油井防砂及配套工艺技术

刘芳 吴岸 张文泽（长江大学,湖北 武汉430100）

随着石油工业的不断发展和科技的突飞猛进，出砂仍然是油气田开采过程中最难解决的问题之一，我国疏松砂岩油藏分布范围广、储量大，占有重要地位[1]。这类油藏具有共同的特点，即通常为稠油油藏、高孔高渗、埋藏浅、胶结作用弱。油层出砂是由于井底附近地带的岩石结构受到破坏所引起的，渗透率过高、地层压力下降、生产压差过大、固井质量差等都可能导致出砂，这会给生产过程带来极大的伤害，如形成大孔道、井筒砂堵、腐蚀设备、损坏套管等，严重时甚至导致油井停产。这些危害迫使我们每年都需要消耗大量的人力物力财力进行防砂研究，这样不仅提高了生产成本，还加大了油田的开采难度。因此，对疏松砂岩油藏采取合理有效的防砂方法进行开采具有十分重要的意义。

1 主要防砂工艺技术

1.1 纤维复合防砂技术

纤维复合防砂是采用耐盐、抗酸、抗碱、抗温能力较强、密度和地层密度接近的纤维，并用纤维表面处理剂处理其表面，增加其与树脂的亲和力，使纤维表面吸附一层可以胶结的物质[2]，确保纤维复合体的强度，通过相互缠绕、折叠形成具有稳定结构的三维网络，可以将砂粒裹住，形成具有一定强度和渗透性的网络挡砂过滤体，阻挡了地层流体携带的细粉砂结合体和较大粒径的砂粒进入井筒，起到了防砂、稳砂、挡砂的作用。

纤维复合防砂无须下入筛管，对渗透率不会造成损害，降低了综合成本[3]。纤维复合防砂能满足稠油油藏的开发要求，在注蒸汽过程中对已经形成的防砂墙没有影响，充填层对地层砂骨架可以起到很好的稳固作用，不仅能有效地防细粉砂，而且纤维复合砂体的自清洁作用还弥补了传统防砂管柱容易被堵塞的缺限，可应用于多层完井。

1.2 高压砾石充填防砂技术

高压砾石充填防砂技术是在高渗透油藏开发中由于地层容易出砂导致油井减产甚至停产的基础上提出的一种新型防砂技术。它是利用高压一体化管柱在管外地层进行挤压充填，然后在管内和筛管与套管的环形空间进行循环充填[4]，形成筛套环空砾石层。由于管外充填砾石提高了井筒附近地层的渗透性，管外、管内砾石层形成了挡砂屏障[5]，达到了防砂的目的。

该技术实现了管外、管内充填一体化，施工简单，成功率高，不仅缩短了作业周期，而且节约了作业成本；同时管外充填砂体和管内砂体在高压下一次性形成，砂体连续、稳定、充实，防砂半径大，防砂、挡砂效果好，延长了防砂有效期[4]。对地层亏空严重的井，应用高压砾石充填防砂工艺，砾石主要指石英砂、陶粒、高温涂料砂等，可有效的保护地层结构，提高防砂综合效果，具有增产和防砂的双重作用。

1.3 端部脱砂压裂充填防砂技术

利用水力压裂产生裂缝，大排量泵入低砂比砂浆[6]，在井底憋起高压，当井底压力大于地层破裂压力时，在井底附近地层产生裂缝，由于注入速度大于滤失速度，裂缝向前延伸并填以压裂前置液，最后压裂液全部滤失至地层。缝内砂浆前缘到达缝宽很小的裂缝前缘端部，其中的砂粒被卡在具有一定硬度的裂缝壁面之间不再移动。继续注液，在裂缝端部的狭小地带逐渐堆积形成的砂桥，使压裂液越不易通过砂桥，从而使得裂缝的缝长和缝高不能继续延伸。泵压增大，加速裂缝的体积膨胀，即缝宽变宽，形成短宽裂缝，当井底压力或缝宽达到设计值时停止，用砾石进行充填，形成高导流能力的人工裂缝，达到防砂和改造地层的目的[7]。

高导流能力的压裂裂缝改变了地层流体的渗流状态，使原本的径向流动变为双线性流动，这样不仅使生产压差减小了，而且大大降低了压力梯度，还降低了地层流体对微粒的冲击携带作用，因而减缓了储层岩石的结构破坏，减轻了地层伤害，起到了有效的防砂作用，使油气井产量大幅度提高。

2 防砂配套工艺技术

为减少地层出砂，除采用必要的防砂技术之外，还应该使用配套工艺技术，节约成本，获取更大的经济效益，达到防砂和增产的双重目的。下面重点介绍了几种常用的防砂配套工艺技术。

2.1 地层预处理技术

针对钻井过程中造成的油层伤害等问题，防砂前需进行原油降粘、油层炮眼清洗、酸化解堵、混气排解堵等地层预处理，最大限度的解除钻井液污染及地层堵塞对地层造成的伤害。根据储层粘土矿物含量的高低选择性能稳定、抗搅动、耐冲刷、配伍性好、有效期长的防膨剂，防止地层粘土膨胀和运移，达到保护油层、降低油层近井地带污染的目的。

2.2 管内环空陶粒充填技术[8]

采用比重低、质量高、强度中等的陶粒作为充填砂，可以有效提高油井防砂后的渗流能力，使充填层保持较好的渗透性，达到提高油井产能的目的。

2.3 抑砂挤压充填工艺

鉴于伊利石、高岭石等遇水破碎堵塞油层，需配套使用抑砂挤压充填技术，先期采用前置体型高分子膜溶液进行抑砂固结，对粉细砂骨架进行“稳砂”，有效避免细粉砂在层间运移，减缓了对储层渗透率造成的伤害，最后按照储层特点进行挤压充填能达到较好的防砂效果。

2.4 高温涂料砂封口技术[8]

高温涂料砂具有在常温下稳定，不发生粘连和聚合反应，且在高温蒸汽状态下仍能保持渗透率不变的特性。涂料砂在充填过程末端被携砂液携到油井出砂部位，充填砂在注汽过程中受到高温蒸汽的作用会发生交联固结反应，进而形成具有一定强度的人工井壁，起到防砂作用。

2.5 螺杆泵举升工艺

螺杆泵具有运行平稳、耐磨、携砂能力强等优点。针对出砂严重的油层，为防止工作制度、加工工艺不合理和抽油杆断脱等问题，需要严格按照国家标准生产、检验空心杆杆体的性能，保证油井严格按照设计进行施工，还使用了专用防脱抽油杆、抽油杆扶正器等，并通过优化工艺设计提高了螺杆泵举升工艺的适应性[9]。适用于稠油、出砂、产液量较高的油井。

3 结语

3.1纤维的抗盐、抗酸、抗碱以及耐温性能好，加入纤维后可提高树脂涂敷砂强度的50%左右，同时改善了人工井壁的渗透性，延长了防砂有效期。纤维复合防砂技术对地层条件适应性强，尤其适用于气井、套变井、粉细砂岩油藏，对于粘土含量高的油藏防砂增产效果尤为明显。

3.2高压砾石充填防砂具有防砂有效期长、增产、改善近井地带的渗流情况、降低流动阻力等特点。

3.3端部脱砂压裂充填防砂工艺对稠油、粉细砂岩具有较好的增产和防砂作用，发展前景广阔。

3.4本文介绍了近年来发展起来的几种主导的防砂工艺技术和配套工艺技术，希望对同类型油藏的高效开发具有指导意义。

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