油田开发过程中的水井防砂技术

刘涛1 ,马海彬2 ,簿立志3

1吉林油田工程技术服务公司  吉林省松原市138000

2吉林油田新木采油厂  吉林省松原市138000

3吉林油田英台采油厂  吉林省松原市138000

摘要：在油田开发的过程中，水井防砂技术越来越先进。在油田生产的实际开发中，油井出砂是非常严重的问题，直接对油田生产造成严重影响和损害，不利于油田生产正常的开采，影响生产效率，并增加工作流程的整体负担。文章首先分析了常规油气藏的出砂机理，其次探讨了油水井出砂原因，然后就防砂技术进行研究，最后论述了发展趋势展望，以供参考。

关键词：油田；水井；防砂技术

引言

目前采用的笼统充填防砂无法满足后期分层采油要求；其次现有防砂通径小，而现有配产器外径大，无法满足海上7in（1in=25.4mm）套管长寿命分层采油的要求；另外海上生产测试手段单一，毛细管测试技术只能监测压力一个参数，不利于海上油井关键生产资料的录取和监测，制约了电泵井生产参数实时动态监测及优化。

1常规油气藏的出砂机理

生产过程中的砂粒产出是不同类型易出砂油气储层的共性问题，涉及中高渗砂岩、碳酸盐岩、天然气水合物、煤层气等储层。其中，对于中高渗疏松砂岩储层，大量研究者将砂体视为弹性介质或弹-塑性介质，提出拉伸破坏、压缩破坏和剪切破坏等机理，认为砂岩介质内产生的上述三种屈服破坏是出砂的主要原因，并考虑流体拖曳力对颗粒剥落的促进作用以及孔隙流体的粘度等物理性质，对出砂现象进行解释。上述出砂机理基于固体岩石的宏观力学破坏，主要支撑以此为基础的出砂临界条件的预测，提升了人们对出砂的认识；其局限性在于比较难以解释储层孔隙介质内的微观出砂现象。近年来，有研究者通过微观出砂实验模拟，基于储层砂粒粒径、胶结强度、微流场和微应力场分布的非均质性和随机特性，提出了非均质弱胶结砂岩储层的孔隙液化、类蚯蚓洞、连续坍塌三种微观出砂形态和机理，试图从微观视角考察砂粒的剥落顺序和运移规律，解释出砂的本质，丰富和发展出砂机理及认识。

2油水井出砂原因

(1)在钻井过程中，由于一个不平衡的钻井，压力过大；(2)生产速度不够，石油挖掘系统突然发生了变化；(3)不能避免渗漏、喷涂、翻修、喷砂对竖杆耐久性的不利影响；(4)在竖井进入中流水切割开发期后，由于水泥溶解和侵蚀，竖杆强度下降；(5)地层降低引起的地层压力上升，垂直负荷增加，砂粒间的应力平衡崩溃，产生沙子。

3防砂技术

3.1高强度固砂技术

LH-V高强度固砂技术是一种采用多种高效的无机及有机固体作为粘结剂，配以各种类型的添加剂，经繁琐的工序精制得到粒度约为0.03mm～0.06mm的粉剂产品，用以防砂的新技术。通常，是将该产品复配成水基的悬浮液，进而注入地层，在地层一定温度与压力条件下，可与地层砂砾表面发生化学反应形成稳定的共价键，进而胶结成具有立体网状结构的高强度固结物。其具有特别高的强度和较好的渗透性能，可在井筒周围形成滤砂层，有效阻止地层砂流入井筒，进而达到防砂功效。

3.2压电控制换层分采技术

压电控制换层分采技术主要由留井管柱与生产管柱组成。留井管柱的作用是分采换层，由留井分层封隔器、压电控制换层开关、安全接头等组成，生产管柱则是常规的举升管柱。压电控制换层开关主要由电机、高能电池、密封机构、控制阀嘴等组成，已形成了外径113、80mm两种系列。压电控制换层技术可实现两种换层方式，分别是自动换层与干预换层。自动换层是指地面预设分层配产器开关时序，封隔器实现地层分隔，自动逐层生产；干预换层是指通过打压泵形成压力码传递指令（1~2h），换层开关电池驱动阀嘴开关转换。

3.3高效长效储气库防控砂技术

储气库防控砂技术的关键难题主要包括长周期注采交变条件下防砂介质的稳定性差、离散砂粒在近井储层交变吞吐导致防砂介质与储层堵塞、气砂冲蚀导致管柱完整性故障等。能够适应储气库交变工况的高挡砂性能、高稳定性和高流通性的新型防砂方式、筛管装备及设计技术是未来关键需求。

3.4混纤维砂浆充填防砂

随后学者发现纤维材料的加入，使其作用效果更佳，究其原因，发现纤维材料可与颗粒形成三维网状结构，进而抑制支撑剂相互摩擦预碰撞。马晓杰等探究了硅灰掺量对纤维砂浆抗折强度以及剪切黏结强度的影响。实验结果表明，添加硅灰能有效改善纤维砂浆的抗折强度以及剪切黏结强度。国外混纤维砂浆充填技术最早应用于水力压裂施工作业中，避免支撑剂外流而形成的关键技术。国外混纤维砂浆充填技术作用机理是纤维材料相互作用形成立体网状结构，进而有效包裹充填砂、抑制其分散运移，从而有效降低产出液排砂量。充填砂按照材质不同分为普通陶粒/石英砂和覆膜砂。充填砂为覆膜砂的混纤维砂浆充填技术主要应用于防砂强度高、渗透率提升大的储层。充填砂为普通陶粒/石英砂的混纤维砂浆充填技术常应用于低渗透储层水力压裂后期，其能够有效抑制返排过程中支撑剂的倒流，增加液流通道。

3.5泵下测试技术

针对毛细管测压技术测试数据单一的情况，研发了井下工况测试技术，实现电泵井的工况实时监测及参数优化。井下系统内置微控制器芯片的测试技术，实时测取泵吸入口压力、泵出口压力、泵吸入口温度、电机温度、机组振动、漏电流6个参数。多参数泵工况传感器结构由上接头、HV接头、外套、测试电路、测试传感器、下接头等组成。

4发展趋势展望

对于包括储气库在内的中高渗油气储层的出砂模拟与预测领域，考虑储层物性的非均质性和随机特性的微观出砂模拟技术可实现近井储层的微观出砂形态可视化模拟及规律预测，是出砂模拟技术的未来研究要点。对于油气藏型储气库，特别需要重点考虑油气藏枯竭开发后，长周期注采交变工况导致的地层压力/应力交替、流动方向交替、气水运移交替对储层岩石微观结构和物性以及出砂的影响机制。出砂预测不仅需要预测“产出了什么？”（出砂速度、出砂粒径、含砂浓度等），还要关注“留下了什么”？即出砂造成的近井储层亏空形态及其定量表征与评价方法，以支撑后续以提高介质稳定性为目的的防砂技术优化。相对于传统油气藏，储气库出砂防控尚属“新”领域。要实现储气库气井的高效长效控砂生产，需要避免传统疏松砂岩油气藏的早期“被动防砂”模式，提前研究，早期介入，主动控砂。并且，将防砂措施的“单井作业”观念提升到“出砂管理”或“流固控制”的理念，根据不同生产周期的动态出砂规律，从宏观管理角度制定出砂控制的技术政策，并提供具体智能化防砂工艺优化，给予工程实现。要达到上述目标，需要解决传统防砂技术在储气库气井生产环境中的防砂介质稳定性、近井储层砂粒交替吞吐、高流速冲蚀环境下的管柱完整性等问题。鉴于此，能够适应储气库气井高流速注采交变工况的高稳定性、高流通性和高挡砂性能的防砂完井方法、筛管核心装备、优化设计技术是防砂技术发展趋势。

结语

随着化学防砂技术的日趋成熟，国内外兴起了多种新型的化学防砂方法，比如高能树脂液充填固砂、微生物固砂等，其应用数据与效果均表明其具有很好的功效。对于蒸汽吞吐和蒸汽驱类油井，国内外正在研发更能耐高温性能的树脂和其它化学胶结剂。综上所述，根据防砂应用需求，研发性价比高、普适性强、防砂功效高的绿色化学防砂技术将是大势所趋。

参考文献

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