高压砾石充填防砂解堵技术设计探讨

高压砾石充填防砂解堵技术设计探讨

马文东 1 胡小青 2

1胜利油田鲁胜石油开发有限责任公司 2胜利油田石油开发中心有限公司，山东 东营 257000

摘要：针对高泥质含量、低能量疏松砂岩防砂难题，结合高压砾石充填防砂解堵技术原理，从油层预处理设计、砾石设计、防砂管柱设计、筛管缝隙尺寸与直径及长度设计等方面，对高压砾石充填防砂解堵技术进行设计，大幅度地提高防砂的有效率，实现良好的增油效果。

关键词：油藏开发；高压砾石充填防砂解堵；技术设计

在油田油藏开发过程中，高泥质含量、低能量疏松砂岩防砂难题一直困扰油藏开发进程。针对高泥质含量、低能量疏松砂岩油藏区域存在的胶结疏松、易出砂，虽然采取多种防砂方法。但防砂后，均出现了不同程度的降产，有的甚至完全不出，制约了原油生产。通过室内试验分析，认为造成减产的原因是充填砂与地层砂形成的混合带堵塞。在此现状下，通过实施绕丝管（割缝管）砾石充填防砂工艺与解堵工艺的有机结合，采取高压砾石充填防砂解堵技术，就可以有效解决高泥质含量、低能量疏松砂岩防砂难题，且技术成功率高、防砂有效期长且成本低，有较强的适应性，可以大幅度地提高防砂的有效率，确保原油生产顺利进行。

1高压砾石充填防砂解堵技术原理

高压砾石充填防砂方法是应用较早的防砂方法。由于近年来理论、工艺及设备的不断完善，这种方法被认为是目前防砂效果最好的方法之一。该方法首先对地层进行高压预充填，填补地层因出砂造成的亏空，然后将割缝管或绕丝筛管下入井内防砂层段处，用一定质量的流体携带地面选好的具体有一定粒度的砾石，充填于管和油层之间，形成一定厚度的砾石，以阻止油层砂粒流入井内的防砂方法。多数出砂井由于先期防砂为滤砂管防砂，地层已有一定程度的亏空，一般采用先对地层进行高压预充填，然后再进行套管内砾石充填的防砂方法。

2高压砾石充填防砂解堵技术设计

砾石充填防砂方法的施工设计应符合三条基本原则：一是注重防砂效果，正确选用防砂方法，合理设计工艺参数和工艺步骤，以达到阻止油层出砂的目的；二是采用先进的工艺技术，最大限度地减少其对油井产能的影响；三是注重综合经济效益，提高设计质量和施工成功率，降低成本。施工设计要求形成一套完整的程序，有利于方案的系统化和规范从而提高施工设计的质量。

3.1油层预处理设计

根据油层砂样化验的结果和防砂井的具体情况，确定酸化解堵和粘土稳定处理等措施，同时考虑防乳化、防止新生沉淀等问题。一般地层泥质含量大与10%或地层有污染时需进行解堵，解堵剂采用缓速酸加土酸。

3.2砾石设计

砾石设计主要包括砾石尺寸设计、砾石质量控制、砾石用量计算三方面的内容。砾石尺寸设计。在筛析实验室中取得防砂井油层砂样粒度中值d50后，根据计算公式求得所需用的砾石尺寸，即砾石的粒度中值D50。砾石质量控制。为满足防砂工艺要求，应根据具体的使用环境考虑砾石的品种和质量要求。如预充填双层筛管、高斜度井砾石充填、热采井砾石充填等都应考虑使用树脂预涂层砾石；预充填双层筛管也可选用预涂层烧结陶粒作为充填材料。砾石的质量要求为：砾石粒度均匀；圆度、球度好；在标准土酸中的酸溶度小于1%；砾石试样水浊度不大于50度；显微镜观察没有发现两个或多个颗粒结晶块；满足抗破碎试验要求。充填砾石用量计算。地层预充填所用的砾石数量要根据地层亏空量的多少来确定，一般应准备地层亏空量的1.3~1.5倍。环空充填量一般也由充填部位的体积来确定。为了保证施工质量，设计用量时要考虑足够的附加量。一般以多挤入为好，这样可提高防砂效果。

3.3防砂管柱设计

绕丝筛管与割缝管的比较与选则。全焊接不锈钢绕丝筛管，在绕制过程中，绕丝和纵筋的每一个交叉接触点都用电阻焊接在一起，使筛套形成具有一定强度的整体，按一定的长度要求两端切平，焊上接箍。将带孔中心管穿过筛套，再把筛套两端接箍焊在中心管上，其特点是：耐腐蚀，工作寿命长，外窄内宽的筛缝具体有一定的“自洁”作用，连续绕丝形成连续缝隙，流通面积大，在制造工艺上能达到防砂的各种缝隙要求。综合上述优点，构成了绕丝筛管广泛应用的原因。其缺点是生产井后期处理难度大，特别是在较大斜度的井中，不易打捞，造成大修。割缝管可直接使用锯片铣刀在铣床上铣削油管而成，目前较先进的方法为激光割缝，0.30mm以下的割缝宽度加工困难，因而割缝管适用于中至粗的油层砂；而且由于油管是碳素结构钢，耐腐蚀能力差，尤其是缝隙尺寸易受腐蚀而增大，使防砂有效期短。其优点是生产井后期处理难度小，特别适应较大斜度井。在选择绕丝筛管或割缝管时，应考虑防砂井的具体条件。如果井液腐蚀性弱，油层砂较粗，产能偏低，则应适当选用割缝衬管，反之选用选用绕丝筛管；井段超过30m的产层，应考虑绕丝筛管使用，虽然长井段施工和修井费用高，但使用绕丝筛管寿命长，综合经济效益好；对于直井或最大井斜小于30度的井，多用绕丝筛管；对于最大井斜大于30度或的井有轻微套变的直井一般采用割缝管。

3.4筛管缝隙尺寸、直径及长度设计

缝隙尺寸原则上应能满足挡住最小充填砾石的要求。设计时缝隙尺寸应等于最小充填砾石尺寸的1/2~2/3。筛管直径与砾石充填方式和井身结构有关，既要考虑防砂井段的通径，又要使充填层有足够的厚度，以保证充填层的挡砂能力和稳定性。

3.5信号筛管设计

信号筛管的作用是向场面施工人员提供井下充填情况的信号。为使施工顺利进行，应根据工艺需要选择不同位置的信号筛管。如常规低密度循环充填选用上部信号筛管；高密度充填选用下部信号筛管。上部信号筛管的作用是当充填砾石堆积到生产筛管顶部后，地面充填压力相对稳定，直到砾石把光管环形空间全部填满信号筛管。当压力剧增，表明井筒内砾石储备量已达到设计要求，充填停止，可以转入下一道工序。下部信号筛管的作用是强迫高密度砂浆向井底运动，避免砾石堆积在产层上部井筒中而形成砂拱堵塞环形空间，造成下部充填不实，并导致充填失败。

3.6光管的设计

光管是一段油管，位于生产筛管与信号筛管之间或生产筛管与充填工具之间，它与井筒的环形空间储备充填砾石。光管的直径与绕丝筛管的中心管直径相同，或与割缝衬管的直径相同。光管的长度根据充填方法和具体情况来定。一般地，对于低密度循环充填的光管为20~30m,高密度挤压充填的光管长度不小于生产筛管长度，裸眼完井的光管段不应设计在套管内。

3.7扶正器设计

使用扶正器可使防砂管柱在井筒内处于中心位置，以便砾石能够均匀充填在筛管周围，形成良好的挡砂屏障。如果不使用扶正或使用数量不够，防砂管柱就可能偏置，使得有一边的砾石充填量减少，甚至完全得不到砾石充填，油层流体流出后直接冲蚀和流过筛管，导致防砂失败。

3.8充填工具的选用

根据充填工艺，砾石充填工具的结构可分为三种：一是下冲法充填工具；二是反循环充填工具；三是转换充填工具。下冲法充填工艺、工具简单，但易造成砾石大小分级现象，只适用于浅井和薄层段；反循环充填工艺、工具较为简单，但砂浆易受套管风壁杂物的污染，使充填体渗透率下降，且套管柱必须承受充填压力，携砂液流速度低，用液量也较大，因此应尽可能少用；转换充填工具可避免对砂浆的污染，套管也不必承受充填压力，携砂液流速度高，用液量也小，是比较理想的充填方法，但其工具结构复杂、种类多、作业难度较高。

4结论与建议

高压砾石充填防砂是解决高泥质含量、低能量疏松砂岩防砂难题的有效方法，通过现场实施证实该技术施工简单成功率高，防砂有效期长，有较强的适应性，是防砂老大难井防砂的主导工艺。在工艺改进方面，可以引进一次性充填工具，实现砾石一次性充填，减少地填后地填砂外吐。携砂液采用过滤技术减少机杂堵塞。携砂液中机杂是导致充填堵塞防砂井失效的主要原因，机械杂质特别是5~100μm的机杂极易紧密的吸附在充填石英砂上，导致充填层堵塞，国外要求配制携砂液的用水机杂必须小于2μm,用高低压过滤器。试验高粘携砂液。污水作携砂液砂比不大于10%，挤压充填时进地层多，易引起地层伤害。试验高粘携砂液使砂比能达到80%以上，既能往地层多填砂且用液量少，减少地层伤害，提高渗透率。