分层防砂工艺技术基本原理

是采用一趟管柱将防砂器材全部下入井中, 利用专用的封隔器把多层厚夹层油井分隔成数段, 对每段分别进行地层挤压和环空充填施工, 从而在井筒周围一定半径内形成密实的高渗透带, 形成多级挡砂屏障挡砂体系, 达到降低油井生产压差、实现油井防砂增产的目的。

管柱结构组成: 分层管柱由顶部主封隔器、中间封隔器、内外充填总成、信号器、绕丝筛管、挤充转换总成、底部桥塞等组成，如图《多油层砾石充填一次管柱》所示。

分层防砂工艺技术工艺特点

①一趟管柱可以完成多个油层的挤压充填施工;

②施工时不用关闭套管闸门,可封闭其他层而选择性地对目的层进行挤压, 避免了层间串通, 配合施工参数的优选, 可有效地把砾石挤进地层;

③ 挤压后再环空充填, 提高了砾石充填密实度;

④ 信号器准确地显示充填进程, 并使砾石准确地覆盖油层一定的高度;

⑤ 结构简单, 可操作性强, 易于现场推广。

分层防砂工艺技术施工方法

分层防砂管柱施工前必须用φ152mm通井规对全井进行通井, 用φ164mm刮管器在封隔器座封位置附近刮削5次以上, 并通过洗井洗出并内全部杂物。

按施工设计连接防砂管柱, 依次下入防砂外管工具。下至悬挂丢手封隔器时将外管暂时悬挂在井口调配好坐封内管并插入防砂外管内腔, 确保各级密封组合正对相应的液压坐封工具。用悬挂丢手封隔器将防砂内、外管连为一体, 向防砂管柱内灌满清水, 试验其静水密封性。观察液面, 5min后液面不降, 即可将管柱下入井内。

防砂管柱下至设计位置, 反洗井14d, 清除井内污物。

坐封, 在油管内打液压8,12 ,15 和18MPa, 各稳压5min, 完成坐封。

丢手, 向油管内投入φ45mm钢球, 从油管内加液压至约20MPa, 至压力突降实现丢手, 起出丢手管柱。如果液力丢手不成则上提管柱, 正转15~20圈丢手。

在井筒内下入绕丝筛管或割缝衬管等机械管柱后，再用砾石或其它类似材料充填在机械管柱与套管的环形空间内，并挤入井筒周围地层，形成多级滤砂屏障，达到挡砂目的。这类方法设计及施工复杂，成本较高；但挡砂效果好，有效期长，成功率高，适用性广，可用于细、中、粗砂岩地层，垂直井，定向井，热采井等复杂条件。砾石充填防砂的缺点主要是施工复杂，一次性投入高；若砾石尺寸选择不当，地层砂侵入砾石层后会增加油流入井的阻力，影响防砂后的油井产能。

研究结果表明，砾石充填井筒附过主要压降损失在填有砾石的射孔炮眼内。因施工过程较长，必须注意减少作业过程中对油层的作害。

疏松砂岩油藏的注水井, 一旦改变注水制度或因各种原因停注时, 就会导致地层反吐而大量出砂, 从而堵塞注水管道甚至砂埋部分油层,导致注水困难甚至被迫停注。因此, 为延长注水周期, 减少作业次数, 对疏松砂岩油藏的注水井应进行防砂措施。胜利油区研制开发的分层注水防砂一体化管柱, 解决了分层注水井的防砂难题。分层注水防砂一体化管柱主要由Y441 封隔器、Y341 封隔器、Y445 丢手悬挂封隔器、滤砂管、注水阀和安全接头等组成, 管柱结构如图《分层注水防砂一体化管柱》所示。

该管柱施工简单, 分层可靠, 经过防砂后的注水井即使砂埋防砂管柱后也能把水均匀地注入到地层中。

其工作原理是防砂管柱将外层防砂管柱和内管坐封管柱按设计调配好, 下到设计位置。油管加压, 各级封隔器同时坐封。坐封后, 管柱可采用正转倒扣丢手和油管加压丢手两种方式实现丢手, 丢手后起出内管坐封管柱, 井内留下的就是完井后的防砂工艺管柱即“ 内井筒” 。

注水管柱按设计将注水管柱调配好, 下至预定深度。油管加压, 各级封隔器坐封。其中, 配水器带相应的死芯子下入。封隔器坐封后, 利用钢丝绞车带下配水器芯子的打捞工具将各级死芯子捞出。然后根据测试资料将配好水嘴的注水芯子从油管投入, 再利用钢丝绞车带下加重杆和球头将各级注水芯子送至空心配水器内工作位置。防砂滤砂管阻挡地层砂进入防砂管内, 注入水经滤砂管注入地层, 当杂质堵塞滤砂管, 吸水量降低时, 可通过反洗井将滤砂管内壁的杂质冲出,改善滤砂管的渗透性。

注水正常注水时见图, 总注入水量仇在配水器的上端分为两部分, 一部分水流量, 经配水器注水芯子上的水嘴注入层, 另一部分水流量口。沿配水器下行水流量。在配水器的上端又分为两部分, 一部分水流量口。经配水器注水芯子上的水嘴注入层, 另一部分水流量经配水器注入层。

洗井见图各级配水器在弹簧作用下自动关闭, 洗井液从套管注入, 首先推开可洗井封隔器的洗井阀穿过封隔器, 沿防砂管柱内腔与注水管柱间的环空下行, 推开可洗井封隔器的洗井阀穿过封隔器, 从注水管柱底部的单流阀进入油管, 上行直至井口, 完成一个洗井循环。

防砂坝是建在泥石流形成区或形成-流通区沟谷内的一种横断沟床的人工建筑物，是防治泥石流最具重要性和有效性的工程建筑物之一。其主要的功能在于拦蓄河道泥沙、调节泥沙输送、防止侵蚀、控制流心及抑止土石流等。我国兴建了超过数千座的防砂坝，但这些防砂坝的拦砂寿命通常都很短，当大量的砂石被防砂坝拦阻后，防砂坝将渐渐淤满，最后无法继续拦砂，只好在下游继续建新的防砂坝，最后使得山区到处都建满了防砂坝。加上过去的工程建设过于注重安全性与实用性，忽略了对生态环境所造成的冲击，大大破坏了原本的自然环境。近年来，由于生态保育的观念提升，国内外都有坝体改善或拆除工程的研究，例如：美国为了保护濒临绝种生物及恢复河流环境或其他种种原因，而开始坝体移除的行动，为全球最早开始进行坝体移除的国家；在法国也先后为了恢复鲑鱼的栖地进行了坝体移除；日本则是冻结许多水坝建设计划，面临计划终止的水库就有 92 座。

防砂完井选择方法

1．经验分析方法

目前采用经验方法对具体井进行防砂方法选择仍占主导地位，综合分析油藏地质、生产、完井等因素，借鉴实验研究成果及油田多年防砂完井实践经验，形成了比较完善的防砂方法选择体系。该方法实施起来比较简单易行，成功的关键取决于工程技术人员丰富的现场经验。

2．防砂方法评价模型

1)综合模糊评判

对现有的各种防砂方法的适应性进行归纳分析，建立防砂方法适应条件知识数据库，作为综合模糊评判模型的基本依据。根据专家经验和实践经验，建立各因素的权重系数数据库，表达各因素在防砂方法优选中的重要程度。引入隶属系数和隶属度计算各防砂方法对井的适应性，最后可得到各种防砂方法的评判因子，根据评判因子优诜出防砂方法。

技术评判指标的计算步骤：

①读取选定井对应于全部因素的基础数据，利用隶属函数计算具体井数对各个因素的全部模糊集合的隶属度；

②读取防砂方法适应条件知识数据库，获取全部防砂工艺对全部因素的适应模糊的标识；

③利用隶属函数计算给定井的数据对各适应模糊集合的隶属度；

④考虑各因素的权重系数计算综合评判指标。综合评判指标中，评判系数越大表示对应的防砂方法对给定的井技术上越可行。选出前若干种评判系数较大的防砂方法后可以继续对其进行相对经济对比，从而优选出技术上和经济上都最优的防砂方法。　

2)人工神经网络技术

目前应用最广泛的人工神经网络是反向传播(B-P)网络，利用若干防砂方法选择正确范例作为样本输入网络，对网络进行学习训练，训练结果保存在各结点的权系数和阈值上。向网络输入待识别的防砂井的基本参数进行识别计算，输出向量中最大元素对应的防砂方法应该是最优的防砂方法。因此，输出结点数等于所有备选防砂方法的总数。

防砂完井选择原则

①立足于先期防砂。根据油藏地质和试采资料，结合出砂预测，一旦判定地层出砂，立足于先期防砂完井。

②结合油藏地质特征，综合考虑工艺、技术条件和防砂费用，选择最优的防砂方法。

③立足于保护油层，减少伤害，又保持油井获得最大产能为目标，进行方法优选。

防砂完井考虑的因素

防砂方法决策需考虑的因素主要有完井类型、完井井段长度、井身状况、油层物性、油藏流体物性、产能损失、成本费用。 2100433B

按照目前国际上通行的分类方法，把防砂完仆分为独市筛管防砂和砾石允填防砂两个大类。根据储层特征和工艺要求，派生出很多种类型的防砂完井系列，比如割缝衬管完井、绕丝筛管完井、金属纤维筛管完井、烧结陶瓷筛管完井、金属毡筛管完井、管内绕丝筛管完井、管内金属纤维筛管完井、管内烧结陶瓷筛管完井、管内金属毡筛管完井、多孔冶金粉末防砂筛管完井、管内多孔冶金粉末防砂筛管完井、各种复合筛管完井、裸眼砾石充填完井、管内砾石充填完井等等。

(1)绕丝筛管砾石充填防砂完井技术

绕丝筛管由筛筒、接头、扶正器和基管等部件组成，筛筒是用特殊截面的不锈钢丝在专用设备上采用先进工艺技术烧焊制造而成的。该技术的防砂原理是通过防砂管柱将砾石砂浆送人套管与筛管的环形空间，借助于筛管阻挡砾石进入井筒，而砾石层则充当砂墙，成为阻挡地层出砂的可靠屏障，从而达到既保持油井高产又能控制地层出砂的目的。

这种防砂技术的优点是防砂可靠、有效期长；对油层伤害小、渗流面积大、油井采油指数高；适应强，可通过砾石防不同粒径的地层砂。缺点是施工复杂、车组动用多、现场指挥困难；施工费用高；只能地面选择砾石直径、一旦防砂失败，不易补救，打捞十分困难。

(2)割缝管防砂完井技术

割缝衬管是在管壁上利用铣刀在铣床上铣削而成，其缝宽度取决于能通过衬管的砂粒粒径大小，因此，针对不同砂粒，可选择不同的割缝宽度来进行防砂，从而达到防止地层出砂的目的。由于铣刀强度的限制，0.3mm以下的割缝宽度难以加工，因此割缝衬管只适用于中一粗粒径油砂储层。根据割缝管剖面来看，可分为平行割缝和梯形割缝，目前通常采用横向梯形割缝结构。

这种防砂技术的优点是加工制造简单、成本低、内径大、打捞简单、施工容易；缺点是缝隙尺寸易受腐蚀而变大，导致防砂效果差，流通面积相应较小，“自洁”能力较弱。

(3)裸眼膨胀管完井技术

依赖于井下测量和旋转导向工具的进步以及完井技术的逐步成熟，裸眼膨胀管完井技术得以迅速发展，该项技术包括膨胀尾管挂完井技术和膨胀筛管完井技术。前者主要是通过投球将水泥注入然后憋压坐挂，由于膨胀尾管取代了通常的卡瓦式尾管挂，使得注水泥与坐挂可一次完成。对于在完井过程中存在多套油水体系及泥岩夹层的情况，可以采用膨胀筛管完井技术，该技术除了类似于割缝管完井技术无需砾石充填、减少完井花费外，最主要的是能够减小生产压差，增大油井过流面积，并能明显延长油气井寿命。

(4)金属纤维筛管防砂完井技术

金属纤维筛管的基本结构主要由基管、保护管、内外网、不锈钢纤维充填层等组成。不锈钢纤维的作用是选择性过滤作用，其防砂参数主要是金属纤维的尺寸、厚度、压缩系数等。正确选择防砂参数是防砂成败的关键。液体携带的大部分砂被外层金属纤维网挡住，在筛管外形呈稳定的砂拱，地层出的砂也主要靠这个砂拱来阻挡过滤，中部的金属纤维由于其排列是无规则的，具有一定的弹性，它叮以阻挡和大量吸附透过外网进来的砂，从而起到挡砂的作用。该方法具有施工工艺简单、成本低廉、成功率高，抗腐蚀能力强，孔渗性好，使用寿命长，适用范围广等特点。

(5)多分支防砂完井技术

在含重油的砂岩储层中，砂质颗粒具有固有的在重油中呈悬浮状态的特征，因此必须实施有效的防砂完井技术，确保砂质颗粒可以随重油一起采出到地表，又能很容易地实现分离。目前多分支钻井技术在许多重油油藏的开发项目中都得到了广泛应用，并获得了最大化的储层产出。