第六章_化学防砂技术详解
防砂和筛管技术简介
注：见 “ SPE 4014”。1972年10月8～11日美国德克萨斯第47届 SPE年会。 作者：Spurlock J.W.and Demski,D.B. 论文题目:“A new approach to the sand control problem– A multi-layer,wirewrapped sand screen”.
D
注: D-- 砾石的平均直径； d-- 砾石稳定堆积后形成的平均喉道直径；
砾石
1、先生产，不防砂
生产油管 套管 由于先期生产时不防砂， 井筒附近被掏成空洞。 炮眼 疏松地层砂
油 层
2、补救防砂---挤入涂脂砾石
生产油管 套管
‘空洞’已被涂脂砾石填 充
炮眼
疏松地层砂
3、将套管内的砾石钻掉并清洗干净后投产
生产油管 套管
‘空洞’已被胶结砾石填 充
炮眼
疏松地层砂
2 、机械防砂
目前世界上绝大部分防砂井均采用机械防砂方法防砂。 机械防砂法主要有： 1）预充填防砂管 事先将合适尺寸的砾石与树脂混合后，成形到合适的 基管上（基管上有开孔和相应的连接丝扣）为了安全起。 见，有的还在外面安装保护套。
● 有利于套洗作业
缺点： 因使用这种筛管时，管内一般不再进行砾石充填，因此，生产
时，一旦地层砂出来后，将很快在套管环空和炮眼里形成渗透率很
低的砂环和砂堵，若原油黏度高、黏土含量高的话，将会严重影响 正常生产。
金属微孔多层网布防砂原理
套管
网眼直径＜d50
封隔器 基管 微孔多层网布 间隙≈10mm
● 先直接靠网布筛眼挡地 层（大）砂。然后，由 地层砂逐渐形成砂桥挡 地层砂。 ● 很显然，这层砂环桥的 渗透率远不如砾石的渗 透率高。
化学防砂技术的现状及其进展
防砂胶结剂对砂粒的胶结
人工胶结砂层防砂方法是指从地面向油层挤入液体胶 结剂及增孔剂，然后使胶结剂固化，在油层层面附近形成 具有一定胶结强度及渗透性的胶结砂层，达到防砂的目的 的方法，目前已使用的方法主要有酚醛树脂溶液及酚醛溶 液地下合成等方法。 步骤： (1)地层的预处理 (2)胶结剂的注入
外在因素 固井质量不好或不合格； 采液速度突然发生变化或采油速度过高； 低质量(即对地层伤害严重)入井液和频繁的修井作业； 不合理的生产及作业措施造成油层伤害，如注水强度过大、 加砂压裂、强抽以及油井的酸化、压裂等措施不当；注水 压力不稳定引起的震荡作用； 地层压力持续下降，油井含水上升； 开发中、后期油井提液，加剧了对颗粒的冲刷，从而降低 地层胶结强度； 原油粘度大，携砂能力强，也是出砂的其中一个因素。 主要是生产方案及制度不合理引起地层出砂。
(3)增孔液的注入
(4)胶结剂的固化 胶结剂： (1)无机胶结剂；如硅酸、硅酸钙等。 (2)有机胶结剂：如冻胶、树脂、聚氨酯、沥青 质等。
1.4.3 人工井壁法
人工井壁防砂方法通常是指从地面将支 护剂和未固化的胶结剂按一定比例混合均匀， 用液体携至井下挤入出砂部位，在套管外形 成具有一定强度和渗透性的壁面，可阻止油 层砂粒流入井内而又不影响油井生产的工艺
出砂机理研究-出砂的影响因素
地质力学因素(原地应力状态、孔隙压力、原地层温度、 地质构造等)、砂岩储层的综合性质(井深、岩石的强度和 变形特征、孔隙度、粘土含量、砂粒尺寸和形状以及压实
情况等)。
工程因素(包括完井类型、井身结构参数、完井液的性能、 增产措施、生产工艺参数等)。
因此，研究注水井的出砂机理时，应在研究储层敏感
塑变区渗透率由于压实及来自远处细砂的堵塞而减小,从而增大该区的流动压力梯度,进 而易造成拉破坏出砂。
防砂技术
挤压充填防砂施工设计
③筛管长度： 生产筛管应完全覆盖出砂层段，再考虑到施工误
差，管内砾石充填防砂生产筛管的长度应超过生产层 射孔井段上、下界1.0～1.5m，裸眼完井生产筛管的长 度应超过扩眼产层段上、下界1.0m以上。
信号筛管缝隙和直径与生产筛管相同，长度一般 为1～2m。
挤压充填防砂施工设计
高压滑动井口 防砂补偿器 冲管吊卡
绕丝筛管
挤压充填防砂施工设计
1.防砂管柱设计： 1)筛管设计： ①筛管缝隙尺寸：筛管有绕丝筛管和割缝衬管等，筛管缝 隙尺寸等于最小砾石尺寸的1/2～2/3。 ②筛管直径： 筛管直径以增大流通面积，保证筛、套环空充填层厚度为 原则： 管内砾石充填防砂筛管外径应等于或小于套管内径50mm。 裸眼砾石充填完井筛管外径应等于或小于井眼内径100mm。
2）光管设计： 光管即油管或短节，位于筛管和筛管之间或筛管和充
填工具之间，其作用一是提升工具，二是在它与套管的环 形空间内储备一定量的充填砾石，当筛、套环空砾石充填 层致密性差导致充填层下落时补充砾石，避免生产筛管直 接对着生产层导致防砂失败。光管规格与防砂管的中心管 相同，长度与井深和夹层厚度有关，具体长度由设计人员 根据实际情况确定。
施工步骤
6.验封：上提管柱验封，负荷：原管柱悬重+30KN，检 验桥塞座封是否牢靠。 7.丢手、起管柱：正转施工管柱15-20圈倒扣丢手后起 出施工管柱。 8.投产：按设计要求下完井管柱，装好井口，及时投产 或注汽。
技术特点及适应性
技术特点及适应性：优点是操作简便，费用低， 可用于大厚层或多层完井。缺点是滤砂管间隙小，节 流、易堵塞，影响油井产量；不能防粉砂，滤砂管易 受地层砂冲蚀，有效期短（冲击刺破或磨损致间隙变 大）。适用于出中-粗砂且出砂不严重的油井防砂。
超渗透高强度低成本化学防砂技术
超渗透高强度砂低成本防砂技术简介天津大港金科源石油工程技术服务有限公司联系人：陈先生超渗透高强度砂低成本防砂技术一、原理：该项防砂技术主要是采用高强度、高渗透材料、水下固结剂以及几种添加剂经过处理制成油水井井下人工井壁防砂基础材料，然后用携砂液将“高强度、高渗透”携送到井底，通过炮眼，在油层油井井眼周围堆积压实，在地层强度压力等条件下经过一定时间形成具有高强度超渗透性的人工井壁，从而达到防砂防而不死且能增产增注的目的。
防砂示意图如下。
二、技术创新：1、高强度①胶体水下抗压强度＞88Ｍpa②胶体水下抗拉强度＞28Ｍpa③水下钢对钢（45#钢/45#）④剪切强度＞15Ｍpa⑤水下固结砂体强度＞15Ｍpa⑥冲击强度＞50kg.cm2、砂体超渗透率水下固结砂体空气渗透率＞10达西3、适用温度范围大①适用温度：-8℃－120℃均能完全固化②恒温加热实验在60℃－80℃温度增强，120小时试验结果抗拉强度不下降，说明耐热性比较好．③冷冻试验在-20±2℃的冰箱中进行冷冻，在室温25℃左右解冻抗拉强度不下降，说明耐寒性能较好．4、低粘度、渗透性好、附着力强最低粘度Ｍ可泵性能强刚性材料渗透能力（cm/s）Ｋ＝00000附着力是一级5、超渗透高强度砂体性能稳定在油气水高温高压酸碱侵蚀等环境长期作用条件下其性能稳定不降低，耐水耐酸耐碱耐腐蚀能力强．6水下固结产品所用固结剂能在水下存有油水，潮湿等环境下固结，其固结强度与地面正常情况固结强度相同。
7长井段多层段封口牢固，解决了化学防砂封难的问题8可等同割缝使用，并且固化后也可随时钻掉三、适用范围1、地层出砂较严重难以正常生产的油井2、地层出砂较细一般防砂材料挡不住细粉砂或挡住后油井被堵死的油井，采用此技术可以达到防而不死的效果．3、水井出砂较为严重，防砂后注水注不进的井可采用此技术达到即防砂又增注的目的．4、注水井地层污染严重，粘土膨胀，地层堵塞，注水注不进去的井，可采用此技术建立较大的高渗透带起到减压增注的效果．四、施工程序1、起出井内原管柱，下冲砂管柱，探砂面，有砂冲砂，冲砂至人工井底，并大排量冲洗炮眼洗净井筒，直至反出液无固相颗粒为止。
防砂技术
3．质量要求
（1）下滤砂管前要彻底清洗井筒，尤其要洗 净死油，保持井筒内的液体清澈透明无固相颗 粒。 （2）管柱丈量要准确，记录要清楚。 （3）滤砂管在如井前要严格检查，应无缝无 动。 （4）滤砂管入井时，要逐根下入。因为滤砂 管性脆，连接过长，搬运过程中易弯曲造成折 裂。下放速度要慢，以每小时不超过30根油管 为宜。 （5）要做到清洁施工。
第六节
化学防砂
化学防砂大致可分为两大类： 一类为溶液胶结地层砂，它是将具有对地层砂 一类为溶液胶结地层砂 和粘土矿物有胶结作用及稳定作用的化学溶液 注入地层，达到稳固、防止地层砂运移和排出 的目的。主要有：酚醛溶液地下合成法、树脂 类溶液地下合成法、水玻璃溶液固砂和高分子 聚季铵盐类溶液固砂。 第二类为化学人造井壁防砂，它是将具有一定 第二类为化学人造井壁防砂 粒度的化学材料充填到出砂油层或自身固结或 靠外界条件固结成具有一定强度和渗透能力的 人工井壁，阻挡地层砂进入井筒达到防砂目的， 主要工艺有：水泥砂浆、树脂砂浆、CS—1自 身固结、复合陶粒自身固结、核桃壳、塑料预 包砂等
4．应用条件
适用于油、水井早期防砂，油层井段在 15m 以内的油、水井防砂，地层出砂量 少于500L/m的防砂井，浅井（井深在 1000m左右）防砂。
五、酚醛树脂胶固砂岩
1．防砂原理 酚醛树脂胶固砂岩主要是以苯酚、甲醛 为主料，以碱性物质为催化剂，按比例 混合，经加温熬制而成的甲阶段树脂 （粘度控制在300mPa·s左右），将此树脂 溶入砂岩，以柴油增孔，再挤入盐酸作 为固化剂，在地层温度下反应固化，将 疏松砂岩胶结牢固，防止油、水井出沙。
第四节 滤砂管防砂
一、防砂原理 滤砂管防砂主要是选用具有良好胶结性能的胶 结剂，筛选具有一定硬度的颗粒物质作为骨料， 按比例混合，在一定的条件下固结成型，制成 具有较高强度和滲透性的滤砂管，并与其它工 具组合下入井内，对准出砂层位，阻挡地层砂 进入井筒，以达到防止油井出砂。 选用的胶结剂和骨料不同，可以制成多种不同 的滤砂管。下面是以环氧树脂砂粒滤砂管为例 介绍滤砂管防砂。
第6章 出砂机理及防砂
1 VC
tc 295s / m
30%
30% 20%
20%
9.94 108 r Ec t c2
2、经验分析法
地层孔隙度法 组合模量法 出砂指数法
Ec 2.0 104 MPa
2.0 104 Ec 1.5 104 MPa
Ec 1.5 104 MPa
因出砂过程中套管外部地层冲蚀空穴突然增大，过流面积 成倍增长，地层流体流速大幅下降，导致出砂量明显下降。 当单位面积流体流速达到一定值时，又会出现地层砂大块 坍塌，过流面积倍增而停止出砂，出现另一个周期。 周而复始任其发展，洞穴将越来越大，最终形成灾难性地 层坍塌，使套管变形而报废。
6.2 出砂机理与预测
水泥环 套管 油管
油藏
射孔 滤砂器管柱 砾石填充 管外充填
长期出砂的老井
滤砂器管柱
砾石填充
管内充填
先期
6.3 防砂方法与技术
化学防砂的机理
+
适用在早期防砂 柴油作为增孔剂 先期、早期防砂方法 施工简单 成功率高 胶结后的砾石的抗折强度大 渗透率可在原渗透率的90%以上 油
1、人工胶结固砂方法
（1）酚醛树脂胶结砂层 （2）酚醛溶液地下合成防砂
出砂地层根据地层砂胶结强度大小分成三种类型， 每一类型有各自出砂特征。 1. 流砂地层 指没有胶结的地层砂。流砂地层仅靠很小的流体 附着力和周围环境圈闭的压实力来聚集。这种地 层一旦开井投产便连续不断出砂，但产出液含砂 量相对稳定，基本是一常数。 虽然累计出砂量不断增大，但套管周围不会出现 地层空穴，只是地层越来越松。
6.3 防砂方法与技术
机械防砂管柱结构
化学防砂的方法与原理及其适用性
化学防砂方法与原理及其适用性一概述化学防砂是向地层挤入一定量的化学剂充填于地层孔隙中以达到充填和固结地层提高地层强度的目的。
方法一般分为人工胶结地层和人造井壁两种防砂方法，还有一些其他的固砂方法。
原理前者是向地层注入各类树脂或各种化学固砂剂直接将地层固结它对疏松油层出砂特别适用。
后者是把具有特殊性能的水泥、树脂、预涂层砾石、水带干灰砂或化学剂挤入井筒周围地层中这些物质凝固后形成一层既坚固又有一定渗透性和强度的人工井壁达到防止油层出砂的目的人工井壁法对由于出砂造成套管外油层部位坍塌所造成的亏空井防砂比较适宜。
适用性它适用于渗透率相对均匀的薄层段地层防砂而层内差异大的厚层化学防砂施工由于注入剂锥进不均和重力作用易造成固结不均影响防砂效果。
化学防砂还可适用于合采井上部地层防砂。
化学防砂优点是施工后井内无遗留物并可用于异常高压井层的防砂缺点是对地层渗透率有一定伤害特别是重复施工时。
另外注入剂存在老化现象使其有效期有限成功率不如机械防砂化学防砂不适用于裸眼井防砂。
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。
二方法1.人工胶结法人工胶结防砂法是指从地面向油层挤入液体胶结剂及增孔剂，然后使胶结剂固化，在油层层面附近形成具有一定胶结强度和渗透性的胶结砂层，达到防砂的目的。
目前已使用的方法主要有酚醛树脂溶液、酚醛溶液地下合成、脲醛树脂等方法。
1.1 酚醛树脂胶结砂层酚醛树脂胶结砂层是以苯酚和甲醛为主料，以碱性物质为催化剂，按比例混合，经加热熬制成的树脂，将其溶液挤入砂岩油层，以柴油增孔，再挤入盐酸作固化剂，在油层温度下反应固化，将疏松砂岩胶结以防止油水井出砂。
化学防砂和机械防砂的综合应用
化学防砂和机械防砂的综合应用油田防砂已经成为现阶段非常重要的一个问题，因此，在本次研究中，主要对单一地使用防砂技术以及一般防砂技术的应用不能有效处理的出砂问题进行分析，结合化学防砂以及机械防砂技术进行处理。
标签：化学防砂;机械防砂;综合运用油井出砂对于原油生产作业产生一定的制约因素，相关人员曾经试图通过树脂防砂的工艺和氟膨酸的防砂工艺等对其进行处理，尽管获得了一定的效果，然而，到了中后阶段的时候，油层本身的能量开始急剧降低，同时原油的含水量大量增加，出砂率减少，因为长时间的调层补层使得井段增大，加剧了层间的矛盾，难以通过常规的防砂技术进行处理，因此需要加强新技术的研究。
一、机械防砂技术的分析（一）机械防砂的原理分析在应用这一技术的过程中，主要利用油管把防砂的封隔器和弹性筛管以及多种配件之间混合为防砂管柱，并且向井下进行融入，使得弹性的筛管可以正确地对待生产的油层段，利用封隔器的坐封丢手，让筛管还在油层段停留。
机械防砂的种类不同，作用也不同，其中一种就是运用比较广泛的技术，即管柱防砂技术，是通过采油泵下挂接，避免进入到采油泵当中，具有简便性，能够很好地避免粗砂岩油层的大砂径砂。
另外一种就是机械防砂技术，首先通过防砂管柱有效充填，一般选择的是砾石，因为这一方法在很早的时候就已经得到应用了，提高了技术，现阶段已经是非常好的一种防砂技术。
根据不同的完井方法，还有很多不同的分类，将油层当中的砂粒进行阻挡，利用自然性将砾石层堆积在一起，不但具备良好的流通效果，同时，还能很好地避免油层出砂，促进防砂成功率提高。
对于相关人员来说，需要针对实际情况选择适合的防砂技术，对于不能解决的问题，就需要综合防砂技术的应用进行解决，综合防砂技术已经得到了广泛应用。
（二）弹性的筛管结构分析对于弹性筛管来说，主要选择是石油的专用油套管以及一些特种材质钢管，将其看作是基管，之后，选择单体管，通过镶嵌式的过滤单元达到防砂效果，根据具体密度标准，要在基管中钻孔，之后焊接过滤单元和管体。
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人工井壁防砂法
水泥砂浆人工井壁 水带干灰砂人工井壁
分类
柴油乳化水泥浆人工井壁 树脂核桃壳人工井壁 树脂砂浆人工井壁
化学防砂
• 其它化学固砂法 • 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 • 聚乙烯固砂法和氧化有机化合物固砂法。
Thanks for your attention！
地质原因——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 。
地质原因的分类：
（1）流砂地层（未胶结的地层） （2）部分胶结地层 （3）脆性砂地层
流砂地层
1、没有有效的胶结物。 2、易发生井壁坍塌，易出现地层吐砂现象。
部分绞结地层
1、地层胶结物含量较少，地层砂部分被胶结，胶结差，强度低。 2、逐渐发展而形成洞穴。
第六章 化学防砂技术
1
2 3 4
油气井出砂的原因及危害
油气井防砂的方法 油田化学防砂技术 化学防砂的工艺设计
油气井出砂的机理
1、地层稳定性与地层基质所受应力场作用有关。 2、地应力适应地层稳定性的方式是在一定条件下由地层介质本征 强度和地层产能系数这两个相互关联因数所决定的
油井出砂的原因及危害
油气井出砂的原因
、固砂工艺过程
挤树脂固砂法树脂性能要求
1 2 3 4 5
常温下树脂粘度低于20mPa· s 树脂必须能润湿地层固相物质 最终聚合树脂具有足够高的抗拉强度和抗压强度
树脂聚合作用时间必须可控 最终的聚合物必须具有化学惰性该聚合物必须允许保持与
原油和盐水长时间的接触
油气井出砂的原因
开采原因分类：
（1）采油过程中由于液体渗流而产生的对砂粒的拖曳力 （2）油层见水 （3）频繁作业及不恰当的开采速度以及作业过程措施不当
（4）对油井管理不善，频繁地开关井，造成地层激动，使稳
定的砂桥破坏，都会造成地层出砂
油气井出砂的危害
• 油气井减产或停产
• 地面和井下设备及管线磨蚀加剧 • 套管损坏使油气井报废 • 破坏地层的原始构造或造成近井地带地层的渗 透率严重下降
油田化学防砂技术
1
化学防砂概念
a、施工工艺简单
2 化学防砂的优缺点
b、对细粉砂防砂较为有效
c、相对成本较高
油气井防砂方法
树脂固砂
化学防砂
人工井壁防砂
其他化学防砂方法
树脂固砂技术
1 2
是直接向近井疏松出砂层段挤注树脂以固结近井地带的砂粒
是在地面制备预涂层砾石，即在经筛析后的石英砂表面通过物理 或化学方法均匀涂敷一层极薄的树脂，在常温下阴干，形成分散 的颗粒，简称覆膜砂。施工时，用携带液泵入井内，挤入油层和 射孔孔眼内。在一定温度和固化剂存在下，使颗粒表面软化，相 互粘结成具有一定强度和渗透率的人工井壁，作为挡砂屏障
脆性砂地层
1、胶结物含量较多，地层砂之间的胶结力较强，地层强度较好。 2、脆性比砂粒强，故这种地层易破碎。
油气井出砂的原因 开采原因
人为开发因素造成油气井出砂
a、开采速度 b、落后的开采技术(包括不合理的完井参数和 工艺技术) c、低质量和频繁的修井作业 d、设计不良的酸化作业和不科学的生产管理 等造成油气井出砂
挤树脂固砂法工艺过程
用前置液 预处理地层
树脂胶结 剂的注入
注入驱替液 (增孔液)
人工井壁防砂法
化学防砂中的一大类，属于颗粒防砂。
利用有特定性能的胶结剂和一定粒径的颗粒物质按一定比
例在地面混合均匀，或风干后再粉碎成颗粒。也有直接用
原 理
可固结的颗粒，用油基或水基携砂液泵入井内，通过炮 眼，在油层套管外堆积填满出砂洞穴，在井温及固化剂作 用下，凝固后形成具有一定强度和渗透性的防砂屏障，即 人工井壁。这些人工井壁阻挡地层砂进入井筒，达到防砂 目的。