新立油田套管防砂技术研究与应用

李方庆，左治江

（1.吉林油田新立采油厂采油工艺研究所，吉林松原131109；2.江汉大学机电与建筑工程学院，湖北武汉430056）

新立油田套管防砂技术研究与应用

李方庆1，左治江2

（1.吉林油田新立采油厂采油工艺研究所，吉林松原131109；2.江汉大学机电与建筑工程学院，湖北武汉430056）

主要从岩土力学角度分析了新立油田油井出砂原因，分析了地层、井况、开发等方面给油田带来的危害，油田油井出砂严重，将导致油井作业频次增加，检泵周期短，油井停产，严重制约了油田的生产。对出砂机制及套管防砂工艺进行研究，开发出新型套管防砂工艺管柱。对这一新型防砂技术进行了实证数据分析，分别介绍了单纯出砂油井、含少量泥浆的出砂油井、含大量泥浆的出砂油井等的使用情况，并分析了其经济效益。统计表明，其降低了维护性作业次数，延长了检泵周期。

出砂；防砂套管；检泵周期

新立采油厂位于扶新隆起带的西北部，辖区面积1 268.47 km2，探明面积149.46km2，地质储量8 155.46×104t。新立油田为多油层低孔低渗构造岩性油藏，自1983年全面开发以来，一直受到油井出砂问题的困扰［1-2］。新立油田油井开井1 233口，其中出砂油井344口，占生产井数的27.9%。

1 油井出砂原因与危害

1.1 油井出砂原因

新立采油厂出砂、出泥浆井集中在119区块，主要有地层原因、井况原因、开发原因［3］。

1.1.1 地层原因新立油田开发目的层是黑帝庙油层第2砂层第3小层，原始地层压力4.86 MPa，含油面积16 km2，地质储量460×104t，油层物性较好，油层渗透率高，平均空气渗透率为507× 10-3μm2，平均孔隙度29%，原油相对密度0.862，黏度为20.4cp，凝固点11℃。油田油层平均砂岩厚度为5.0 m，有效厚度为2.1 m，油层平均埋藏深度为570 m，由于埋藏浅、成岩时间短、压实作用弱、粒径粗、物性好，砂岩呈点接触、以泥质胶结为主、胶结弱、原生孔隙发育，总体表现为岩石疏松泥质含量少、岩性疏松、渗流能力强，在油井处地层与井底压差作用的渗流条件下，油井极易出砂。

1.1.2 井况原因主要指因套管破损造成油井出砂出泥浆。

1.1.3 开发原因油田进入开发后期，油井综合含水上升，产液量增大，生产压差过大，造成油井出砂。另外，生产过程中各项措施如：洗井、作业过程中的冲砂、酸化解堵、强负压返排等都会对油层造成伤害，而使油井出砂。

1.2 新立油田出砂的现状与危害

1.2.1 新立油田出砂井现状近年来新立油田每年因油井出砂带来的维护作业达160井次以上，仅2012-2013年已有8口因出砂严重套管错断，造成停产，目前待报废。出砂井占维护作业总工作量的25%左右，对油井免修期的影响达到35 d左右，影响产油量达到700t。出砂井造成的作业在逐年增加，对油田开发生产的影响在逐渐加大，出砂问题已成为油田开发中的主要矛盾。

因油井出砂出泥浆而作业的井数逐年增加，严重制约新立油田的开发，每年因出砂出泥浆造成的泵漏、卡井数量占维护作业工作量的17.3%，表1为新立油田历年出砂出泥浆井统计。图1为油井出砂现场照片。

表1 新立油田历年出砂出泥浆井统计Tab.1Statistics of the sand and mud wells in Xinli oilfield

分析出砂造成作业的主要原因有：（1）砂在套管内沉积，造成砂埋。油层砂埋后，油井减产，甚至没有产量，造成修井作业；（2）砂在油管内的沉降，造成泵漏、砂卡或吸入部分堵死。泵内有砂会导致凡尔关闭不严漏失或配件磨损漏失，严重的出现凡尔卡死或吸入部分被堵死，造成修井作业。

图1 油井出砂现场照片Fig.1Site pictures of sand production in oilfield

1.2.2 油井出砂的危害油井出砂的危害主要有：（1）砂埋产层，造成油井减产或停产；（2）高速的砂粒，造成地面及井下设备加剧磨蚀，影响使用寿命；（3）出砂导致地层亏空并坍塌，造成套管损坏使油井报废等；（4）油井出砂导致的泵漏、卡泵、吸入部分堵塞造成的油井维护作业，影响油井的正常生产，并严重影响油井免修期；（5）出砂还会造成套管附近岩层疏松，地层亏空，使套管变形甚至错断，最终导致油井报废。

从新立油田的统计来看，因出砂出泥浆严重，抽油泵报废率也逐年增加，增加了生产成本；此外，由于油井出砂，造成油层部位井壁坍塌，引起套管变形。在46口出砂严重的套变井中，在油层部位套变井29口，占63%，而其中严重错断缩径井有23口，占50%。统计套变井过程中发现，所有油层部位套变错断井都经历相同的历程，即：出砂、大量出砂、出泥浆和砂、出砂泥浆和水泥块、套变。

2 套管防砂技术工艺与效果

2.1 现有的防砂技术及存在问题

油田主要的防砂治砂措施有两种［4-5］：一是物理法即机械防砂，目前在用机械防砂工艺主要是防砂管、双凡尔防砂工艺，该方法操作简单，直接随泵下井，成本低，起出更换方便，对大粒径出砂井效果好；但是防砂有效期短，易被细砂堵死，影响油井产液量。影响油井洗井排量，在大排量洗井时，易造成防砂管抽瘪。近3年现场应用沉砂泄油器60口井，有效53口井，有效率88%。长柱塞沉砂泵防砂工艺5口，有效5口，有效率100%。该工艺操作简单，随泵直接下入；防砂效果较好，不影响油井洗井等措施的进行；缺点是防砂有效期受底部沉砂尾管长度限制，沉砂尾管过长后，易被砂埋死，造成管柱卡死，沉砂尾管填满砂后就需要起出检泵冲洗。二是化学防砂，即利用化学方法，防止地层砂进入井筒。目前的防砂技术主要是聚丙烯酰氨树脂防砂工艺。近3年现场应用21口井，有效20口井，有效率95%。该工艺施工简易方便，防砂效果好，对普通出砂油井有效期长；缺点是对出砂又出泥浆井效果不好，对水温控制要求高，停井时间长，对地层有一定污染，有效期短。

表2 Y445/114×60FS/FX套管防砂工艺管柱技术参数Tab.2Parameters of Y445/114×60FS/FX sand controlcasing column

图2 Y445/114×60 FS/FX防砂工艺管柱Fig.2Y445/114×60 FS/FX sand control casing column

表3 单纯出砂井效果表Tab.3Effect table of pure sand production well in oilfield

2.2 新型防砂套管技术

目前的防砂工艺不能满足生产需求，有待于进一步突破，为此笔者针对化学防砂工艺做了研究，以解决该厂新立地区地层出砂问题。

2.2.1 套管防砂工艺管柱组成管柱由下至上的顺序：SG105×60YTC/FX预填冲防砂筛管3根、AJ93×60LD/FX拉断式安全接头、SG105×60YTC/ FX预填冲防砂筛管3根、AJ93×60LD/FX拉断式安全接头、SG105×60YTC/FX预填冲防砂筛管3根、DJ89×60FX短接、AJ93×60LD/FX拉断式安全接头、Y445/114×60FX可捞式空心桥塞、27/ 8TBG油管。Y445/114×60FS/FX套管防砂工艺管柱技术参数如表2所示。图2为Y445/114×60 FS/ FX防砂工艺管柱（以下简称新型防砂套管）。

2.2.2 套管防砂效果

（1）单纯出砂油井套管防砂效果。2013年对单纯出砂油井施工4口，有效4口，有效率100%，施工前4口井平均检泵周期为123d，施工后平均检泵周期为387d，表3为单纯出砂井效果表。

典型井：新9-10井平均日产液1.1t，平均日产油0.6 t，综合含水48.6%，泵径为Ø32mm，冲程1.2m，冲数4次，施工前平均年作业3次，月平均砂面上升速度为4.3 m；2012年12月进行套管防砂施工，施工后日产液、油无变化，证明新型防砂套管渗流能力能够满足该井生产需求，施工后检泵周期由130 d提高到402 d，延长272 d，减少维护作业工作量3井次。

结论：新型防砂套管对单纯出砂井防砂效果好，有效率可达100%。

（2）出砂含有少量泥浆油井套管防砂效果。2012年对出砂但含有少量泥浆油井施工4口，有效4口，有效率100%，这4口井施工前平均检泵周期为128 d，施工后平均检泵周期349 d。表4为出砂含少量泥浆井效果表。

表4出砂含少量泥浆井效果表Tab.4Effect table of sand production well with few mud in oilfield

结论：新型防砂套管对出砂含有少量泥浆井防砂效果较好，有效率可达100%。

（3）出砂含有大量泥浆油井套管防砂效果。2012年对出砂但含有大量泥浆油井施工2口井，有效2口，有效率100%，这2口井施工前平均检泵周期为108 d，施工后平均检泵周期273 d。表5所示为出砂含大量泥浆井效果表。

表5出砂含大量泥浆井效果表Tab.5Effect table of sand production well with plenty mud in oilfield

典型井：新20-4井平均日产液3.0 t，平均日产油0.3t，综合含水90.2%，泵径为Ø32mm，冲程0.8m，冲数5次，施工前平均年作业4次，月平均砂面上升速度为3.8m；施工前，由于出砂出泥浆严重，连续进行修井作业，每次施工作业原因都是泵漏，作业完了即不正常，基本处于停产状态。施工后日产液、油没有变化，证明新型防砂套管渗流能力能够满足该井生产需求，施工后检泵周期由最短40 d提高到平均260 d，延长了220 d，减少维护作业工作量2井次。

结论：新型防砂套管对出砂含有大量泥浆井防砂效果一般，有效率可达100%，需要对工具进一步改进，对高压填砂筛管内填砂粒径组合进行优化，以适应用泥浆含量大的出砂油井。

（4）出泥浆油井套管防砂效果。2012年对出砂但含有大量泥浆的油井施工2口，有效1口，有效率50%，这2口井施工前平均检泵周期为83d，施工后平均检泵周期151 d。表6为出泥浆井效果表。

表6 出泥浆井效果表Tab.6Effect table of mud well in oilfield

典型井：新8-11井平均日产液0.9t，平均日产油0.2t，综合含水74.2%，泵径为Ø32mm，冲程1.8m，冲数2次，月平均砂面上升速度为3.5m。施工前平均年作业5次，基本处于停产状态。施工后日产液、油没有明显变化，证明新型防砂套管渗流能力能够满足该井生产需求，施工后检泵周期由73d提高到120 d，延长37 d，减少维护作业工作量1井次。

新8-11井套管防砂后虽然检泵周期得到一定的延长，但总体效果不好，分析原因为泥浆能通过新型防砂套管的高压填砂筛管，从而进入泵内，造成防砂效果不好。

结论：新型防砂套管对出泥浆井防砂有效率只有50%，需要对工具进一步改进，对高压填砂筛管内填砂粒径组合进行优化，以适应泥浆含量大的出砂油井。

2.3 经济效益分析

2012年应用套管防砂技术施工12口井，投入30万元，有效11口，有效率91.7%，减少维护性作业27井次。每井次按新立地区2.48万元计算，直接经济效益66.96万元，投入产出比：30÷ 66.96=1∶2.23。

3 结语

（1）选井原则。通过油井动态、单井作业频次分析及现场监测确定油井出砂量，科学选井。对油井产液量、历年压裂等措施情况进行综合分析，现场取样分析出砂粒径变化，查找油井出砂原因。

（2）防砂效果。Y 445/114×60 FS/FX防砂工艺管柱以砂防砂，防砂效果好，有效期长，通过应用套管防砂技术，减少维护性作业27井次，平均延长油井检泵周期180d以上。9根填砂筛管，确保了有效的过流面积，可避免因油井出砂造成筛管堵塞而防砂失败。对于出砂严重的油井，该套管防砂工艺管柱效果较好，但对出泥浆严重的油井，效果并不理想。该防砂管柱可实现一次防砂、多次循环使用，对于出泥浆不特别严重的井防砂效果较好，与其他防砂工艺对比防砂有效期较长。

（3）其他保障措施。加强油井日常管理，制定合理的工作制度，在保证不影响油井产液的情况下，尽量采取长冲程、低冲数、小泵径，减少因抽汲参数过大而造成油井出砂严重；合理确定洗井周期，定期大排量冲洗井底，减少出砂影响。

（References）

［1］王爱萍，董长银，刘春苗.基于出砂特征半径的水平井出砂临界生产压差预测模型［J］.中国石油大学学报：自然科学版，2011，35（2）：85-90.

［2］刘刚，贾宗文，刘志国，等.基于高频振动信号分析的稠油出砂量监测方法［J］.中国石油大学学报：自然科学版，2011，35（3）：84-88.

［3］陈勉，金衍.高压气藏地层三维出砂预测模型及方法［J］.岩土工程学报，2005，27（2）：198-201.

［4］周承诗，曲杰，王杰，等.水平井砾石充填SLCH防砂工艺矿场试验［J］.油气地质与采收率，2006，13（5）：86-88.

［5］杨喜柱，刘树新，薛秀敏，等.水平井裸眼砾石充填防砂工艺研究与应用［J］.石油钻采工艺，2009，31（3）：76-78.

（责任编辑：叶冰）

Research and Application of Sand Control Technology with Casing on Xinli Oilfield

LI Fangqing1，ZUO Zhijiang2
（1.Petro Production Technology Research Institute，Jilin Oilfield Xinli Oil Recovery Factory，Songyuan 131109，Jilin，China；2.School of Electromechanical and Architectural Engineering，Jianghan University，Wuhan 430056，Hubei，China）

From the angle of soil and rock mechanics，analyses the sand production reasons in oil well in Xinli oilfield，also analyses the harms to oilfield from stratum，well condition and develop⁃ment，the sand producing is serious in the oil well，it makes the operation frequency increase，the pump inspection period become shorter and the production stop，these restrict the producing of the oil field.Researches the sand production mechanism and casing sand control technology，develops a new type of sand control casing column.Carries out the data analysis on the new sand control technol⁃ogy.Respectively introduce the using condition of the simple sand producing well，sand producing well with few mud and sand producing well with much mud，after using the technology，it reduces the maintenance operation times and prolongs the pump inspection period.

sand production；sand control casing；pump inspection period

TE93

A

1673-0143（2014）03-0047-05

2014-03-31

李方庆（1969—），男，工程师，研究方向：采油工艺及工具。