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熱搜關(guān)鍵詞: 石油套管規(guī)格 石油套管報(bào)價(jià) 石油防砂篩管結(jié)構(gòu) 油套管設(shè)備有哪些

瑞泰石油小編帶您了解防砂方法

來源: | 發(fā)布日期:2022-04-15

出砂是指油氣水井在生產(chǎn)過程中,由于生產(chǎn)壓差過大、砂巖油氣層巖石膠結(jié)疏松等原因,使地層砂流入井筒,堵塞油氣通道,造成油氣井停產(chǎn)的現(xiàn)象。

石油工業(yè)中,油井生產(chǎn)出砂是個(gè)普遍性問題,而且油井生產(chǎn)出砂問題的研究十分困難,原因是:

①無法直接觀測(cè)出砂過程。油田開發(fā)在地層深處進(jìn)行,在地面無法直接觀測(cè);

②巖石力學(xué)性質(zhì)(rock mechanical properties )復(fù)雜。地層巖石的力學(xué)性質(zhì)可能在較大范圍內(nèi)變化,地層深部取心不但花費(fèi)昂貴,而且也有一定的偶然性、局限性,如地層深部的含水率、溫度和壓力條件在地面上難以保持,而這些因素對(duì)地層巖石的力學(xué)性質(zhì)有很大影響;

③儲(chǔ)層條件復(fù)雜。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行和各種增產(chǎn)措施的實(shí)施,使儲(chǔ)層變得十分復(fù)雜,這也給研究出砂機(jī)理帶來困難。

④油井出砂影響因素多。油井出砂受許多復(fù)雜因素的影響,如;地質(zhì)條件、巖石力學(xué)性質(zhì)、生產(chǎn)參數(shù)等;

在一口井最終完成之前以及在其生產(chǎn)過程中,準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其是否出砂是至關(guān)重要的,因?yàn)闊o論采取何種防砂措施費(fèi)用都會(huì)很高,所以不必要的采取防砂措施,不僅使生產(chǎn)費(fèi)用增加,而且污染油氣層,降低生產(chǎn)效率。但是對(duì)那些因出砂而被放棄或不能繼續(xù)開發(fā)的井,采取防砂措施又是使油井成為有開采價(jià)值的唯一方法。

地層砂可分為兩種:充填(松散)砂和骨架砂(framework sand)。當(dāng)流體的流速達(dá)到一定值時(shí),首先使得充填于油層孔道中的未膠結(jié)的砂粒發(fā)生移動(dòng),油井開始出砂,這類充填砂的流出是不可避免的,而且起到疏通地層孔隙通道的作用;反之,如果這些充填砂留在地層中,有可能堵塞地層孔隙,造成滲透率下降,產(chǎn)量降低。因此充填砂不是防治的對(duì)象。

當(dāng)流速和生產(chǎn)壓差達(dá)到某一數(shù)值時(shí),巖石所受的應(yīng)力達(dá)到或超過它的強(qiáng)度,造成巖石結(jié)構(gòu)損壞,使骨架砂變成松散砂,被流體帶走,引起油井大量出砂。防砂的主要對(duì)象就是骨架砂,上述情況是在生產(chǎn)過程中應(yīng)盡量避免的。

根據(jù)以上情況可以把油井出砂過程分為兩個(gè)階段:

第一階段是由骨架砂變成自由砂,這是導(dǎo)致出砂的必要條件;

對(duì)于出砂的該階段來說,應(yīng)力因素:如井眼壓力(borehole pressure) 、原地應(yīng)力狀態(tài)(in site stresses state)及巖石強(qiáng)度(rock strength)等是影響出砂的主要因素。

第二階段是自由砂的運(yùn)移。

要運(yùn)移由于剪切破壞而形成的松散砂,液力因素是主要影響因素:如流速、滲透率(permeability )、粘度以及兩相或三相流動(dòng)的相對(duì)滲透率等的作用等。

生產(chǎn)過程中,只要滿足以上兩方面條件,油井就會(huì)出砂。因此,對(duì)于具有一定膠結(jié)強(qiáng)度(cementation strength )的地層而言,要實(shí)現(xiàn)有效的防砂(sand control ),首先要防止地層發(fā)生破壞,即不讓出砂的必要條件得到滿足,這主要通過控制應(yīng)力因素:如保持儲(chǔ)層壓力、減小生產(chǎn)壓差(draw-down)等來實(shí)現(xiàn)。

但是,隨著生產(chǎn)的進(jìn)行,儲(chǔ)層壓力衰減,巖石強(qiáng)度降低都是必然要發(fā)生的,那么,巖石不可避免要發(fā)生破壞。這樣,過程就由出砂的第一階段過渡到第二階段,這時(shí)主要通過控制流速來阻止自由砂的運(yùn)移達(dá)到防砂(sand control)的目的,即控制產(chǎn)量(流速)。

同樣,對(duì)于弱膠結(jié)和未膠結(jié)儲(chǔ)層而言,出砂第一階段的條件很容易滿足,這樣防砂(sand control )的關(guān)鍵在于不讓出砂第二階段所需要的條件得到滿足,即可通過控制流速和生產(chǎn)壓差來達(dá)到防砂的目的。

油、氣井出砂是石油開采遇到的重要問題之一。每年要花費(fèi)大量人力物力進(jìn)行防治和防砂(sand control )研究。出砂給生產(chǎn)帶來的危害可概括為以下三類:

(1)井下、井口采油設(shè)備的磨損和腐蝕

產(chǎn)液中帶砂使各種采油泵、管線受到磨損,大大縮短了它們的壽命。對(duì)于輸油管線由于砂粒磨損加快了腐蝕速度;

(2)井眼穩(wěn)定(borehole stability )問題 由于出砂使井眼失穩(wěn)而導(dǎo)致套管擠毀、油井報(bào)廢。通過對(duì)勝利油田某疏松砂巖區(qū)塊資料分析發(fā)現(xiàn):隨著出砂的加劇和原地層壓力的降低,套損井逐年增加,疏松砂巖儲(chǔ)層油井套管(casing)損壞嚴(yán)重,總數(shù)已占10%以上,個(gè)別區(qū)塊已達(dá)30%以上。

3)出砂會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)或停產(chǎn)作業(yè)油井出砂磨損泵筒與柱塞,降低泵效,甚至損壞采油泵,造成油井減產(chǎn)或停產(chǎn)。

影響油井出砂的因素很多,概括起來可分為三大類:

①地質(zhì)力學(xué)因素,包括:原地應(yīng)力狀態(tài)(垂直地應(yīng)力與原始水平地應(yīng)力)、孔隙壓力、原地溫度、地質(zhì)構(gòu)造等;

②砂巖儲(chǔ)層的綜合性質(zhì):井深、砂巖的強(qiáng)度和變形特征、孔隙度、滲透率、泄流半徑、流體的組成(油、氣、水的含量及分布等)、粘土含量、巖石組成、顆粒尺寸和形狀及壓實(shí)情況等;

③工程因素,包括完井類型、井身結(jié)構(gòu)參數(shù)(井深.井斜、方位、井徑)、完井液的性能、增產(chǎn)措施(壓裂、酸化等)、生產(chǎn)工藝參數(shù)(流速、生產(chǎn)壓差及流量)、油層損害(表皮系數(shù)增大)、放油或關(guān)井方案、人工舉升技術(shù)、油藏衰竭、累計(jì)出砂量等。

這些因素和參數(shù)相互作用、相互影響、使研究出砂問題變得十分復(fù)雜,對(duì)某一油田,只憑現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)很難決定哪些因素是地層出砂的主要因素。

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若井眼出砂,就要采取防砂措施,針對(duì)出砂的危害,人們采取了多種防砂方法。可以把這些措施概括以下幾種:

礫石充填

礫石充填有兩種方法:

一是套管內(nèi)礫石充填

在下入套管并射孔(perforation )的井中如有出砂,可在出砂井段下篩管,在篩管與油層套管之間的環(huán)空中充填礫石。

二是裸眼礫石充填

裸眼礫石充填是在鉆開產(chǎn)層之前下套管封固,再鉆開產(chǎn)層,在產(chǎn)層段擴(kuò)大井眼,下入篩管,在井眼與篩管之間的環(huán)形空間中充填礫石。礫石和篩管對(duì)地層的出砂起阻擋作用。

機(jī)械防砂

在我國(guó),機(jī)械防砂方法從上世紀(jì)七十年代開展以來,得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用??煞譃楣苤鶠V砂和機(jī)械充填濾砂兩大類。

管柱濾砂是在生產(chǎn)管柱上或井筒內(nèi)封隔管柱上采取防砂濾砂措施,一般采取防砂泵防砂或?yàn)V砂管防砂。管柱濾砂的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便、成本低,缺點(diǎn)是無法阻止地層砂進(jìn)入井筒,短期內(nèi)減少了卡泵和砂對(duì)設(shè)備的破壞,但仍會(huì)堵塞地層,砂埋管柱,而且只適于中粗砂巖地層(砂粒徑大于0.1mm),防砂管柱的縫隙或孔隙易被進(jìn)入井筒的地層細(xì)砂所堵塞。

防砂泵防砂的優(yōu)點(diǎn)是成本低,施工方便,適于中粗砂地層;缺點(diǎn)是只能減少泵的砂卡,

不能解決井筒出砂問題。老式的防砂泵只是簡(jiǎn)單地在柱塞上做出防砂槽;而新式防砂泵一般采用雙泵套帶沉砂尾管的方式減少進(jìn)入泵筒的砂粒。

濾砂管防砂有兩種用法:一是在泵抽管柱中當(dāng)篩管,二是用于套管內(nèi)充填防砂。常用濾砂管有:繞絲篩管、割縫篩管、金屬粉末或樹脂砂粒濾砂管、多孔陶瓷濾砂管、金屬棉纖維濾砂管、雙層預(yù)充填濾砂管等。市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種HSG化學(xué)材料防砂管,結(jié)合機(jī)械防砂和化學(xué)防砂的優(yōu)點(diǎn),強(qiáng)度高、耐高溫、易打撈,是一種優(yōu)秀的防砂技術(shù)。

機(jī)械防砂的第二種用法是充填濾砂。下入防砂管柱(繞絲篩管或其他濾砂管)后將充填材料充填于篩管和井壁之間的環(huán)空并將部分礫石擠入近井周圍地層內(nèi),阻擋砂粒運(yùn)移。充填材料多種多樣,最常用的是礫石,還可用果殼、果核、塑料顆粒、玻璃球或陶粒等。這種防砂方法能有效地把地層砂限制在地層內(nèi),并能使地層保持穩(wěn)定的力學(xué)結(jié)構(gòu),防砂效果好,壽命長(zhǎng)。這種方法的應(yīng)用有:管內(nèi)礫石充填、多層礫石充填、裸眼礫石充填、高溫注氣井礫石充填、定向井或水平井礫石充填。

相對(duì)來說,機(jī)械防砂對(duì)地層的適應(yīng)能力強(qiáng),無論產(chǎn)層厚薄、滲透率高低、夾層多少都能有效地實(shí)施;在老井作業(yè)中,還可起到恢復(fù)地層應(yīng)力的作用,從而延長(zhǎng)生產(chǎn)周期,使出砂井能得到充分的利用。加上機(jī)械防砂成功率高,相對(duì)成本較低等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用十分廣泛。但是,機(jī)械防砂不適用于細(xì)粉砂地層和高壓地層。

化學(xué)固結(jié)

化學(xué)固結(jié)(consolidation)是把一種化學(xué)物質(zhì)注入井眼附近,使其強(qiáng)度增大以防止出砂。穩(wěn)定砂拱法(stable arch sand control )是用水力封隔器將井眼附近地層機(jī)械壓實(shí)的方法。其目的是改善地層顆粒之間的橋堵能力。

砂拱防砂是一種自然防砂法,是指油、氣井射空完井后不再下入任何機(jī)械防砂裝置或充填物,也不注入任何化學(xué)藥劑的防砂方法。

砂拱防砂的機(jī)理如同拱橋承載一樣,砂粒在炮眼口處形成砂拱,具有一定的承載能力,擋住地層砂隨液產(chǎn)出。砂拱防砂成敗的關(guān)鍵在于砂拱的穩(wěn)定性。要想保持砂拱的穩(wěn)定性必須考慮兩個(gè)關(guān)鍵問題:一是降低并穩(wěn)定地層流體產(chǎn)出速度;二是保持或提高井筒周圍地層的徑向應(yīng)力。

一般來說,套管完井砂拱防砂要求小孔徑和高孔密的炮眼。小孔徑有利于形成砂橋和提高砂橋的穩(wěn)定性。高孔密可以增大過流面積,降低地層流體的流速,使其控制在一定的臨界值之內(nèi)而不致沖垮砂橋。

但是,由于地層流體的速度并不穩(wěn)定,隨著抽油機(jī)沖程和沖數(shù)的改變,流速在不斷變化,特別是使用大泵量無桿泵抽油,在炮眼里會(huì)造成十分嚴(yán)重的紊流,更易使砂拱垮塌。因此,這種單純的套管射孔砂拱防砂方法的實(shí)際應(yīng)用受到限制。

熱力焦化防砂

此法的原理是向油層提供熱能,促使原油在砂粒表面焦化,形成具有膠結(jié)力的焦化薄層。主要有熱空氣固砂和短期火燒油層固砂兩種,應(yīng)用較少。

無論哪一種防砂方法,都應(yīng)該能夠有效地阻止地層中承載骨架砂隨地層流體進(jìn)入井筒。承載骨架砂是指那些組成地層力學(xué)結(jié)構(gòu)的固體顆粒物質(zhì)。游離于承載骨架砂孔隙之中的“非承載砂”最好能夠隨著地層流體產(chǎn)出,起到疏通地層空隙通道的作用;反之,如果這些游離砂留在地層中,再雜以各種完井液、修井液中的固相傷害物,就有可能堵塞地層孔隙,造成滲透率下降,產(chǎn)量降低。

所以,最為有效的“防砂”手段應(yīng)該是將地層砂粒粒徑小于40微米的粉砂隨油流產(chǎn)出地面,否則,這些粉砂顆粒將堵塞井下安裝的防砂系統(tǒng),并導(dǎo)致油井產(chǎn)量降低。這一點(diǎn)已被理論和時(shí)間所證實(shí)。而不造成防砂管縫隙堵塞的技術(shù)關(guān)鍵是設(shè)計(jì)合理的縫隙開口尺寸,以滿足允許防砂系統(tǒng)將一定粒徑范圍內(nèi)的小粒粉砂產(chǎn)出地面的要求。因而,世界防砂界權(quán)威人士認(rèn)為,最值得提倡的防砂完井方式是在裸眼井中下入高強(qiáng)度的繞絲防砂篩管。主動(dòng)防砂法的共同點(diǎn):一是價(jià)格昂貴;二是會(huì)降低油層的滲透率,從而降低油井的生產(chǎn)能力。

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