本文针对油田稠油油藏特点，主要分析井下作业防砂技术工艺措施，合理控制稠油油井出砂，降低稠油井出砂的危害，增强稠油井注汽采油效果和生产周期。在防砂工艺上，我们通过认真论证，采取最有效的防砂工艺，在本文中将进一步的详细阐述。

1稠油油藏地质概况

以油田稠油油藏为例，油田位于济阳坳陷沾化凹陷东北部，构造是一个被断层复杂化了的具有多层结构的披覆构造，两翼不对称，东翼断层少，平缓而简单，西翼断层多，陡而较复杂。油田稠油油藏主要分布在馆陶组，是河流相沉积的高饱和、高粘度、高渗透率构造层状油藏，储层胶结疏松、非均质严重、油稠、饱和压力高。

2热采对出砂可能造成影响

注蒸汽热造成地层岩石胶结疏松，并产生裂隙从而导致出砂的可能，下面通过实践方面进行分析如下:①储层胶结疏松，胶结物以粘土为主。注蒸汽后，原油粘度急剧下降，泥质胶结物容易被破坏，砂岩结构变为松散状态;②注汽结束回采时，一般生产压差较大，排液速度极大增加，将引起出砂;③蒸汽吞吐开采，注汽强度大，先吞后吐，液流双向反复，导致岩石颗粒更加松动;④高温蒸汽对油层岩石的溶蚀及粘土的膨胀解体作用。注蒸汽锅炉出口水相的pH值普遍很高，在高温下，对石英溶解作用很强，造成岩石结构破坏。⑤蒸汽窜流导致油井出砂严重。有些油藏或区块。在蒸汽吞吐开采期间，由于注汽压力及注汽强度过高，油层非均质性严重等，发生汽窜现象，导致这些井在进行蒸汽吞吐回来时，出砂严重。⑥注蒸汽热力采油的注采强度大这种突出的特点，不仅导致油井易出砂，而且防砂难度极大。

实践说明，虽然某些热采油井采取了绕丝筛管砾石充填防砂方法，或者高温化学剂固砂等措施，初期能取得较好的防砂效果。但经过多周期蒸汽吞吐作业后，防砂砾石层及筛管被局部冲毁，化学固结层被破坏，引起油井重新出砂严重。究其原因，主要是上述注汽强度大，经历反复双向液流冲刷，高温蒸汽对岩石的溶蚀作用强，吸汽及产液剖面较集中，一般仅为总厚度的l /3- 1 /2，在采油过程中，液体携砂能力强、流速大，含砂液流经孔眼集中喷射在筛管上，刺穿筛管，防砂失效。⑦如果油井出砂量很大，已在井眼周围形成了洞穴、孔洞等，防砂难度更大。油层结构破坏程度越大，防治效果越差。

   防砂方案的优选应该依据油气田出砂预测或实际出砂情况,考虑岩石物性、流体物性、生产方式等,通过对各种防砂工艺适应性的总结,来评价各种防砂工艺对特定油气层、区块或井的适应性,来确定具体的防砂工艺。首先需要了解各种机械防砂方法的适应条件,利用人工神经网络方法进行评判,从中优选出技术上可行(即评价指标高的)几种防砂方法;然后对这些方法分别进行产能预测,再考虑各种经济因素,应用不同寿命方案的经济评价方法进行相对经济对比,最后选出技术上合理,经济上可行的最优防砂方法。

3 建立综合模糊评判模型

综合模糊评判模型主要包括模糊集合、隶属度和隶属函数。防砂优选工艺技术就是在这些基本概念的基础上建立起來的。模糊概念是相对明确概念而言的。模糊集合指某些情况下具有不明确外延的集合,用于表示定性描述的抽象范围。由于影响防砂方法的因素很多,所以在进行防砂方法优选时,需要建立一个数量的模糊集合,作为我们的模糊判别基础。

3.1隶属函数引用

   隶属函数指用来计算个体对于某模糊集合隶属度的关系表达式。其作用是确定隶属度,如何准确的确定一个油屋参数的隶属度,就需要选择一个合理的隶属函数,防砂优选结果的好坏与其有直接的联系。某个影响因素的隶属度值是由选择的隶属函数确定。

3.2 隶属函数确定

主要考虑的是防砂方法的优选,为了确定隶属度,首先需要建立“高”、“低”两个模糊集合。依据图中给予的隶属度,寻找可以与之相匹配的隶属函数就可以了。在实际情况下,影响防砂效果的闲素可以划分成为两类:即可量化的因素和不可量化因素。可量化因素主要有井段长度,地层砂粒中值,射孔长度,孔密等,可以用连续型的隶属函数来表达,不可量化因素则包括非均质性,开采方式,井身状况,出砂类型等,其需要用非连续型的隶属两数表示。为了优选出技术上可行的防砂方法,必须综合考虑油藏地质、生产、完井因素,并结合具体油井的基础特征参数,对可供选择的防砂工艺进行技术评价,对综合模糊评判模型而言,就是优先出评判W子前几位的防砂工艺。为统计每种防砂方法中的每个元素模糊集合,建立适应条件数据库和矩阵模型。针对一口具体井,影响防砂效果W素的每个大类中的每个参数的隶属度可以通过前面给出的隶属度的计算公式求出。

3.3防砂井产能评价

   防砂井的产能预测和评价对于选择与设计合理的防砂措施,选择防砂后生产工艺的调整,充分提高油气井的经济濟力有着很大的意义。防砂井产能评价的基本任务是评价具体的防砂措施对油气井产能的影响,并预测防砂后油气井流入动态关系,其基本内容包括:(1)防砂措施对井底造成的流动特性的改变及相应流动压降与表皮系数预测,附加压降及表皮系数表征防砂措施对井底流动条件的影响; (2)防砂产能比预测,防砂产能比即油气弁防砂后油井产液指数或气井无阻流量与防砂数值之比,表征防砂措施对油气井产能的影响程度;(3)油气井防砂后的流入动态关系预测,为生产参数调整提供依据。依据上述内容,防砂井产能评价的基木方法如图：

图1 防砂井产能预测路线图

以前在对油井做经济评价时一般是用防砂后的产能收入减去防砂工艺形成的成木,剩余的全部算作釆取防砂后获得的额外收入,这明显对防砂T.艺的作用的认识产生错差。或者将一口油井在防砂与未防砂时的经济差值看做防砂产生的效益,这样没有考虑经济成本的因素。如果没有从总量上考虑防砂后的经济效益,就会掩盖防砂产生的实际意义。为了更准确的表现防砂工艺措施给油井带来的经济效益,可以采用防砂与不防砂时的经济对比来评价防砂措施的经济效果,两种情况下的差值即为防砂措施来的实际经济效益。此时虚线表示的是油井不采取防砂措时的经济收益线,由于出砂造成的冲砂、检系、设备磨损等各种因素的影响,会使生产成本不断增加,油井的净收益会逐渐降低。实线则表示油井在采取防砂时的净收益曲线,由于开始投入大量成本,远大于油井产量收益,曲线刚开始收益表现为负值,位之后收益会逐渐增加。此图中面积A与B的差值能够准确表示油井防砂措施带来的经济效果。

4　常见热采井防砂工艺

根据稠油油藏原油粘度较高、采液速度较大、一般出砂量大等特点，优先采用的防砂方法是: 机械防砂，其次是化学防砂中的人工井壁防砂，复合防砂将取得较好的防砂效果。机械防砂可用于油井的先期防砂，也可用于后期防砂，它不受井段长度的限制，对地层的均匀性要求不高，对井温要求不高，但井筒不完好不能采用机械防砂。

4. 1砾石材料的选择

在注汽的高温条件下，井底湿蒸汽液相pH值很高(可达11～12) ，因而可使石英砂遭受严重的热碱溶蚀。据报道，溶蚀量可达32%～ 46% ，因此否定了石英砂防砂的有效性和可靠性，于是开展了广泛的选择耐高温、低溶蚀的新型防砂充填材料研究。如涂镍砂，树脂涂层砂，高含铝陶粒等。胜利油田防砂中心经过长期室内模拟试验及现场试验证明: 在注汽的高温高压条件下，井底的湿蒸汽液相一般不可能达到pH= 11～ 12，因而也不会产生严重的热碱溶蚀。所以， SiO2含量高的石英砂仍是一种有效的可靠的热采井充填材料。石英砂能够经受长期高温防砂的考验。

4. 2 砾石直径的确定

通常非热采井情况下，为了获得较好的挡砂效果，砾石尺寸通常选择的比较小，为地层砂粒度中值的5～ 6倍。当原油粘度较高且含水较低时，产出液携砂能力很强，采用携砂开采有利于产量的提高。为使一部分细砂能通过砾石层产出，砾石尺寸应该比通常大一些，取砾石的粒度中值等于地层砂粒度中值的6～ 8倍，即可使部分地层细砂产出: 热采井由于高温蒸汽对砾石的热碱溶蚀，长时间生产会使砾石直径变小，挡砂能力更强，但渗透率减小，从这一角度讲，应选粒径较大的砾石。

4. 3 环形空间耐高温封隔器配制。

由于防砂施工后要注入高温蒸汽，在常规井中用于密封砾石充填环形空间的橡胶元件难以胜任，因而使用了耐高温的防砂封隔器- 铅封封隔器。

4. 4 筛管。

注汽热采井由于井底温度高，筛管周围又被充填砾石掩埋，故高温膨胀的热应力可能使筛管破坏，而常规井筛管不存在这一问题，因此，热采筛管在结构设计上必须作特殊考虑，以保证在高温条件下正常工作。

4. 5 热采井砾石充填防砂工艺

①砾石充填工具。中、高压井或斜井可选用四位式转换充填工具，只要地面施工人员操作工作管柱便可使井下工具进入不同的工作位置来满足工艺要求。低压井可选用皮碗式转换充填工具，结构相对简单，主要特点:( a)采用正循环方式，对地层伤害小;( b)中心管及转换孔流通面积大，减少了砾石的破碎和对套管的冲蚀;( c)单向皮碗密封，耐压25MPa，配合相应的筛管组合可以实现常规循环充填和高密度挤压充填;( d)筛管丢手采用滑套式倒口方式，操作方便，只需正转管柱，丢手可靠， 现场丢手成功率98% 以上。②防砂铅封封隔器。铅封是注汽防砂井用于筛套环形空间的耐高温封隔器，目的是阻挡已充填的砾石，防止在注汽和采油时砾石从环形空间逸出，以保证防砂的长期可靠性，是一种必不可少的井下设备。③热采绕丝筛管。与常规筛管相比，热采筛管具有以下技术特点:a.中心管可以自由滑动。用3个M10的螺钉将中心管一端和筛筒连接(常规筛管是筛筒两端直接组焊在中心管上)。待注汽时，井底温度迅速上升，筛筒周围被砂埋住而不动，中心管热膨胀迫使销钉剪断，使中心管自由伸缩，防止筛管产生热应力破坏。b.高温密封好。中心管滑动时，筛筒与中心管的间隙由两端的填料盒密封。填料选用耐高温橡胶石棉盘根(耐温400℃ ，耐压10M P)。防止砂砾进入筛筒内，保证正常注汽和采油。c. 中心管孔眼流通面积大(比国外同类产品大20% ) ，有利于稠油流动。

参考文献

[1 ]秦积舜. 油层物理学. 石油大学出版社， 2001.

[2 ]胜利油田培训处. 稠油热采工艺. 石油工业出版社.2010