国内外防砂工艺技术现状及新进展.ppt

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1、国内外防砂工艺技术现状及新进展,目 录,一、国内外技术现状,四、江汉油田适用性分析,三、防砂技术发展方向,已形成的防砂工艺技术,机械防砂占主流（80%），压裂充填成为当前主流的化学方法,不同胶结和出砂类型，不同开发阶段，采取相应措施,四大观念的突破,突破一：基础理论研究获得新突破突破二:油水井维护措施转变为防砂增产措施；突破三：单纯重视工艺转变为工艺油藏并重；突破四：单一防砂工艺转变为与其它采油工艺有效集成。,四项新技术的形成,新技术一：高压挤压充填防砂工艺技术 新技术二：压裂防砂工艺技术新技术三：水平井为代表的复杂结构井防砂技术新技术四：分层注水防砂一体化技术,适度防砂，求得防砂与产能平衡,

2、国外对防砂的认识,针对一个油田，很难找寻到一套普适规律或标准来推广和应用，实际防砂中，人为经验更加重要。,独立筛管完井：表皮系数较低，初期产能高，但经常在初期大量出砂后，出砂量降低（仍可能有间歇性大量出砂）。随着含水上升，出砂量上升，最终失效侧钻。膨胀式筛管完井：表皮系数较低，与裸眼砾石充填防砂效果相当，初期产能高，但水窜后长期可靠性变差。许多膨胀筛管井短期投产后都改为转注井，但也有持续5年不出砂的井。套管井砾石充填：完井表皮系数较高，但如今，多数套管井砾石充填采用高压充填或压裂充填（采用哪种方法根据现场经验、材料和设备情况而定）。压裂防砂包括常规处理和端部脱砂（TSO）处理，可将出砂量减少到

3、最小，甚至可防止出砂。裸眼砾石充填：表皮系数较低，能提供较好的井眼稳定性，长期产能高，比独立筛管或膨胀筛管更能稳定产量和防止出砂，国外公司当前倾向于选择的一种防砂方式。,国外对防砂的认识,目 录,一、国内外技术现状,四、江汉油田适用性分析,三、防砂技术发展方向,油水井射孔防砂一体化管柱实现了射孔工艺和防砂工艺的有机结合，即利用一趟管柱首先实施射孔作业，再下放管柱实施防砂施工。该技术的应用可以缩短射孔和防砂之间的施工时间，减轻地层出砂和油层污染，减少一趟管柱。适用条件：新井第一次射孔，且射孔井段内无闭射夹层；老井（试油井）上返补孔，且为单采、单注（单试）补孔段，射孔段内无闭射夹层；油井井筒斜度小

4、于60。,图1 射孔防砂一体化管柱施工流程图,斯伦贝谢：射孔+充填+测试一趟管柱应用井次：15口深水井 射孔：大孔径最大井深：3300m 孔密：21 spf最大井斜：75 方式：撞击杆/液压井滤失：400 bbl/h压力：17MPa作业时间节省：37万美元,机械防砂,过去十年间，机械防砂的主要进展是精密筛管的研究和应用。国外服务公司开发了多种新型精密筛管用于独立筛管完井，以解决独立筛管常见的堵塞和磨蚀问题，尤其适用于水平井完井。目前国外应用最为广泛的主流精密筛管有：ResScreen 筛管 Con-slot筛管 Excluder2000筛管（贝克）Stratapac筛管（威德福）PoroMax

5、筛管（哈里伯顿）Stren SC2000筛管 MeshRite筛管（斯伦贝谢）ESS膨胀筛管（威德福）国内近几年在引进国外精密筛管的基础上，一些油田服务公司如大港安东集团和西安集益公司等也开发出了精密微孔、PK分极控砂筛管等。,新型滤砂管EXCLUDER 抗冲蚀防砂筛管,EXCLUDER筛管是美国Baker 公司的产品，坚固，抗损坏能力强，主要有保护罩、单层滤膜网、贝克焊接内衬管及基管，能够优化产量、延长筛管寿命，EXCLUDER 筛管采用多层结构，具有较好的抗冲蚀能力。主要适用于水平井、小井眼井、重复作业井，尤其是裸眼井效果更好。,图2 EXCLUDER筛管结构,图3 外保护筛管(a)及内层

6、滤膜网结构(b),新型滤砂管EXCLUDER 抗冲蚀防砂筛管,Excluder2000有三种尺寸指标：细：D10为100-200 微米级（均匀孔隙提供高防砂效率和较大的入流面积，防砂的同时不会产生大压差）。中：D10 为200-300微米级（优化后的编织膜允许泥浆固相返排而阻挡出砂）。粗：D10300 微米级（孔隙尺寸允许可能造成砂堵的极细砂通过）。,粗,中,细,新型滤砂管 STRATAPAC 多层充填组合筛管,STRATAPAC 的技术核心是保尔PMM不锈钢介质。PMM 复合片是由不锈钢粉末烧结成的薄片，位于不锈钢丝编织网的孔隙结构内。它把高孔隙体积的保尔PSS 粉末与有特殊刚度和韧性的保尔

7、Regimesh编织丝介质结合在一起，是一种具有韧性和抗损坏的材料，也是常规砂烧结金属或树脂胶结材料无法比拟的。,优越性,PMM 介质、内外泄流网和保护罩的总厚度不超过1/4in（6.35mm），OD/ID 比很小，可应用于小井眼防砂，能够比常规的预充填筛管通过更大的流量。独立的层间结构及韧性材料在有严重机械变形情况下，也不影响防砂效果。重量较轻，具有较好的柔性和抗弯曲能力，适合于水平井及大斜度井的防砂。滤砂管渗透率高，生产压差小，产能高。,已在墨西哥湾、路易斯安那的海上，以及陆地进行了大量的现场应用，取得了良好的防砂效果。,新型滤砂管 STRATAPACTM 多层充填组合筛管,STRATAP

8、AC筛管过滤层的挡砂性能,多层滤网结构,新型滤砂管 PK分级控砂筛管,分级控砂筛管由多层过滤网组成，各层过滤精度不同，外层大于内层，粗砂被外层过滤网挡住，形成一级砂桥；更细的砂将被内部过滤层过滤，形成二级砂桥，粉砂随流体产出。,结构特点：从内到外由中心管、防砂过滤套、不锈钢外保护套等组成。中心管采用API标准套管或油管，防砂过滤套由金属丝编织方孔网、金属丝编织密纹网、金属纤维烧结毡三种材料叠加焊接而成。,新型滤砂管 PK分级控砂筛管,现场应用：2009年一季度，由大港采油院、工程院和安东石油技术有限公司合作开展了分级控砂筛管完井试验，在大港油田港西、港东4口井取得成功。4口井的0.04mm0.

9、06mm细粉砂含量达42%，且分选差，防砂投产后日产油15-35t/d，井口不含砂。,新型滤砂管光纤适配筛管,是斯伦贝谢公司原有标准绕丝筛管和分流筛管基础上开发的产品。具有改进的保护外套和内嵌式设计，以固定和密封扁平双控制线在筛管的嵌槽内，并隔一定距离采用焊接在外套上的夹具进行固定，另外还在每一接头处采用特殊夹具固定。它能测取井筒内每隔1m的温度，能够与湿式接头精确匹配以实现层段密封，能在生产管柱下入后提供地面到筛管鞋之间（往返）控制线连续和通讯。,光纤精密筛管(左)和光纤分流筛管(右)剖视图,新型滤砂管光纤适配筛管,用途 监测水平井筒温度；裸眼井砾石充填；裸眼井独立筛管完井；分流筛管作业。,

10、光纤精密筛管(左)和光纤分流筛管(右)剖视图,新型滤砂管 热溶性防砂管,针对机械防砂管柱存在无法进行堵水、分层开采等其它措施的问题，胜利油田滨南采油厂研制了稠油热采用的热溶性防砂管柱。热溶性防砂管采用高强度、高渗透性的BNDSCS-1 高分子材料制成割缝防砂管(89和73mm)下入井内,对地层及套管内实施高温涂料砂充填进行防砂。注汽过程中,当油层达到一定温度后,防砂管溶解(不可逆转),高温涂料砂胶结形成挡砂屏障,达到防砂的目的。在室内对热溶性材料热力学性能试验表明，260下可分解为液体,过程不可逆,该液体在25 时的粘度为0.978 mPas(接近水)。另外，将热溶材料加工成外径80 mm、内

11、径60 mm的油管,用AG25T电子万能力学试验机测定了抗拉强度，结果表明，其抗拉强度完全可以满足油田井下生产和作业的要求。,作用机理 将一定量的纤维材料（如玻璃纤维、石棉纤维、金属纤维、聚合物纤维等）混入支撑剂中，随压裂液一起挤入地层，使纤维在颗粒之间构成网络，限制支撑剂的移动，减少支撑剂之间的碰撞，达到理想的压裂充填效果。,图7 形成的3D网状结构示意图,施工程序 用地层预处理液处理目的层挤入前置液造缝加大砂比，用压裂液携带混有纤维的支撑剂挤入裂缝，进行充填继续挤入携砂液，砂比降为零，顶替压后关井。,施工注意事项 为了使纤维能够与携砂液均匀混合，要求使用延迟胶联压裂液，延迟交联时间一般为2

12、3min左右。纤维既可以在加砂压裂的全程使用，也可以后期尾追加入；为了节约成本，一般推荐纤维尾追加入，随着尾追量的增加，防砂效果变好，当尾追量大于30%后防砂效果趋于稳定。压裂设计时可按照PT软件形成的缝高和缝宽，计算出缝口至裂缝约40-60m段支撑剂的体积作为尾追量。现场应用 2005年孤岛油田工艺所在室内研发了纤维网络防砂剂，2005年11月进入现场，试验表明对孤岛油田粉细砂防砂具有较好的适应性,大大提高了化学防砂有效期。我国的四川气田、长庆气田和吐哈油田等都开展了研究与应用，大大降低返排时的出砂量。,有限防砂/出砂管理技术 是一种不采用常规防砂方式而通过监控油井压力、流量和产砂量来优化生

13、产的操作理念。近几年，出砂管理已经全球北海和其它地区的常规油气开采中大量使用。现场应用表明，该技术几乎在所有情况下都是可行的，并且最终形成了更低的表皮系数。,1、压力保持 通过注水或注气保持储层压力有减少出砂，甚至实现无砂生产。“无砂产量”的数值可以通过出砂探测器确定。,2、井筒结构设计 避免采用大井筒 实施分段措施 使用割缝衬管裸眼完井,3、优化射孔 避免使用负压射孔；采用选择性或定向射孔，使炮眼远离欠稳定层段；小孔径比大孔径更加坚固；高孔密能提高开放的油流面积；,4、化学固砂 树脂体系：树脂注入近井疏松地层基质后发生聚合反应，树脂硬化后形成塑性材料，将砂粒粘结在一起，防止其运移。斯伦贝谢的

14、K300就是一种呋喃树脂体系。涂覆砂体系：在炮眼内和套管外形成一个坚固而渗透率高的人工砾石充填砂岩带，防止地层物质进入井筒。斯伦贝谢公司的SANDLOCK V涂料砂能快速在井下固化，携砂液能快速降粘，返排时间更短，用20/40目砾石，固化后能形成耐压强度20.5MPa，渗透率100D的砂岩网络。,5、压裂充填+端部脱砂 通过支撑剂和砾石充填相结合的充填压裂，在地层内形成短而宽的裂缝，通过端部脱砂使缝宽进一步增大。为了提高压裂效果，国外在压裂中采用了低伤害非聚合物液体（清洁压裂液），以扩大缝宽和提高导流能力，采用了连续油管定向压裂，一趟管柱处理多层，精确造缝，减少用液量。,6、支撑剂返排控制 树

15、脂涂覆支撑剂：快速返排时，防止支撑剂回流 纤维网络添加剂,斯伦贝谢FracTROL无筛管完井技术 将射孔、固砂、压裂和支持剂返排控制等技术集成在一起。新井 射孔+固砂,新井一次完井防砂,老井 固砂+定向压裂+支撑剂返排控制 优化射孔：如果后续实施压裂的话，要根据地层应力分布，采取180或0向位在限定层段内射孔。化学固砂：稳定地层和炮眼砂。压裂增产：利用连续油管实现CoilFRAC定点水力压裂。返排控制：利用涂料砂、PropNET纤维添加剂控制支撑剂返排。,原炮眼,凝胶固砂,通过固结基质压裂,老井防砂作业,现场应用 在Valhall油田的弱胶结白垩系地层，先期采用砾石充填和套管射孔完井有效期短，于是斯伦贝谢公司对多口套管射孔水平井实施了无筛管防砂处理，压裂中多采用了在5英尺层段内实施180相位射孔，端部脱砂和支撑剂返排控制，取得了优秀的效果，随后该油田进行100多口井的推广应用。处理后数据显示，单井压裂增产达到150-450m3/d，且沿水平段的产出剖面更加均匀。,