渤海老油田礫石充填防砂方法研究

摘 要：防砂作業(yè)是渤海油田完井作業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，其中礫石充填防砂工藝得到了非常廣泛的應(yīng)用。對油田出砂的原因和危害進行了對比分析，指出礫石充填防砂是一種有效的機械防砂方法。通過對礫石尺寸、攜砂液粘度、充填工具等關(guān)鍵因素的分析研究，總結(jié)出了一套適合渤海老油田的礫石充填防砂方法。

關(guān)鍵詞：礫石充填;粒度中值;攜砂比;一趟多層

油、氣井出砂是石油開采遇到的重要問題之一。渤海地區(qū)除少數(shù)油田外，大多數(shù)油田油層為疏松膠結(jié)的砂巖，地層出砂嚴重，防砂問題一直是完井和修井作業(yè)中需要解決的重要問題。

1 出砂的原因和危害

地層出砂沒有明顯的深度界限，一般來說，地層應(yīng)力超過地層強度就有可能出砂。地層膠結(jié)物的膠結(jié)力、圈閉內(nèi)流體的粘著力、地層顆粒物之間的摩擦力以及地層顆粒本身的重力等因素決定了地層的強度。地層應(yīng)力包括地層結(jié)構(gòu)應(yīng)力、上覆壓力、流體流動時對地層顆粒施加的推拽力，還有地層空隙壓力和生產(chǎn)壓差形成的作用力。一般來講，地層出砂的因素分為地質(zhì)因素和開發(fā)因素。地質(zhì)因素是指砂巖地層的地質(zhì)條件。開發(fā)因素有不合理的開采速度、低質(zhì)量的修井和增產(chǎn)作業(yè)等等。

油、氣井出砂是石油開采遇到的重要問題之一。如果砂害得不到治理，油、氣井出砂會越來越嚴重，致使出砂油、氣井產(chǎn)量降低、套管損壞、設(shè)備損壞，甚至造成油井報廢。

2 防砂方法分類

傳統(tǒng)的防砂方法主要有砂拱防砂、機械防砂、化學(xué)防砂和焦化防砂等。目前渤海地區(qū)采用的主要是機械防砂。機械防砂一般分為兩種，一種是下入預(yù)充填防砂管柱擋砂。這種防砂方法簡便易行，但效果差，壽命短。原因是防砂管柱的縫隙或孔隙易被進入井筒的細地層砂堵塞。另一種就是礫石充填防砂方法，這種防砂方法能有效的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。

3 充填礫石的選擇

礫石充填的原理是使用礫石擋住地層砂，而礫石本身又被篩管擋住。因此，礫石的選擇至關(guān)重要。礫石尺寸的計算方法有Saucier、Schwartz、DePriester等方法，其中Saucier法應(yīng)用最為普遍。以表示D50礫石粒度中值，以d50表示地層砂粒度中值，根據(jù)礫石擋砂機理，當D50/d50≤6時，礫石已經(jīng)起到了防砂效果，但是為保證礫石有較高的滲透性，礫石尺寸不易選的過小。因此，選取D50=（5-6）d50。

4 攜砂液的選擇

礫石充填攜砂液選擇的首要原則是不傷害地層，這就要求攜砂液中固相顆粒的尺寸和數(shù)量應(yīng)該控制在一定范圍，且與地層液及地層礦物具有配伍性，不會引起化學(xué)反應(yīng)堵塞地層。攜砂液可以分為低粘液、中粘液、高粘液和泡沫液三種。其中泡沫液施工工藝復(fù)雜，一般用于低壓井。其他三種攜砂液的性能參數(shù)見表1。

低粘攜砂液有充填密實、工藝簡單等優(yōu)點，且海上油田海水充足，因此渤海油田多使用低粘攜砂液。

5 充填工具

目前比較流行的礫石充填防砂工藝主要有：①“一趟多層”工具，一趟管柱完成多層礫石充填作業(yè);②“兩趟多層”工藝，一外一內(nèi)兩趟管柱完成多層礫石充填作業(yè);③單層礫石充填防砂工藝，一趟管柱完成一個油層防砂作業(yè)。相較于前面兩種工藝，單層礫石充填防砂工藝一趟管柱只能完成一層防砂作業(yè)，效率較低，但它管柱結(jié)構(gòu)簡單，操作步驟簡便，出現(xiàn)砂卡的幾率較低，若發(fā)生事故，處理也比較簡便。目前“一趟多層”和單層礫石充填工具應(yīng)用的較為廣泛。以前渤海的防砂工具市場幾乎全被貝克休斯、哈里伯頓等外企占領(lǐng)，隨著國內(nèi)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在國產(chǎn)工具獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。

6 結(jié)論

①機械防砂是目前應(yīng)用較為廣泛的防砂方法，其中礫石充填工藝非常適合在渤海老油田應(yīng)用;②礫石尺寸的選擇不光要考慮擋砂效果，同時也要考慮礫石滲透率即其對防砂后產(chǎn)能的影響;③攜砂液的粘度對攜砂比有很大影響，低粘度攜砂液具備充填密實、工藝簡單等優(yōu)點，非常適合渤海油田使用;④“一趟多層”和單層礫石充填工藝各有優(yōu)勢，在作業(yè)中可以根據(jù)井況靈活選擇。

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