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油水井防砂技術(shù)現(xiàn)狀及新進(jìn)展

[加入收藏][字號: ] [時(shí)間:2009-10-19 吉林石油工業(yè)2006 關(guān)注度:0]
摘要:  疏松砂巖油藏在我國分布很廣,產(chǎn)量儲(chǔ)量都占很大比例,因此搞好防砂工作非常重要。油水井出砂帶來的危害很大:出砂可能導(dǎo)致砂埋油層或井筒砂堵造成油水井不能正常生產(chǎn)或停產(chǎn);出砂導(dǎo)致井下和地面設(shè)備磨損加劇;出砂導(dǎo)致井筒沖砂和地面設(shè)備清砂工作增加,使...
  疏松砂巖油藏在我國分布很廣,產(chǎn)量儲(chǔ)量都占很大比例,因此搞好防砂工作非常重要。油水井出砂帶來的危害很大:出砂可能導(dǎo)致砂埋油層或井筒砂堵造成油水井不能正常生產(chǎn)或停產(chǎn);出砂導(dǎo)致井下和地面設(shè)備磨損加劇;出砂導(dǎo)致井筒沖砂和地面設(shè)備清砂工作增加,使生產(chǎn)成本增加;出砂還可能造成油層部位虧空、井壁坍塌、套變加劇乃至使油水井報(bào)廢。

  1. 油層井出砂原因

  油水井出砂原因可分為先天和人為兩種因素造成的。先天因素主要是由于油藏埋藏淺,形成地質(zhì)年代較晚,并且膠結(jié)礦物數(shù)量少、分布不均,因而油層膠結(jié)強(qiáng)度差,在地應(yīng)力大于地層強(qiáng)度時(shí),在流體沖刷之下油層即出砂。人為因素主要有:①鉆井過程及開采前后,油層部位受破壞而應(yīng)力失衡;②不合理的開采速度和油井工作制度突變或生產(chǎn)壓差過大;③射孔、壓裂、修井沖砂和酸化等措施不可避免造成對油層強(qiáng)度的負(fù)面影響;④油層進(jìn)人中高含水開發(fā)期后,由于膠結(jié)物的被溶解和沖刷,油層強(qiáng)度降低;⑤地層壓力下降,使油層受垂向應(yīng)力增加,使砂粒間的應(yīng)力平衡被破壞,造成出砂;⑥固井質(zhì)量差,注蒸汽對膠結(jié)物的溶解軟化;另外油層滲透率高,流體滲流速度大;油黏度大,攜砂能力強(qiáng)都會(huì)使油層易出砂。對于注水井來說,注入水返吐卸壓是造成油層出砂的主要原因。

  2.防砂技術(shù)的發(fā)展歷程和目前主要防砂方法

  2.1防砂技術(shù)的發(fā)展歷程

  防砂就是采取一定措施禁止或減少油層砂產(chǎn)出并阻止其進(jìn)入井筒,最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代。對于防砂人們經(jīng)歷了從不自覺到自覺的發(fā)展過程,按照其發(fā)展過程可分四個(gè)階段。

  (1)早期的試驗(yàn)摸索階段:主要通過控制油井產(chǎn)量來穩(wěn)定流體產(chǎn)出速度,在射孔炮眼處通過自然過濾堆積形成穩(wěn)定的砂橋,進(jìn)而阻止砂粒迸入井筒,這種方法一般也稱為自然砂橋控砂技術(shù),其技術(shù)關(guān)鍵是控制好油層流體流速不能超過破壞砂橋的"臨界流速"。

  (2.)防砂技術(shù)發(fā)展階段:20世紀(jì)70年代開始,經(jīng)過研究探索形成了一套以化學(xué)防砂為主的固砂方法。

  (3)防砂技術(shù)成熟階段:20世紀(jì)70年代,形成了一套以機(jī)械防砂為主導(dǎo)、機(jī)械一化學(xué)復(fù)合防砂技術(shù)。

  (4)防砂技術(shù)的嶄新發(fā)展階段:20世紀(jì)90年代隨著新材料的出現(xiàn)、新加工工藝水平的提高,出現(xiàn)了新型復(fù)合防砂技術(shù);隨著近年來開發(fā)工作者認(rèn)識(shí)觀念更新,又出現(xiàn)了防排結(jié)合的綜合治砂技術(shù)。

  2.2防砂方法根據(jù)防砂原理和工藝特點(diǎn),目前各種防砂方法的主要技術(shù)特點(diǎn)如下。

  2·2·1機(jī)械防砂

  機(jī)械防砂分兩類:第一類是現(xiàn)場應(yīng)用比較普遍的防砂管柱防砂技術(shù),主要是采取在采油泵下掛接如繞絲篩管、割縫襯管、雙層或多層篩管、各種防砂器等,原理是利用上述防砂管柱阻擋住地層砂,防止進(jìn)人采油泵內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)是簡便易行,可以有效的防止中粗砂巖油層所出的大砂徑砂。不足是對出細(xì)砂的井易造成堵塞,使采油泵不進(jìn)液,而且壽命相對短。第二類機(jī)械防砂是第一類機(jī)械防砂方法的發(fā)展進(jìn)步,它采取先下入防砂管柱后再進(jìn)行充填,充填物常用礫石,還可用陶粒、果殼等。由于該類防砂方法應(yīng)用較早,技術(shù)逐步完善提高,目前被認(rèn)為是防砂效果最好的防砂方法之一。按照完井方法不同又可分為用于裸眼完井的裸眼井礫石充填和用于射孔完井的套管井管內(nèi)礫石充填防砂方法。技術(shù)原理是將篩管或割縫襯管下入井內(nèi)防砂層段,然后用流體攜帶經(jīng)過優(yōu)選的合適粒徑的礫石,將其充填于篩管和油層或套管之間。形成一定厚度的礫石層,利用其阻止油層砂流入井內(nèi)的防砂方法。充填的礫石粒徑選擇依據(jù)油層砂的粒徑進(jìn)行匹配。油層中砂粒被阻擋于礫石層之外,通過自然選擇堆積在礫石層外形成一個(gè)由粗到細(xì)的砂拱,既有良好的流通能力,又能有效阻止油層出砂。管內(nèi)礫石充填施工常與大直徑高孔密射孔技術(shù)相結(jié)合,以便提高成功率。

  總體看充填防砂具有施工可靠、成功率高、費(fèi)用適中,而且目前已成功用于水平井的防砂的優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是不適用于防止細(xì)粉砂地層的出砂,且施工后井內(nèi)流有物件,在對油層壓裂改造等措施時(shí)常需大修取出。

  總之,機(jī)械防砂對地層的適應(yīng)性強(qiáng),無論產(chǎn)層薄厚、滲透率高低、夾層多少均可,缺點(diǎn)是不適應(yīng)于細(xì)粉砂地層和高壓地層防砂。

  2·2·2 化學(xué)防砂

  化學(xué)防砂是向地層擠入一定量的化學(xué)劑充填于地層孔隙中,以達(dá)到充填和固結(jié)地層,提高地層強(qiáng)度的目的。一般分為人工膠結(jié)地層和人造井壁兩種防砂方法。前者是向地層注入各類樹脂或各種化學(xué)固砂劑,直接將地層固結(jié),它對疏松油層出砂特別適用。后者是把具有特殊性能的水泥、樹脂、預(yù)涂層礫石、水帶干灰砂或化學(xué)劑擠入井筒周圍地層中,這些物質(zhì)凝固后形成一層既堅(jiān)固又有一定滲透性和強(qiáng)度的人工井壁,達(dá)到防止油層出砂的目的,人工井壁法對由于出砂造成套管外油層部位坍塌所造成的虧空井防砂比較適宜。

  總之,化學(xué)法防砂前題條件要求固井質(zhì)量好,不能有套管外串槽現(xiàn)象,射孔炮眼暢通,它適用于滲透率相對均勻的薄層段地層防砂,而層內(nèi)差異大的厚層化學(xué)防砂施工由于注入劑錐進(jìn)不均和重力作用易造成固結(jié)不均,影響防砂效果;瘜W(xué)防砂還可適用于合采井上部地層防砂;瘜W(xué)防砂優(yōu)點(diǎn)是施工后井內(nèi)無遺留物,并可用于異常高壓井層的防砂;缺點(diǎn)是對地層滲透率有一定傷害,特別是重復(fù)施工時(shí)。另外注入劑存在老化現(xiàn)象,使其有效期有限,成功率不如機(jī)械防砂,化學(xué)防砂不適用于裸眼井防砂。

  2.2.3 復(fù)合防砂

  主要是吸取機(jī)械防砂和化學(xué)防砂的成功經(jīng)驗(yàn),將兩者優(yōu)勢結(jié)合起來相互補(bǔ)充,一方面通過化學(xué)防砂在近井地帶形成一個(gè)有一定滲透率固結(jié)良好的屏障帶,再利用機(jī)械防砂形成二次擋砂屏障。

  3.目前防砂新進(jìn)展

  隨著新材料新工藝的出現(xiàn)和防砂觀念的發(fā)展,目前防砂發(fā)展趨勢具有四個(gè)轉(zhuǎn)變:即由單一防砂方法向復(fù)合防砂轉(zhuǎn)變;由被動(dòng)防砂向主動(dòng)防砂轉(zhuǎn)變;由后期防砂向先期防砂轉(zhuǎn)變;由井筒留工具防砂向井筒不留工具防砂轉(zhuǎn)變。這里介紹幾種新型的防砂技術(shù):

  3.1 壓裂充填防砂技術(shù)

  它主要是針對中高滲透疏松砂巖油層防砂。隨著這類油藏開發(fā)時(shí)間的延長,由于油層膠結(jié)物被長期沖刷溶蝕,油層膠結(jié)強(qiáng)度變低,加之油藏進(jìn)入開發(fā)中后期,一般都要提高采油速度來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn),采油速度加大致使油層出砂加劇。為了兼顧防砂和增產(chǎn)雙重目的而將壓裂與礫石充填防砂兩者結(jié)合在一起。原理是通過人工壓裂在油層內(nèi)形成短而寬的高導(dǎo)流裂縫(脫砂壓裂),降低流動(dòng)阻力,從而增加產(chǎn)能,另外在井底形成雙線形性流模式,降低流體的流速和攜砂能力,減緩出砂。裂縫內(nèi)礫石充填支撐帶又具有多級分選過濾功能的人工井壁的作用。這種防砂技術(shù)實(shí)現(xiàn)了擋砂、濾砂、增加產(chǎn)能的目的。

  這種礫石充填防砂有兩種方法,一是隨壓裂施工同地層尾追涂層礫石;二是可以采取套管內(nèi)礫石充填工藝。

  3·2  纖維復(fù)合防砂技術(shù)

  它是近年來國外最新發(fā)展起來效果較好的一種新型防砂技術(shù),采取將纖維復(fù)合體擠入井筒附近地層,由于纖維柔軟,不易流動(dòng),纖維復(fù)合體將在套管外形成環(huán)形過濾帶,達(dá)到類似充填篩管防粗砂同樣的效果。其優(yōu)勢是井筒不留工具、擋砂能力強(qiáng)、有效期長,并且能增加產(chǎn)能,特別是對防細(xì)粉砂效果好,也可防治小于0.03mm為粉塵。其機(jī)理一方面軟纖維穩(wěn)砂機(jī)理:帶有支鏈、具有正電性的軟纖維,帶正電支鏈吸附細(xì)粉砂。使之成為細(xì)粉砂的結(jié)合體,使細(xì)粉砂的臨界流速增大。另一方面硬纖維擋砂機(jī)理:通過特制的硬纖維一般為彎曲、卷曲、螺旋型,互相勾結(jié)形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),將砂粒束縛于其中,形成較為牢固的過濾體,達(dá)到類似充填篩管同樣的效果。纖維復(fù)合體能夠解除儲(chǔ)層原有的損害,將徑向流變?yōu)閿M線性流,改善油氣的流動(dòng)條件;減小近井壓力梯度和解除近井地帶污阻壓降,從而達(dá)到增產(chǎn)與防砂的雙重目的。技術(shù)關(guān)鍵是纖維材質(zhì)的優(yōu)選和注入纖維長短、粗細(xì)、注入濃度的確定。

  3.3 射孔一充填一體化防砂技術(shù)

  將射孔總成和礫石充填有機(jī)結(jié)合,用一趟管柱下入井內(nèi)油層段,射孔后進(jìn)行礫石充填或壓裂充填施工。特點(diǎn)是簡化施工過程,縮短作業(yè)時(shí)間,減少對地層傷害。這種技術(shù)對水平井防砂也具有一定優(yōu)勢。

  3.4 防排結(jié)合的治砂技術(shù)

  隨著人們防砂理念的更新,石油界對防砂的觀念發(fā)生了很大變化,防砂已經(jīng)由過去的單純防砂向排砂、防排結(jié)合方面發(fā)展。對于出砂井,地層所出的砂分為游離砂和地層骨架砂,現(xiàn)在認(rèn)為地層產(chǎn)出游離砂并不可怕,它反而能起到疏通地層孔隙、喉道作用,對提高油井產(chǎn)能有利。真正要防的是地層骨架砂的產(chǎn)生,因?yàn)橐坏┑貙映龉羌苌埃涂赡軐?dǎo)致地層坍塌,使油層一方面造成堵塞和滲透性降低,另一方面使地層強(qiáng)度減小,致使井套變和報(bào)廢。因此有效的防砂和合理的排砂的技術(shù)思路被提出來。特別是20世紀(jì)90年代以來,隨著稠油油藏應(yīng)用出砂冷采技術(shù)的成功,使防排砂技術(shù)逐步發(fā)展起來,并廣泛應(yīng)用。借鑒稠油油藏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),稀油油藏也應(yīng)用了此項(xiàng)技術(shù),主要是選取排量與地層供液能力相匹配的螺桿泵排砂生產(chǎn),因螺桿泵具有耐砂磨、運(yùn)行平穩(wěn)、攜砂能力強(qiáng)的優(yōu)勢。螺桿泵排砂生產(chǎn)對于地層出細(xì)粉砂的油藏意義更大,因?yàn)檫@類油藏的油井采取機(jī)械防砂時(shí)易管柱造成堵塞,而采取化學(xué)防砂時(shí)如何有效地控制滲透率降低又很難。國內(nèi)稀油出砂油藏應(yīng)用的成功典范是新北油田,該油田自1995年以來試驗(yàn)應(yīng)用螺仟泵排砂生產(chǎn),并且逐步與其它各類機(jī)械防砂和化學(xué)防砂技術(shù)有機(jī)的結(jié)合,形成了一套成熟的綜合防排砂配套技術(shù),取得了顯著效果。

  4.結(jié)論

  油水井防砂技術(shù)經(jīng)過油藏工作者的長期實(shí)踐和總結(jié),已經(jīng)逐步得到完善和發(fā)展,各種控砂防砂理念的多元化也豐富了防砂手段,進(jìn)一步推動(dòng)了防砂技術(shù)的進(jìn)步,防砂技術(shù)也由過去常規(guī)的維護(hù)性措施演化成防砂與增產(chǎn)同步的進(jìn)攻性配套措施。今后應(yīng)繼續(xù)深入開展研究和推廣應(yīng)用力度,特別是要對不同開發(fā)階段油層出砂的機(jī)理、出砂預(yù)測開展深入研究,以便增加防砂工作的主動(dòng)性,使防砂技術(shù)不斷滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要。

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