海上防砂技术

满地宝 便携式钻机

    油气井出砂是疏松砂岩油气藏面临的重要问题之一，油井出砂会造成油气井减产或停产，严重的可导致油气井报废，因此防砂作业是油气井完井作业中的重中之重。

    1、出砂危害

    油气井出砂是疏松砂岩油气藏面临的重要问题之一。出砂的危害主要表现在以下三个方面：
    1）油井减产或停产
    2）地面及井下设备加剧磨蚀
    3）套管损坏，油井报废
    2、出砂机理
    地层是否出砂取决于颗粒的胶结程度—地层强度。一般说来，地层应力超过过地层强度就可能出砂。地层应力包括构造应力、上覆压力、流体对颗粒的摩擦力、生产压差的拖曳力等。而地层强度由颗粒的胶结类型、胶结物含量、孔隙内流体内聚力、颗粒之间的摩擦力来决定。

    3、出砂因素

    1）先天因素

    油气井出砂的先天因素指砂岩地层的地质条件，如胶结物含量及分布，胶结类型，成岩压实作用，地质年代等。一般说，胶结物含量高，分布均匀，地质年代早，埋藏深，成岩强度就高，越不易出砂，反之亦然。   
    2）开发因素

    ①采液速度突然发生变化或采油速度过高；

    ②低质量（指对地层伤害严重）和频繁的修井作业；

    ③不合理的生产及作业措施造成油层伤害；

    ④地层压力持续下降，油井含水上升； 
    ⑤开发中、后期油井提液，加剧了对颗粒的冲刷，泥质胶结的地层防膨措施不当；

    4、防砂方法

    防砂方法分类按防砂机理及工艺条件，防砂方法大致分为机械防砂、化学防砂、砂拱防砂及其他方法。 
    1）机械防砂

    ①第一类：仅下入防砂用的滤砂管柱，如割缝衬管、绕丝筛管、各类地面预制成型的滤砂器（如双层预充填筛管、树脂砂粒滤砂管、金属棉纤维滤砂管、多孔陶瓷滤砂管等）。这种方法简单易行，施工成本低，但是滤砂器易堵塞，不能阻止地层砂进入井筒，只宜用于中、粗砂岩地层。
    ②第二类：在下入绕丝筛管（或其他滤管）后，再用高渗透砾石充填于筛管和井壁之间的油井环空，并部分挤入井筒周围地层，形成多级过滤屏障，阻止地层砂运移，是当今最流行的防砂方法，也就是大家常说得—砾石冲填防砂。
    2）化学防砂

    化学防砂是通过向套管外地层中挤入一定数量的化学剂或化学剂与砂浆的混和物，达到充填、胶固地层之目的，提高地层强度，减缓出砂。按工艺性可分为两种：

    ①胶固地层：挤入树脂或其他化学固砂剂，直接将地层砂固结； 
    ②人工井壁：用树脂砂浆液、预涂层砾石、水带干灰砂、水泥砂浆、乳化水泥等挤入井眼周围地层中，固结后建立一个可渗透的人工井壁，阻止地层出砂。化学防砂一般适用于薄层短井段，若井段太长，视情况采取措施分段施工。此法对粉细砂岩的防砂效果优于机械防砂。

    3）砂拱防砂：

    砂拱防砂是一种在油气井射孔完成后，不再下入任何机械装置或挤入化学剂的防砂方法。它防砂的实质是要靠一种机械作用力强迫压实出砂的裸眼井壁，以提高井眼周围的地层应力水平达到甚至超过地层未钻开前的原始应力。这样可减少出砂的可能性，油井投产时，地层砂流入射孔处，可自然堆积，形成具有一定承载能勺的砂拱，类似于桥梁的桥拱，可进一步阻止地层出砂。

    5、砾石充填防砂

    砾石充填防砂技术是目前应用最为广泛的一种防砂技术，该方法防砂可在井眼内（裸眼或套管内）正对出砂地层下入金属全焊接的绕丝筛管，然后泵入砾石砂浆于筛管和井眼环空，如果是套管射孔完成井，还要将部分砾石挤入射孔炮眼和周围地层空穴内，利用充填砾石的桥堵作用来阻止地层砂运移，而充填砾石又被阻隔于筛管周围。这种多级过滤屏障，保证油流沿充填体内多孔系统经过筛管被源源不断地举升至地面，而地层砂则被挡在地层内不会进入井筒，实现油井生产不出砂或轻微出砂。 砾石充填防砂具有以下几个特点：

    1）防砂强度高；

    2）有效期长；

    3）适应范围广；

    4）产能损失相对较小；

    在砾石冲填防砂井当中，人造砂粒被冲填到地层裂缝当中，形成一层人造砂层，当地层中的砂粒随着产出液（产出液是地层中的流体，一般是油和水的混合）被带出，人造砂层能够起到过滤作用，产出液能够通过砂层，到达生产管柱。而产出液中的砂就留在了这个人造砂层上，不能通过砂层，从而达到防砂的效果。可以把这个砂层想象成一张网，一张专门捕砂的网。

    螺杆泵是一种容积泵，主要由转子和定子组成。由于定子和转子的特殊几何形状，分别形成单独的密封容腔，介质在轴向被均匀推行流动，液体以螺旋形方式从一个密封腔压向另一个密封腔，最后挤出泵体。

    1、螺杆泵（screw pump）

    螺杆泵是按迥转啮合容积式原理工作的新型泵种，其主要工作部件是偏心螺杆（转子）和固定的衬套（定子）。由于定子和转子的特殊几何形状，分别形成单独的密封容腔，介质在轴向被均匀推行流动，内部流速低，容积保持不变，压力稳定，因而不会产生涡流和搅动。除此之外，螺杆泵的定子选用多种弹性材料糅合制成，在高粘度流体、含有硬质悬浮颗粒介质或含有纤维介质的输送方面，与一般泵种相比具有明显优势，因此螺杆泵被广泛应用在出砂井和稠油井当中。

    2、分类

    按照螺杆数目分：

    1）单螺杆泵——单根螺杆在泵体的内螺纹槽中啮合转动的泵；

    2）双螺杆泵——由两个螺杆相互啮合输送液体的泵；

    3）多螺杆泵——由多个螺杆相互啮合输送液体的泵。

    按螺杆吸入方式分：

    1）单吸式：介质从螺杆一端吸入，从另一端排出；

    2）双吸式：介质从螺杆两端吸入，从中间排出。

    3、按照泵轴位置分：卧式泵、立式泵。

    3、驱动及结构形式

    泵的驱动方式较多，一般有低速电机直联（6级、8级）、齿轮减速电机驱动、无级变速电机驱动等方式。传动可采用联轴器直接传动，或采用调速电机，三角带，变速箱等装置变速。

    4、工作原理

    当电动机带动泵轴转动时，螺杆一方面绕本身的轴线旋转，另一方面它又沿衬套内表面滚动，于是形成泵的密封腔室。螺杆每转一周，密封腔内的液体向前推进一个螺距，随着螺杆的连续转动，液体以螺旋形方式从一个密封腔压向另一个密封腔，最后挤出泵体。

    电潜泵采油是为适应经济有效地开采地下石油而逐渐发展起来日趋成熟的一种人工采油方式。它具有排量扬程范围大、功率大、生产压差大、适应性强、地面工艺流程简单、机组工作寿命长、管理方便、经济效益显著的特点。自1928年第一台电潜泵投人使用以来，经过20世纪70年的发展，电潜泵采油在井下机组设计、制造及油井选择、机组选型成套、工况监测诊断及保护、分层开采和测试等配套工艺方面日臻完善，在制造适应高温、高粘度。高含砂、高含气、含H2S和CO2等恶劣环境的电潜泵机组方面也取得了很大进展。不仅用于油井采油，还用于气井排液采气和水井采水注水。 

    电潜泵是由多级叶导轮串接起来的一种电动离心泵，除了其直径小长度长外，工作原理与普通离心泵没有多大差别，其工作原理是：当潜油电机带 动泵轴上的叶导轮高速旋转时，处于叶轮内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮的四周，由于液体受到叶片的作用，其压力和速度同时增加，在导轮的进一步作用下速度能又转变成压能，同时流向下一级叶轮人口。如此逐次地通过多级叶导轮的作用，流体压能逐次增高而在获得足以克服泵出口以后管路阻力的能量时而流至地面，达到石油开采的目的。

    1、致密储集层和裂缝性储集层的完井
    致密性储集层一般是指低渗透的砂岩层，其渗透率在 0.01~0.001μm2之间。储集层是以孔隙-裂缝型和裂缝-孔隙型的居多，很少有单纯的孔隙型的。裂缝性储集层是指岩石中的裂缝提供了储油空间和渗透率的储集层，岩层可以是灰岩、泥、页岩、硅酸盐等沉积岩石。储集层的渗透率受裂缝的控制，可在很大的范围内变化，沉积岩石中的裂缝多为垂直发育。这两种储集层的完井方法与单纯孔隙型储集层的完井有许多不同，这是由储集层的特点所决定的。
    1）致密储集层的完井
    致密储集层的特点是产层的岩石强度较高，渗透率很低、产能低，单靠储集层的孔隙出油，采收率是极低的。采油中多需要进行压裂和酸化处理以增加地层的孔隙，以增加产量。这种井的完井主要应考虑井身能经受酸化和压裂。

    致密储集层的完井原则是：套管强度要高，固井质量要良好，水泥返高达到要求，水泥石强度高。应当采取的措施是：使用套管扶正器和刮泥器，性能良好的前置液、顶替液、高速顶替水泥浆，顶替时活动套管，套管丝扣密封良好。选用优质丝扣密封油或丝扣粘和。用N80以上的厚壁套管，其抗内压强度应是地层破裂压力的1.2倍以上，套管柱的壁厚尽量一致，防止壁厚的突变，套管尽量无变形。尽量避免在套管内进行套铣等有害作业，压裂时要用上下封隔器封隔压裂井段。
    2）裂缝性储集层的完井
   裂缝性储集层的特点是裂缝的展布及发育不是均匀的，裂缝具有方向性，井眼与裂缝相交，井才能出油，相交越多，井的产量越高。这种井的钻井特点是应使井眼尽可能的多与裂缝相交。完井的特点是应使裂缝与井眼很好地连通，防止钻井完井过程中裂缝的闭合与堵塞。

    裂缝性储集层的完井原则是使井眼尽可能多地穿过储集层的裂缝，采用水平钻井使水平井眼与垂直发育的裂缝尽量多地相交是目前应用较多的技术。在完井过程中采用裸眼完井最普遍，这是由于在采用射孔完井时，要下套管用水泥封固，然后射开储集层。水泥浆会堵塞裂缝使产层的渗透率大为下降；射孔孔道与分布不均匀的裂缝相交的可能大为减少。要使井眼与裂缝尽量多地连通，最好的完井方法就是采用裸眼完井及其变种的完井方法。当储集层比较坚固时，可采用裸眼完井，储集层强度稍差时，可采用筛管、衬管完井法；也可在筛管、衬管的适当部位加封隔器封隔弱地层，或使用砾石充填完井，尽量不用射孔完井。

    2、水平井完井
    钻水平井的目的是使井眼在近似水平的产层中多裸露或是使井眼尽量多的与大倾角的产层相交，使油井多出油。近几年来，水平井已是增加储量、恢复老油田产能的有效手段，并在国内外各油田广泛采用。由于水平井的井身特点，水平井的完井具有与直井不同的地方。水平井的完井方法分为敞开类和封闭类两大类八种，包括裸眼完井、筛管或衬管完井、筛管或衬管带封隔器完井、衬管或套管固井完井等。具体结构见下图。水平井的完井方式不仅取决于储集层的性质，也取决于井眼的曲率半径。由于套管在弯曲段的受力，影响到套管的下入，使一些井无法下套管完井。

    1）长中曲率半径水平井完井

    长曲率半径水平井其造斜段的造斜率为，(2°~6°）/30m，曲率半径在280m以上，钻进的方法和常规钻井是一样的，完井方法可采用直井的所有方法。中曲率半径的水平井其造斜段的造斜率为，(6°~20°）/30m，曲率半径在85~280m，由于造斜段半径小，需要用挠性钻杆或普通钻杆、弯接头、井下动力钻具等造斜钻具组合钻进造斜井段。由于造斜段的半径小，钻具起下时的摩阻增大，在下套管时，应当校核套管的弯曲应力，保证套管的下入。完井方法可采用直井的所有方法。
    在套管能顺利下入井内时，可采用常规的固井方法。为了提高水平井的固井质量，用多下扶正器的方法来改善套管在水平井眼中的居中程度，通常是在水平井段每一根套管加一个扶正器。通常大流量洗井和上下活动套管会破坏水平段的岩屑床。在注水泥过程中加强活动套管，在顶替水泥浆时采用轻质顶替液，利用水泥浆与顶替液的密度差产生的漂浮作用使套管上浮居中，俗称“套管漂浮接箍下入法”。可采用轻柴油为顶替液，水平井射孔时，为了使射孔枪顺利下入，通常用钻具或油管送入。
    2）短曲率半径水平井完井
    短曲率半径的水平井造斜段的造斜率为，(30°~150°）/30m，曲率半径10~60m。钻进时只能采用柔性钻杆、弯外壳井下动力钻具、弯接头等造斜工具钻进斜井段。受曲率半径的限制，套管在通过造斜段时要急剧弯曲，会受很大的弯曲应力，套管往往会卡在井壁处不能下入。如果强行下入，会使套管受损。因此，短半径水平井一般是难以用套管固井完成的，多采用裸眼、筛管等方式完井。

满地宝 便携式钻机

上一篇：海上十大完井工具
下一篇：完井专业术语