机械防砂工艺技术及影响防砂效果因素的研究
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[摘要]防砂费用高，且油井产量降低、甚至导致停产等问题仍未解决。尽管防砂工艺不断改进和完善，其缺点日趋减少，但仍会不同程度地减低油井产量。携砂生产通过制定有效的出砂管理制度，根据油层出砂不同状况，采用防、排砂泵进行携砂采油，并在此基础上确定经济合理、环境允许的砂处理方法。这样不仅可节约大量的热采、防砂材料及施工费用，而且能提高产能。
中图分类号：TE358.1 文献标识码 A 文章编号
1.机械防砂工艺应用情况
1.1泵下悬挂滤砂管防砂
适用于一般出砂井即油层骨架结构未遭到破坏的出砂井。适用于中、粗砂岩地层。类似于防、排砂泵，不针对油层防砂。主要用来阻止油层骨架内的浮砂大量进入泵筒，减少卡泵的可能性。该种防砂方式具有施工简单、价格低廉的优点，缺点是过流通道小，在轮次生产末期冷凝的原油裹胁泥砂级易将筛管糊死，有效期短。
（1）绕丝筛管――泵挂绕丝管防砂技术
该种筛管的制造方法是：在均匀分布于圆周的筛竿上或开孔的金属衬管上，缠绕某种截面的钢丝并焊牢，留出一定的缝隙作为筛孔。
（2）金属纤维管
金属纤维管挡砂过程是：当携砂流体通过护管流经滤体进入中心管时，油砂被挡在滤体之外，从而达到防砂目的。因为金属纤维有很高的弹性，不同的生产压力会形成不同的孔喉通道，不同粒径的地层砂会通过相应的孔喉通道进入井筒。根据油层的地质情况可压制相应的金属棉，使之具备良好的挡砂能力。该工艺具有渗透性高、抗压强度高、耐高温、流通面大、施工工艺简单、作业周期短等特点。
（3）陶瓷滤砂管――防砂器技术
将高分子材料在高温高压下形成的结晶微孔颗粒，按防砂设计要求压制烧结成具有一定孔隙度和渗透性的防砂过滤器。由于具有琉璃、光滑的微结晶微孔能产生多层次过滤，较大地提高了防砂效果。主要用于砂粒粒度中值在0.1mm以上出砂井的防砂，用。
（4）割缝筛管
机械割缝工艺的突破促进了割缝管逐步发展成为一种成熟的防砂工艺。它可有效地避免绕丝筛管“乱丝”现象对筛管防砂性能的损坏，并且性能优良、价格便宜。
1.2筛管完井预防砂
是一种先期防砂技术。应用在储层胶结过于疏松，钻井取芯判断可能严重出砂的新井。这种防砂工艺是钻井时用悬挂器将7"防砂筛管正对油层挂接在套管上。防砂机理是在筛管外形成防砂砂拱，阻止骨架砂的排出。优点是渗流面积大，对高粘原油生产影响不大，有效期长；缺点是筛管强度低，损坏后处理难度大。
1.3封隔器悬挂大直径滤砂管―管内绕丝筛管防砂技术
用耐热封隔器将5"或51/2"大直径滤砂管悬挂固定在油层部位，将流体中的砂粒阻挡在滤砂管外，在滤砂管和套管壁之间形成由粗砂到细砂的滤砂层，从而达到防砂目的。该工艺早期采用的是绕丝筛管，主要针对粒径中值在0.26mm以上的出砂井。
虽然这种防砂工艺的防砂理念、设计方法是成熟的，但早期应用的绕丝筛管加工精度不高，不能适应不断开发的新区块防砂的需要，并且施工复杂，投入成本高。
封隔器悬挂机械管柱防砂是机械防砂重要的组成部分，在对防砂筛管优选后，可解决严重出砂井早期的防砂问题。
1.4挤压砾石充填防砂技术应用可行性研究
热力采油注汽温度高，防砂必须采用耐高温系统。砾石充填是严重出砂井最有效、最可靠的防砂工艺。但由于高温注汽井的特定条件，又使砾石充填系统与常规井存在一定的技术区别。在注蒸汽的高温条件下，会对充填的砾石和地层砂产生严重的溶蚀，理论上应选用耐高温、低溶蚀的新型防砂充填材料，如镀镍砂、树脂覆膜砂、高含铝陶粒等。但鉴于成本太昂贵，无法推广。
2.1筛管缝宽
缝宽的选择是防砂成功的关键。机械防砂管柱缝宽的选择是以出砂井出砂粒径中值d50为依据。同时应考虑到每一区块、每一单井出砂粒径中值也有所不同，现场应用中应在粒径分析基础上选择合适规格的防砂管柱。
2.2筛管过流面积
过流面积是在满足防砂要求的前提下衡量筛管适应性的一个重要指标。不同的原油粘度对筛管过流面积有不同的要求。防砂效果好、过流面积大的筛管可较好地满足稠油生产井防砂的需要。因此高粘原油出砂井在应用筛管防砂时应考虑在保证强度的前提下尽量采用过流面积大的防砂管。而过流面积的大小与筛管长度和外径有直接的关系。防砂管越长，外径越大，过流面积越大，油流阻力也越小，由防砂而导致的对油井产能的伤害也越小。因此，设计中对筛管长度和直径优化是增大过流面积的一个较好的方法。建议在高粘出砂井中优先选择大直径防砂管，并根据油层长度、跨度以及油井出砂量进行优化设计。
2.3 防砂管设计和加工水平
防砂管设计和加工水平是影响防砂筛管效果的决定性因素。科学技术的进步推动机械防砂工艺经历了不断丰富和完善的过程。机械防砂管柱由早期的绕丝筛管发展到目前大量应用金属纤维管、激光或等离子割缝筛管和沉砂器；防砂工艺由早期的管内绕丝筛管防砂、泵挂筛管防砂发展到筛管先期防砂技术、砾石充填。
2.4 出砂速度
出砂速度最直接的反映是井内砂面上升速度。对于砂面上涨速度较快的井，采用防砂管柱防砂应相当谨慎。因为严重出砂会将井下泵或泵下悬挂滤砂管较快的埋死。这类井尽量采用大直径防砂筛管或化学防砂。砾石充填也是一个不错的选择。
2.5原油粘度
原油高粘度是砂粒搬运的一个重要因素。原油粘度越高，产出液拖曳力越强，地层出砂越严重。并且稠油富含的胶质成分越容易裹胁泥砂将防砂管柱渗流通道糊死，从而影响防砂管柱的使用寿命。
超稠油井在出砂不严重情况下，可采用大直径防砂管配套井筒电加热或采用大流道防、排砂泵进行防砂。
3.机械防砂新技术的发展趋势
任何一种机械防砂方法都有其各自的特点和适用性，对于特定的油井，防砂成功的关键是防砂方法的选择，防砂方法选择不当是导致防砂失败的主要原因之一。机械防砂技术在油田有着广泛的应用前景。随着新科技、新材料的发展，机械防砂技术也在不断的发展之中。总的发展趋势是：（1） 对于出砂严重、生产压差大的直井、定向井，多采用绕丝筛管砾石充填防砂；对于出砂不太严重或大斜度井、水平井，多采用防砂管防砂；（2） 砾石充填趋向于正循环挤压充填，尤其是高压大排量正循环挤压充填，以提高炮眼内和筛管环空砾石充填密实程度，减少对地层的污染；（3） 适用于大斜度井、水平井裸眼或管内防砂的新型防砂管不断出现，主要有膨胀筛管及各种多层复合防砂管；（4） 水平井砾石充填防砂已进入成熟期，采用旁通砾石充填法，砂浆在筛管环空出现的“砂桥”前面的分流管进入，而从“砂桥”后面的分流管流出；（5） 压裂充填防砂技术显示了巨大的优势；（6） 复合射孔防砂技术为防砂提供了一个新的选择。
4.结论与认识
（1）出砂具有普遍性，出砂量随注汽轮次和排液速度的增加而呈现一定规律的增加。油井出砂最直接的原因是：注高温高压蒸汽的强采方式对油层结构的破坏，汽窜和管理不当会造成油井严重出砂。
（2）初期携砂生产，疏通地层孔隙，增大渗流面积，为EOR技术改善了地层条件，使油藏的蒸汽吞吐和蒸汽驱过程更易于管理。后期对储层采取防砂措施，对储层进行恢复和改造，减少了修井频率，延长了油井生产寿命。
参考文献
[1]张秀波；；水平井砾石充填防砂技术研究[J]；硅谷；2010年15期
[2]管丙金；；防砂工艺现状及探索[J]；化工之友；2007年13期