井下作業(yè)操作手冊(防砂作業(yè))

1、防砂作業(yè)1、 概述多數疏松或較疏松的油層生產過程中有出砂現象。油氣井出砂會造成磨蝕井下、地面設備和工具(如泵、分離器、加熱器、管線等)，甚至砂卡中心管、生產管柱等，降低油氣井產量或迫使油氣井停產。因此生產過程中可能出砂的油氣井，需要進行防砂作業(yè)。海上油氣田多采用機械防砂的方式，常見的防砂方式有：獨立篩管防砂（優(yōu)質篩管防砂）和礫石充填防砂。1.1 作業(yè)目的利用濾砂管或者充填的礫石作為擋砂屏障，阻擋砂子產出。1.2 作業(yè)人員大修作業(yè)隊人員18人，防砂地面設備工程師46人，防砂工具工程師34人，打砂工程師1人，作業(yè)總監(jiān)1人，作業(yè)監(jiān)督2人。1.3 作業(yè)設備鉆修機系統(tǒng)，防砂設備：打砂泵、混砂車、方井口、

2、數采房等。1.4 工具防砂器材：頂部封隔器總成、隔離封隔器總成、沉砂封隔器、篩管、盲管等；防砂服務工具：座封工具、充填工具、隔離密封、沖管等。2、 作業(yè)準備2.1 陸地作業(yè)準備1、 收集資料：地層泥質含量、地層砂均質系數、地層砂粒度中值、生產套管尺寸及磅級、射孔數據表、井斜數據表、CBL曲線、原井防砂管柱圖、目的層溫度及壓力。2、 根據石油大學防砂方式選擇圖版（見圖1）選擇防砂方式。圖1 石油大學防砂方式選擇圖版3、 根據Saucer最優(yōu)礫石充填尺寸設計圖版（見圖2）選擇擋砂精度：擋砂精度（防砂精度/充填礫石粒徑）為地層砂粒度中值的56 倍，即D50（56）×d50。1）在獨立篩管防

3、砂中，防砂篩管的擋砂精度應與根據地層砂粒度中值優(yōu)選的礫石層的擋砂精度結果一致。擋砂精度/µm60100120150200250相當于充填礫石/目40/6030/4020/4016/3010/3010/202）在礫石充填中，應滿足砂拱或橋堵擋砂的原則。繞絲篩管和割縫篩管縫寬應是最小充填礫石直徑的1/22/3。3）礫石充填防砂推薦選用篩管外徑：應保證礫石充填環(huán)形空間的徑向厚度不小于19mm。獨立篩管防砂推薦選用篩管外徑：套管井中以篩管本體或接箍外徑小于套管內徑8mm10mm 為宜；裸眼井中以最大剛體外徑小于裸眼直徑10mm15mm為宜。圖2 Saucer最優(yōu)礫石充填尺寸設計圖版4、 根據

4、射孔數據表及沉砂封隔器深度確定需要準備的篩、盲管長度，參照CBL曲線、原井防砂管柱圖及射孔數據表，確保防砂封隔器座封位置避開套管接箍、原封隔器座封位置及射孔段。1）防砂篩管長度應覆蓋防砂層段，宜超過防砂層段上、下界各1.0m。2）防砂隔層厚度宜大于礫石充填頂部封隔器總成長度和防砂篩管覆蓋防砂層段上下界的實際長度及生產過程中沉降所需的盲管長度的三者之和。5、 砂量預算：孔眼內砂量 = 凈射孔段長度×充填系數篩套環(huán)空砂量 = 篩套環(huán)空的體積×砂子密度盲套環(huán)空砂量 =（盲管長度+充填滑套以下部分 > 30ft，取30；< 30ft，取實際長度）×盲套環(huán)空環(huán)形

5、面積×砂子密度總砂量 = 孔眼內砂量+篩套環(huán)空砂量+盲套環(huán)空砂量+（5-10%附加量）計算中充填系數依據同區(qū)塊同層位礫石充填經驗初步確定，砂子密度一般取為100lbs/ft³。6、 攜砂液選擇：1）不同性能的攜砂液用在不同的防砂完井方式中，在直井、斜井的循環(huán)/高速水礫石充填和水平井礫石充填中宜用清潔鹽水攜砂液或中粘攜砂液；壓裂充填防砂井中宜用高粘攜砂液。2）攜砂液的密度應滿足井控要求。3）攜砂液應做地層配伍性試驗，且?guī)r心滲透率的恢復值應不小于85%。7、 物料準備：根據防砂配管表準備篩盲管、防砂封隔器、防砂服務工具及各種變扣接頭；根據砂量預算準備陶粒；根據攜砂液配方準備相應

6、化學藥劑；以上物料原則上要求準備需要使用量的1.5倍。根據現場情況，準備防砂地面設備。8、 施工方的動力設備等相關設備和相關儀器需具有檢驗報告，需要在陸地進行試運轉、調試的，進行試運轉、調試，確保海上能夠正常運轉、應用。9、 施工方的出海施工人員要具有符合安全作業(yè)要求的相關證件，并且要準備合格的勞保用品。10、 施工方準備相關設備、器材和施工人員出海申報所需的各種材料。11、 作業(yè)監(jiān)督負責協(xié)調施工方設備、人員的出海相關事宜。2.2 海上作業(yè)準備1、 作業(yè)前的設備吊裝就位，施工人員必須到達現場，指定設備擺放位置。2、 作業(yè)監(jiān)督負責組織防砂施工人員、作業(yè)隊人員和平臺人員等召開防砂作業(yè)技術和安全交底

7、會，進行各項步驟的安全風險分析，并應明確各相關人員的安全職責和作業(yè)分工。3、 設備、工具到達現場后，施工人員現場檢查設備和工具等能否滿足施工要求，包括：防砂器材是否齊全、完好，動力源能否正常啟動、混砂車密度計是否準確、防砂泵最大水馬力能否滿足要求、平臺供液是否足夠、流程是否正確、數采房信號是否接收正常、對講機準備是否充足。4、 作業(yè)流程中的管線高壓部分要求使用滿足壓力要求的硬管。5、 防砂人員根據現場施工情況及篩盲管長度重新配管，丈量防砂工具尺寸，確保生產管柱能正常下入，交由作業(yè)監(jiān)督進行檢查。6、 施工人員在作業(yè)前辦理作業(yè)時的各種作業(yè)許可證，監(jiān)督負責協(xié)調事宜。7、 作業(yè)監(jiān)督根據作業(yè)進度，安排防

8、砂人員就位防砂器材及防砂設備，并標明防砂器材連接和下井次序，按標準對防砂管線進行試壓，試壓區(qū)域拉警示帶進行隔離。3、 HSE要求1、 嚴格遵循天津分公司健康安全環(huán)境管理體系HSE/WW-119 防砂作業(yè)安全管理規(guī)定。2、 防砂服務方按甲方要求準時將防砂器材運送至指定碼頭出海，并按安全規(guī)定在現場存放，人員按甲方要求按時出海，必須具有五小證、健康證。3、 防砂工程師擺放地面設備并組織下入防砂管柱，防砂人員嚴格按我公司防砂操作規(guī)程和安全管理規(guī)定進行操作。4、 現場操作人員必須戴手套、穿工衣、工鞋、戴安全帽、護目鏡。5、 吊運防砂器材時一定要謹慎小心，防止掉落傷人。6、 防砂作業(yè)時首先要申請冷工作業(yè)許

9、可證，經平臺同意后才能開始防砂作業(yè)。7、 防砂場地要用警示帶圍住，嚴禁無關人員進入；禁止防砂場地跨越高壓管線、禁止非防砂人員操作防砂地面設備、禁止非防砂人員在高壓作業(yè)區(qū)停留。8、 防砂作業(yè)要謹慎，如果管線有破損、刺漏或高壓管線無法固定，要馬上通知防砂工程師。9、 所有防砂過程都要由防砂工程師和監(jiān)督親自指揮，管線連接和試壓要由防砂工程師親自完成，并做好安全隔離。10、 防砂工程師正確指揮防砂地面設備的就位及防砂器材的下入，防碰、防撞、防砸、防高壓，檢查所有防砂地面設備，使其處于安全可靠狀態(tài)。11、 所有電器設備插頭防水、防潮、防短路，人離斷電，注意其他公司的設備安全。12、 防砂作業(yè)時，作業(yè)區(qū)5

10、00米范圍內無線電通訊設備必須保持暢通。 13、 防砂作業(yè)充填過程中循環(huán)出的液體要集中處理，禁止隨便排放。14、 對工作中產出的垃圾按類別放入對應的垃圾箱內，決不亂扔、亂放，杜絕污染環(huán)境的事情發(fā)生。15、 對于防砂器材防砂結束后帶出的原油，及時進行處理，防止其流入大海。4、 防砂作業(yè)4.1 基本概念1、 沖篩比：礫石充填防砂管柱中沖管外徑與篩管基管內徑之比。2、 地層砂均質系數：地層砂篩析曲線上占累積重量40%的地層砂粒徑與占累積重量90%的地層砂粒徑比值。注：一般用UC來表示。UC 3為均勻砂；3UC5為不均勻砂；UC5為極不均勻砂。3、 地層砂分選系數：地層砂篩析曲線上占累積重量10%的地

11、層砂粒徑與占累積重量95%的地層砂粒徑比值。注：一般用SC來表示：SC 10為分選好；10 < SC <20為分選中等；SC 20為分選差。4、 砂丘比：水平井礫石充填過程中，波充填的充填高度與井眼直徑的比值。5、 地層砂粒度中值：根據篩析結果，將粒徑篩目號與對應的累積質量百分比描繪到半對數坐標系上形成一條篩析曲線，在此曲線上累積質量百分比為50%所對應的粒徑大小，即為地層砂樣的粒度中值d50。4.2 防砂方式海油常用的防砂方式分為獨立篩管防砂和礫石充填防砂，見圖3。 (1) 獨立篩管防砂 (2) 礫石充填防砂圖3 獨立篩管防砂和礫石充填防砂4.1.1 獨立篩管防砂此方法一般用于地

12、層砂分布較均勻、粒度較粗的地層，一般防砂壽命較短。是將濾砂管和封隔器聯接成防砂管柱并用鉆桿將防砂管柱送到產層，坐封、丟手后，封隔器將濾砂管固定于井下，然后在封隔器上部下入生產管柱。該方法操作簡單，易于施工，作業(yè)風險小、周期短、成本低，并且對井筒周圍的滲透率影響較小。4.1.2 礫石充填防砂礫石充填防砂經幾十年的技術改進和配套，是目前最有效的防砂方法。礫石充填的工藝方法是在油氣井中下人工濾砂管柱后，再進行濾砂管柱外部(包括炮眼和地層近井地帶)礫石充填，建立人工防砂屏障。該方法施工風險較大，作業(yè)周期較長，但防砂時效長，并能防止射孔炮眼閉合，維持近井地帶較高的滲透率。4.3 防砂管柱典型的獨立篩管防

13、砂管柱及礫石充填防砂管柱見表1、表2，示意圖如下：圖4 獨立篩管防砂管柱 圖5 礫石充填防砂管柱表1 典型的獨立篩管防砂管柱（一趟3層為例） 表2 典型的礫石充填防砂管柱（3個單層為例）4.4 防砂器材4.3.1 常用的防砂篩管目前海上常用的防砂篩管分為優(yōu)質篩管及繞絲篩管，優(yōu)質篩管包括星孔優(yōu)質篩管和復合型優(yōu)質篩管。1、星孔優(yōu)質篩管1） 結構星孔優(yōu)質篩管（如圖6）以優(yōu)質無縫鋼管做基管，在基管上鉆有若干個階梯孔，過濾件通過螺紋旋接在基管上的階梯孔中，每個過濾件由外殼、保護網、過濾介質和墊片組成。其中過濾介質是由金屬纖維堆積而成，當一個適當大小的自由砂粒位于兩條金屬纖維絲中間時，只要給砂粒足夠大的力

14、，就可以通過縫隙，當砂子通過篩管以后，由于金屬纖維的彈性，又可以恢復濾砂管的原有參數。另外，由于金屬纖維過濾介質是立體結構，過流面積遠遠大于普通篩管的平面過流面積。圖6 星孔優(yōu)質篩管外觀及結構2） 特點a. 過濾介質采用金屬纖維，防砂范圍小，適用于地層砂均質性好、泥質含量低或砂析不清楚及代表性不強的情況。b. 可選擇多種防砂精度，保證防砂的有效性。c. 一口井中可使用不同孔密篩管，防止底水錐進及篩管單點沖蝕。d. 在井斜大、狗腿度大等各種難度井中下入安全可靠。e. 整根篩管無焊接，全篩管可采用防腐材質適合腐蝕井中應用。f. 同規(guī)格的井眼尺寸，可下入較大基管尺寸的防砂篩管，保證較大的篩管內徑，如

15、8.5”井眼可下入7”優(yōu)質星孔篩管，6”井眼可下入4.5”優(yōu)質星孔篩管。g. 外形與套管類似，下入快捷、方便。h. 防砂精度不高，防砂時效短，易被泥砂堵塞。2、復合型優(yōu)質篩管1）結構復合型優(yōu)質篩管（如圖7）是在均勻鉆孔后的基管外罩以防砂網，并在防砂網外安裝保護罩，并依靠防砂網阻擋地層砂進入井筒的篩管，篩管結構如圖7。圖7 復合型優(yōu)質篩管外觀及結構2）特點a. 防砂范圍小，適用于地層砂均質性好、泥質含量低或砂析不清楚及代表性不強的情況。b. 可選擇多種防砂精度，保證防砂的有效性。c. 在井斜大、狗腿度大等各種難度井中下入安全可靠。d. 防砂精度不高，防砂時效短，易被泥砂堵塞。e. 濾砂網強度較低

16、，礫石充填及生產過程中易于破損。3、繞絲篩管1）結構繞絲篩管是由不銹鋼絲盤旋纏繞在一基管外襯套上制成。其斷面形狀如圖8所示，它的一個特點是使用了三角形(斷面)的不銹鋼絲，三角形的頂點朝里面，這樣就形成了一個梯形斷面的開口縫隙，減少了縫隙被堵塞的趨勢。圖8 繞絲篩管斷面形狀2）特點a. 不具有獨立防砂能力，使用繞絲篩管必須進行礫石充填。b. 強度較低，吊裝、下鉆及礫石充填過程中易于損傷。4.3.2 頂部封隔器常用的Baker “SC-1R”型封隔器（如圖9）是高性能、可回收的生產封隔器，適用于獨立篩管防砂及礫石充填防砂，可以使用SC及S2系列的全部配套工具，如”B1”或”SC”液壓座封工具和礫石

17、充填轉向工具，可以通過使用配備”BSC-R”配件并具有特殊公扣的”SC”座封工具來實現防砂管柱下井過程中的旋轉。1、結構圖9 “SC-1R”型封隔器2、特點1）旋轉鎖定系統(tǒng)使防砂管柱易于在高狗腿度及水平井中下入。2）抗扭強度大，允許長防砂段的完井。3）單一、自緊的杯形密封元件使封隔器具有較大的壓力適用范圍。4）可以用BAKER“S 一1”型回收工具（圖10）插入封隔器內直接上提進行解封和回收。圖10 “S-1”型回收工具5）機械式連鎖機構使該封隔器可以起到懸掛器及生產封隔器的雙重作用。4.3.3 隔離封隔器常用的Baker “SC-1L”隔離封隔器（如圖11）是多層防砂中用以分隔不同層位的生產

18、封隔器。通過鉆桿內加壓，推動位于封隔器頂部的活塞座封。1、 結構圖11 “SC-1L”隔離封隔器2、 特點1）結構簡單，操作方便。2）本身沒有密封筒，一般與左旋、倒置密封筒配合使用。3）無法釋放儲存于鎖緊環(huán)中的能量，因此膠皮能一直保持密封，但是回收困難。4.3.4 沉砂封隔器沉砂封隔器（也即橋塞，如圖12）的作用是分隔生產層段，防止層間流體和壓力的串通、干擾，在生產時也可使油直接進入生產管柱可以使產層和口袋隔離開，在礫石充填時不影響擠注測試結果。打砂時也能阻止砂子進入口袋影響充填結果,防砂時插入錨定插入密封具有承托防砂管柱及定位的作用。沉砂封隔器具有施工工序少、周期短、卡封位置準確的特點，分為

19、永久式橋塞和可取式橋塞兩種。1、 結構1中心軸；2壓套；3鎖環(huán)；4上卡瓦；5上錐體；6坐封剪切銷釘（6個）； 7上膨脹圈；8下膨脹圈；9箍環(huán)；10支撐環(huán)（內有O-Ring）；11膠筒；12下錐體；13鍵；14下卡瓦；15下接頭；圖12 “F-1”沉砂封隔器2、 特點1）結構簡單，下放速度快。2）整體式卡瓦可避免中途坐封；單膠筒和平滑的金屬背圈組成可靠的密封系統(tǒng)。3）采用雙卡瓦結構，齒向相反，實現橋塞的雙向鎖定，從而保持坐封負荷，壓力變化亦可保證密封良好；棘輪鎖環(huán)保持坐封負荷，保證壓力變化下的密封依然可靠。 4）施工工序少、周期短、卡封位置準確、深度誤差小。4.5 防砂步驟4.4.1 獨立篩管防

20、砂步驟（9-5/8”套管1趟3層為例）1、座封沉砂封隔器沉砂封隔器應坐封于底層射孔段底界以下大約12m，并要求避開套管接箍。電纜座封沉砂封隔器：鉆具組合：Baker"F-1"沉砂封隔器+電纜座封工具+CCL+馬龍頭+電纜。注意事項： 電纜下入"F-1"沉砂封隔器時，關閉所有無線電通訊，停止一切電弧焊作業(yè)，平臺所有人員禁止使用手機。如果電纜下入"F-1"沉砂封隔器有困難（井斜超過60°或狗腿度較大），可選擇用鉆桿下入。鉆桿座封沉砂封隔器：1）工具組合為："F-1"沉砂封隔器液壓坐封工具+3-1/2"

21、;鉆桿（具體柱數根據同位素的深度來定）+同位素接頭+ 3-1/2"鉆桿。2）下鉆到位后，測量并記錄上提下放懸重。3）保持管柱處于上提狀態(tài)，座卡瓦，電測校深。4）根據校深結果上提或下放管柱使"F-1"沉砂封隔器處于設計座封位置。5）接考克、循環(huán)頭及地面管線，對地面管線通水并試壓5000psi x 10min。6）投1-7/16"座封球，開泵小排量送球入座，此過程注意泵壓變化。7）按如下步驟座封"F-1"沉砂封隔器：500psi ×5min0；1300psi×5min0；1800psi×5min0；2500p

22、si×5min0。注：如果管柱打不起壓，則投1-3/4”備用球，打壓座封。8）過提10噸，下壓5噸確認卡瓦咬住套管壁；關防噴器（BOP），反打壓，鉆桿內無返出，驗證膠皮已脹封。9）將管柱置于中和點位置，正轉12-15圈脫手座封工具。10）起鉆至射孔段以上50m，正打壓3800psi左右剪切球座。注：如果用備用球座封"F-1"沉砂封隔器，則上提管柱后反循環(huán)出備用球。11）起鉆（注意隨時補充工作液，保持井筒內液面在合適的高度）。2、下防砂管柱準備篩管臺、方臺、碗型座及相應尺寸的C型盤、沖管手提卡瓦、安全卡瓦。1）外層管柱使用篩管臺、C型盤，按下列順序下入外層防砂管柱：

23、a) 190-60“S-22B”錨定插入密封總成b) 下層優(yōu)質篩管c) 下層盲管d) SC-1L隔離封隔器總成e) 中層優(yōu)質篩管f) 中層盲管g) SC-1L隔離封隔器總成h) 上層優(yōu)質篩管i) 上層盲管j) SC-1R頂部封隔器總成2）中心管柱將最后一根盲管坐在篩管臺上，坐上方臺，放入碗型座，使用沖管手提卡瓦、安全卡瓦下入中心管：a) 隔離封隔器座封工具b) 沖管3）連接SC-1R頂部封隔器總成a) 變扣b) 磨銑延伸筒c) SC-1R頂部封隔器d) 液壓座封工具e) 3-1/2”IF短鉆桿下鉆1柱，關防噴器，接循環(huán)頭及地面管線，嘗試低泵速反循環(huán)，驗證各工具連接是否正確。3、座封封隔器1）下

24、鉆，每柱通徑，要求通徑規(guī)直徑大于備用球直徑，控制純下鉆速度在20m/min之內。2）下鉆到位后，測上提/下放懸重并記錄，下壓2t，試將錨定插入密封插入沉砂封隔器，過提5t提出，再次下壓5t插入，若兩次插入位置相同，確認到位。3）上提管柱至正常上提懸重，連接考克、循環(huán)頭及地面管線，試壓5000psi x 10min，試壓合格后泄壓。4）投1-7/16"坐封球，打壓座封“SC-1R”頂部封隔器：500psi×5min0；1300psi x 5min0；1800psi x 5min0；2500psi x 5min0。注意：若座封球座提前剪切，則投1-3/4"備用球繼續(xù)座

25、封；服務工具脫手后，上提3m，反循環(huán)洗出備用球。5）過提10t，下壓5t，確認卡瓦張開；關防噴器，環(huán)空打壓2000psi x 10min，驗證膠皮脹封合格。6）上提管柱脫手服務工具，若服務工具未脫手，則正轉1215圈進行脫手。7）上提管柱3m，打壓3800psi剪切球座。8）繼續(xù)上提管柱至隔離封隔器總成以下5m，開泵小排量正循環(huán)，同時緩慢上提管柱，直至管柱內憋壓，停泵，繼續(xù)上提0.5m標記隔離封隔器座封位置。9）下放3m，標記隔離封隔器驗封位置；開泵做正循環(huán)測試，地面見返出后，記錄泵速及泵壓。10）上提管柱至座封位置，正打壓2500psi x 5min座封隔離封隔器。11）下放管柱至驗封位置，

26、正打壓，環(huán)空無返出為驗封合格。12）重復步驟（8）（11），座封中層隔離封隔器。13）起鉆，保持環(huán)空液位適當。4.4.2 單層礫石充填防砂步驟（9-5/8”套管3個單層為例）1、座封沉砂封隔器步驟同獨立篩管防砂。2、下防砂管柱準備篩管臺、方臺、碗型座及相應尺寸的C型盤、沖管手提卡瓦、安全卡瓦。1）外層管柱使用篩管臺、C型盤，按下列順序下入外層防砂管柱：a) 190-60“S-22B”錨定插入密封總成b) 下層優(yōu)質篩管c) 下層盲管d) SC-1R礫石充填頂部封隔器總成2）中心管柱將最后一根盲管坐在篩管臺上，坐上插板，放入碗型座，使用沖管手提卡瓦、安全卡瓦下入中心管：a) 底部隔離密封b) 沖管

27、3）連接SC-1R頂部封隔器總成a) 安全剪切接頭b) 下部延伸筒c) 滑套密封筒d) 充填滑套e) 上部延伸筒f) SC-1R頂部封隔器g) 3-1/2”IF短鉆桿下鉆1柱，測量上提/下放懸重；關防噴器，嘗試低泵速反循環(huán)（控制泵壓小于500psi），驗證各工具連接是否正確。3、礫石充填1）下鉆，每柱通徑，要求通徑規(guī)直徑大于備用球直徑，控制純下鉆速度在20m/min之內。2）下鉆到位后，測上提/下放懸重并記錄，下壓2t，試將錨定插入密封插入沉砂封隔器，過提5t提出，再次下壓5t插入，若兩次插入位置相同，確認到位。3）上提管柱至正常上提懸重，投1-7/16"坐封球，連接考克（關閉）、循

28、環(huán)頭及地面管線，試壓5000psi x 10min，試壓合格后泄壓。4）開考克，打壓座封“SC-1R”頂部封隔器：500psi×5min0；1300psi x 5min0；1800psi x 5min0；2500psi x 5min0。注意：若座封球座提前剪切，則投1-3/4"備用球繼續(xù)座封；服務工具脫手后，上提3.5m，反循環(huán)洗出備用球。5）過提10t，下壓5t，確認卡瓦張開；關防噴器，環(huán)空打壓，鉆桿無返出證明膠皮脹封合格。6）上提管柱脫手服務工具，若服務工具未脫手，則正轉1215圈進行脫手，脫手后測量上提/下放懸重并記錄。7）上提管柱至正常上提懸重，繼續(xù)上提2ft，標記充填位置；充填位置繼續(xù)上提7ft標記反循環(huán)位置。8