国内外防砂技术

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。

a绕丝筛管砾石充填防砂技术

充填工具

国外各大石油防砂公司都拥有自己的砾石充填工具，且种类繁多，已成为系列化。目前广泛应用于现场的主要有以下几种类型： （1）皮碗式充填工具

（2）封隔器转换总成类充填工具

（3）振动充填工具：这类充填工具是由美国沙龙石油公司研制的，主要由皮碗充填工具、旋转式衬管振动器及倒扣丢手工具组成。衬管振动器的间距为60英尺，充填过程中，利用地面转盘带动振动器产生水平振动，以获得密实的充填层。

绕丝筛管

目前，国外除少数地区继续沿用割缝衬管外，大部分地区均采用全焊接不锈钢绕丝筛管。国外主要绕丝筛管制造厂商及其产品如下：

表1 国外全焊接绕丝筛管对比

制造厂家 参数 外径（in） 缝宽（in） 单根长度（ft） 贝克防砂公司 1.66-10.23 （共17种） 0.006-0.03 （共7种） 按定货要求 约翰逊油气 筛管公司 1.55-10.17 （共18种） 0.006-.025 （共19种） 在3-21范围内 任选 哈瓦德—史密斯筛管公司 1.46-10.24 （共15种） 0.006-0.03 （共9种） 按定货要求 永钢有限公司 1.75-11.185 （共17种） 0.002-0.04 （共7种） 10，20，30，40或按定货要求 充填材料

绕丝筛管砾石充填防砂材料目前国外使用的有石英砂、陶粒和涂层砾石。

在美国和西欧市场上供应的商品石英砂规格从40/100～6/10美国目，砾石质量按API推荐的标准检验。在国外的充填材料中，公认Ottawa砂质量最好，委内瑞拉砂次之。

携砂液

目前国际上在携砂液研究方面持有两种观点：一种是朝高质、高效及高粘方向发展。而另外一种趋向于低粘或清水方向发展。如何评价视油井类型而定。

b滤砂管防砂工艺

膨胀筛管

这种防砂筛管由可膨胀割缝内管、可膨胀割缝外管和过滤层组成，当筛管与封隔器联接在一起下到设计位置时，通过一个胀锥，使其径向膨胀，贴紧套管壁。当打捞作业时，通过一个捞锚，在轴向拉力作用下，筛管径向收缩，解卡提出。 其优点是：

（1） 可用于直井、斜井，尤其对水平井裸眼井防砂效果更理想。

（2）将筛网压紧靠在套管射孔孔眼上，可防止地层砂随油流流出，亏空地层，故可保持地层应力，起到很好的防砂效果，这种防砂方法尤其适用于油井先期防砂。

（3）该防砂方法的最大优点是后期处理简单。它只需从一端拉拨，割缝管便可收缩到原有直径，使用捞锚即可将防砂管柱起出井筒。

多层组合筛管

该新型滤砂管是美国Pall公司研制成功的，该滤砂管的先进性在于：

(1)中心管、金属网及外管之间零间隙紧凑结构使其外径较小，可应用于侧钻小井眼防砂、过油管防砂。

(2)该结构具有较大的柔性，抗弯曲能力好，适合于水平井及大斜度井防砂。

(3)该滤砂管抗腐蚀性能好，可承受较高的拉应力，适合不同类型的油气井防砂。

双层半剖面绕丝

为了解决水平井或大斜度井砾石充填筛管上部充填不密实而防砂失效的难题，Spatin等人研制开发出这种新型滤砂管。其结构由中心管和两层环形套组成，环形套一半是绕丝筛管，另一半为完体管。外套与内套交错焊接在带孔中心管上，并沿内外环形套安置一个遮挡板，从而在交错体内产生一曲线流道，以减少地层砂的堵塞。

另外，中心管装有暂时堵塞器的预制筛管、中心管装有mill—owt堵塞的预制筛管、外层有暂时堵塞器的带孔预制筛管，是针对水平井裸眼井完井这一特殊问题设计开发出的、可用于清洁井底条件的新型筛管。

2 国内机械防砂技术

近年来，国内机械防砂工艺技术发展较快，仅辽河油田、胜利油田、大港油田在油气防砂研究方面也作了大量的工作，使国内防砂工艺技术水平有了较大提高。 在国内陆上、海上十几个油田现场应用一万余井次，施工成功率90%以上。

a绕丝筛管砾石充填技术

充填工具

(1)常规砾石充填工具：又可为正循环工具和反循环工具

表5-2 管内充填工具一览表 工具名称 规格型号 用途 SL-FS-FT2 SL-FS-WT1 SL-FS-WQ SL-FS-P1 SL-FS-PT SL-FS-ZQ2 SL-FS-Q2 5-1/2in 7in 5-1/2in 7in 5-1/2in 7in 5-1/2in 7in 7in 7in 5-1/2in 反循环充填 热采井正循环充填 热采井正循环充填 常规井正循环充填 常规井正循环充填 热采井正循环充填 常规井正循环充填 特点 水力丢手 皮碗式旋转丢手 皮碗式水力丢手 皮皮碗式水力丢手 皮碗式旋转丢手 水力丢手 卡瓦式水力丢手 (2) 振动砾石充填工具

国内于1992年成功地研制出振动砾石充填工具，它主要有：旋转充填工具、丢手工具、旋挂振动器、密封总成组成。旋挂振动器使用时由筛管联结，下入到筛管中心管内，由地面动力钳带动管柱旋转，经充填工具和生产心轴，传至冲管下，振动块产生径向往复运动，连续敲击中心管内壁，实现振动充填砾石。

(3) 长井段分层砾石充填工具

多层砾石充填是针对多层分采和厚夹层长井段油井如何有效的进行防砂提出的。国内于1995年成功的研制出二次管柱和一次管柱分层砾石充填工具。其中一次管柱防砂管柱包括以下几种工具：上部充填工具补偿装置、下部充填工具、封隔器和补偿器。

筛管

国内砾石充填筛管主要有全焊接式不锈钢绕丝筛管、割缝衬管、双层预充填筛管和金属棉滤砂管。其中全焊式不锈钢绕丝筛管应用最为广泛。

充填材料

目前国内砾石充填材料主要有石英砂、陶粒和树脂涂敷砂，其中以石英砂为主。质量检测标准执行国际API质量检查标准。国内石英砂中以兰州砂质量最好，其次是福建砂。由于陶粒价格较贵，一般用量不大，只在少数高温井中陶粒和树脂涂敷砂应用。

充填方式

充填方式主要反循环充填、正循环充填。其中正循环挤压方式是国内外许多油田优先采用的方式，由于有较多的砾石进入射孔炮眼内，充填饱满，因此防砂时成功率高，效果较好。对于井斜度较高的定向井或丛式井，常规低密度正循环挤压充填效果更佳，这已为国内许多油田现场实例所证实。

b激光割缝筛管砾石充填防砂技术

激光割缝筛管砾石充填防砂技术是在绕丝筛管砾石充填防砂技术上发展起来的新技术，其原理是利用油管将防砂筛管与填砂工具等组合而成的防砂管柱下至油层段，然后利用填砂车组将混砂液正填入筛套环空、近井地层中，以实现人工砾石形成的砂桥防治油层细粉砂的目的。截止到2003年6月20日，该技术已在辽河油田现场应用101口井，防砂有效率91%，取得良好的防砂效果，累产油51940 t，创经济效益4675万元，实现投入产出比1：5。 (1) 技术特点：

实施近井地层内防砂、固砂，防砂效果好；

防砂管柱内通径大（Ф100mm～Ф110mm），便于后期作业； 填砂、丢手、坐封一次管柱完成，施工方便、快捷； 筛缝排列密度大，提高了过流面积，而且筛管强度高。 (2)技术关键：

激光割缝筛管；

填砂一体化工具； 填砂施工工艺技术。 (3)技术突破点：

新型激光割缝筛管同绕丝筛管相比具有强度高，内通径大的特点，激光技术的应用与开发使筛管砾石充填防砂技术得到了进一步提高；

大通径填砂一体化工具的研制，改变了以往砾石充填工具通径小；

采用了三种丢手方式，增加了管柱安全性，避免了丢手丢不掉的事故隐患，为大排量、高泵压挤压式充填工艺的实施提供了条件；

挤压式充填工艺使填砂量大大增大，对提高防砂效果十分有利，改变了以往循环式充填填砂量小、地层砂与人工砾石混合降低砾石层渗透率的情况。挤压式充填工艺取代循环式填砂工艺，对提高防砂效果十分有利。

c滤砂管防砂技术

滤砂管防砂施工工艺目前国内外发展很快，滤砂管工艺管柱同国外基本相同。下面主要介绍几种国内应用效果较好，比较新型的滤砂管，以及它们的适用范围。

双层预充填筛管和金属棉滤砂管

国内在90年代初开发研制出双层预充填筛管和金属棉滤砂管，其性能指标与国外大致相同，而应用范围较国外更为广泛。

表3 双层预充填筛管和金属棉滤砂管性能数据表 型号 双层预充填筛管 Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅲ型 最大外径mm 127 140 184 133 砾石尺寸mm 0.5-1.0 0.5-1.0 0.5-1.0 充层厚度mm 17.5 18 20.7 12 孔隙度% 33 33 33 42 渗透率 μm2 抗压强度MPa 8.9 8.9 8.9 12 挡砂精度um 70 70 70 60 49.3 49.3 49.3 54.7 金属棉滤砂管 金属毡滤砂管

该种金属毡滤砂管是1998年3月为埕岛油田海上双管注水防砂而研制的。技术指标及 工艺特点：

（1）该注水防砂管中心管内径φ110mm，通径大、渗流面积大，适应大注入量的要求。

（2）可用在油井防砂中，特别地在一次防砂失效后，可在中心管内再下入小直径滤砂管，不动原防砂管进行二次防砂。

（3）在双管注水防砂中，利用配套管柱可同时进行两个层段的注水防砂。

TBS筛管防砂技术

整体烧结金属纤维筛管（简称TBS筛管）是用套管或油管作为基管，在基管上按一定规则打孔并在高温高压条件下，将金属纤维烧结在打孔的基管上，从而形成立体网状滤砂屏蔽。该金属纤维能使原油及小于Φ0.07mm的细粉砂通过，并随油流一起被携带出井筒，而较大粒径的粗砂被阻挡在筛管外，形成自然的挡砂屏障，从而达到防砂的目的。

表4 技术性能指标 技术指标 类型 Ф168mm Ф148mm Ф108mm Ф102mm Ф102mm φ89mm 最小通径mm φ140 Ф120 Ф82 Ф78 Ф82 Ф68 渗透率 μm2 38-120 32-120 28-65 28-80 28-65 24-52 挡砂 粒径 mm 0.07以上 0.07以上 0.07以上 0.07以上 0.07以上 0.07以上 内压MPa 22 22 20 20 18 18 外压 MPa 35 35 32 32 28 32 渗流面积cm2m 286 267 260 254 254 205 耐温℃ 350 350 350 350 350 350 备 注 水平井 7″井 51/2″ 侧钻井 砂锚 砂锚 该技术拥有国家专利，1997年获中国石油天然气总公司技术推广一等奖，2002年在SPE亚太地区石油天然气会议和展览会上发表论文，论文号SPE-77846。 防砂管柱不仅可以用在直井、斜井、侧钻井及水平井等套管完井的各类油、气、水井的防砂，而且对于裸眼完钻的上述各类型的油、水井也同样适用。自94年现场应用1000多井次，解决了辽河油田稠油注汽井细粉砂防治的难题。

机械防砂发展趋势

目前机械防砂发展主要表现在以下几个方面：

(1) 对于出砂严重、生产压差大的直井、小斜度油井，多采用绕丝筛管砾石充填防砂；而对于出砂不太严重或大斜度井、水平井则采用滤砂管防砂。

(2)砾石充填趋向于正循环挤压充填，尤其是高压大排量挤压充填。

(3)以水作携砂液的低密度水充填发展较快，这是因为水充填砾石充填层密实，防砂效果好。

(4)专门适用于水平井裸眼井或套管井的新型滤砂管不断出现，由于其工艺简单、施工方便而日益受到现场欢迎。

二、化学防砂技术

化学防砂大致可分三类：一类是树脂胶结地层砂。可以用成品树脂注入地层，也可以在地层中合成树脂来胶结地层砂；第二类是人工井壁。人工井壁种类很多，如预涂层砾石、树脂砂浆、水带干灰砂、水泥砂浆、乳化水泥、树脂核桃壳等。这些人工井壁材料都要通过管柱泵送到产层，并挤入套管以外的孔穴中去，形成密实充填，使地层恢复或部分恢复原始应力。待这些充填材料凝固，形成具有一定强度的挡砂屏障后，再把井筒中多余的充填物钻洗掉，使油、气井具备开井生产条件；第三类是其它化学固砂法，这一类方法制约条件多，使用不广泛，主要有以下几种：焊接玻璃固砂法、氢氧化钙固砂法、四氯化硅固砂法、水泥-碳酸钙混合液固砂法、聚乙稀固砂法和氧化有机化合物固砂法。

总的来说，化学防砂适用于渗透率相对均匀的薄层段，但由于化学防砂对地层渗透率有一定伤害作用，成功率不如机械防砂，还存在老化现象，相对成本较高等缺点，应用程度运不如机械防砂广泛。

由于化学防砂具有以下优点：

(1) 化学防砂后油井，井筒中不留任何机械物体，这就十分适用于多层完井作业中的上部地层的完井处理；

(2) 修井作业简单，无须套铣、打捞之类的工艺程序；

(3) 地层砂胶结防砂作业可以在无钻机或修井机的情况下进行，可利用原生产油管，无须起下作业，而直接进行胶结处理；

(4) 粉细砂地层的化学胶结防砂效果优于机械效果。

1国外化学防砂技术

国外化学防砂方法种类繁多，化学胶结剂从有机到无机物，胶结机理各有不同，并形成了配套的施工工艺。

a树脂液胶结地层砂

用于油井防砂的树脂主要有呋喃树脂、环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂以及它们的混合物，国外多采用呋喃树脂防砂。呋喃树脂除了大量应用于常规油井防砂外，也用于气井防砂和热采井防砂。在美国加州Bakersfield的克恩河油田热采井中成功地使用了一种改性呋喃树脂防砂，结果表明，油井生产时间大大延长，在不降低总产量的情况下很大程度地减少了出砂量和作业费用。

b人工井壁防砂

这类方法主要有树脂砂浆、树脂涂层砂、水泥砂浆、水泥—碳酸钙和液、乳化水泥浆等，树脂涂层防砂现尤为受欢迎。

另外，国外化学防砂还有有机物氧化聚合固砂、热法固砂、SiCl4固砂、Ca（OH）2固砂、胶乳固砂以及焊接玻璃固砂等。其中美国加州用焊接玻璃固砂法出砂严重的含页岩及粘土砂岩油井防砂，效果良好，特别适用于注蒸汽驱类油井防砂。

c高能树脂液充填固砂技术

目前的化学固砂砂技术，由于受到地层不均质性、层间矛盾的影响，各层位树脂吸收不均匀。据国外资料统计，防砂井段超过5m以上，防砂效果普遍不好。为此提出一种高能驱替树脂液固砂技术。

其原理是利用火药爆燃产生30MPa的巨大能量，使不均质地层来不及反应，强制吸收， 0.02～1秒之内将树脂液均匀顶替进入各层位。因而防砂效果好，适用长井段防砂。 其施工过程是首先预处理地层，注入树脂液，油管氮气过平衡加压，然后点燃气体发生器，产生高于地层破裂压力的气体，将树脂液挤入地层，最后酸处理催化固化树脂。

2国内化学防砂技术

a树脂液胶结地层砂

环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、呋喃树脂等都已成功地用于油井防砂，除直接网地层注入树脂液外，还可以使树脂在地下合成进行防砂，如：酚醛溶液地下合成防砂就是将加有催化剂的苯酚与甲醛按一定比例混合均匀后注入地层，在地层温度下逐渐形成树脂并粘附于砂子表面，固化后使地层砂胶结牢固，从而防止出砂。

b人工井壁防砂

国内人工井壁防砂方法主要有树脂砂浆、树脂涂层砂、树脂核桃壳、水泥砂浆、水带干灰砂、乳化水泥浆等。由于受到核桃壳货源的限制，已很少采用树脂核桃壳防砂；而水泥砂浆防砂因强度低、有效期短故应用已较少；水带干灰砂、乳化水泥浆曾被广泛采用，但由于防砂后堵塞较严重，其重要地位现已被其它方法取代。

被广泛应用的涂层砂有环氧树脂涂层砂、酚醛树脂涂层砂以及可耐高温的有机硅—树脂涂层砂等。近几年来，酚醛树脂涂层砂以低廉、高效的优势，在国内树脂涂层防砂中得到了最为普遍的使用。

目前，国内已形成了多种化学防砂方法并存的局面，树脂溶液胶结涂层砂和树脂层砂防砂应用较广，新型的化学防砂方法也不断出现，如塑料粉末滤砂管等，这就为不同油田不同区块的油井防砂提供了行之有效的防砂方法。

c高强度固砂技术

工艺原理

LH-Ⅴ高强度固砂剂是采用多种高效的无机及有机固体粘结剂，配以各种添加剂，经数道工序精制而成的粒度为0.03～0.06mm的粉剂产品。将该产品配成水基悬浮液注入地层，在一定温度下与地层砂砾表面反应并形成共价键，最终生成立体网状结构的固结物。该固结物具有极高的强度和较大的渗透率，在井筒周围形成一个滤砂层，阻止地层砂流入井筒，从而达到防砂目的。

固砂剂主要成分及作用机理分析

固砂剂的主要成分是M树脂、固化剂、偶联剂、二氧化锆及氧化钙。其作用机理是比较复杂的，经查阅有关文献资料，结合固砂剂的结构和组成特点，

我们对其作用机理进行了初步研究分析。 ①树脂固砂作用机理

M树脂中含有大量的羟基和不饱和双键，具有较强的化学活性，在水中易发生离解，生成带正电荷的有机官能团，与带负电的地层砂能很好地亲和，牢固地吸附在砂砾表面。在一定温度下，与砂砾交联固化成为一道坚固的挡砂层。该树脂本体的耐温性和抗压强度也较好，在250℃仍可达5MPa以上，优于其他类型树脂材料，是较为理想的防砂粘结剂。 ②无机化学反应作用机理

二氧化锆和氧化钙的加入具有双重作用。第一可以作为树脂的填料，填料粒子的活性表面与树脂大分子链相结合形成交联结构，能显著降低收缩应力和热应力，大幅度提高粘结体系的抗压强度和耐温性。其次，二氧化锆作为交联剂，与氧化钙、地层砂发生化学反应并形成坚硬粘结体，与固化后的树脂组成一个牢固的立体网状结构。这是整个防砂体系能耐350℃高温的关键，确保了在注汽条件下仍具有很好的防砂性能。 ③偶联剂的作用

偶联剂的加入有三种作用。其一，能与树脂产生物理亲和及缠绕作用，提高树脂本体强度；其二，偶联剂的无机基团与砂砾分子结构相似，易向砂砾表面迁移，同时有机官能团水解，与砂砾表面的羟基反应形成新的共价键；其三，偶联剂中的有机官能团覆盖于固砂体表面，表现出很强的疏水性，从而提高整个体系的耐水性。

高强度固砂剂能特点

外观：灰白色粉末； 相对密度（堆积）：0.90～0.92g/cm3； 粒度：0.03～0.06mm； 抗压强度：＞8.0MPa； 保持地层渗透率：＞80%； 固化温度：120～350℃； 固化后耐温：350℃； 固化时间：24～48h。

化学防砂发展趋势

近年来，国外兴起了多种新型的化学防砂方法，如高能树脂液充填固砂、微生物固砂等，资料数据表明效果不错。对于蒸汽吞吐和蒸汽驱类油井，国外正在研究耐高温性能更好的树脂和其它化学胶结剂。从总体来看，根据防砂需要，研究价廉、实用、高效的新型化学防砂方法成为开发疏松砂岩油田的必然趋势。

三、复合防砂工艺技术

所谓复合防砂就是将机械防砂和化学防砂结合起来，以控制油气井出杀的一种防砂工艺技术。该方法综合运用了化学与机械防砂固砂挡砂的原理，阻止地层砂随生产油气流采出而堵塞井筒，达到防砂目的。

复合防砂在国外是针对防砂难度大的粉细砂岩油藏和采液量大，生产压差的油井而提出的。文献中查到的复合防砂方法只有涂层砾石加绕丝筛管砾石充填和树脂溶液加绕丝筛 管砾石充填，其他方法目前未见详细报道。

国内复合防砂工艺主要同样是针对粉细砂岩油气层，单纯用化学或机械防砂方法不能有效地防砂以及在采液强度特别高、生产之差较大的情况下研究出来的。目前已在胜利、青海、大港油田获得大面积推广应用。目前常用的复合防砂工艺主要是涂料加砂滤砂管和涂料砂加滤砂管砾石充填两大类，应用较多的有：

涂料砂+双层预充填筛管

涂料砂+激光割缝衬管 涂料砂+金属棉滤砂管 涂料砂+绕丝筛管+砾石充填 涂料砂+割缝衬管+砾石充填

复合防砂工艺特点、适用范围及现场应用：

(1) 工艺特点：挡砂精度高、防砂效果好，要以阻挡0.07mm以上的粉细砂；可承受较高采液强度和较大生产压差；施工成功率高，防砂有效期长，平均有效期达3年以上；施工复杂，作业成本高，后期处理较难。

(2) 适用范围：非均质性严重的细砂岩及粉细砂防砂；出砂特别严重的油、气、水井防砂；油、气、水井的中后期防砂；产液（气）量大，采液强度较高的油、气、水井防砂；薄层、夹层多的油气井防砂；常规井、热采井防砂。

复合防砂工艺技术在胜利、青海、大港油田获得了大面积推广，主要应用于粉细砂油气井和稠油热采井。特别是胜利孤东油田，复合防砂应用较为广泛。目前胜利海上埕岛油田CB22D-2井也进行了复合防砂施工，该井地层砂粒度中值0.09mm，防砂后生产效果良好。

发展趋势

(1) 虽然国内目前复合防砂种类繁多，但从应用效果看，树脂溶液或涂料砂加绕丝筛管砾石充填效果最好，因此该方法应用前景看好。

(2) 对于中后期污染比较严重的油井，防砂配套工艺是保证复合防砂成功的有效手段。这些配套工艺包括施工液过滤、补孔、酸化解堵、混气排。

复合射孔防砂技术

复合射孔防砂技术是利用复合射孔器在对套管射孔的同时，将防砂材料推进射孔炮眼中，完成防砂作业。复合射孔器结构包括弹壳、主装药、药型罩、防砂金属纤维、前仓、推进剂等主要部分组成。当由弹壳、主装药、药型罩组成的聚能射孔弹起爆后，形成的高温、高压射流穿透套管在油层中射孔。由于射流速度很高，它经过的途径周围就形成一个负压区，射孔弹中的爆炸产物迅速膨胀，再加上前仓中助推剂爆炸，使射孔枪身内部压力急剧升高，在这两种因素的共同作用下，多孔介质防砂金属纤维填料从前仓中推出，充填于射流打出的地层孔道中，并牢固地固结在射孔孔道内，使射孔防砂一次完成。

复合射孔防砂技术特点： 射孔防砂一次完成，施工简单，作业周期短；

射孔孔眼在ф16～18mm，射孔孔眼深≥380mm；

防砂过滤层渗透率大于32μm2，可在350℃注汽环境中长期工作；

抗压能力强，填充塞可承受内外流体压差11～15MPa 不脱落；

井筒内不留任何遗留物，便于油井后期的措施作业，降低了油井的生产成本。

四、压裂防砂工技术

最早开始考虑将压裂与防砂二种工艺结合起来应用于中、高渗透疏松砂岩这一想法出

现在本世纪60年代的委内瑞拉，但由于常规压裂技术应用于中、高渗透性油藏的限制和不利影响，直到1984年Smith等人首次发表了以充填宽缝为主要目的的“端部脱砂压裂”技术，才使中、高渗油藏的压裂防砂进入一个新时期，近十年来得到不断完善和发展。从发展趋势看，今后中高渗透层压裂防砂作业量比低渗油层增长要快。

1国外压裂防砂技术

中高渗透油藏压裂防砂作用机理

均质未压裂地层井底流体的流入模式为标准径向流，不同等压线为以井底为圆心的大小不等的同心圆。油井压裂以后，流体沿着具有高导流能力裂缝的方向流动，且流动阻力非常小，因此，地层流体流入井底不再是径向流动，而是变成简化为垂直于裂缝的直线流和沿裂缝直线流入井底的直线流，又称为“双线性流动模式”。如图5-1。

压裂防砂方法的划分与选择

美国哈里巴顿公司根据地层渗透率大小、岩石胶结强度、油井出砂史及伤害程度等，划分出四种基本工艺措施：绕丝筛管砾石充填（Gravel pack）、压裂充填（Fracpac）、防砂压裂（Optifrac）和低渗透油层增产压裂（Fractnre）。所适用地层条件变化趋势是：渗透率从大到小，地层强度从软到硬，出砂程度从强到弱。

端部脱砂压裂

如前所述，形成具有高导流能力的“短宽裂缝”是中高渗透油藏压裂防砂成功的关键。因此，不论是单纯的防砂压裂还是比较复杂的防砂压裂（压裂+机械防砂），都必须采用可产生“短宽裂缝”的压裂工艺新方法——“端部脱砂压裂”。如图5.2所示。

常规压裂在整个施工过程中，裂缝长、宽、高一般都是不断增长的，因而井底压力是基本稳定的；而端部脱砂压裂在脱砂前裂缝增长规律及压力特征同常规压裂，但在开始出现脱砂后，缝长和缝高不再增长，只有缝宽增长较快，井底压力开始按一定速度稳步升高。

压裂液

目前国外已开发研制出50多种压裂液，可大致分为如下几种体系：线性溶胶、硼交联压裂液、有机金属交联压裂液、磷酸脂铝交联的油基液、炮沫压裂液等。

对中高渗透层，硼交联的羟丙基瓜胶的伤害程度最低，液体流动后渗透率可恢复到实验前的40～70%。故在中高渗透油藏的压裂防砂中，HPG为首选压裂液，在深度和温度不是很大的井，也可用HEC线性溶液。

国外压裂防砂发展趋势

(1) 从压裂防砂技术本身而言，“端部脱砂”技术仍是其发展方向，以进一步提高“短宽裂缝”生成质量和充填防砂效果。

(2) 在国外，压裂防砂现场应用数量大、范围广，目前已从陆上向海上油气井发展，工艺技术日益成熟，施工经验更加丰富。

2国内压裂防砂

据调查，目前国内有胜利油田、辽河油田和大庆油田进行了压裂防砂工艺技术研究，大庆油田压裂防砂规模较小，属小型压裂防砂。胜利油田在河口采油厂和桩西采油厂已累计施工100多口井，先向裂缝充填涂料砂，施工后期再尾追部分涂料砂封口。辽河油田1999年

开始采用激光割缝筛管砾石充填压裂防砂及树脂砂充填压裂防砂100余井次。防砂增油效果比较理想。

国内压裂防砂发展趋势：

内压裂防砂已经从室内走向现场，现场应用前景广阔。

“端部脱砂”技术的基础上，在施工工艺上有所发展。在保证有足够渗流能力的前提下，井底留塞比候凝钻塞油井充填层更高强度和更好的防砂效果。

五、过油管防砂技术

过油管防砂工艺是为提高疏松砂岩油藏油井中后期生产能力，延长油井生产周期，在不起出原井下筛管的情况下，利用连续油管或钢丝绳进行过油管防砂的一项工艺技术。 对于一些储量较低而且出砂的边界井，采用常规防砂方法用修井设备重新完井的大修方案，从经济上来说是不合算的。而某些补救措施，包括用钢丝绳捞砂或连续油管冲砂也仅是一种权宜之举，并不能很好地解决油井出砂，最大限度地恢复油井产能。

随着连续油管、携砂液、新型滤砂管及井下工具技术的进步，以及高压流体喷射泵与连续油管结合起来用以清洁管材、管线、射孔通道和井下已有筛管等井筒清洗技术的发展，目前过油管防砂工艺得到了广泛应用，作业成本大幅下降，成为低产井、套变井、尤其海上中后期油井防砂的一项重要举措。

过油管防砂大幅度降低油井修井费用，尤其海上油田，使用大型修井设备或作业平台，重新完井十分昂贵，过油管防砂的经济效益更加突出，目前胜利埕岛海上油田已有生产油水井近200口，过油管防砂工艺技术为这些油井的重新作业提供了一个经济的可选方案。 储量较少的中后期低产井和海上油井的过油管防砂工艺主要是从经济方面考虑。而对于那些套管严重变形的井，无论这些井是低产还是高产，是海上还是陆上，原生产管柱无法起出，或者原防砂管柱无法起出而又出砂严重，影响正常生产的油井，都可用过油管防砂工艺技术进行防砂和最大限度地恢复油井生产。

过油管防砂工艺

与常规防砂方法分类相同，过油管防砂大体上可分为过油管化学防砂，具体来说有以下 四种：

过油管砾石充填防砂

过油管小直径滤砂管防砂 过油管树脂固砂 过油管树脂涂敷砂防砂

双筛管法

该方法使用两个滤管部件，由不带孔油管隔离。上部筛管带有送入式鱼颈堵头，下部筛 管周围充填砾石，采出流体进入下面的一个滤管，并从上面的筛管出来，该方法适用于射孔顶部距油管末端大于100英尺的油井，无需将筛管总成向上延伸至油管内。

六、海上油田的防砂技术

国外从七十年代开始了海上防砂技术研究，并逐步形成了较为成熟的海上防砂工艺技术，其实力比较雄厚的如美国的贝克-休斯公司、道韦尔-斯伦贝杰公司、哈里伯顿公司，这些公司都拥有自己的防砂施工工艺、工具及施工设备，从砾石充填工具、封隔器、筛管、泵送设备、过滤器到施工液、化学药剂、技术咨询、现场施工等，形成一条龙服务，而且海上

防砂技术在美国墨西哥湾地区、得克萨斯近海海域、英国北海地区、菲律宾、印尼、中国、加拿大等地区进行广泛的应用，取得了较好的防砂效果。如在中国的渤海海域埕北油田是由哈里伯顿公司组织防砂施工，使用了奥蒂斯的砾石充填防砂工艺技术和完井管柱、哈里伯顿的砾石充填设备和测试工具，泰力特公司的完井液等，完成了A、B两个平台，48口井的海上油田砾石充填防砂，到目前已生产10年多。美国的得克萨斯公司近海平台的砾石充填完井，采用了贝克公司的砾石充填设备、工具及管柱总成，砾石充填施工工艺，也取得了较好的防砂效益。我国陆上进行了大量的防砂施工，形成了比较成熟的陆上防砂工艺和配套技术，但海上大油田的防砂施工，如我国的渤海海域的埕北油田、南海海域的涠11-4油田全是采用国外的工艺技术设备，由外国公司组织完成的。

从一九九五年埕岛油田进入大面积开发以来，油井的砾石充填防砂作业是采用船载泵车，靠近平台进行砾石充填，同时还将双层预充填绕丝筛管和金属棉滤砂管防砂技术成功的应用于埕岛油田的防砂，经过五年的实践，三种防砂工艺取得了良好的防砂效果和明显的经济效益，一九九九年埕岛油田又在CB22D-2成功完成了国内海上油田第一口复合防砂井的施工。所谓复合防砂就是利用机械防砂和化学防砂相结合的原理来有效抑制地层出砂的一种综合防砂技术。该种工艺技术对那些出砂严重的老大难井有明显的防砂效果。目前，埕岛油田防砂工艺技术已逐步配套完善，形成了一套适合埕岛海上油田防砂施工的工艺技术，填补了国内空白，结束了长期以来，国内海上依赖国外公司进行防砂技术服务的现状。

目前国内外的各个海上大油田防砂施工统计看，海上油田的油井防砂95%以上采用绕丝砾石充填防砂工艺。因为这种工艺不仅能满足海上快速强采、高产、稳产的生产要求，而且生产周期长，具有明显的经济效益。但是，根据美国《油气杂志》发表的两份调查材料来看，在200多口水平段长大于300m的水平井中，只有2口井采用管外砾石充填方法。

七、水平井砾石充填防砂模拟研究

随着钻井技术的不断发展，国内外利用水平井开发各类油藏日趋增多，且获得了明显的经济效益。疏松砂岩油藏水平井防砂完井与垂直井、斜井相比，防砂难度大、要求高，砾石充填率和防砂效果难以保证。为了提高水平井砾石充填率和防砂效果，国外各大公司和大学从80年代初开始进行水平井砾石充填防砂研究工作，如美国道韦尔-斯伦贝杰（Dowell Schlumberger）、哈里伯顿（Halliburton）、雪夫龙（Chevron）、贝克-休斯（Baker Hughes）、莫尔桑（Marathon）等公司和英国黑瑞特-瓦特尔（Heriat Watl）大学利用大型实尺寸水平井砾石充填模拟试验装置，开展水平井砾石充填机理试验研究，并建立水平井砾石充填数学模型，进行水平井砾石充填数值模拟、参数优选和防砂效果预测研究，取得了理想的成果。 水平井砾石充填防砂研究在国内属起步阶段，此项研究被列为国家“八五”重点攻关课题。“八五”期间，在大量调研和考察的基础上，借鉴国外成熟的经验，我们设计了国内第一套大型实尺寸水平井砾石充填试验装置，并以此为基础建立起水平井砾石充填数学模型。经过十年多的刻苦攻关，在数值模拟、参数优选、优化设计、砾石充填效果预测等方面都达到了

国外同类技术水平，为提高我国水平井砾石充填防砂效果提供了可靠保证。

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