李方慶，左治江

（1.吉林油田新立采油廠采油工藝研究所，吉林松原131109；2.江漢大學(xué)機(jī)電與建筑工程學(xué)院，湖北武漢430056）

新立油田套管防砂技術(shù)研究與應(yīng)用

李方慶1，左治江2

（1.吉林油田新立采油廠采油工藝研究所，吉林松原131109；2.江漢大學(xué)機(jī)電與建筑工程學(xué)院，湖北武漢430056）

主要從巖土力學(xué)角度分析了新立油田油井出砂原因，分析了地層、井況、開(kāi)發(fā)等方面給油田帶來(lái)的危害，油田油井出砂嚴(yán)重，將導(dǎo)致油井作業(yè)頻次增加，檢泵周期短，油井停產(chǎn)，嚴(yán)重制約了油田的生產(chǎn)。對(duì)出砂機(jī)制及套管防砂工藝進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)出新型套管防砂工藝管柱。對(duì)這一新型防砂技術(shù)進(jìn)行了實(shí)證數(shù)據(jù)分析，分別介紹了單純出砂油井、含少量泥漿的出砂油井、含大量泥漿的出砂油井等的使用情況，并分析了其經(jīng)濟(jì)效益。統(tǒng)計(jì)表明，其降低了維護(hù)性作業(yè)次數(shù)，延長(zhǎng)了檢泵周期。

出砂；防砂套管；檢泵周期

新立采油廠位于扶新隆起帶的西北部，轄區(qū)面積1 268.47 km2，探明面積149.46km2，地質(zhì)儲(chǔ)量8 155.46×104t。新立油田為多油層低孔低滲構(gòu)造巖性油藏，自1983年全面開(kāi)發(fā)以來(lái)，一直受到油井出砂問(wèn)題的困擾［1-2］。新立油田油井開(kāi)井1 233口，其中出砂油井344口，占生產(chǎn)井?dāng)?shù)的27.9%。

1 油井出砂原因與危害

1.1 油井出砂原因

新立采油廠出砂、出泥漿井集中在119區(qū)塊，主要有地層原因、井況原因、開(kāi)發(fā)原因［3］。

1.1.1 地層原因新立油田開(kāi)發(fā)目的層是黑帝廟油層第2砂層第3小層，原始地層壓力4.86 MPa，含油面積16 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量460×104t，油層物性較好，油層滲透率高，平均空氣滲透率為507× 10-3μm2，平均孔隙度29%，原油相對(duì)密度0.862，黏度為20.4cp，凝固點(diǎn)11℃。油田油層平均砂巖厚度為5.0 m，有效厚度為2.1 m，油層平均埋藏深度為570 m，由于埋藏淺、成巖時(shí)間短、壓實(shí)作用弱、粒徑粗、物性好，砂巖呈點(diǎn)接觸、以泥質(zhì)膠結(jié)為主、膠結(jié)弱、原生孔隙發(fā)育，總體表現(xiàn)為巖石疏松泥質(zhì)含量少、巖性疏松、滲流能力強(qiáng)，在油井處地層與井底壓差作用的滲流條件下，油井極易出砂。

1.1.2 井況原因主要指因套管破損造成油井出砂出泥漿。

1.1.3 開(kāi)發(fā)原因油田進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期，油井綜合含水上升，產(chǎn)液量增大，生產(chǎn)壓差過(guò)大，造成油井出砂。另外，生產(chǎn)過(guò)程中各項(xiàng)措施如：洗井、作業(yè)過(guò)程中的沖砂、酸化解堵、強(qiáng)負(fù)壓返排等都會(huì)對(duì)油層造成傷害，而使油井出砂。

1.2 新立油田出砂的現(xiàn)狀與危害

1.2.1 新立油田出砂井現(xiàn)狀近年來(lái)新立油田每年因油井出砂帶來(lái)的維護(hù)作業(yè)達(dá)160井次以上，僅2012-2013年已有8口因出砂嚴(yán)重套管錯(cuò)斷，造成停產(chǎn)，目前待報(bào)廢。出砂井占維護(hù)作業(yè)總工作量的25%左右，對(duì)油井免修期的影響達(dá)到35 d左右，影響產(chǎn)油量達(dá)到700t。出砂井造成的作業(yè)在逐年增加，對(duì)油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的影響在逐漸加大，出砂問(wèn)題已成為油田開(kāi)發(fā)中的主要矛盾。

因油井出砂出泥漿而作業(yè)的井?dāng)?shù)逐年增加，嚴(yán)重制約新立油田的開(kāi)發(fā)，每年因出砂出泥漿造成的泵漏、卡井?dāng)?shù)量占維護(hù)作業(yè)工作量的17.3%，表1為新立油田歷年出砂出泥漿井統(tǒng)計(jì)。圖1為油井出砂現(xiàn)場(chǎng)照片。

表1 新立油田歷年出砂出泥漿井統(tǒng)計(jì)Tab.1Statistics of the sand and mud wells in Xinli oilfield

分析出砂造成作業(yè)的主要原因有：（1）砂在套管內(nèi)沉積，造成砂埋。油層砂埋后，油井減產(chǎn)，甚至沒(méi)有產(chǎn)量，造成修井作業(yè)；（2）砂在油管內(nèi)的沉降，造成泵漏、砂卡或吸入部分堵死。泵內(nèi)有砂會(huì)導(dǎo)致凡爾關(guān)閉不嚴(yán)漏失或配件磨損漏失，嚴(yán)重的出現(xiàn)凡爾卡死或吸入部分被堵死，造成修井作業(yè)。

圖1 油井出砂現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig.1Site pictures of sand production in oilfield

1.2.2 油井出砂的危害油井出砂的危害主要有：（1）砂埋產(chǎn)層，造成油井減產(chǎn)或停產(chǎn)；（2）高速的砂粒，造成地面及井下設(shè)備加劇磨蝕，影響使用壽命；（3）出砂導(dǎo)致地層虧空并坍塌，造成套管損壞使油井報(bào)廢等；（4）油井出砂導(dǎo)致的泵漏、卡泵、吸入部分堵塞造成的油井維護(hù)作業(yè)，影響油井的正常生產(chǎn)，并嚴(yán)重影響油井免修期；（5）出砂還會(huì)造成套管附近巖層疏松，地層虧空，使套管變形甚至錯(cuò)斷，最終導(dǎo)致油井報(bào)廢。

從新立油田的統(tǒng)計(jì)來(lái)看，因出砂出泥漿嚴(yán)重，抽油泵報(bào)廢率也逐年增加，增加了生產(chǎn)成本；此外，由于油井出砂，造成油層部位井壁坍塌，引起套管變形。在46口出砂嚴(yán)重的套變井中，在油層部位套變井29口，占63%，而其中嚴(yán)重錯(cuò)斷縮徑井有23口，占50%。統(tǒng)計(jì)套變井過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，所有油層部位套變錯(cuò)斷井都經(jīng)歷相同的歷程，即：出砂、大量出砂、出泥漿和砂、出砂泥漿和水泥塊、套變。

2 套管防砂技術(shù)工藝與效果

2.1 現(xiàn)有的防砂技術(shù)及存在問(wèn)題

油田主要的防砂治砂措施有兩種［4-5］：一是物理法即機(jī)械防砂，目前在用機(jī)械防砂工藝主要是防砂管、雙凡爾防砂工藝，該方法操作簡(jiǎn)單，直接隨泵下井，成本低，起出更換方便，對(duì)大粒徑出砂井效果好；但是防砂有效期短，易被細(xì)砂堵死，影響油井產(chǎn)液量。影響油井洗井排量，在大排量洗井時(shí)，易造成防砂管抽癟。近3年現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用沉砂泄油器60口井，有效53口井，有效率88%。長(zhǎng)柱塞沉砂泵防砂工藝5口，有效5口，有效率100%。該工藝操作簡(jiǎn)單，隨泵直接下入；防砂效果較好，不影響油井洗井等措施的進(jìn)行；缺點(diǎn)是防砂有效期受底部沉砂尾管長(zhǎng)度限制，沉砂尾管過(guò)長(zhǎng)后，易被砂埋死，造成管柱卡死，沉砂尾管填滿砂后就需要起出檢泵沖洗。二是化學(xué)防砂，即利用化學(xué)方法，防止地層砂進(jìn)入井筒。目前的防砂技術(shù)主要是聚丙烯酰氨樹(shù)脂防砂工藝。近3年現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用21口井，有效20口井，有效率95%。該工藝施工簡(jiǎn)易方便，防砂效果好，對(duì)普通出砂油井有效期長(zhǎng)；缺點(diǎn)是對(duì)出砂又出泥漿井效果不好，對(duì)水溫控制要求高，停井時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)地層有一定污染，有效期短。

表2 Y445/114×60FS/FX套管防砂工藝管柱技術(shù)參數(shù)Tab.2Parameters of Y445/114×60FS/FX sand controlcasing column

圖2 Y445/114×60 FS/FX防砂工藝管柱Fig.2Y445/114×60 FS/FX sand control casing column

表3 單純出砂井效果表Tab.3Effect table of pure sand production well in oilfield

2.2 新型防砂套管技術(shù)

目前的防砂工藝不能滿足生產(chǎn)需求，有待于進(jìn)一步突破，為此筆者針對(duì)化學(xué)防砂工藝做了研究，以解決該廠新立地區(qū)地層出砂問(wèn)題。

2.2.1 套管防砂工藝管柱組成管柱由下至上的順序：SG105×60YTC/FX預(yù)填沖防砂篩管3根、AJ93×60LD/FX拉斷式安全接頭、SG105×60YTC/ FX預(yù)填沖防砂篩管3根、AJ93×60LD/FX拉斷式安全接頭、SG105×60YTC/FX預(yù)填沖防砂篩管3根、DJ89×60FX短接、AJ93×60LD/FX拉斷式安全接頭、Y445/114×60FX可撈式空心橋塞、27/ 8TBG油管。Y445/114×60FS/FX套管防砂工藝管柱技術(shù)參數(shù)如表2所示。圖2為Y445/114×60 FS/ FX防砂工藝管柱（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新型防砂套管）。

2.2.2 套管防砂效果

（1）單純出砂油井套管防砂效果。2013年對(duì)單純出砂油井施工4口，有效4口，有效率100%，施工前4口井平均檢泵周期為123d，施工后平均檢泵周期為387d，表3為單純出砂井效果表。

典型井：新9-10井平均日產(chǎn)液1.1t，平均日產(chǎn)油0.6 t，綜合含水48.6%，泵徑為?32mm，沖程1.2m，沖數(shù)4次，施工前平均年作業(yè)3次，月平均砂面上升速度為4.3 m；2012年12月進(jìn)行套管防砂施工，施工后日產(chǎn)液、油無(wú)變化，證明新型防砂套管滲流能力能夠滿足該井生產(chǎn)需求，施工后檢泵周期由130 d提高到402 d，延長(zhǎng)272 d，減少維護(hù)作業(yè)工作量3井次。

結(jié)論：新型防砂套管對(duì)單純出砂井防砂效果好，有效率可達(dá)100%。

（2）出砂含有少量泥漿油井套管防砂效果。2012年對(duì)出砂但含有少量泥漿油井施工4口，有效4口，有效率100%，這4口井施工前平均檢泵周期為128 d，施工后平均檢泵周期349 d。表4為出砂含少量泥漿井效果表。

表4出砂含少量泥漿井效果表Tab.4Effect table of sand production well with few mud in oilfield

結(jié)論：新型防砂套管對(duì)出砂含有少量泥漿井防砂效果較好，有效率可達(dá)100%。

（3）出砂含有大量泥漿油井套管防砂效果。2012年對(duì)出砂但含有大量泥漿油井施工2口井，有效2口，有效率100%，這2口井施工前平均檢泵周期為108 d，施工后平均檢泵周期273 d。表5所示為出砂含大量泥漿井效果表。

表5出砂含大量泥漿井效果表Tab.5Effect table of sand production well with plenty mud in oilfield

典型井：新20-4井平均日產(chǎn)液3.0 t，平均日產(chǎn)油0.3t，綜合含水90.2%，泵徑為?32mm，沖程0.8m，沖數(shù)5次，施工前平均年作業(yè)4次，月平均砂面上升速度為3.8m；施工前，由于出砂出泥漿嚴(yán)重，連續(xù)進(jìn)行修井作業(yè)，每次施工作業(yè)原因都是泵漏，作業(yè)完了即不正常，基本處于停產(chǎn)狀態(tài)。施工后日產(chǎn)液、油沒(méi)有變化，證明新型防砂套管滲流能力能夠滿足該井生產(chǎn)需求，施工后檢泵周期由最短40 d提高到平均260 d，延長(zhǎng)了220 d，減少維護(hù)作業(yè)工作量2井次。

結(jié)論：新型防砂套管對(duì)出砂含有大量泥漿井防砂效果一般，有效率可達(dá)100%，需要對(duì)工具進(jìn)一步改進(jìn)，對(duì)高壓填砂篩管內(nèi)填砂粒徑組合進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)用泥漿含量大的出砂油井。

（4）出泥漿油井套管防砂效果。2012年對(duì)出砂但含有大量泥漿的油井施工2口，有效1口，有效率50%，這2口井施工前平均檢泵周期為83d，施工后平均檢泵周期151 d。表6為出泥漿井效果表。

表6 出泥漿井效果表Tab.6Effect table of mud well in oilfield

典型井：新8-11井平均日產(chǎn)液0.9t，平均日產(chǎn)油0.2t，綜合含水74.2%，泵徑為?32mm，沖程1.8m，沖數(shù)2次，月平均砂面上升速度為3.5m。施工前平均年作業(yè)5次，基本處于停產(chǎn)狀態(tài)。施工后日產(chǎn)液、油沒(méi)有明顯變化，證明新型防砂套管滲流能力能夠滿足該井生產(chǎn)需求，施工后檢泵周期由73d提高到120 d，延長(zhǎng)37 d，減少維護(hù)作業(yè)工作量1井次。

新8-11井套管防砂后雖然檢泵周期得到一定的延長(zhǎng)，但總體效果不好，分析原因?yàn)槟酀{能通過(guò)新型防砂套管的高壓填砂篩管，從而進(jìn)入泵內(nèi)，造成防砂效果不好。

結(jié)論：新型防砂套管對(duì)出泥漿井防砂有效率只有50%，需要對(duì)工具進(jìn)一步改進(jìn)，對(duì)高壓填砂篩管內(nèi)填砂粒徑組合進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)泥漿含量大的出砂油井。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

2012年應(yīng)用套管防砂技術(shù)施工12口井，投入30萬(wàn)元，有效11口，有效率91.7%，減少維護(hù)性作業(yè)27井次。每井次按新立地區(qū)2.48萬(wàn)元計(jì)算，直接經(jīng)濟(jì)效益66.96萬(wàn)元，投入產(chǎn)出比：30÷ 66.96=1∶2.23。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）選井原則。通過(guò)油井動(dòng)態(tài)、單井作業(yè)頻次分析及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)確定油井出砂量，科學(xué)選井。對(duì)油井產(chǎn)液量、歷年壓裂等措施情況進(jìn)行綜合分析，現(xiàn)場(chǎng)取樣分析出砂粒徑變化，查找油井出砂原因。

（2）防砂效果。Y 445/114×60 FS/FX防砂工藝管柱以砂防砂，防砂效果好，有效期長(zhǎng)，通過(guò)應(yīng)用套管防砂技術(shù)，減少維護(hù)性作業(yè)27井次，平均延長(zhǎng)油井檢泵周期180d以上。9根填砂篩管，確保了有效的過(guò)流面積，可避免因油井出砂造成篩管堵塞而防砂失敗。對(duì)于出砂嚴(yán)重的油井，該套管防砂工藝管柱效果較好，但對(duì)出泥漿嚴(yán)重的油井，效果并不理想。該防砂管柱可實(shí)現(xiàn)一次防砂、多次循環(huán)使用，對(duì)于出泥漿不特別嚴(yán)重的井防砂效果較好，與其他防砂工藝對(duì)比防砂有效期較長(zhǎng)。

（3）其他保障措施。加強(qiáng)油井日常管理，制定合理的工作制度，在保證不影響油井產(chǎn)液的情況下，盡量采取長(zhǎng)沖程、低沖數(shù)、小泵徑，減少因抽汲參數(shù)過(guò)大而造成油井出砂嚴(yán)重；合理確定洗井周期，定期大排量沖洗井底，減少出砂影響。

（References）

［1］王愛(ài)萍，董長(zhǎng)銀，劉春苗.基于出砂特征半徑的水平井出砂臨界生產(chǎn)壓差預(yù)測(cè)模型［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，35（2）：85-90.

［2］劉剛，賈宗文，劉志國(guó)，等.基于高頻振動(dòng)信號(hào)分析的稠油出砂量監(jiān)測(cè)方法［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，35（3）：84-88.

［3］陳勉，金衍.高壓氣藏地層三維出砂預(yù)測(cè)模型及方法［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2005，27（2）：198-201.

［4］周承詩(shī)，曲杰，王杰，等.水平井礫石充填SLCH防砂工藝礦場(chǎng)試驗(yàn)［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2006，13（5）：86-88.

［5］楊喜柱，劉樹(shù)新，薛秀敏，等.水平井裸眼礫石充填防砂工藝研究與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2009，31（3）：76-78.

（責(zé)任編輯：葉冰）

Research and Application of Sand Control Technology with Casing on Xinli Oilfield

LI Fangqing1，ZUO Zhijiang2
（1.Petro Production Technology Research Institute，Jilin Oilfield Xinli Oil Recovery Factory，Songyuan 131109，Jilin，China；2.School of Electromechanical and Architectural Engineering，Jianghan University，Wuhan 430056，Hubei，China）

From the angle of soil and rock mechanics，analyses the sand production reasons in oil well in Xinli oilfield，also analyses the harms to oilfield from stratum，well condition and develop?ment，the sand producing is serious in the oil well，it makes the operation frequency increase，the pump inspection period become shorter and the production stop，these restrict the producing of the oil field.Researches the sand production mechanism and casing sand control technology，develops a new type of sand control casing column.Carries out the data analysis on the new sand control technol?ogy.Respectively introduce the using condition of the simple sand producing well，sand producing well with few mud and sand producing well with much mud，after using the technology，it reduces the maintenance operation times and prolongs the pump inspection period.

sand production；sand control casing；pump inspection period

TE93

A

1673-0143（2014）03-0047-05

2014-03-31

李方慶（1969—），男，工程師，研究方向：采油工藝及工具。