绕丝筛管高压充填防砂工艺具有防砂有效期长、施工简单、施工周期短、对油层污染程度低等特点[1-3],是油田的主要防砂工艺。2009年该油田850口油井实施了防砂工艺,其中605口油井采用了绕丝筛管高压充填防砂工艺,防砂一次成功率达到了9715%,但有效期没有达到理论有效期(8~10a)。该油田绕丝筛管高压充填防砂失效的主要表现是油井供液能力变差,分两种情况:防砂后油井产液量低于防砂前产液量;防砂后初期产液量正常,但在较短时间内供液能力变差,产液量下降。出现第一种情况主要与施工工序和工艺参数有关,在此笔者不做重点分析,主要分析出现第二种情况的原因,并提出技术对策。

1失效原因分析

绕丝筛管高压充填防砂后,油井在较短时间内供液能力变差的原因是出现了堵塞,造成堵塞的原因有两个:充填砂体被侵入和填砂体被破坏。充填砂体被侵入油田以粒径014~018mm的砾石作为充填材料,形成的充填砂体的渗透率很高,达到121Lm2,但地层砂侵入充填砂体时,会造成充填砂体渗透率大大降低,造成油井供液能力变差。充填砂体被破坏由于各种原因,油井生产过程中,充填砂体可能发生失稳现象,充填砂体被全部或部分破坏,地层砂直接到达绕丝筛管,造成绕丝筛管堵塞,同样造成油井供液能力变差。造成充填砂体被破坏及被侵入的原因有多种,笔者认为主要有以下几种原因。

1.1砂桥的形成与破坏

下入绕丝筛管前,一般冲砂至油层以下15~20m。高压充填时,施工排量达到110m3/min以上,携砂液在油层转变方向,由垂直向下转向水平方向,这样很容易在油层下部形成砂桥,导致油层以下口袋内形成亏空。这种砂桥体系是很不稳定的,当生产参数改变、采液强度增大或减小时,都可能影响砂桥的稳定,砂桥被部分或完全破坏,砾石完全或部分下沉,地层砂进入到油套环空之间,地层砂侵入充填砂体或地层砂到达绕丝筛管堵塞绕丝筛管,造成渗透率下降,导致油井供液能力变差。这种现象在作业过程中已经得到证实。

1.2砾石粒径与地层砂不匹配

油田地层砂较细,以泥质砂、粉细砂为主,采用粒径014~018mm的砾石作为充填材料,地层砂可以进入到充填砂体孔隙内,特别是泥质含量高的油井,采取绕丝筛管高压充填防砂措施后产液量都较低。

1.3施工参数不合适

长期以来,油田在防砂施工时采用低砂比,认为砂比过高会造成加入砂量减少。油田地层埋藏浅,破裂压力低,一般情况下16~19MPa的压力,就能把地层压开,充填砂进入地层裂缝,当砂比较低时,裂缝内铺砂浓度过低,不能形成有效支撑,当裂缝闭合时,充填砂嵌入地层,渗透率下降。如果压开裂缝的宽度为5cm,砂比为10%时,只能支撑宽度为015cm的裂缝,当砂比为30%时,可以支撑宽度为115cm的裂缝。在软地层中,还有部分充填砂嵌入到地层,导致裂缝渗透率大大降低。

2技术对策

2.1防止砂桥被破坏

充填施工时,在口袋内形成亏空的事实存在,解决该问题的办法有2种:一是下绕丝筛管前不留口袋,绕丝筛管直接下在砂面上,但油田出砂较严重,绕丝筛管往往下不到位,该方法不容易实施;另外一种方法就是采用托砂工具,充填时促使砂桥形成,在生产过程中防止砂桥被破坏。该方法可靠且易实施,为此,设计了一种托砂皮碗,充填施工在高压下进行,为保证施工中皮碗不被损坏,在皮碗下部设计了数条宽度为013mm的割缝,充填施工时,皮碗上下压力平衡,皮碗不受力,又能保证充填砂不能通过割缝。

为验证加入托砂皮碗管柱(见图3)对高压砾石充填的适应性,在8口油井进行了应用,应用后第1个月,平均单井日产液25157m3、日产油3144t、含水82146%,动液面比措施前上升158m,日增液12167m3、日增油1126t。有效期大于120d的油井目前有4口,累计生产1069d,累计增油2941t。

2.2优化砾石粒径

对油田不同区块地层砂进行了分析,得出了粒度中值、不对称性、均匀系数等资料,根据有关公式,重新设计了油田充填砂体系。为减少近井及井筒的渗流阻力,应尽可能地提高充填体的渗透性。参照D50/d50与充填体渗透率关系曲线[4],考虑油田地层情况,并结合现场施工设备能力,确定了粒径013~016mm、014~018mm、016~110mm3种砾石组合。笔者测量了这3种砾石组合的渗透率和挡砂情况。可以看出,3种砾石组合形成的挡砂屏障保持了较高的渗透率,而且能挡住粒径较小的泥质砂,但粒径016~110mm砾石组合在相同压差下,流量较大,具有较好的渗流能力。

为验证试验结果,采用016~110mm砾石组合在28口井上进行了现场应用,应用后第一个月,日增液13131m3,日增油2157t,动液面比措施前上升259m。平均防砂有效期达到327d,累计增油14000t以上。

2.3研制新型携砂液

为进一步改善砾石充填效果,研制开发了羟丙基瓜胶携砂液,该携砂液具有溶解速度快、摩阻小、破胶水化彻底、对地层伤害小等优点,可有效提高地层裂缝铺砂浓度。10口井现场应用表明,使用羟丙基瓜胶携砂液携砂比由15%提高到60%以上,有效提高了裂缝铺砂浓度,改善了防砂效果。

2.4优化生产参数

当生产压差过大时,流速较大,地层砂受到的作用力较大,地层砂容易进入充填砂体内造成堵塞,造成不供液能力变差。因此,应优化生产参数,减小生产压差。

2.5评估油井生产能力

防砂后通过计算确定油井的生产能力,根据计算结果一方面可以确定合理生产参数,另一方面可以评价防砂效果,分析绕丝筛管是否堵塞。

3化学固砂试验

3.1地层泥砂成分

室内研究结果表明，泥砂中普遍含有铝硅酸盐和二氧化硅等，这些成分是构成储层岩石的主要矿物，说明出泥砂的主要原因是储层岩石颗粒脱落，通过对井1和井2检验采集砂体中主要含有各种铝硅酸盐、井3采集砂体中主要含有二氧化硅盐，外围采油厂油井产出泥质垢矿物成份分析结果。

3.2化学固砂原理

由于油井出砂粒径较小，多为细粉砂及泥质砂，地层渗透率较低。对此制定了针对性防砂方案，选用由固砂剂、黏土稳定剂等配制的高强固砂剂注入地层，胶结地层原有泥砂，建立具有一定渗透性、耐冲刷的人造遮挡，提高出泥砂井治理效率。

3.3优选固砂药剂

通过研究黏土含量、渗透性等因素对防砂工艺的影响，优选出具有调节固化反应速度，改善胶结强度、防砂性能，降低渗透率损失作用的高强固砂药剂，低渗透油田高强固砂剂渗透率损失试验情况统计。

3.4施工参数

（1）设计药剂配量。防砂剂的使用可以增大油层的处理深度，从而获得更加有效的长期防砂效果，在实际应用中按照油井处理半径为3~5m，依据油井地层孔隙度计算油井防砂剂用量，计算公式如下：Q=πR2ФH（1）

式中：Q为油层需要防砂剂的用量，m3；R为处理半径，m；Ф为地层平均孔隙度，%；H为油层厚度，m。（2）段塞设计。前置液需要21m（5%～8%HCL+1.0%～1.5%缓蚀剂+1%～1.5%铁稳定剂+1%黏土稳定剂+0.3%～0.5%助排剂+3%NH4CL）；防砂剂需要：55m（5%HCL+5%～8%固砂剂+1%～1.5%缓蚀剂+1%～1.5%铁稳定剂+1%黏土稳定剂+0.3%～0.5%助排剂+3%NH4CL）；后置液需要32m（1%HCL+1%缓蚀剂+1%铁稳定剂+1%黏土稳定剂+0.3%～0.5%助排剂+3%NH4CL）。

3.4不锈钢防砂管

在普通筛管外覆盖双层孔径0.30~0.35mm不等的不锈钢筛网，同时增加筛管的直径和长度，筛网加工成波纹瓦楞型，增加过流面积；不锈钢波纹型防砂管，设计安装在抽油泵吸入口以下，代替常规筛管，以油管扣与抽油泵连接，起到防止直径0.30~0.35mm及以上固体物质进入抽油泵，避免造成卡泵。

其设计外径112mm，长度1200~3500mm。内部骨架为外径96mm油管，钻ϕ12mm通油孔，每个圆周9个孔，圆周间距50mm。油管外覆盖双层厚度0.4mm防砂网，材质为不锈钢，防砂网孔眼0.30~0.35mm。不锈钢筛网加工波纹瓦楞型，增加过流面积，加大强度，具有耐腐蚀、耐高温的功能，防砂网接口进行对口点焊，与ϕ96mm油管两端焊接成一体，下入油井内，起到防砂作用。

3.5防泥砂颗粒充填管的技术原理

装置应用双层不锈钢波纹瓦楞型筛网夹预固化覆膜陶粒结构，筛网初次过滤泥砂后，利用预固化覆膜陶粒（具有良好的阻泥砂和导流能力）再对产出液进行二次过滤，最大限度降低产出液中的泥砂含量。中心管和外筒上均钻有多个直径10mm的孔。中心管和外筒之间的环形空间所填充的预固化覆膜砂，是采用高强度树脂陶粒，加入高分子防吐砂剂热固树脂，采用专用设备混制，添加树脂改性剂，提高树脂膜弹性，防泥沙管接在爆破阀下方，地层产出液经外筒筛网进入环空砂层起过滤作用，再经中心管孔眼进入到中心管内上行。通过筛网和砂层的过滤作用，使得井液中的泥沙等非流体物质不能进入泵内，从而避免非液物质对抽油生产的危害。随着应用时间的延续，导流孔隙会因油井所处的泥沙淤塞而变小，使导流能力下降，这时可采用冲洗措施，解除油井产出泥沙在筛管预固化覆膜砂导流孔隙中的淤积。防泥砂颗粒充填管安装在抽油泵下端，采用管柱锚定悬挂封隔装置连接爆破阀及陶粒填充防砂管悬挂在泵下的套管壁上，降低泥砂进入抽油泵的概率，从而达到防砂的效果。

4管柱锚定悬挂封隔装置的技术原理

该装置由上接头、调节套、中心管、胶筒组、上下锥体、锚筒、锚牙、扶正体、坐封活塞、卡簧、牙筒、钉座、下接头、以及坐封和解封剪钉等组成。下入深度应在射孔顶界以上。下接配套的爆破阀，该爆破阀为活塞式，是以剪钉固定活塞，当其上的管内压力上升到使剪钉断裂，活塞下落到管柱底部，从而让出液流通道。

设计刚体最大外径107mm，与井壁之间的间隙达到9.5mm，间隙增加了58%，可大幅度降低装置驻井过程中因套变或解封时因锚牙不完全回位造成的打捞上提遇卡的危险性。经过5⅟"模拟井筒内试验，封隔承压20MPa不漏，锚定力达到抗推20t以上，完全能满足生产需要。

5应用情况及效益

2018年10月17日、19日分别在井1和井3完成化学固砂方法现场试验研究，2020年4月井1发生漏失，管内没出现泥砂，2019年7月井3发生卡泵作业，第83-100根油管结垢，管内未发现泥砂，井1和井3的化学固砂试验情况统计见表4，说明化学固砂方法能够有效对地层进行胶结，起到泥砂防治作用。

2019年11—12月机械防砂技术现场应用12口井，试验后未发生因出泥砂检泵情况，平均免修期达到406天，机械防砂方法能够有效进行油井出泥砂治理，机械防砂试验情况统计见表5。综合化学固砂和机械防砂两种试验结果，说明出泥砂井治理技术能够有效进行油井出泥砂防治，满足实际生产需求。

随着低渗透油田水驱开发时间的延长，受压裂、酸化等措施及其它地下因素的影响，出泥砂井数逐年增多，应用化学固砂方法治理出砂较轻的单井，试验的2口井地层胶结性较好，泥砂在泵内出现较少，平均检泵周期延长151天，选择12口出泥砂较重的单井应用机械防砂技术，平均免修期达到406天，累计减少作用费用163.8万元。实现减少油井卡泵次数3次，平均延长油井检泵周期354天，降低油井作业维护成本42.1万元，取得了较好的经济效益。

1）试验的化学固砂方法能够对地层泥砂进行有效固结，形成泥砂遮挡屏障，适用于出泥砂严重且泥砂质为细粉砂的油井。

2）在现场使用机械防砂筛管能够代替常规筛管，有效阻挡地层泥砂进入泵筒，同时配套锚定悬挂封隔装置，提高了工艺适应性，适用于出泥砂较轻且泥砂质为颗粒、岩屑以及泥质的油井。

3）下一步需要对固砂药剂进行改进，能够通过化学方法对已固砂胶结的地层进行解封，降低固砂遮挡对地层渗透率的影响。

6结论

绕丝筛管高压充填防砂工艺是目前油田应用最多、成功率最高的防砂工艺,但有些油井在采用绕丝筛管高压充填防砂后,短时间内供液能力变差,产液量下降,严重影响该油田开发效益。分析认为,绕丝筛管高压充填防砂井失效是由砂桥被破坏、砾石粒径与地层砂不匹配及施工参数不合适造成充填砂体及绕丝筛管堵塞造成。提出了以下防治措施:采用托砂皮碗防止砂桥被破坏,优化砾石粒径,研制新型携砂液,优化生产参数,评估油井生产能力。该油田采取以上防治措施后,维持了油井的供液能力,延长了防砂有效期。

参考文献：

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