油气井防砂技术(三版)
油井压裂防砂工艺技术研究与应用
油井压裂防砂工艺技术研究与应用油气的开采形成了我国重工业、建筑业、交通运输业的发展基础，油井的开采过程中压裂防砂具有很强的技术性，油井的压裂防砂处理不恰当轻者可以影响油井的正常生产，重者可以使油井报废。
本文从油井的压裂防砂工作原理及工艺技术出发，探索油井的压裂防砂工艺的应用。
标签：防砂工艺；油井；油井的压裂防砂在油气开采过程中，油井的出砂会带来一定的危害，一般来说出砂的处理不当会引起油井矿藏开采的效率低下，导致油井开采减产，油井开采设备磨损严重导致成本增加。
严重的会引起管道破损，油井封闭。
合理利用机械配合和出砂工艺技术降低危害的影响，是保证油气开采中油井作业安全和出产量的重要保证。
油井防砂方法一般分为三类：机械防砂、化学防砂和砂拱防砂（支撑防砂）。
我国陆地、海上油井的开采面临不同岩石成分的差异，在实际的防砂技术中，压裂防砂技术的辅助设备、工艺和步骤也有所不同。
1油井压裂防砂工作原理油井的压裂防砂的实质就是采用端部脱砂技术使携砂液在裂缝端部脱砂，然后膨胀与充填裂缝，形成短而宽的高导流能力渗流通道。
根据油井压裂防砂工作原理，在实际的油井压裂防砂的应用中在缝长的前端形成砂堵，用砂堵的堆存纺织裂缝延伸，达到获得较高的砂浓度，达到油井内倒流能力。
主要的目的在于防止在油层岩石储油滤漏过程中与其他砂石一并流回井里，保障油井的最大出油率。
根据油井的开采情况得出，从浅至深的分布依次是稠油区-稀油区-少油区，稠油区在浅层，为了获得最大限度的油井开采，减少压裂防砂的压裂液在储油层中的停留时间，避免压裂液对储油层的危害，对压裂液的使用上要求快破胶、速返排。
根据这一应用要求，采用低温破胶激活剂作为压裂液的辅助激活剂，这种激活剂在低温下对压裂液的破胶时间、破胶水化液粘度有明显的影响。
2油井压裂防砂的工艺技术油井压裂防砂的工艺技术经历了从传统的机械压裂出砂到多种压裂泵出砂。
使用热塑性酚醛树脂砂进行的压裂防砂有效期长，甚至可以高达180天左右，及时保障了油井的出砂和稠油区的出砂难题。
油气井防砂新技术PPT课件
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66 8~10 3m3/ 18~20 50t 35 2-7/8 3t
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六、滤砂管裸 眼完井技术
水平井裸眼开采技术在提高 油井产量和油田最终采收率 方面具有明显的技术优势， 已在我油田得到较多应用并 取得了较好的效果。
钻出水平井眼
油层
油层
下入完井管柱
7in套管 分级箍 管外封隔器
（4）单纯滤砂管挡砂，对水平段部分高渗透 带而言，流量大，出砂多，极易形成过水孔道， 造成底水锥进，使油层过早水淹，将砾石充填 满炮眼附近，可将地层出砂阻挡在井筒以外， 而高渗透带流量相对大，地层运移来嵌入砾石 层的地层砂相对较多，使其渗透率相对降低， 有一定的防止底水锥进的控水效果，有利于提 高最终采收率。
2、工艺特点： 1)一趟管柱可完成地层挤压与环空充填 防砂施工的所有工序； 2)能够实现有套压和无套压施工，其中 无套压挤压施工，特别适用于上部油层 套漏的油井，并保护上部套管； 3)密封压力达35MPa，抗上顶力70t，可 实现大排量的压裂施工，以减少砾石的 破碎。
二、压裂防砂一体化技术
1、简介：
五、工具技术 1、一趟管柱高压充填工具技术
为简洁高效地进行一趟管柱高压充填和压裂防砂一体化工艺，研
究开发了适用于51/2in 、7in、95/8in套管的JC-116、 JC-152、JC-
210 ;JCa-116a、 JC-152a、 JCa-210a 以及适用于水平井的JCP116、 JCP-152、JC-P210九种高压砾石充填工具，均有4个充填
2）管柱结构
充填工具 安全工具 扶正器 热采绕丝筛管 丝堵 水 平 桥 封
3）工艺特点：
1)一趟管柱大排量地完成地层挤压与环空充 填防砂施工的所有工序； 2）采用了阻流辅助机构将地层及环空填满 填实； 3）确定了砾石不沉降地最小携砂液临界流 速。
油气井防砂新技术
05 新技术在油气井防砂中的应用案例
CHAPTER
案例一：新型化学固砂技术应用
新型树脂固砂剂
采用高分子合成树脂作为主要固 砂成分，通过注入井筒与地层砂 粒结合，形成高强度、高渗透性 的固结体，有效防止地层出砂。
纳米材料增强固砂
利用纳米材料的高比表面积和强吸 附能力，将其与化学固砂剂复合使 用，提高固砂剂的粘结强度和耐温 性能。
探讨传统防砂技术的 局限性
汇报范围
01
02
03
04
介绍油气井出砂的原因和机理
概述传统防砂技术及其存在的 问题
重点阐述油气井防砂新技术的 研究进展、技术原理、优缺点
及应用实例
探讨油气井防砂新技术的发展 趋势和前景
02 油气井出砂原因及危害
CHAPTER
出砂原因分析
01
地质因素
油气井所处地层岩石性质、胶结程度、地层压力等都是导致出砂的重要
油气井防砂新技术
目录
CONTENTS
• 引言 • 油气井出砂原因及危害 • 传统防砂技术及其局限性 • 油气井防砂新技术介绍 • 新技术在油气井防砂中的应用案例 • 新技术效果评价及前景展望
01 引言
CHAPTER
目的和背景
阐述油气井出砂的危 害及防砂的重要性
引出研究油气井防砂 新技术的必要性和紧 迫性
环保型固砂剂
研发低毒、低污染、可生物降解的 环保型固砂剂，减少对环境的影响， 同时满足油气井防砂需求。
案例二：新型机械防砂技术应用
高效筛管防砂
振动式防砂器
采用高精度激光切割技术制造筛管， 具有优异的过滤性能和较高的强度， 能够有效阻止地层砂粒进入井筒。
利用振动产生的能量使地层流体中的 砂粒发生相对运动，从而实现砂粒与 流体的分离。
(完整版)油水井防砂工艺
油水井防砂工艺一、油水井出砂原因油水井出砂是由近井地带岩层结构破坏引起的，与地层应力和地层强度有关。
地层应力包括地层结构应力（如弹性、塑性应力）、地层孔隙压力、上覆岩层压力流体流动时拖拽力和生产压差。
地层被钻穿后，井壁岩石的原始应力平衡状态被破坏，并且在整个采油过程中保持最大应力。
因此在一定的外部条件下井壁的岩石首先发生变形和破坏。
根据出砂内外因素分为地质因素和开发因素：地质因素（一）地层胶结疏松地层流体在生产压差条件下向井眼方向发生渗流，致使岩石颗粒之间的胶结物发生运移，地层结构破坏，引起地层出砂，当其它条件相同，地层渗透率越高，岩石强度越低，地层越容易出砂。
（二）地层构造变化地层在构造上发生急剧变化的区域，例如在断层多、裂缝发育、地层倾角大及边水活跃的地区，由于地层岩石原始应力状态被复杂化，容易引起地层出砂。
开发因素（一）在地层流体渗流过程中，大部分有效压头消耗在井壁附近，因此，井壁岩石渗流冲刷作用最大，也容易变形和破坏。
（二）不恰当的开发速度及采油速度的突然变化、注水井急剧放压等原因造成地层压力梯度发生急剧变化，致使岩层结构破坏引起出砂。
（三）频繁的增产措施会破坏地层岩石的结构，引起地层出砂。
（四）油井出水时，泥质胶结物水化膨胀并分散成细小颗粒，在地层压差作用下随着油水流线向井眼方向运移，造成油水井出砂、出泥。
（五）在油水井生产过程中，油气层孔隙压力总体上是不断下降的，而上覆岩层对地层颗粒即其胶结物的有效应力则是不断增加的，致使颗粒之间的应力平衡被破坏，胶结力下降引起地层出砂。
（六）在注水开发油田时，当油田含水量上升，为维持原油产量必须提高采液速度，加大地层流体对岩石颗粒的拖拽力。
引起油层出砂。
（七）当井壁附近的岩石结构破坏到一定程度，就会出现流砂现象，这时即使压差很小，大批沙子也会无控制流出。
二、油水井出砂的危害1. 原油产量、注水量下降甚至停产停注油水井出砂极易造成油层砂埋、油管砂堵、砂卡，致使原油产量、注水量不断下降甚至停产停注。
浅析油井防砂工艺
浅析油井防砂工艺摘要：防砂工艺技术是提高油井产能和油田开发效益的关键技术。
我国疏松砂岩油藏分布范围广、储量大，油气井出砂是这类油藏开采的主要矛盾。
出砂往往会导致砂埋油层或井筒砂堵或油气井停产作业、使地面或井下的设备严重磨蚀、砂卡及频繁的冲砂检泵、地面清罐等维修，使工作量巨增，既提高了原油生产成本，又增加了油田管理难度。
防砂是开发易出砂油气藏必不可少的工艺措施之一，对原油稳定生产及提高开发效益起着重要作用。
关键词：油田防砂工艺一、引言保证疏松砂岩油藏开发过程中防砂措施的成功是十分重要的。
钻井过程中大多采用割缝衬管和预充填砾石来对付地层出砂，由于其使用寿命短，砂子易堵塞缝口，液流阻力大等缺点，而且下井时操作困难，不能填充射孔孔眼，因此新的有效的防砂方法的研究与应用仍是世界石油钻采中亟待解决的难题。
通过防砂可以使地层砂最大限度的保持其在地层中的原始位置而不随地层流体进入井筒，阻止地层砂在地层中的运移，使地层原始渗透率的破坏降低到最低程度，保护生产井和注水井的生产设备，最大限度的维持生产井的原始产液能力及注水井的注排能力，这是油气田防砂的目的。
现阶段常用的防砂方法有机械防砂、化学防砂及砂拱防砂。
近年来，砾石充填防砂技术已取得了显著的可靠施工效果，除井斜角较高的斜井之外，砾石充填防砂技术已成为应用最广泛的防砂技术方法。
化学固砂方法是将化学胶结液挤入天然松散的地层，固结井眼周围出砂层段中地层砂的一种防砂方法。
所形成的胶结地层具有一定的抗压强度和渗透性能。
二、油气井出砂的原因地层是否出砂取决于颗粒的胶结程度即地层强度。
一般情况下，地层应力超过地层强度就可能出砂。
油气井出砂的原因对于防砂及防砂剂的配方的选择有很大的影响，总的说来，油气井出砂的原因可以归结为地质和开采两种原因。
地质因素指疏松砂岩地层的地质条件，如胶结物含量及分布、胶结类型、成岩压实作用和地质年代等。
通常而言，地质年代越晚，地层胶结矿物越少，砂粒胶结程度越差，分布越不均匀的地层在开采时出砂越严重；地层的类型不同，地层胶结物的胶结力，圈闭内流体的粘着力，地层颗粒物之间的摩擦力以及地层颗粒本身的重力所决定的地层胶结强度就不同，地层胶结强度越小，地层出砂越严重。
采油井出砂原因及防砂技术
（3）合理生产压差 防砂井存在人工井壁结构破坏而重新大量出
砂可能。防砂后，要先保持防砂前生产压差，定 期取样分析，观察油井出砂情况，经一段时间证 明油井不出砂，油层本身又具有潜力时可适当放 大生产压差，增加采油量。
出砂机理与预测
一、地层出砂机理
• 1、拉伸破坏机理
随内外压差增大， 流体流向井内的流速也 增大，对岩石的拖曳力 增大，岩石承受拉伸力 也增大，当该力超过岩 石抗拉伸强度时，岩石 就会遭受拉伸破坏。
出砂机理与预测
一、地层出砂机理
• 2、剪切破坏
上覆岩层压力由孔 隙压力与骨架应力共同 平衡。随开采进行，油 藏压力逐渐降低，施加 在岩石骨架上的压力越 来越大，当该力超过岩 石的抗剪切应力，岩石 就会被剪切破坏。
谢谢
后 ②水泥砂浆人工井壁
期
油
防 砂
水泥 + 石英砂 + 水
③树脂核桃壳人工井壁
出砂部位 固化剂
早
油
期
防 酚醛树脂 + 粉碎的核桃壳颗粒 + 柴油
砂
中性水
④树脂砂浆人工井壁
后期防砂
酚醛树脂 + 石英砂 + 柴油
防砂方法与技术
3、焦化防砂的机理
• （1）物理方法固砂
原油中重质部分尤其沥青，在低温下可凝固成半固态物质，不再溶于原油， 可以将疏松砂岩胶结在一起，形成具有一定渗透性的挡砂屏障。
出砂机理与预测
一、地层出砂机理
• 3、精细颗粒的影响 地层中存在诸如粘土之类精细颗粒，会随产出液一起
稠油油藏泥质细粉砂防砂治砂技术
稠油油藏泥质细粉砂防砂治砂技术高升油田大多数稠油井是以蒸汽吞吐开发为主的稠油油藏，由于蒸汽汽窜造成注入井吞吐效果差，目前，油田已进入开发后期，随着开采时间的延长，油井近井地带岩石骨架的破坏和原油黏度的增加，产出液携砂能力逐渐增强，造成出砂井逐年增加，严重制约了油田的有效开发。
本文针对稠油油藏出砂进行分析，找出造成油井出砂的原因，并研究出防砂、治砂工艺技术的适用性和可行性，提出切实可行的防砂、治砂工艺技术。
标签：高升油田出砂概况现状；出砂原因分析；防砂、治砂技术；结论1 前言高升油田位于辽河断陷盆地西部凹陷西斜坡北端，是沙三下深水湖盆发育起来的一套典型的陆源碎屑滑坡浊积岩，岩性混杂，成熟度低，胶结疏松，一般为孔隙—接触式胶结，油藏出砂现象一直较为突出。
目前，油田已进入开发后期，随着油田的不断开发，油井近井地带岩石骨架的破坏和原油黏度的增加，产出液携砂能力逐渐增强，造成出砂井逐年增加，套管损坏、油井报废，严重制约了油田的有效开发。
2 高升油田出砂概况高升油田位于辽河断陷盆地西部凹陷西斜坡北端，主要开发高升、牛心坨两个油田六套含油气层系（自上而下依序为大凌河油层、莲花油层、杜家台油层、高升油层、牛心坨油层及潜山油层）。
3 油井出砂的原因分析3.1 油藏特征的影响3.1.1 构造应力的影响高升油田是稠油油田，开发比较早。
主力开发油层为沙河街莲花组油层，油层深度为1600-2400米之间，断层发育较好，说明构造运动剧烈。
由于断层附近或构造部位，原构造应力很大，已经局部破坏了原有的骨架结构，故这些部位的地层强度比较薄弱，易出砂。
3.1.2 储层性质的影响莲花油层是高升油区的主力产油段，主要储集类型湖底扇浊积岩。
其中，高二、三区以近源浊积砂岩组为主，雷家地区以远端浊积砂岩组为主，岩性由硬质砂岩和混合砂岩组成，其中岩屑含量高达30%—35%。
胶结物以粘土矿物为主，粘土矿物中蒙脱石相对含量平均为57.1%，高岭石、伊利石相对含量分别为27.0%及15.6%。
石油工程技术 井下作业 水泥浆防砂工艺
水泥浆防砂工艺对于地层胶结物泥质含量较高，中、后期出砂的油水井，采用树脂防治有一定难度。
根据该类地层出砂特点，可以采用水泥隔板、泡沫水泥浆、乳化水泥浆及氯化钙稀水泥浆防砂工艺技术，控制地层出砂。
水泥浆防砂是以油井水泥为胶结剂、以地层砂砾为支撑剂，将地面混配好的水泥浆注入出砂层段后与地层砂砾自然胶结，形成具有一定强度和渗透率的人工井壁，从而可以起到阻止地层砂砾流入井内的作用。
1水泥隔板防砂1.1原理水泥隔板防砂是利用水泥遇水硬化的特点，将水泥与水按一定比例混配后挤入出砂层段及油层上下泥岩隔层内，水泥浆凝固时与地层砂、砾自然胶结，在套管外形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，同时还可防止泥质隔层破坏造成地层出水、出泥，致使出砂量越来越大。
1.2材料配方采用标准油井水泥，按水灰比0.46～0.68配制防砂水泥浆，并根据井深、井温及地层特性选用合适的水泥浆添加剂。
水泥浆密度与挤水泥方式根据试挤吸收能力来确定，单车试挤压力在15Mpa以上，而地层吸收量在150L/min以下时，采用替挤方式挤水泥；单车试挤压力在10～12Mpa以下，地层吸收量在100L/min以上时，水泥浆密度控制在1.85～1.90g/cm3之间；单车试挤压力在10～12Mpa以上，地层吸收量在100L/min以下时，水泥浆密度控制在1.70～1.80g/cm3之间。
2泡沫水泥浆防砂2.1原理泡沫水泥浆是在水泥浆中按比例加入一定量的发泡剂--铝粉及碱性物质--氢氧化钠。
由于铝在空气中极易与氧化合，在铝粉表面生成一层致密的氧化铝薄膜（简称氧化膜），这样就可以阻止铝粉内部金属的继续氧化。
因此，铝粉与水泥浆中的游离水不发生化学反应，但氧化铝可溶于酸或碱。
在防砂施工中，由于水泥浆中加有铝粉与氢氧化钠，当水泥浆被挤入出砂地层时，氧化铝在碱性环境下逐渐溶解，铝粉与氢氧化钠溶液及水作用，产生大量的氢气。
由于氢氧化钠的加入致使水泥浆凝结失常，出现假凝甚至闪凝现象，并将产生的氢气包容，生成大量细小的气泡。
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油气井防砂技术
出砂预测、出砂规律研究
区块分析对比 试油及生产资料分析 井口含砂监测
声波时差数据分析
地层孔隙度与出砂关系 出砂指数计算
数值计算
地层出砂模拟试验
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油气井防砂技术
出砂预测、出砂规律研究
区块分析对比
“两步法”充填工艺
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油气井防砂技术
绕丝筛管砾石充填
振动充填工艺
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油气井防砂技术
特殊滤砂管
双层预充填筛管 环氧树脂胶结砂粒滤砂管 金属粉末滤砂管
金属棉滤砂管
金属毡滤砂管 陶瓷滤砂管
割缝衬管
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油气井防砂技术
双层预充填筛管
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油气井防砂技术
出砂指数判定经验
当出砂指数B大于2X104MPa时，在正 常生产中油层不会出砂； 当出砂指数B大于1.4X104MPa但小于 2X104MPa时，油层轻微出砂； 当出砂指数B小于1.4X104MPa ，油井 生产过程中出砂量较大。
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油气井防砂技术
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油气井防砂技术
出砂预测、出砂规律研究
井口含砂监测
含砂监测仪器图
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油气井防砂技术
声波时差（Δt）
用声波在地层中的传播时差（Δt）可以进 行出砂情况预测，经验表明：当Δt>295us/m时， 油井在生产过程中会出砂，应采取防砂措施。
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油气井防砂技术
孔隙度
地层的孔隙度大于30%，地层出砂较为严
性好，适应性强等
特点。
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油气井防砂技术
金属棉滤砂管
工艺特点
具有强度高，弹 性好，渗透率高，使
用方便，用液少，对
地层污染小等优点。
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油气井防砂技术
金属毡滤砂管
工艺特点
具有强度高，弹性好，渗 透率高，使用方便，用液少， 对地层污染小等优点。
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重，完井过程中必须考虑防砂措施；
地层的孔隙度在20-30%之间，地层出砂
减缓，也须考虑防砂；
地层的孔隙度小于20%，地层出砂轻微，
油井是否需要防砂可根据有关测试资料而定。
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油气井防砂技术
出砂指数
4 BK G 3
G
2 t s
2 E 0.5t s t 2 p K 2 2 t s t p 3(1 2 ) 式中： B……出砂指数，104MPa K……体积弹性模量，104MPa G……切变弹性模量，104MPa μ……泊松比 Δts,Δtp……声波时差，us/m
出砂量Sc
Sc t h y i R r
2
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2 w
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油气井防砂技术
出砂流动试验
不同生产压差、流速下出砂规律
不同含水阶段出砂规律
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油气井防砂技术
防砂工艺技术
机械防砂技术 化学防砂技术 复合防砂技术 压裂防砂技术
油气井防砂技术
油气井防砂技术
油井出砂原因 油井出砂的危害 出砂预测及出砂规律研究
防砂工艺技术
防砂优化设计 防砂配套工艺
效果预测及产能预测
国外防砂新工艺
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油气井防砂技术
油井出砂原因
地层先天条件
地质年代新
油层埋藏浅 压实程度低，胶
人为开发因素
高速开采或频繁作业
油层压力下降 注水开发和边水推进 生产压差、采油速度
结疏松 胶结矿物含量低
过大
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油气井防砂技术
油井出砂的危害
造成砂堵、砂卡、砂埋油层 井下设备冲蚀严重，如井下衬管、泵、筛管等 导致地层亏空，坍塌，套损，油井报废
地面管线、阀门等冲蚀严重
油气井防砂技术
绕丝筛管砾石充填
下冲法充填工艺
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油气井防砂技术
绕丝筛管砾石充填
反循环充填工艺
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油气井防砂技术
绕丝筛管砾石充填
正循环充填工艺
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油气井防砂技术
绕丝筛管砾石充填
正循环挤压充填工艺
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油气井ax
式中： δH……平均有效地应力 E……..岩石弹性模量 v……..泊松比 B0,B1….岩石的材料常数
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油气井防砂技术
数值计算
根限流速v
Cd 1 3 sin ad qu v Sd 1 sin a 4ka tg d d
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油气井防砂技术
绕丝筛管砾石充填
工艺原理图
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油气井防砂技术
绕丝筛管砾石充填
工艺特点及适用范围
具有成功率高，有效期长，适应性强，防 砂效果好，油井产量高等优点，而且不受井段 长短、井底温度和压力等条件限制。可用于直 井、斜井、水平井防砂。
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数值计算
极限生产压差ΔPwmax
2 3 2T0 d 3 B0 2 B1 f 0 1 1 1 3 h 2T0 1 2v 1 v 3 1 2T 3 2 4 6 0 1 v E 3 2 6
地质条件对比 岩芯分析对比 流体特性对比
试油及生产资料分析
试采测试资料分析 生产数据分析 作业、检泵、冲砂情况分析
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油气井防砂技术
出砂预测、出砂规律研究
井口含砂监测
砂蚀监测技术
原理：采用高精度砂蚀探头（金属损
耗量为纳米级10-9m）对油、气井进行出砂 监测。
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工艺特点
具有施工简单，一次下
入即可完成防砂施工， 减少施工用液，对地层 伤害小等优点。
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油气井防砂技术
环氧树脂胶结砂粒滤砂管
工艺特点
具有施工简单，成本低，
处理方便等优点。
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油气井防砂技术
金属粉未滤砂管
工艺特点
除具有树脂滤 砂管的特点外，还
具有强度高，渗透