砾石充填防砂工艺
挤压砾石充填防砂工艺
辛 68 块 61.5 213 19.6 6.1 100 936 27.9 8.9
四、工艺管柱
一次管柱砾石充填防砂工艺管柱
一次管柱砾石充填防砂工艺
采用不同孔径炮眼压降与单孔产量关系
1
压降（MPa）
0.75
10mm
12mm
0.5
14mm
18mm
0.25
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
单孔产量（m 3 /d）
不同渗透率充填层的炮眼压降与产能关系
10
压降P（MPa）
8
120μm2
40μm2
6
15μm2
4
5μm2
2
0
0
1 单孔产量2Q（m 3 /d）3
解堵剂使用前后岩心渗透率变化
层号
S26 S27
使用前 （μm2）
1.14 1.65
使用后（μm2）
A
B
C
1.58
1.67
1.61
2.44
2.35
2.42
污染岩心经处理后渗透率恢复到80%以上
(二)炮眼充填层理论应用
1、炮眼压降数学模型
dp Q Q 2
dx
A
原油乳化 胶质沉淀
岩心渗透率变化比较结果
岩心
原始渗透率 （μm2)
测定渗透率 （μm2)
S26
2.047
1.14
S27
2.940
1.65
岩心污染后渗透率下降幅度较大，下降 率达40%-50%。
解堵剂配方
解堵剂 A B C
配方组成 污水+HCL+KBG+BG-02+柠檬酸+甲醛+D1112H 污水+HCL+HF+BG-02+柠檬酸+甲醛+D1112H 污水+BG-02+NH4CL+甲醛+D1112H
砾石充填防砂井砾石尺寸设计实例
1 砾石充填防砂井砾石尺寸设计实例砾石充填类防砂是目前主流的防砂工艺，砾石尺寸设计是砾石充填类防砂设计的关键步骤之一，砾石尺寸的大小会影响防砂效果和油气井生产动态。
较大的砾石尺寸有利于获得较高的产能，但会导致地层砂侵入砾石层；相反，较小的砾石尺寸挡砂效果好，但对油井产能的影响较大。
油气井防砂领域使用的标准砾石尺寸如表1所示。
目前国内外的主要砾石尺寸设计方法为三类：(1) 第一类：设计依据简单，仅依据地层砂某一特征尺寸的设计方法，包括Karpoff、Smith、Tausch&Corley、Saucier等四种设计模型；(2) 第二类：信息依据丰富，基于地层砂筛析曲线的设计方法，主要包括DePriester和Schwartz两种设计模型；(3) 第三类：基于砾石层孔喉结构模拟的砾石尺寸设计方法。
上述砾石尺寸设计方法均已在中国石油大学(华东)研制开发的Sand control Office软件中实现。
我国西部某出砂气田S-14井地层砂为粉细砂，图3中的曲线D为其筛析曲线，经粒度分析，d10= 0.151 mm，d40= 0.082mm，d50=0.065mm，d70=0.032 mm，d90=0.008mm，分选系数2.043，均匀系数10.036，标准偏差系数0.231。
表1 油气井防砂领域使用的标准砾石尺寸第一类设计方法的设计结果如表2所示。
使用DePriester方法进行砾石尺寸设计结果如图2所示。
设计中的取值为：A=5.5，Cmin=1.5，Cmax=3.0，计算得到系数B的取值范围为[25.4，35.9]。
图中曲线A、B分别为B取最小值和最大值时的砾石尺寸分布曲线；曲线C为B取平均值时得到砾石尺寸范围曲线，对应的设计结果为砾石尺寸范围0.227～0.560mm，匹配的砾石标准为0.25～0.42mm。
使用Schwartz方法设计该井的砾石尺寸，设计中的取值为：Cmin=1.2，Cmax=1.5；选择设计点为d70，设计结果如图3所示。
砾石充填防砂工艺参数优化设计
砾石充填防砂工艺参数优化设计砾石充填防砂工艺是一种常用的防止水土流失和保护土壤的措施。
通过充填砾石，可以提高土壤的稳定性，减少河流或河岸的冲刷和侵蚀，保护生态环境和人类安全。
为了进一步提高砾石充填防砂的效果，需要对工艺参数进行优化设计。
首先，要确定砾石的大小和种类。
砾石可以分为不同的等级和规格，一般有5-10cm、10-20cm、20-40cm等规格可供选择。
选择砾石的大小和种类应根据具体工程的需要和水文地质条件来确定。
一般来说，对于大型水利工程，可以选择大小规格较大的砾石，以增加充填层的坚固性和稳定性。
其次，要确定充填砾石的厚度和密度。
充填砾石的厚度决定了其对土壤的保护效果，过薄的砾石层容易被水流冲刷，过厚的砾石层则会增加工程的成本和施工难度。
一般来说，砾石充填层的厚度应在20-40cm之间。
充填砾石的密度决定了其对土壤的压实效果和稳定性，过松的砾石层易被水流冲刷，过紧的砾石层则可能导致土壤的排水性不佳。
因此，在充填砾石时，应根据土壤的类型和水文地质条件来确定合适的压实措施，例如辊压、振动等。
另外，要确定砾石充填层的倾斜度和边坡设计。
倾斜度是指充填砾石层的坡度，通常取45°-60°之间。
较大的坡度可以增加充填层的稳定性和抗冲刷能力，但也会增加工程的成本和土地的占用。
边坡设计是指充填层的边缘线形，一般可以选择直线形、斜线形、曲线形等。
边坡设计应根据充填层的厚度、坡度和土壤的稳定性来确定，以确保工程的安全性和稳定性。
最后，要进行充填砾石的施工技术和质量控制。
充填砾石的施工技术包括挖掘、运输、充填、压实等环节。
在施工过程中，要选择合理的施工设备和方法，并进行密实度测定和质量检测，以确保充填砾石的均匀性、稳定性和工程质量。
总之，砾石充填防砂工艺参数的优化设计是一项复杂而关键的工作。
只有合理选择砾石的大小和种类，确定充填层的厚度和密度，以及进行倾斜度和边坡设计，同时结合施工技术和质量控制，才能提高砾石充填防砂的效果，减少水土流失，保护土壤和生态环境。
稠油水平井砾石充填防砂工艺分析及矿场模拟评价
稠油水平井砾石充填防砂工艺分析及矿场模拟评价赵洪涛1,齐 勇2(1.中石化胜利油田分公司石油开发中心,山东东营 257000;2.中石化胜利油田分公司临盘采油厂,山东德州 251507) 摘 要:近年来,伴随着国内水平井完井的大规模应用,水平井砾石充填防砂工艺得到了快速的发展,相关的室内模拟和研究工作成果也非常多,但没有此类矿场模拟报道,本文主要以一口稠油水平井充填模拟试验数据为基础,验证和探索水平井砾石充填效果及模式。
关键词:砾石充填;水平井;防砂;稠油油藏 中图分类号:T E358+.1 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)13—0150—02 对于出砂油藏的水平井,砾石充填防砂完井是一项有效的防砂手段。
与其它完井方式相比,水平井砾石充填具有更大的优越性,尤其是对于疏松砂岩易出砂的稠油油藏,砾石充填是水平井首选的防砂方式。
水平井砾石充填研究成果更主要集中在物模和数模试验的相关报道及文献,矿场使用情况较少,本文主要通过一口单井的矿场模拟结果进行深入验证及分析。
1 矿场模拟试验矿场试验为简化充填过程中砂浆流动形态,设计在两层滤砂管中间进行砾石充填,通过压力、砂量、反排情况确定充填效果。
1.1 单井基本条件1.1.1 油藏条件坨826-平19井是王庄油田坨826区块的一口水平井,该区块属于典型的高孔高渗超稠油区块,岩性以含砾砂岩为主,油层有效厚度26～28m 。
1.1.2 完井条件该井垂直井深1368m ,水平段长216.29m ,采用7口寸高精密滤砂管完井。
在1494m 以上采用一次固井,水泥返到地面。
1.2 试验条件为简化试验条件,循环通道为7口寸和4口寸两层滤砂管环空,环形单边通道19mm,局部通道只存在液体交换,保证固体砂粒的沉积。
7口寸滤砂管顶部有M 点,充填时砂浆可以通过,模拟套管单一孔眼。
在该点存在液体和固体的交换。
4口寸滤砂管内设计73等径冲管,冲筛比为0.82,保证充填效果(见图1)。
水平井砾石充填防砂工艺研究
２１ ０ １年 第 ２期 （ ２ 卷 ） 第 １
・ ７・ １
水 平 井砾石充填 防砂工 艺研究
王 子元① 顾 长亮 杨 小敏
中 国石 油 大学 （ 京 ） 油 工程 学 院 北 石 中 国石 油 大 学 （ 京 ） 石 力 学 实 验 室 ，０ ２ ９北 京 昌平 斯 伦 贝谢 中 国海 洋服 务公 司 完 井部 北 岩 １ ２４
３ 杨喜柱 ， 刘树 新 ， 秀敏 等 ． 平 井裸 眼 砾 石 充 填 防砂 工 艺技 薛 水
术研 究 与应 用［． 油钻 采 工 艺 ，０ ９３ （ ：６ ７ Ｊ石 ］ ２０ ，１ ） ￣ ８ ３７
４ Ｊ Ｓ ｕ ｉｒ ｏ ｓｄ ｒｔ ｎ ｎ ＧｒｖｌＰ ｃ ｓｇ ．ａ ｃｅ ．Ｃ ｎ ｉｅａｉ ｓ ｉ ａ ｅ ａ ｋ Ｄｅｉｎ．Ｓ Ｅ ０ ０ ｏ Ｐ ４３ ．
该测 试 项 目现 场试 验 的成功 为 下一步 实现 大斜度 井 、 水平 井分 布式 温度和 单 点压 力监测 ， 供依 据 。 提 同时解 决 了常规 电子传 感 器和光 纤压 力传 感器 受油 井下 高温 高压 干扰 而无 法正常 工作 的技 术 难题 。
裘 新农
７ 余 克 让 ． 石 充填 完 井作业 队储 层 的伤 害． 气井测 试 ， 砾 油
】 ９ ：８ ４ ９ ２３ － ２
达 到含 格后 再泵 入井 内。即使 有漏 失存 在， 也易 在 生 产过程 中排 出。
３ 应 用前 景 展 望
（ ） 随着水 平井 砾石 充填 技术 研究 的深入 ， 高 １ 提
漏 失
参考文 献
１ 王 鹏 ， 和 清 ． 砂 工 艺技 术 ． 姚 防 北京 ： 油 工 业 出版 社 ，９ ９ 石 １９ ：
简述高压充填防砂
防 砂 管
环 空 充 填 砂 体
地 层 充 填 砂 体
常规充填防砂施工工艺流程： 常规充填防砂施工工艺流程：
1.前期通井、刮管洗井准备完毕， 1.前期通井、刮管洗井准备完毕， 前期通井 下防砂管柱， 下防砂管柱，打压座封并开启充填 通道。 通道。 2.防砂施工： 2.防砂施工：携砂液携带充填砂从 防砂施工 油管、油套环空、最后挤入油层， 油管、油套环空、最后挤入油层， 随着加砂量的不断增加， 随着加砂量的不断增加，地层被充 填结实。随后环空被充填， 填结实。随后环空被充填，当充填 砂埋住信号筛管后， 砂埋住信号筛管后，地面反应压力 上升，当达到预定充填压力后， 上升，当达到预定充填压力后，停 止充填， 止充填，完成高压砾石充填防砂施 工。
支撑剂） 砂（支撑剂）。 施 工 液 流 走 向 示 意 图
防砂工具： 封隔器+
充 填 砂
最后， 最后，利用端部脱砂 技术将充填砂填满套管 与防砂管柱之间的环空 空间。 空间。
体 分 布 示 意 图
这样就在地层和环 空形成了一个既有良 空形成了一个既有良 好渗透性又连续 又连续、 好渗透性又连续、致 密的稳定挡砂屏障。 密的稳定挡砂屏障。 稳定挡砂屏障 如右图，形成由地层 如右图， 砂体、 砂体、环空砂体和防 砂管组成的一个层层 过滤体系， 过滤体系，延长防砂 周期。 周期。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
填 砂 体 分 布 示 意 图 丢手中心管
小
结
常规井充填防砂，施工工序简便， 常规井充填防砂，施工工序简便，施工 管柱配置简单，施工费用较低。 管柱配置简单，施工费用较低。 同时，因为高压砾石充填能在近井地带 同时， 形成一定半径的高渗透带，使得油、 形成一定半径的高渗透带，使得油、气畅 流入井，从而实现防砂和增产的双重目的。 流入井，从而实现防砂和增产的双重目的。
简述高压充填防砂
防砂工具： 封隔器+
充
3.正转油管 倒扣丢手， 3.正转油管 倒扣丢手， 提出中心管， 提出中心管，油套转换通 道自动关闭。 道自动关闭。 4.接好反洗管线， 4.接好反洗管线，大排量 接好反洗管线 洗井，洗出油管内的砂子。 洗井，洗出油管内的砂子。 起出管柱后探冲一次即可 下泵投产。 下泵投产。
支撑剂） 砂（支撑剂）。 施 工 液 流 走 向 示 意 图
防砂工具： 封隔器+
充 填 砂
最后， 最后，利用端部脱砂 技术将充填砂填满套管 与防砂管柱之间的环空 空间。 空间。
体 分 布 示 意 图
这样就在地层和环 空形成了一个既有良 空形成了一个既有良 好渗透性又连续 又连续、 好渗透性又连续、致 密的稳定挡砂屏障。 密的稳定挡砂屏障。 稳定挡砂屏障 如右图，形成由地层 如右图， 砂体、 砂体、环空砂体和防 砂管组成的一个层层 过滤体系， 过滤体系，延长防砂 周期。 周期。
简述高压砾石充填防砂
常规井Байду номын сангаас石充填防砂技术 基本原理
高压砾石充填防砂， 高压砾石充填防砂，先在 井内下入防砂工具、 井内下入防砂工具、防砂管等 组成防砂管柱， 组成防砂管柱，投球打压座封 并开启充填通道，然后用防砂 并开启充填通道， 车组利用携砂液将充填砂从油 管挤入， 管挤入，经过防砂工具的油套 转换装置， 转换装置，从射孔孔眼挤入油 层，把油层压开，并填入充填 把油层压开，
防 砂 管
环 空 充 填 砂 体
地 层 充 填 砂 体
常规充填防砂施工工艺流程： 常规充填防砂施工工艺流程：
1.前期通井、刮管洗井准备完毕， 1.前期通井、刮管洗井准备完毕， 前期通井 下防砂管柱， 下防砂管柱，打压座封并开启充填 通道。 通道。 2.防砂施工： 2.防砂施工：携砂液携带充填砂从 防砂施工 油管、油套环空、最后挤入油层， 油管、油套环空、最后挤入油层， 随着加砂量的不断增加， 随着加砂量的不断增加，地层被充 填结实。随后环空被充填， 填结实。随后环空被充填，当充填 砂埋住信号筛管后， 砂埋住信号筛管后，地面反应压力 上升，当达到预定充填压力后， 上升，当达到预定充填压力后，停 止充填， 止充填，完成高压砾石充填防砂施 工。
砾石充填技术
脱砂压力 —— 保证筛管顶部以上有合适的砾石高度
技术水平
目前渤海9 5/8” 套管和7”套管防砂井应用了 ONE-TRIP和DUAL-TRIP防砂技术，取得了卓著的成效。 尤其是ONE-TRIP技术的应用，大大缩短了完井周期，以 往一口三层的井用STACK-PACK技术防砂完井需9天，现 在用ONE-TRIP技术仅需4天左右。
顶部 液压座封工具
中心管 冲管
充填转换工具 定位接头
隔离封隔器 液压座封工具
沉砂封隔器 锚定密封及延伸
冲管
隔离密封段
三层防砂管柱
座封管柱
充填管柱
应用概况
项 目 时间 1994 SZ36-1实验区 1994 1997 平台数 A B J 井数 32 16 16 Stack-pack Stack-pack 技术 完井周期（天） 9.10 9.42 4.50
砾石充填示意图
泵压
Psi
脱砂压力
时间，t
砾石充填特点
工艺简单，易于操作，节约作业费用 适用于大斜度井、水平井 成功率高，有效期长 可根据每个防砂层段的实际情况选择相应的充
填方式，避免窜层；若采用微压裂充填方式，
可有效解除近井地带的油层污染，提高油井产 量。
技术指标
砾石质量 —— 能否挡住地层砂
隔离封隔器
INV密封筒 滑套 GP 密封筒 密封筒 盲管 筛管 LH 密封筒
隔离封隔器 INV密封筒
滑套 GP 密封筒 密封筒 盲管 筛管 定位密封总成 沉砂封隔器
底部密封总成
套管
带引鞋和单流阀的底部延伸筒
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四、工艺优化及工具的改进
4、充填工具的改进
原充填工具简图
换向孔 单向皮碗 双向皮碗 可关闭转换孔
油管接头
改进后的充填工具简图
冲管接头
四、工艺优化及工具的改进
5、绕丝筛管充填管柱优化
m3
2%DX-Y1 螺杆泵 30 m3 *900 m
G10-3
7.5 m3
桥 塞 ф 118 ф 73 990 m 油溶式 *0.2
2%DX 螺杆泵 -Y1 25 * 900 m3 m 2%DX 防砂卡 -Y1 30 泵800m m3
G12-17 15. 6 m3
塞 面 ф 150 ф 89 930m 油溶式 *0.2
6、生产管柱的优化
原生产管柱
泵 筛管+Y111-150F 密封插头+绕丝鱼顶
改进后的生产管柱
S
螺杆泵+油管锚
留井鱼顶 新型充填工具 充填砂面
充填砂面
主体筛管 措施层 措施层 安全接头+Y211-150F 预留砂面 塑胶油溶式扶正器
主体筛管
人工井底
人工井底
现场应用 五、现场应用情况
针对高青出砂油藏的实际情况，经过对原绕丝筛管砾石 充填防砂工艺的系列优化改进后，形成了有针对性的、新型 的防砂工艺技术。今年4月开始，经过精心设计，严密把关， 先后在高10-2、高10-3、高12-17井上进行了改进后的砾石 充填防砂试验应用。措施后经观察分析，三口井防砂效果良 好，均达到了预期的目的。
充填工具
信号筛管
扶正器
措施层
主体筛管
丝堵
人工井底
理 艺 工 原
二、工艺原理及技术特点
充填工具 充填砂面
扶正器
措施层
主体筛管
丝堵 人工井底
反循环洗井 从套管内泵入洗井 液，洗井液从上而 下压缩皮碗，通过 皮碗与套管之间的 间隙到达下部环空， 经转换孔进入油管， 将油管内多余砾石 冲洗至地面，倒扣 或打压丢手，完成 全部砾石充填。
2、充填工具不完善：单向皮碗强度低、 密封性差；下部转换孔充填结束后不 能关闭。 1、转大修率高：原充填 管柱底部带有封隔器，再 充填砂的挤压下绕丝筛管 很难拔动；绕丝管之间加 有多个铁制扶正器，拔脱 后很难套铣。
筛管+Y111-150F+密封插头+绕丝鱼顶
充填砂面
主体筛管 措施层
安全接头+Y211-150F
汇报内容
一、前言
二、工艺原理及技术特点
三、应用情况及存在的问题
四、工艺的优化及工具的改进
五、现场应用情况
六、结论认识
一、前言
砾石充填防砂工艺是目前国内外开发疏松砂岩油 藏最有效的防砂方法之一。该防砂工艺具有成功率高、
有效期长、适应性用砾石充填防砂在千口井以上。
G10-3
G12-17
防 砂
艺
工
六、结论认识
1、经过改进避免了后续措施的复杂化。
2、生产管柱可任意组合，避免了管杆偏磨现象的发生。
3、对地层污染更小，人工井壁渗透率更高。 4、老井措施中要有选择性使用。
技术特点
技术比较成熟：国外从40年代就开始试验应用；胜利 油田从70年代初引进，86年在孤东会战时得到广泛应用
适应性强：适应粒度中值0.07毫米以上的各类出砂油藏
成功率高（胜利油田砾石充填防砂成功率83%以上）
有效期较长，平均有效期18个月以上
对地层污染小(施工用液体只在井筒内循环)
三、应用情况及存在的问题
艺 砂 防 工
井号
G10-2
防 砂 前 后 生 产 情 况
前后动液面m
100 168 750 706 150 213
前后生产情况
6.0*0.6*90% 6.0*1.2*80% 7.0*2.1*70% 5.2*5.0*4% 15.6*2.3*85% 13*3.9*70%
前后产出液含砂
28.6% 不含砂 17.6% 微量 8.8% 微量
应用情况
绕丝 PS防 高压一 脲醛 复合 滤砂 砂 次充填 树脂 防砂 管 充填 89年开发初期共投产油井71口，先后 施工 高青油田在 5552口油井上实施绕丝管砾石充填防砂 10 3 7 4 55井次， 2 在出砂的 井次 措施实施率占投产油井的73.2%，其中，因补孔需要 成功 51 7 12-15、高 2 12-16、高 4 12-17 2 三口油 1 开采不同井段，高 井次 井进行过两次绕丝管砾石充填防砂，防砂成功率高达 93%。 成功 93% 70% 67% 58% 50% 50% 率 防砂 工艺
人工井底
四、工艺优化及工具的改进
1、施工工序优化：在新井和补孔井上，射开油层以后，先 抽吸或负压排液，将近井地带的钻井泥浆污染排出井筒，然后 2、绕丝管及石英砂的优化：优选渗流面积大，绕丝外径 用防膨液彻底清洗井筒，有效防止了混砂泥浆、稠油及地层粘
ф 89毫米，能有效阻挡粉细砂，筛缝为0.2毫米的绕丝筛管做 土对绕丝筛管的堵塞。 3、入井液优化：针对高青油田出砂地层泥土含量高，遇清 充填筛管。依据索西埃准则，充填砾石的直径根据地层砂粒径
存在问题
原工艺存在的问题
影响原油产量较大：钻井过程中泥浆对近井地带油层的污
染不可避免，油层受泥浆浸泡后，原油粘度可增大一倍以上，
也就增大了原油对地层砂的拖拽力。如果不把近井地带的混浆 段处理干净就防砂，部分绕丝筛管缝隙会很快被糊死，导致产 量快速下降。
泵
原管柱存在的问题
3、生产管柱易弯曲：因充填工 具密封性差，生产管柱不得不 接一密封插头和支撑封隔器重 新加压密封，导致泵上管柱弯 曲变形。
艺 砂 防 工 三 口 井 的 优 化 方 案
井号 G10-2 地 层 预留 排液 砂面 8.4 986 m 扶正器 绕 丝 石 英 充填工具 管 砂 ф 150 ф 89 油溶式 *0.2 0.4SL-FS0.8 m PLT1-152 m 0.30.6 mm 0.30.6 mm SL-FSPLT1117 SL-FSPLT1152 携砂液 生产 方式
由于原绕丝充填管柱的不合理、充填工具及工艺流程
的不够完善等原因，在近年来的应用过程中逐渐受到 限制，为了使该防砂工艺得到更好的应用，我们对原 工艺进行了优化和改进。
理 艺 工 原
二、工艺原理及技术特点
正循环充填 从油管内泵入携砂 液，经转换总成进入筛 管和套管之间的环空， 此时皮碗起密封作用， 携砂液只能往下通过筛 管，砾石被挡在筛管外， 形成砾石充填层，液体 从筛缝流入，通过冲管 进入工具的回流通道， 从皮碗上部的旁通孔流 入套管返回地面，完成 正循环充填