度系列為 60m、80m、100m、120m、150m、200m、250m 和 300m。 圖圖 2.8 金屬網(wǎng)布濾砂管金屬網(wǎng)布濾砂管 （4）樹脂石英砂濾砂管 樹脂石英砂濾砂管（圖 2.9）由濾砂管、引鞋和中心管三部分組成。其制作 方法是：

33、用精篩選好的石英砂和環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂，按一定配比均勻混合，裝 入特制的模具中，在一定條件下固化成型、脫模取出，便可獲得具有一定外形尺 寸、適當(dāng)滲透率的濾膠管和引鞋。適用于（1）合采井早期或后期防砂；（2）中、 粗砂巖地層；(3)中等或較低粘度（2pa.s）原油條件。要求套管質(zhì)量良好。 圖圖 2.9 樹脂石英砂濾砂管樹脂石英砂濾砂管 （5）多孔陶瓷濾砂管 以多孔陶瓷作為濾砂管，其周圍可充填礫石，也可不充填礫石（當(dāng) d500.1mm 時） 。陶瓷濾砂管已在勝利、遼河油田應(yīng)用了上百井次，成功率達到 95以上。由于陶瓷能耐高溫，所以特別適用于注汽熱采井防砂。 （6）多孔冶金粉末濾砂管 多孔冶金粉末濾

34、砂管用經(jīng)過篩選的銅顆?；蜩F粉燒結(jié)而成，多數(shù)采用鐵粉燒 結(jié)，成本低，是由銅合金包覆金屬粉末用獨特的生產(chǎn)工藝制造的。濾砂管采用密 封膠連接，壁厚較薄，連接強度較低，容易開裂，使中心管內(nèi)充滿地層砂，造成 堵塞。 該濾砂管具有彎曲的過濾通道，孔隙孔道縱橫交錯，其孔隙度與孔徑大小可 以控制和再生，具有很高的滲透能力，而且滲透性能穩(wěn)定，具有足夠的強度，有 耐高溫、抗震動等特性。可防粒度中值大于 0.07mm 的地層砂。 （7）陶瓷濾砂管 陶瓷濾砂管（圖 2.10）的防砂原理仍是基于過濾。陶瓷濾砂管是由外管、陶 瓷管、密封部分組成。將陶瓷管裝入外管內(nèi)，兩端采用耐油、耐水、耐磨性好的 銅基密封件密封，下端用螺

35、釘將陶瓷管固定在外管上，上端為自由滑動端。外管 部分主要起保護作用。 圖圖 2.10 陶瓷管濾砂管陶瓷管濾砂管 2.3 礫石充填防砂礫石充填防砂 機械管柱礫石充填防砂也簡稱礫石充填防砂或篩管礫石充填防砂，是應(yīng)用較 一早的防砂方法。它具有防砂強度高，成功率高，有效期長，適應(yīng)性好的特點， 經(jīng)過數(shù)十年研究，應(yīng)用和發(fā)展，技術(shù)十分成熟。在垂直井、定向井（甚至水平井） ，海上油井、常規(guī)井、注汽熱采井、新老井中應(yīng)用非常普遍，效果很好，是眾多 防砂方法中首選的防砂方法。由于近年來理論、工藝及設(shè)備的不斷完善，被認為 是目前防砂效果最好的方法之一，在國外約占所有防砂施工總量的近 90%。 該方法防砂原理（參見圖

36、2.11）可在井眼內(nèi)（裸眼或套管內(nèi)）正對出砂地層 下入金屬全焊接的繞絲篩管，然后泵入礫石砂漿于篩管和井眼環(huán)空，如果是套管 射孔完成井，還要將部分礫石擠入射孔孔眼和周圍地層空穴內(nèi)，利用充填礫石的 橋堵作用來阻止地層砂運移，而充填礫石又被阻隔于篩管周圍。這種多級過濾屏 障，保證油流沿充填體內(nèi)多孔系統(tǒng)經(jīng)過篩管被源源不斷地舉升至地面，而地層砂 則被井制在地層內(nèi)，實現(xiàn)油井期生產(chǎn)又不出砂或輕微出砂。 圖圖 2.11 礫石充填防砂原理圖礫石充填防砂原理圖 由此可見，礫石充填防砂具有以下特點： （1）防砂強度高 套管內(nèi)、外密實的礫石充填體阻止地層骨架砂運移，保證地層結(jié)構(gòu)不被破壞， 而金屬繞絲篩管本身強度很大，

37、滲流面積大，因而，通過篩縫的流動阻力極小。 所以，該過濾系統(tǒng)能隨很大的生產(chǎn)壓差而阻止地層出砂。經(jīng)試驗研究，礫石充填 能隨的最大壓差為 2.45mpa。 （2）有效期長 由于防砂強度高，不銹鋼繞絲篩管耐腐蝕，礫石（石英砂）的化學(xué)性能穩(wěn)定， 篩管和充填體過濾體系無運動部件，砂粒被阻隔于系統(tǒng)之外，因此，過濾系統(tǒng)可 以保證長期安全生產(chǎn)，一般可以有效工作 810 年，幾乎是一種永久性的防砂過 濾系統(tǒng)。 （3）適應(yīng)范圍廣 由于防砂機理是基于多級過濾，加上多年的發(fā)展，技術(shù)成熟，可供選擇的工 藝方式多，因而對地層、油井適應(yīng)性很好。不管井段長短，地層流體特性，無論 直井、斜井、常規(guī)井、熱采井，單層完成或多層完成

38、均可獲得過功，成功率高達 90以上。但粉細砂巖不適用，因極細的地層砂時能逐漸侵入充填體內(nèi)重逢堵塞 而使防砂失效。 （4）產(chǎn)能損失相對較小 任何一種防砂方法都不可避免地帶來油井的產(chǎn)能損失，也是因防砂保證油井 正常生產(chǎn)而必需付出的代價?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)表明，正常的管內(nèi)礫石充填產(chǎn)能損失約 30，但采取有效的補救措施后，產(chǎn)能損失可降至 10，這是完全可以接受的。 常用的礫石充填方式有兩種：一是用于裸眼完井的先期裸眼礫石充填；二是 用于射孔完井的套管內(nèi)礫石充填。 1、裸眼礫石充填防砂 本方法是油層段采用裸眼完成，裸眼直徑比上部技術(shù)套管更大，然后，正對 出砂層段下入繞絲篩管，再對裸眼環(huán)空進行礫石充填，從而完成防砂

39、。完井井身 結(jié)構(gòu)可見，它是一種先期防砂完井技術(shù)。 裸眼礫石充填（圖 2.12）的滲濾面積大，礫石層厚，防砂效果較好，對油層 產(chǎn)能的影響小。但其常用于油氣井先期防砂。工藝較復(fù)雜，且對油層結(jié)構(gòu)要求有 一定的強度，對油層條件要求高（如單一油層、厚度大、無汽水夾層等） 。 2、套管內(nèi)篩管礫石充填防砂 套管內(nèi)篩管礫石充填防砂（圖 2.13）是在先期裸眼繞絲篩管礫石充填方法基 礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它適用于套管完成井。首先在井筒內(nèi)下入繞絲篩管或割縫襯管， 正對油氣層，然后用攜砂液將礫石充填在篩管與套管的環(huán)形空間內(nèi)，形成濾砂層， 這樣篩管支撐礫石層，而礫石層則起到擋砂作用。既控制油層出砂，又保持較高 的滲流能力，

40、使油氣井正常生產(chǎn)。這種方式通常稱為套管內(nèi)礫石充填。 1-油管；2-水泥環(huán)；3-套管；4-封隔器；5-襯管；6-礫石 圖圖 2.12 裸眼礫石充填裸眼礫石充填 1-油管；2-水泥環(huán)；3-套管；4-封隔器；5-襯管；6-礫石；7-射孔孔眼 圖圖 2.13 套管內(nèi)礫石充填套管內(nèi)礫石充填 按其傳統(tǒng)的含義，管內(nèi)充填是指對套管射孔完成井，對井筒內(nèi)的篩管與套管 之間的環(huán)空進行礫石充填，形成擋砂過濾屏障，達到防砂目的。按現(xiàn)代的含義， 隨技術(shù)的進步和發(fā)展，管內(nèi)充填不僅包括對井筒環(huán)空的礫石充填，還包括將礫石 擠入射孔孔眼內(nèi)和套管周圍地層中，我們常稱為地層預(yù)充填。所以，廣義的管內(nèi) 充填應(yīng)包括套管環(huán)空充填和地層預(yù)充填

41、兩層概念。按施工工藝方式，管內(nèi)充填又 分為反循環(huán)充填、正循環(huán)充填和循環(huán)擠壓充填。 3、高壓充填防砂技術(shù) 高壓充填防砂工藝技術(shù)有 2 種，一種是不壓開地層進行充填，即高壓一次充 填，其防砂原理主要是采用封隔高壓一次充填工具與割縫篩管配套，通過攜砂液 以大排量將礫石帶到氣井產(chǎn)層管外地層和篩管與套管的環(huán)形空間，經(jīng)高壓作用形 成沉積、壓實高效能擋砂屏障帶，達到防止氣井出砂的目的。另外一種是壓開地 層進行高壓充填，即壓裂端部脫砂，從而阻止裂縫進一步向縫長方向延伸，繼續(xù) 泵入高砂比混合液，繼而沿裂縫壁形成全面脫砂，縫中液體儲能增加，泵壓增高， 促使裂縫膨脹、增寬，縫內(nèi)充填支撐劑，從而造出一條具有高導(dǎo)流能力

42、的支撐裂 縫。 3 文昌文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組油組地層砂分析地層砂分析 3.1 文昌文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組地層砂粒度分析油組地層砂粒度分析 取到文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油組（井段 2015-2050 米）巖心，以此 為依據(jù)進行該油田的防砂研究。 為了保證分析的準確性，我們把取回的巖心按照篩分析的要求，把整個取心 層段的巖心混合，并分成 4 個平行的樣品進行篩析。 3.1.1 樣品樣品 1 的篩分析結(jié)果的篩分析結(jié)果 樣品 1 的結(jié)果見表 3.1、表 3.2。 其粒度分布關(guān)系見圖 3.13.3。 表表 3.1 文昌文昌

43、19-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組油組地層砂粒度分布統(tǒng)計結(jié)果地層砂粒度分布統(tǒng)計結(jié)果 樣品 1 粒徑分布范圍 重量百分比（）累積百分比（） 2.00mm5.905.90 2.00-0.841mm10.3016.20 0.841-0.595mm12.6528.85 0.595-0.25mm23.0051.85 0.25-0.105mm34.5386.38 0.105-0.063mm6.6092.98 0.063-0.0443.0295.99 0.841mm16.2016.20 0.595mm12.6528.85 0.25mm23.0051.85 0.105mm34.5386.38

44、0.044mm9.6295.99 0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.595mm0.25mm0.105mm0.044mm0.044mm 粒徑（mm） 累積百分比（） 累積百分比（） 圖圖 3.3 文昌文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組油組樣品樣品 1 地層地層 砂累積重量百分比與平均最小粒徑關(guān)系曲線砂累積重量百分比與平均最小粒徑關(guān)系曲線 目前，國內(nèi)外均按地層砂的粒度

45、大小,進行如下分級： 粒徑0.1mm-特細砂或粉砂； 粒徑介于 0.10.25mm-細砂； 粒徑介于 0.250.5mm-中砂； 粒徑介于 0.51.0mm-粗砂； 粒徑1.0mm-特粗砂。 50為地層砂篩析曲線上占累積重量 50的地層砂粒徑，簡稱地層砂的粒度 中值。40為地層砂篩析曲線上占累積重量 40的地層砂粒徑；90為地層砂篩 析曲線上占累積重量 90的地層砂粒徑；均勻性系數(shù) c 定義為：cd40/d90，c5 為不均勻砂；c10 為很不均勻砂。 從上圖可知樣品 1 的參數(shù)為：d500.27mm，d400.43mm，d900.082mm， 均勻性系數(shù) c5.24，為非均勻中砂。 3.1.

46、2 樣品樣品 2 的篩分析結(jié)果的篩分析結(jié)果 樣品 2 的結(jié)果見表 3.3、表 3.4 和圖 3.43.6。 表表 3.3 文昌文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組油組地層砂粒度分布統(tǒng)計結(jié)果地層砂粒度分布統(tǒng)計結(jié)果 樣品 2 粒徑分布范圍 重量百分比（）累積百分比（） 2.00mm6.746.74 2.00-0.841mm9.5016.24 0.841-0.595mm12.5528.79 0.595-0.25mm21.3950.17 0.25-0.105mm35.5385.70 0.105-0.063mm7.1292.82 0.063-0.044mm3.4996.31 0.84

47、1mm16.2416.24 0.595mm12.5528.79 0.25mm21.3950.17 0.105mm35.5385.70 0.044mm10.6196.31 0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.595mm0.25mm0.105mm0.044mm2.00mm6.986.98 2.00-0.841mm9.5916.57 0.841-0.595mm12.1328.70 0.595-

48、0.25mm21.3850.08 0.25-0.105mm35.9886.06 0.105-0.063mm7.0193.07 0.063-0.044mm3.1296.19 0.841mm16.5716.57 0.595mm12.1328.70 0.25mm21.3850.08 0.105mm35.9886.06 0.044mm10.1396.19 0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.59

49、5mm0.25mm0.105mm0.044mm2.00mm5.675.67 2.00-0.841mm9.6715.34 0.841-0.595mm12.5627.90 0.595-0.25mm21.6749.57 0.25-0.105mm36.1285.69 0.105-0.063mm7.5693.25 0.063-0.044mm3.0196.26 0.841mm15.3415.34 0.595mm12.5627.90 0.25mm21.6749.57 0.105mm36.1285.69 0.044mm10.5796.26 0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.2

50、5-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.841-0.595mm0.595-0.25mm0.25-0.105mm0.105-0.044mm0.841mm0.595mm0.25mm0.105mm0.044mm0.044mm 粒徑（mm） 累積百分比（） 累積百分比（） 圖圖 3.12 文昌文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組樣品油組樣品 2 地層砂地層砂 累積重量百分比與平均最小粒徑關(guān)系曲線累積重量百分比與平均最小粒徑關(guān)系曲線 從上圖可知樣品 4 的參數(shù)為：d500.25mm，d400.41mm，d900.082mm， 均勻性系數(shù) c5.00，為非均勻中砂

51、。 4 個樣品的平均參數(shù)為：d500.255mm，d400.42mm，d900.08225mm，均 勻性系數(shù) c5.11，為非均勻中砂。 3.2 文昌文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組泥質(zhì)含量與粘土含量油組泥質(zhì)含量與粘土含量 分析分析 取到文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油組（井段 2015-2050 米）巖心，由此 得到文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油組泥質(zhì)含量與粘土含量測試結(jié)果如下表 3.9 所示： 表表 3.9 文昌文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組泥質(zhì)含量與粘土含量測試結(jié)果油組泥質(zhì)含量與粘土含量測試結(jié)果 油田層位井段（m）泥質(zhì)絕對含量

52、（%） 粘土絕對含量 （%） 文昌 19-1 油 田北塊 珠海組二段 油組 2015-20507.115.87 表 3.5 的結(jié)果低于原 odp 報告（細粉砂（44m）含量 16.9-68.8%，平均為 38.6、泥質(zhì)含量（測井）：粒徑小于 33um 的平均為 15%）的結(jié)果。 3.3 文昌文昌 19-1 油田北塊與相鄰油田北塊與相鄰 19-1 油田的地層砂參數(shù)對比油田的地層砂參數(shù)對比 對比結(jié)果見表 3.10 和表 3.11。 表表 3.10 文昌文昌 19-1 油田北塊與相鄰油田北塊與相鄰 19-1 油田的地層砂粒度參數(shù)對比油田的地層砂粒度參數(shù)對比 粒度參數(shù)（mm）油田層位井段 （m）d50

53、d40d90均勻性 c 文昌 19-1 油田北塊 珠海組二 段油組 2015-20500.260.4250.08255.15 文昌 19-1zj2i 油層1272-12840.13450.1450.0751.93 文昌 19-1zh2i 油 層 1702-17150.1480.1870.07452.51 表表 3.11 文昌文昌 19-1 油田北塊與相鄰油田北塊與相鄰 19-1 油田的粘土含量對比油田的粘土含量對比 油田層位井段（m）粘土絕對含量 （%） 文昌 19-1 油田北 塊 珠海組二段油組2015-20505.87% 文昌 19-1zj2i 油層1272-12846.7%19% 文昌

54、19-1zh2i 油層1702-171510%24% 從表 3.10 和表 3.11 來看，文昌 19-1 北塊與文昌 19-1 油田差異很大。文昌 19-1 北塊的地層砂粒度中值大于文昌 19-1、均勻性系數(shù)也大于 19-1。而粘土含量 卻低于文昌 19-1。 4 文昌文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組防砂優(yōu)化研究油組防砂優(yōu)化研究 4.1 文昌文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組礫石充填出砂模擬實驗油組礫石充填出砂模擬實驗 根據(jù)前面地層砂的篩分析結(jié)果，該層地層砂粒度中值為 0.255mm，為中砂。 按照礫石充填公式，礫石的粒度中值 d50=（5-6）

55、0.255=1.275-1.53mm。 可以選擇目數(shù)比較接近的礫石規(guī)格為：10-20 目、16-30 目、20-40 目。 1）10-20 目礫石，配置篩網(wǎng) 35 目（0.50mm） ； 2）16-30 目礫石，配置篩網(wǎng) 45 目（0.35mm） ； 3）20-40 目礫石，配置篩網(wǎng) 50 目（0.30mm） 。 實驗流程見圖 4.1。 陶粒 壓力表 地層砂 泵 壓力表 篩網(wǎng) 圖圖 4.1 試驗方案流程圖試驗方案流程圖 （1）實驗編號 1-1（流程和要求見圖 4.1） ，10-20 目礫石：配置篩網(wǎng) 35 目 （0.50mm） 用 2% nacl 鹽水進行實驗，模擬流量為 2ml/min。記錄

56、壓力表 1 和表 2 的壓力， 并測量流量。記錄數(shù)據(jù)的時間間隔按如下進行（分鐘）： 0，5，10，20，30，40，50，60，90，120，180，240，300，360（也就是總時 間 6 個小時） 。記錄總出砂量。 （2）實驗編號 1-2（流程和要求見圖 4.1） ，16-30 目礫石：配置篩網(wǎng) 45 目 （0.35mm） 用 2% nacl 鹽水進行實驗，模擬流量為 2ml/min。記錄壓力表 1 和表 2 的壓 力，并測量流量。記錄數(shù)據(jù)的時間間隔按如下進行（分鐘）： 0，5，10，20，30，40，50，60，90，120，180，240，300，360（也就是總時 間 6 個小時）

57、 。記錄總出砂量。 （3）實驗編號 1-3（流程和要求見圖 4.1） ，20-40 目礫石：配置篩網(wǎng) 50 目 （0.30mm） 用 2% nacl 鹽水進行實驗，模擬流量為 2ml/min。記錄壓力表 1 和表 2 的壓 力，并測量流量。記錄數(shù)據(jù)的時間間隔按如下進行（分鐘）： 0，5，10，20，30，40，50，60，90，120，180，240，300，360（也就是總時 間 6 個小時） 。記錄總出砂量。 表表 4.1 文昌文昌 19-1 油田北塊珠海組二段油田北塊珠海組二段油組礫石充填出砂量（水測）油組礫石充填出砂量（水測） 礫石尺 寸 （目） 匹配篩網(wǎng)目 數(shù) （目） 礫石相當(dāng)?shù)?擋

58、砂精度 （m） 實測出砂 量 （g） 產(chǎn)液含砂量 （t/萬 m3） 10-20352500.233.19444444 16-30451500.162.22222222 20-40501200.121.66666666 我們參考表 4.2 中油井防砂效果評價指標(行業(yè)標準 sy/t 5183-2000)的含砂量 這一欄來評價產(chǎn)液時的出砂量，當(dāng)防砂后含砂量小于 0.03%（3t/萬 m3）時，認為 防砂是完全有效的。 表表 4.2 油井防砂效果評價指標油井防砂效果評價指標(行業(yè)標準行業(yè)標準 sy/t 5183-2000) 序號項目指標評價，分 7030 5070201 防砂后日產(chǎn)油 量比防砂前日產(chǎn)

59、 油量，%500 0.0330 0.080.03202含砂量，% 0.080 18030 30180203 有效生產(chǎn)時間， d 300 8010 4 防砂后采油指 數(shù)比防砂前采油 指數(shù)，% 800 因此，從行業(yè)指標來看，表 4.1 的結(jié)果中，礫石目數(shù)為 16-30 目以及 20-40 目， 均滿足含砂量3t/萬 m3 的要求，防砂都是有效的。而當(dāng)?shù)[石目數(shù)為 10-20 目，則 出砂量超過行業(yè)指標。所以，可以選擇 2 種規(guī)格的礫石，即 16-30 目（當(dāng)量擋砂 精度 150m）以及 20-40 目（當(dāng)量擋砂精度 120m）的礫石進行防砂是完全可行 的。 4.2 文昌文昌 19-1 油田北塊珠海組

60、二段油田北塊珠海組二段油組高級優(yōu)質(zhì)篩管出砂模油組高級優(yōu)質(zhì)篩管出砂模 擬實驗擬實驗 4.2.1 模擬高級優(yōu)質(zhì)篩管結(jié)構(gòu)模擬高級優(yōu)質(zhì)篩管結(jié)構(gòu)方案一方案一 方案從外到內(nèi)詳細結(jié)構(gòu)及各層參數(shù)如下： 最外層：外保護套，材料為 304，厚 1.2mm，采用沖壓加工方式，形成側(cè)流 孔通道，具有非常好的泄流作用，并為內(nèi)部過濾網(wǎng)提供有效保護； 第二層：過濾層，材料為 316l，采用過濾精度分別為 125m、149m、177m、210m、250m 、297m 的金屬編制密紋網(wǎng)，其開孔 率高達 40%，具有很高過濾精度的同時又擁有很高的過濾效率； 第三層：泄流層，材料為 304，采用大孔徑的方孔網(wǎng)（選擇孔徑 2-4mm