防砂技术概述学习教案.pptx
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1、会计学1防砂技术防砂技术(jsh)概述概述第一页,共68页。第2页/共68页第二页,共68页。第3页/共68页第三页,共68页。第4页/共68页第四页,共68页。拖拽力:油气流动时会产生拖拽砂粒运动的力生产压差:在采油和生产过程中,地层压力总大于井筒液柱压力,地层 压力与井筒液柱静压力之差。层流:液体质点作有条不紊的运动,彼此不相混掺的形态紊流:液体质点作不规则运动、互相混掺、轨迹(guj)曲折混乱的形态第5页/共68页第五页,共68页。第6页/共68页第六页,共68页。套管射孔套管射孔+优质优质(yuzh)筛管筛管套管射孔套管射孔+砾石砾石(lsh)充填充填第7页/共68页第七页,共68页。
2、出砂的类型出砂的类型(lixng)1、游离(yul)砂的析出游离砂是地层岩石中含有的未能很好胶结的砂粒,在岩石孔隙中呈现游离状态。其被采出的油气流带出岩石进入井筒,形成出砂。当近井筒的地层中的游离砂粒基本被带出后,远离井筒的岩石中的砂粒会被岩石孔隙所阻挡,不能出砂,井的出砂会逐渐停止。所以,只要加强排液,促使近井岩石中游离砂粒的排出即可,不必采取防砂措施。2、弱胶结砂岩层的出砂砂岩层的强度除了与组成砂岩的砂粒的强度有关外,还与砂粒之间的胶结强度有关。砂粒的强度不是取决于砂粒矿物的强度,而是取决于胶结物的胶结强度。常见砂岩胶结物,胶结强度最强的是硅质和铁质胶结,其次是钙质胶结,最弱的是泥质胶结。
3、还有的砂岩储层的胶结很弱,是靠油的黏度将砂粒粘结在一起的。第8页/共68页第八页,共68页。出砂的类型(lixng)2、弱胶结(jioji)砂岩层的出砂疏松砂岩(弱胶结低强度砂岩):当流体对砂粒的拖拽力超过砂粒之间的黏结强度时,砂粒就会随流体移动,形成出砂。疏松砂岩出砂的特点:只要(zhyo)有流体的流动,就会出砂,出砂量随流体流量的增加而增大,随采液时间的延长而加剧。疏松砂岩出砂产生的影响:会使近井地带成为一个大洞,引起岩层的垮塌,堵塞射孔孔道,挤毁套管,严重时会使井报废(如同井喷后果)。3、砂岩骨架破碎出砂一些岩石胶结有一定强度,能承受一定范围内的流体的冲击和岩石压力的变化,生产初期不出砂
4、。但由于各种原因引起岩石承受压力变化或岩石的胶结物强度变小,使岩石的胶结物被压碎,砂粒失去胶结出砂。这种出砂具有不可逆性第9页/共68页第九页,共68页。出砂的危害(wihi)1、出砂引起(ynq)降低油气井产量或迫使油气井停产A、出砂堵塞射孔孔道,桥堵井筒B、出砂造成油层砂埋、油管砂堵,停产修井C、出砂使地面管汇和储油罐积砂,不得不进行冲洗清理工作,使生产周期变短,降低了油气产量D、粉细砂现在还没有有效的防砂措施,只能依靠控制产量的方法来抑制地层出砂,势必较少油气产量第10页/共68页第十页,共68页。A、地层出砂会使地层形成空洞,随着出砂量的增加,套管外地层空 穴变大,导致突发性地层坍塌,
5、对套管产生挤压力,使套管被挤扁甚至被挤短、错位,使井报废B、地层出砂对油气流冲击防砂筛管,造成筛管穿孔C、地层出砂造成油气相对密度增大,增加了电机正常运转负荷,致使电机过热而损坏。D、由于油、气井(q jn)产出的流体中含有主要成分是二氧化硅的地层砂,二氧化硅硬度高,是一种破坏性很强的磨蚀剂,使电泵叶轮、分离器受到极大的磨损,降低了其使用期限。2、出砂引起井下套管(to un)、防砂筛管和井下工具(泵、分离器等)损坏第11页/共68页第十一页,共68页。4、出砂造成(zo chn)环境污染 出砂也会对环境造成污染。地层砂被带到地面,会对环境造成污染,尤其是海洋油气田更为(n wi)环境保护法所
6、制约,所以油气井的防砂不仅是油气开采本身的需要,也是环境保护的需要。 同2(D)中所述,含砂油气同样会造成地面设备的强烈磨损,使地面管线磨损穿孔、地面闸门失灵、输油泵叶轮严重磨蚀,增大维修费用并带来危险。3、出砂引起地面设备、管线的损坏第12页/共68页第十二页,共68页。1、出砂机理(j l)地层应力超过地层强度就有可能出砂:(1)地层强度决定于胶结物的胶结力、流体的粘着力、地层颗粒之间的摩擦力以及地层颗粒本身的重力。(2)地层应力包括地层结构应力、上覆压力、流体流动时对地层颗粒施加的推力,还有地层孔隙压力和生产压差形成的作用力。第13页/共68页第十三页,共68页。2、出砂的影响因素1)岩
7、石强度低A、砂岩(sh yn)的强度主要取决于砂粒间胶结物的强度,而不取决于砂粒矿物的强度。B、砂岩(sh yn)按胶结物的强度分为胶结强度高的砂岩(sh yn)和胶结强度弱的疏松砂岩(sh yn)。C、疏松砂岩(sh yn)抗压强度低,在低流速冲击下,砂粒会脱离岩石母体,形成出砂。第14页/共68页第十四页,共68页。第15页/共68页第十五页,共68页。3)生产压差或生产速度过大、地层流体粘度大A、生产压差用来(yn li)克服岩石孔隙的阻力,使流体从孔隙中流出。同一地层,生产压差作用在地层岩石的孔隙壁上,最终作用在砂粒的表面上,这个力就是流体的黏滞阻力,它是指向井筒的,有携带砂粒向井筒中
8、移动的趋势。B、流体的黏滞阻力与流体的性质有关,如流体的黏度越高,流动越困难,在流动时对砂粒施加的拖拽力也就越大,因此稠油极易引起出砂。C、黏滞阻力还与流体的流动速度有关,速度越快,造成的拖拽力就越大。D、生产压差增大,生产速度过大导致黏滞阻力增大,对砂粒施加的拖拽力增大,当超过胶结物胶结强度时,就会出砂。第16页/共68页第十六页,共68页。4)油气井含水量的增大 采油过程中,地层压力下降,一般用注水来补充地层压力的降低。但是在水相环境(hunjng)中沉积的砂岩,其胶结物多是亲水的。用水驱替油后,水更易和胶结物亲和。水浸泡泥质的胶结物后,胶结物中的黏土粉化,强度降低,或黏土吸水膨胀,从砂粒
9、上脱离下来,使胶结强度降低,在流体的带动下容易出砂。5)不适当的增产措施(酸化或压裂) 酸化或压裂等增产措施降低了胶结物的强度,易引起出砂。6)操作管理措施不当(如压力激动)。A、激动压力:下油管(或钻杆)过快,造成井底突然增大的压力,其可能降低胶结强度,引起出砂。B、抽吸作用:起底带大直径工具的油管(或钻杆)时,起管速度过快,容易引起井底压力降低,产生抽吸作用,易引起疏松岩层的砂粒从地层中进入井筒,造成出砂。第17页/共68页第十七页,共68页。防砂目的1)延长(ynchng)油井的生产寿命;2)保护地面生产设备;3)减少油井的维护费用;第18页/共68页第十八页,共68页。无论那一种防砂方
10、法,都应该有效地阻止地层的砂粒随着无论那一种防砂方法,都应该有效地阻止地层的砂粒随着流体流向流体流向(li xin)井筒;井筒;一、防砂方法分类(fn li)1)砂拱防砂;2)机械防砂;3)化学防砂;4)焦化防砂。第19页/共68页第十九页,共68页。防砂方法砂拱防砂机械防砂 降低流速 增大地层径向应力 防砂管柱 防砂管柱+充填 增大射孔段长度,增加射孔密度 控制产量 裸眼产出膨胀式封隔器树脂胶结人工井壁其他化学法树脂注入法,树脂地下合成预涂层砾石树脂砂浆水泥砂浆水袋干灰砂树脂核桃壳乳化水泥焊接玻璃固砂氢氧化钙固砂四氯化硅固砂水泥-碳酸钙混合液固砂聚乙烯固砂氧化有机化合物固砂法化学防砂焦化防砂
11、 注热空气固砂 短期火烧油层固砂 割缝衬管,绕丝筛管,双层或多层筛管,胶结滤砂管筛管或衬管+砾石充填筛管或衬管+预涂层砾石或预涂层陶粒充填筛管或衬管+粒状塑料或玻璃球、陶粒充填防砂方法(fngf)第20页/共68页第二十页,共68页。1、砂拱防砂、砂拱防砂机理:砂拱防砂机理如同拱桥承载(chngzi)一样,许多砂粒挡住地层砂随液产出。防砂成败的关键因素:砂拱的稳定性。要想保持砂拱的稳定性必须考虑两个关键问题:一是降低并稳定地层流体产出速度;二是保持或提高井筒周围地层的径向应力。适用范围:适合射孔后形成小孔径和高孔密的炮眼。因地层流体的速度不稳定,特别是使用 大排量抽油时,在炮眼里会造成十分严重
12、的紊流,易使炮眼处砂拱坍塌,因此,其应用有限,不适用与海上油气井。第21页/共68页第二十一页,共68页。1)滤砂管防砂; 将滤砂管下入井内,滤砂管正对产层,滤砂管上部用封隔器封隔上部井段,迫使产层的流体经过滤(gul)砂管过滤(gul),将砂挡在滤砂管外,流体流入井筒内。常用的是: 将滤砂管和封隔器联成防砂管柱,用钻杆送入产层,座封丢后后,封隔器将滤砂管永久性地固定于井下,然后在封隔器以上下入生产管柱(自喷或机采)。第22页/共68页第二十二页,共68页。滤砂管结构与用途序号 滤砂管结构流通孔缝,mm用途1 割缝衬管 以油管或套管经割缝而成 0.30.6直井、斜井、水平井、分支井当尾管。中粗
13、粒砂地层2 石英砂滤砂管 由基管和石英砂固结的外砂管构成 0.060.15直井防砂 容易破碎,不宜用于海上生产井3 单层/多层绕 丝管 由基管、纵向筋条、外层绕丝层构成 0.150.75直井、斜井、水平井、分支井防砂。现在一般用于配合砾石充填防砂4 双层绕丝预充 填砾石滤砂管 由基管、纵向筋条、绕丝层树脂胶结的砾石充填层外绕丝层构成 绕丝缝: 0.150.75 砾石层: 0.060.15单独或配合砾石充填,使用直、斜、分支井。当代常用的滤砂管5 双层开孔/预充填砾石筛管 由基管、筋条、绕丝层、树脂胶结的砾石充填层、外层保护钢管构成 0.060.15 单独用于直斜、分支、水平井裸眼段防砂6 金属
14、丝编织滤砂管 由基管、粗金属丝网层,细金属丝网(多层)、螺纹管保护层构成 0.010.190年代产品。可单独用于任何井眼的油气井防砂7 不锈钢碎粒烧结滤砂管 由基管金属碎粒(不锈钢)烧结层构成 0.010.0890年代产品。可单独用于各类套管井眼防砂8金属丝编织层+多层金属碎粒烧结层滤砂管 由基管、内金属丝编织层、多层细网与金属碎粒烧结层、外螺纹保护管构成 0.010.0890年代产品。可单独用于各类井眼的油气井目前(mqin)常用滤砂管如下图所示第23页/共68页第二十三页,共68页。割缝管割缝管割缝管割缝管与绕丝管相比:优点(yudin):价格便宜缺点:1、割缝的流入面积受限制(且易于被堵
15、塞)2、流体对割缝的腐蚀,在某种情况下,腐蚀使割缝增宽,以至于割缝衬管不能再挡砂第24页/共68页第二十四页,共68页。绕丝筛管(shi un)绕丝筛管是由不锈钢丝盘旋(pnxun)缠绕在一基管外衬套上制成。单层绕丝筛管单层绕丝筛管1、耐腐蚀、工作寿命长;2、外窄内宽的筛缝具有一定的自洁作用,轻微的堵塞可被产出流体疏通3、连续绕丝形成连续缝隙,流通面积大,筛管内外几乎没有压力降,其流通能力大大超过割缝筛管4、在制造工艺上,绕丝筛管还能最大限度地满足缝隙尺寸的设计要求,最小缝隙可达0.1mm,任何工业砾石都能选配到合适的筛管缝隙尺寸绕丝筛管的优点:绕丝筛管使用了三角形(断面)的不锈钢丝,三角形的
16、顶点朝里面,这样就形成了一个梯形断面的开口缝隙。梯形断面的开口缝隙较少了缝隙被堵塞的趋势。同时,极大地增大了流体流入面积第25页/共68页第二十五页,共68页。石英砂滤砂管第26页/共68页第二十六页,共68页。双层绕丝预充填双层绕丝预充填(chn tin)砾石筛管砾石筛管预充填砾石(lsh)筛管第27页/共68页第二十七页,共68页。双层开孔/预充填(chn tin)砾石筛管第28页/共68页第二十八页,共68页。金属丝编织(binzh)滤砂管第29页/共68页第二十九页,共68页。不锈钢碎粒烧结(shoji)滤砂管第30页/共68页第三十页,共68页。2 2)砾石)砾石(lsh)(lsh)
17、充填防砂充填防砂 砾石充填防砂是目前最有效的防砂方法,它是在油气井中下入滤砂管后,再进行滤砂管柱外(包括(boku)射孔炮眼和地层近井地带)砾石充填,建立人工防砂屏障。砾石充填防砂有四种方法砾石充填防砂有四种方法低密度充填法:用低粘度的携砂液或盐水,用低的携砂比将砾石携带至防砂井段和防砂管柱外高密度充填法:用凝胶做携砂液,并用高的携砂比将砾石携带至防砂井段和防砂管柱外振动充填法:井下充填工具中带有振动装置,在砾石充填过程中引发滤砂管、盲管等挡砂管柱振动,迫使砾石趋向紧密堆积压裂充填法:将产层用水力压出裂缝后向裂缝挤入砾石,造成离井眼更远的砾石充填,进一步降低近井带的流动阻力和流速第31页/共6
18、8页第三十一页,共68页。3、化学、化学(huxu)防砂防砂将化学原料注入地层,胶结地层砂或将化学胶结剂预先涂在固体颗粒表面,然后将其挤进套管外形成(xngchng)人工井壁以达到防砂的目的化学防砂优缺点:化学防砂优缺点:优点:对细粉砂地层的防砂效果优于机械防砂。因为目前机械防砂的最小孔隙只达到防0.01mm以上的砂粒,0.01mm以下的粉状砂就只有依靠化学防砂方法。缺点:化学防砂的胶结剂进入地层,降低地层渗透率;胶结剂易老化,寿命不长;一般化学胶结剂价格昂贵,成本高;颙成功率低于机械防砂第32页/共68页第三十二页,共68页。主要防砂方法优缺点主要防砂方法优缺点序号防砂方法优点缺点建议1控制
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