關(guān)于防沙畢業(yè)論文

1、關(guān)于防沙畢業(yè)論文 本文由xiaowu3hao貢獻(xiàn)doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文題目： 論文題目：稠油油井防砂工藝技術(shù)研究姓名： 學(xué)生 姓名：××× 學(xué) 系 號(hào)：2006100111×× ×× 別：石油工程系年級(jí)： 專業(yè) 年級(jí)：06 級(jí)石油工程專業(yè) 01 班 教師： 指導(dǎo) 教師：劉禮亞 日 期：2010 年 6 月 1 日1中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

2、摘要孤島油田屬于膠結(jié)疏松的砂巖油藏，隨生產(chǎn)壓差增大容易出砂。本文對(duì)影響出砂 進(jìn)行了分析，研究了剪切、拉伸對(duì)砂巖的破壞機(jī)理，總結(jié)了出砂預(yù)測(cè)方法，進(jìn)而對(duì)防 砂方法和相應(yīng)的配套工藝技術(shù)進(jìn)行了篩選和改進(jìn)。 對(duì)于稠油熱采井，由于地層疏松以及高溫高壓蒸汽的注入和高強(qiáng)度的采液，對(duì)油 層產(chǎn)生了極大的沖擊和破壞，造成稠油熱采井出砂。采用注汽前化學(xué)機(jī)械復(fù)合防砂 一次性工藝以及高孔密射孔和地層深部處理配套技術(shù)，降低了成本投入，提高了熱采 效果。 關(guān)鍵詞：油井,防砂,稠油熱采,孤島油田2中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)AbstractGudao Oil Field is a sandstone reservo

3、re cementing loosely which is easy to produce sand under larger pressure drops .In this article, we will analyze the reasons such as the geological factors,the explortation factors and the well completion factors and the well completion factors that leads to the sand production.And we do some resear

4、ch to the destroying mechanism of shera force and tensile force.Then we concluded some methods to forcast the sand production and mimprove the sand conteol methods and matching technology. During the thermal recovery of heavy-oil,the injection lf steam under high pressure and high temperature and th

5、e production with high rate,the chemical-mechanical sanding control method before the injection of steam and matching technology were selected.Using such methods can greatly reduce the cost and improve the effect of steam soak. Keywords:oil wells,sand control,thermal recovery of viscous crude,Gudao

6、oil field3中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)目錄 第一章 緒論 51. 研究的目的和意義 5 2. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5 3. 研究的目標(biāo)、技術(shù)路線及所完成的工作 7 3.1 研究的目標(biāo) 7 3.2 技術(shù)路線 7 3.3 本文所完成的工作 8第二章出砂原因和出砂機(jī)理 91. 出砂因素 9 1.1 地質(zhì)因素 9 1.2 開(kāi)采因素 11 1.3 完井因素 13 2. 油層出砂機(jī)理 14 2.1 剪切破壞機(jī)理 15 2.2 拉伸破壞機(jī)理 15 2.3 微粒運(yùn)移 16第三章稠油井防砂及配套工藝技術(shù)研究 171. 孤島油田稠油熱采區(qū)塊開(kāi)發(fā)概況 17 2. 稠油熱采一次防砂工藝的研究 18

7、2.1 稠油熱采一次防砂工藝防砂機(jī)理 18 2.2 割縫管防砂工藝的研究 19 3. 配套工藝技術(shù)研究 25 3.1 高溫防砂劑強(qiáng)度及耐溫性能的研究 25 3.2 射孔工藝 25 3.3 深部處理油層技術(shù) 26 4. 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析 26 5. 小結(jié) 27第四章結(jié)論及建議 281. 結(jié)論 28 2. 建議 28致謝 29 參考文獻(xiàn) 304中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第一章1. 研究的目的和意義緒論自 1971 年孤島油田投入開(kāi)發(fā)以來(lái)，影響開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的主要矛盾一直是砂、稠、水。 進(jìn)入 90 年代后，孤島油田主力油層進(jìn)入特高含水期開(kāi)采階段，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的注水、大泵 提液、強(qiáng)注強(qiáng)采以及 Ng

8、l+2 油層、稠油低品位油藏的動(dòng)用，油層狀況發(fā)生了很大的變化， 砂埋油層、砂卡油管、砂磨油泵等“砂害”更加嚴(yán)重和復(fù)雜化。常規(guī)的、單一的防砂 工藝技術(shù)己難以滿足開(kāi)發(fā)生產(chǎn)需要，造成很大一部分油井因防砂失敗而無(wú)法正常生產(chǎn) 或長(zhǎng)期停產(chǎn)。因此，及時(shí)進(jìn)行防砂技術(shù)研究與應(yīng)用，對(duì)孤島油田的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)具有重 要的意義。 針對(duì)孤島油田生產(chǎn)現(xiàn)狀，要維持油田的高效開(kāi)發(fā)，需要對(duì)不同油井防砂及其配套 工藝進(jìn)行分類研究，這主要包括：(l)粉細(xì)砂巖油井防砂及配套工藝技術(shù)研究：(2)稠 油井防砂工藝技術(shù)研究；(3)套損油井防砂及配套工藝技術(shù)研究。2. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外油氣井防砂工藝技術(shù)研究起步較早，最初采用限產(chǎn)的辦法來(lái)控制油

9、氣井出砂， 1932 年開(kāi)始采用礫石充填方法，目前國(guó)外在油氣井防砂方面主要以機(jī)械防砂為主，約 占防砂作業(yè)的 90%， 其中繞絲篩管礫石充填經(jīng)過(guò)不斷的完善和發(fā)展， 到八十年代己發(fā)展 成為一項(xiàng)較成熟的技術(shù)，如美國(guó)的貝克一休斯公司，道威爾一斯倫貝謝公司，哈里伯 頓公司等都擁有自己專門的防砂器材、施工設(shè)備和施工工藝，從礫石充填工具、封隔 器、濾砂管、泵送設(shè)備到施工液、化學(xué)藥劑、技術(shù)咨詢、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)等形式一條龍服務(wù)。 隨著油田的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，為滿足其復(fù)雜性和多樣性的要求，減少油井作業(yè)成本和修井 費(fèi)用，現(xiàn)在又相繼研究開(kāi)發(fā)出各種類型的濾砂管、可膨脹性割縫篩管和壓裂防砂、過(guò) 油管防砂等防砂工藝技術(shù)。化學(xué)防砂六十年

10、代在美國(guó)墨西哥灣地區(qū)曾占據(jù)防砂作業(yè)的 主導(dǎo)地位，但由于機(jī)械防砂的完善和發(fā)展，其主導(dǎo)地位逐漸被后者所取代。進(jìn)入九十 年代后，性能較好的固砂劑 不斷出現(xiàn)，化學(xué)防砂的前景又趨看好。目前，國(guó)外化學(xué)防 砂主要有樹脂防砂、樹脂深層礫石防砂、焊接玻璃固砂及四氯化硅固砂等方法，基本 可滿足某些特殊出砂井的防砂需要。5中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)國(guó)內(nèi)防砂工藝技術(shù)的發(fā)展已有數(shù)十年的歷史，其中起步較早，防砂工藝技術(shù)比較 配套，已形成規(guī)模的研究單位是勝利油田防砂中心，該中心是 1982 年在聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì) 劃署資助下創(chuàng)立的，是全國(guó)唯一一所油氣井防砂技術(shù)研究中心。近幾年，遼河油田、 大港油田在油氣井防砂方面也

11、作了大量工作，使防砂工具器材及防砂工藝等有了進(jìn)一 步發(fā)展，豐富和提高了國(guó)內(nèi)防砂工藝技術(shù)水平。 國(guó)內(nèi)化學(xué)防砂在 60 年代開(kāi)始研究應(yīng)用，很快形成能力，酚醛樹脂溶液地下合成、 水帶干灰砂等多種防砂工藝，成為當(dāng)時(shí)主要的防砂方法。隨著油田的深入開(kāi)發(fā)，70 年 代開(kāi)始了機(jī)械防砂的研究，首先研制成了環(huán)氧樹脂濾砂管并廣泛應(yīng)用，取得了良好的 效果；進(jìn)入 80 年代，在學(xué)習(xí)國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，又研制開(kāi)發(fā)了以繞絲篩管礫石充填為 主導(dǎo)的機(jī)械防砂技術(shù)；到了 90 年代，多種防砂工藝技術(shù)獲得了廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)己 形成機(jī)械防砂、化學(xué)防砂工藝和復(fù)合防砂工藝三大體系的油氣水井防砂工藝技術(shù)。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)機(jī)械防砂工藝技術(shù)發(fā)展較

12、快，相繼研究開(kāi)發(fā)、發(fā)展了繞絲篩管礫石 充填防砂工藝、樹脂濾砂管防砂工藝、金屬棉濾砂管防砂工藝、雙層預(yù)充填篩管防砂 工藝、金屬氈濾砂管防砂工藝等多種防砂工藝技術(shù)，可適用于常規(guī)井、熱采井等不同 類型油氣水井防砂，僅勝利油田防砂中心在國(guó)內(nèi)陸上、海上十幾個(gè)油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 9000 余井次，施工成功率達(dá) 90%以上；化學(xué)防砂近幾年發(fā)展也很快，常用的化學(xué)防砂工藝主 要有：酚醛溶液合成防砂、水帶干灰砂人工井壁防砂、水泥砂漿人工井壁防砂、酚醛 樹脂核桃殼人工井壁防砂、脈醛樹脂核桃殼人工井壁防砂、樹脂涂層砂防砂等。化學(xué) 防砂由于其施工簡(jiǎn)單，防砂后井內(nèi)無(wú)異物而受到現(xiàn)場(chǎng)施工人員的歡迎，目前該項(xiàng)技術(shù) 已累計(jì)施工數(shù)千井次

13、， 成功率達(dá)到了 75%以上， 取得了良好的防砂和增油效果， 對(duì)孤東、 孤島等油田的高效開(kāi)發(fā)發(fā)揮了重要作用。復(fù)合防砂是近幾年研究開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新型防砂 工藝，它是針對(duì)地層虧空的老井或地層砂較細(xì)的井而采用的一種綜合防砂工藝，是將 化學(xué)防砂和機(jī)械防砂有機(jī)結(jié)合起來(lái)的一種復(fù)合防砂工藝。由于機(jī)械防砂和化學(xué)防砂的 方法、種類繁多，由此形成的復(fù)合防砂方法也就多種多樣。目前應(yīng)用較廣的主要有涂 料砂加濾砂管與涂料砂加礫石充填兩大類，該 項(xiàng)技術(shù)在勝利、大港及青海油田進(jìn)行了 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，防砂效果良好，保證了油井的正常生產(chǎn)。 隨著壓裂技術(shù)和連續(xù)油管、過(guò)油管技術(shù)的不斷進(jìn)步，近幾年，壓裂防砂和過(guò)油管 防砂工藝技術(shù)在國(guó)外發(fā)展迅速

14、，并己形成規(guī)模，大量進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了較好的防 砂與增油效果。目前國(guó)內(nèi)己開(kāi)展了壓裂防砂的研究，除了國(guó)外常用的端部脫砂壓裂防6中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)砂工藝外，另外有所突破，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方面也取得了良好的效果。勝利油田井下作業(yè)公 司研究開(kāi)發(fā)的 PS 防砂工藝技術(shù)，吸取了國(guó)外壓裂防砂技術(shù)的長(zhǎng)處，并有所創(chuàng)新，具備 自己的特點(diǎn)，不僅在國(guó)內(nèi)占有了一席之地，在土庫(kù)曼司坦更是獲得了前所未有的成功。 過(guò)油管技術(shù)目前國(guó)內(nèi)還未著手這方面的研究工作，但該項(xiàng)工藝對(duì)中后期低產(chǎn)井、海上 油井和套管損害嚴(yán)重的井意義尤其重大，它不僅可以大大減少油井的修井費(fèi)用，而且 可以解決常規(guī)防砂技術(shù)無(wú)法解決的難題，經(jīng)濟(jì)效益顯

15、著。因此，目前國(guó)內(nèi)迫切需要進(jìn) 行過(guò)油管防砂工藝技術(shù)方面的研究和應(yīng)用。3. 研究的目標(biāo)、技術(shù)路線及所完成的工作3.1 研究的目標(biāo) 疏松砂巖油藏在我國(guó)分布范圍廣、儲(chǔ)量大，其油井產(chǎn)量在原油總產(chǎn)量中占有十分 重要的地位，如我國(guó)的勝利、遼河、華北、大港以及渤海、南海等油田，其疏松砂巖 油藏儲(chǔ)量非常豐富。 疏松砂巖油藏開(kāi)采中的主要矛盾之一是油層出砂。油層出砂可分為游離砂和骨架 砂，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐與室內(nèi)試驗(yàn)均表明：游離砂隨流體進(jìn)入井內(nèi)的程度取決于井底壓差、儲(chǔ) 集層物性和采出液的物理性質(zhì)，并隨壓差線性增大，這種類型的出砂在疏松油藏開(kāi)發(fā) 中不可避免地存在，一般屬于不穩(wěn)定出砂，量少且其它生產(chǎn)條件不變時(shí)遞減很快，對(duì) 生產(chǎn)

16、的影響較小。骨架砂破壞后成為自由砂是油氣井出砂的重要來(lái)源，這是防砂治砂 的主要對(duì)象。由于油藏巖石的疏松程度以及油藏的溫度、壓力、流體性質(zhì)、鉆井完井 措施等不同，各油藏及油井的出砂情況也不一樣，有的油井只要一開(kāi)井生產(chǎn)就會(huì)出砂； 而有的油井只是在作業(yè)強(qiáng)度、生產(chǎn)壓差、地層壓力、含水程度等參數(shù)超過(guò)某一限值時(shí) 才出砂。 因此，各個(gè)區(qū)塊或油藏都有其各自的出砂原因，只有有針對(duì)性地進(jìn)行相應(yīng)的研究， 開(kāi)展出砂機(jī)理和出砂原因的研究和分析，找出各區(qū)塊或油藏的出砂原因、出砂規(guī)律， 確定防砂原則，進(jìn)行防砂方法優(yōu)化選擇，從而在此基礎(chǔ)上擬定切實(shí)可行的防砂措施。 本文針對(duì)孤島油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中油井出砂和防砂存在的問(wèn)題，通過(guò)室內(nèi)試

17、驗(yàn)，對(duì)油 井的出砂機(jī)理進(jìn)行了研究，對(duì)防砂方法和相應(yīng)的配 套工藝技術(shù)進(jìn)行了篩選和改進(jìn)。 3.2 技術(shù)路線 以油藏出砂的基本理論為藍(lán)本，充分運(yùn)用國(guó)內(nèi)外比較成熟先進(jìn)的防砂技術(shù)與工藝， 圍繞孤島油田原有常規(guī)的，單一的出砂預(yù)測(cè)的方法研究和防砂方法的選擇。展開(kāi)對(duì)稠7中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)油熱采井的研究與應(yīng)用。研究方法采用巖石力學(xué)，油藏工程，現(xiàn)代數(shù)學(xué)，現(xiàn)代計(jì)算技 術(shù)等方法開(kāi)展。 3.3 本文所完成的工作 孤島油田目前常用繞絲篩管、濾砂管、涂敷砂等防砂方法，但隨著油田的不斷開(kāi) 發(fā)和低品位油藏的動(dòng)用，這些常用的防砂工藝已經(jīng)不能滿足油井正常生產(chǎn)的需要，這 就要求進(jìn)一步對(duì)防砂工藝進(jìn)行研究，并提出相

18、應(yīng)配套的工藝措施。根據(jù)調(diào)查研究表明， 孤島油田防砂工藝目前存在的主要問(wèn)題和下一步的研究方向?yàn)椋?(l)粉細(xì)砂巖油井用繞絲篩管易堵塞，需要解決好防砂與產(chǎn)能的關(guān)系； (2)稠油熱采井需要防砂工藝耐高溫、高強(qiáng)度； (3)斜井、套管損壞井、側(cè)鉆井、水平井等，由于油水井的井身結(jié)構(gòu)及地層條件的 差異，防砂工藝要有針對(duì)性； (4)開(kāi)采多年的油井，近井地帶油層也發(fā)生了很大變化，油井出砂越來(lái)越嚴(yán)重，單 一的防砂工藝難以達(dá)到油井防砂需要，防砂工藝從單一的防砂方法向復(fù)合防砂工藝發(fā) 展； (5)注聚驅(qū)油井的防砂。 針對(duì)以上問(wèn)題，本文對(duì)防砂方法和相應(yīng)的配套工藝技術(shù)進(jìn)行了篩選和改進(jìn)。 本文對(duì)稠油熱采一次防砂工藝機(jī)理及工藝

19、參數(shù)進(jìn)行了研究。通過(guò)室內(nèi)研究和現(xiàn)場(chǎng) 應(yīng)用可以看出，稠油熱采一次防砂工藝能夠很好地滿足孤島稠油田油熱采注汽生產(chǎn)需 求，其實(shí)施后油井能夠?qū)崿F(xiàn)一次防砂兩(多)輪注汽生產(chǎn)，熱采效果明顯提高。對(duì)新井 進(jìn)行大孔徑，高孔密射孔，對(duì)部分近井地帶堵塞嚴(yán)重的油井進(jìn)行深部處理，都能提高 稠油熱采吞吐效果，增加原油產(chǎn)量，延長(zhǎng)油井生產(chǎn)的有效期。8中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第二章出砂原因和出砂機(jī)理影響地層出砂的因素大體劃分為三大類1，即地質(zhì)因素、開(kāi)采因素和完井因素。第 一類因素由地層和油藏性質(zhì)決定(包括構(gòu)造應(yīng)力、沉積相、巖石顆粒大小、形狀、巖礦 組成，膠結(jié)物及膠結(jié)程度，流體類型及性質(zhì)等)，這是先天形成的，當(dāng)

20、然在開(kāi)發(fā)過(guò)程中， 由于生產(chǎn)條件的改變會(huì)對(duì)巖石和流體產(chǎn)生不同程度的影響，從而改善或惡化出砂程度； 第二、三類因素主要是指生產(chǎn)條件改變對(duì)出砂的直接影響，很多是可以由人控制的， 包括油層壓力及生產(chǎn)壓差，液流速度，多相流動(dòng)及相對(duì)滲透率，毛細(xì)管作用，彈孔及 地層損害，含水變化，生產(chǎn)作業(yè)及射孔工藝條件等。通過(guò)尋找這些 因素與出砂之間的 內(nèi)在關(guān)系，可以有目的地創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件來(lái)避免或減緩出砂。1. 出砂因素1.1 地質(zhì)因素 1.1.1 水平構(gòu)造作用力下的膠結(jié)地層易出砂2 由巖石力學(xué)理論可知：在疏松砂巖地層中只要完成鉆井，則在井壁附近總是存在 一個(gè)塑性變形地帶，塑性帶的穩(wěn)定條件是1： 1 ? p 0 = 2

21、S 0 tan =（21） （22） 2 + 4式中： 1 一最大主應(yīng)力，Mpa；p 0 一地層孔隙壓力，Mpa；S 0 一巖石固有剪切強(qiáng)度，Mpa； 一破壞角； 一內(nèi)摩擦角。對(duì)于疏松砂巖，一般地： S00.5Mpa， =60°65° 則(21)式右端2Mpa。 左端表示巖石顆粒承受的有效徑向應(yīng)力，可見(jiàn)(21)式左端徑向應(yīng)力。 r >2MPa，9中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)則會(huì)破壞其穩(wěn)定條件，使塑性半徑向外擴(kuò)張，即骨架結(jié)構(gòu)失去平衡，開(kāi)始出砂。 由于在斷層附近或構(gòu)造部位，原構(gòu)造應(yīng)力很大，己經(jīng)局部破壞了原有的內(nèi)部骨架 (己產(chǎn)生局部天然節(jié)理和微裂隙)，故

22、 S0 更低。換言之，這些部位是地層強(qiáng)度最弱的部 位，也是最易出砂的部位和出砂最嚴(yán)重的地區(qū)。斷層附近或構(gòu)造頂部區(qū)域是出砂最劇 烈的區(qū)域，而遠(yuǎn)離斷層和構(gòu)造低部位區(qū)域出砂程度相對(duì)緩和。但是如果地層有一定膠 結(jié)，孔隙度降低，很小的地球運(yùn)動(dòng)也會(huì)引起較大的定向地層應(yīng)力，破壞地層原始結(jié)構(gòu)， 擠壓膠結(jié)物及砂粒，導(dǎo)致出砂。 1.1.2 地層膠結(jié)疏松，容易出砂 顆粒膠結(jié)程度是影響出砂的主要因素3， 膠結(jié)性能是否良好又和地層埋深， 膠結(jié)物 種類、數(shù)量和膠結(jié)方式、顆粒尺寸形狀密切相關(guān)。表示膠結(jié)程度的物理量是地層巖石 強(qiáng)度。 關(guān)于膠結(jié)物，主要是看其種類。鈣質(zhì)膠結(jié)為主的砂巖較致密，地層強(qiáng)度高。而以 泥質(zhì)膠結(jié)的砂巖較疏松

23、，強(qiáng)度較低(此外泥質(zhì)膠結(jié)物性能不穩(wěn)定，易受外界條件干擾而 破壞膠結(jié))。膠結(jié)方式中以孔隙式膠結(jié)性能最好，其它如孔隙一接觸式、接觸式的膠結(jié) 強(qiáng)度較低。顆粒的大小，形狀及分選性也影響膠結(jié)強(qiáng)度，細(xì)的分選差而帶有棱角的顆 粒其膠結(jié)較好(其它條件相同時(shí))，反之粗顆粒分選好的圓顆粒則表現(xiàn)為弱膠結(jié)。 薄片分析結(jié)果表明4，如果砂巖顆粒為點(diǎn)接觸，油層壓實(shí)作用較弱，地層膠結(jié)類型 為接觸式，膠結(jié)物以粘土礦物為主，地層的這些性質(zhì)決定了地層具備地層出砂的內(nèi)在 條件。 從巖石力學(xué)的角度分析5，地層的膠結(jié)性質(zhì)直接影響了巖石顆粒固有的剪切強(qiáng)度 (見(jiàn)圖 2l)，低的地層強(qiáng)度是造成地層出砂的主要內(nèi)在因素。 在生產(chǎn)過(guò)程中，流體流動(dòng)的

24、剪切破壞克服了砂粒之間的聚合力(巖石強(qiáng)度)，使油 井出砂。 原油粘度越高，生產(chǎn)過(guò)程中與巖石表面產(chǎn)生的切力越大，攜砂能力越強(qiáng)，造 成的出砂就會(huì)加重。 1.1.3 流體性質(zhì) 巖石的固結(jié)力還包括地層流體與顆粒之間的毛細(xì)管作用力。若含油飽和度越高， 則膠結(jié)較好(其它對(duì)比條件相同)，反之若含油飽和度低，則膠結(jié)程度下降。這是因?yàn)?油相顆粒界面張力較大的原故。當(dāng)然原油粘度也對(duì)膠結(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生影響，稠油的毛細(xì)管 作用力小于稀油。10中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)此外，毛管作用力大小還受顆粒表面潤(rùn)濕性的影響。若強(qiáng)親水，則易與水牢固結(jié) 合，內(nèi)聚力就增加。 原油性質(zhì)較差，在生產(chǎn)中，施加在巖石顆粒上的拖曳力大，

25、易造成出砂。 1.2 開(kāi)采因素 1.2.1 地層壓力下降及生產(chǎn)壓差導(dǎo)致油井出砂6 上履巖層壓力是靠孔隙內(nèi)流體壓力和巖石本身的強(qiáng)度來(lái)平衡的。隨著油井的不斷 生產(chǎn)，地層壓力逐漸降低，上覆巖層的壓力增加了對(duì)地層顆粒及膠結(jié)物的應(yīng)力。在膠 結(jié)差的地層中，隨著地層壓力下降，增大的應(yīng)力會(huì)使巖石膠結(jié)層發(fā)生形變，巖石骨架 會(huì)破壞，在液體流動(dòng)條件下將地層顆粒攜至井底，引起出砂。 油藏壓力下降對(duì)地層出砂的影響表現(xiàn)在：壓降過(guò)大使巖石顆粒的負(fù)荷加大，造成 了巖石的剪切破壞，導(dǎo)致地層大量出砂；當(dāng)油藏壓力低于原油飽和壓力后，將出現(xiàn)層 內(nèi)脫氣，形成油氣兩相流，使地層對(duì)油相的相滲透率顯著下降。此時(shí)，脫氣還使原油 粘度提高，兩方

26、面綜合作用便增加了油流阻力(嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣頂)，欲保持產(chǎn)量不變， 必須提高生產(chǎn)壓差，導(dǎo)致出砂情況更加惡化；油層壓力的下降總是伴隨邊、底水(或注 入水)的侵入，從而在層內(nèi)出現(xiàn)油(氣)、水多相流，同樣使油相滲透率急劇下降，不得 不放大生產(chǎn)壓差來(lái)維持產(chǎn)量，勢(shì)必產(chǎn)生出砂加劇的后果。 油藏經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期開(kāi)采，地層能量下降較快。而地層壓力的下降是對(duì)原始地層骨架的 一種破壞，而且地層本身膠結(jié)強(qiáng)度不高，這樣在地層中流體長(zhǎng)期虧空的情況下，油層 發(fā)生坍塌、破碎，直至成為分散結(jié)構(gòu)，從而出砂。對(duì)于暫停井由于地層壓力的降低， 造成地層壓力與井筒液柱靜壓力之間的壓差，隨著地層壓力的變化而出現(xiàn)有時(shí)是正值， 有時(shí)是負(fù)值的情況。如果

27、地層壓力與井筒液柱靜壓力之間的壓差波動(dòng)較大，就會(huì)對(duì)近 井地帶油層的沖刷、傷害加劇，從而使出砂加劇。 1.2.2 流速對(duì)出砂的影響1 假定炮孔可簡(jiǎn)化為一圓柱和一半球的組合，炮孔的前端為圓柱狀，頂端為半球狀。 研究表明炮孔球狀頂端的流體壓力梯度要比圓柱前端的流體壓力梯度大，容易破壞。 假設(shè)巖石遵循 Mohr 一 Coulomb 破壞準(zhǔn)則，得出無(wú)砂生產(chǎn)的極限產(chǎn) 量為9：q l 4C cos = 4 kl 1 ? sin (23)式中：q 一為流量；l 一為從球心到地層的距離；11中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)k一地層的滲透率； 一流體粘度； 一為內(nèi)摩擦角；C 一為巖石的膠結(jié)強(qiáng)度。對(duì)于疏松砂

28、巖易出砂的地層，常常存在速敏問(wèn)題，當(dāng)油層內(nèi)流體流速低于臨界流 速時(shí)， 實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)盡管也會(huì)產(chǎn)生微粒的運(yùn)移， 但是它們會(huì)在彈孔入口處自然形成 “砂 拱” ，可以進(jìn)一步阻止出砂。但是隨流速的增加，砂拱尺寸不斷增大，穩(wěn)定程度降低(砂 拱越小越穩(wěn)定)，當(dāng) V=VC 時(shí)，砂拱平衡完全被破壞，無(wú)法再形成新的砂拱，砂?？梢?自由流入井筒，開(kāi)始出砂。 如流速進(jìn)一步增加(V>VC 時(shí))，其帶來(lái)的后果只能是加劇出砂。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，在 一定流速范圍內(nèi)，出砂量隨流速線性增加。 1.2.3 含水上升或注水對(duì)出砂的影響10 含水對(duì)出砂的影響可歸結(jié)為以下幾方面： (a)含水上升使地層顆粒間原始的毛細(xì)管力下降，

29、導(dǎo)致了地層強(qiáng)度的降低； (b)由于膠結(jié)物被水溶解，特別是一些粘土礦物，如蒙脫石等，遇水后膨脹、分散， 大大降低了地層的強(qiáng)度； (c)注水對(duì)地層的沖刷作用會(huì)導(dǎo)致地層強(qiáng)度降低。 從巖石力學(xué)的角度分析，注水后，油層強(qiáng)度降低是必然的。首先，注水后，含水 上升，使地層原始強(qiáng)度降低，即地層的內(nèi)聚力降低，另外，注水的反復(fù)沖刷，導(dǎo)致巖 石發(fā)生拉伸破壞，加劇地層的出砂。 在以粘土為主要膠結(jié)物的地層中，當(dāng)油井開(kāi)始產(chǎn)水后，水溶解地層中的膠結(jié)物， 使地層膠結(jié)強(qiáng)度降低，導(dǎo)致油井出砂。某些油田在無(wú)水采油期間油井不出砂，而隨著 生產(chǎn)周期增長(zhǎng)，邊底水見(jiàn)效，注水見(jiàn)效，則隨著含水上升，出砂加劇。另外，由于油 層見(jiàn)水，也導(dǎo)致砂粒結(jié)

30、合在一起的毛管壓力降低了，引起膠結(jié)物的剪切破壞，導(dǎo)致出 砂。 1.2.4 MFE 測(cè)試引起的地層出砂11 目前 MFE 測(cè)試是獲取油層靜壓、流壓及生產(chǎn)壓差等參數(shù)的最理想的測(cè)試手段，但 由于 MFE 測(cè)試在造成大負(fù)壓后，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)施連續(xù)開(kāi)關(guān)，對(duì)油層造成劇烈的激動(dòng)， 往往在二開(kāi)抽汲測(cè)試時(shí)造成很大的生產(chǎn)壓差及井底油層激動(dòng)而導(dǎo)致油井近井地帶的骨12中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)架砂破壞，油層出砂。 1.2.5 油井含水后采液強(qiáng)度不合理引起出砂12 從后面巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，油藏在無(wú)水采油期時(shí)，流速對(duì)出砂影響不大，而 當(dāng)油藏含水后，流速對(duì)出砂影響很大，隨著含水增加，出砂量成倍增加，因此含水

31、控 制采液強(qiáng)度非常重要。 1.2.6 地層傷害的影響 在鉆井、完井、采油、作業(yè)過(guò)程中或者由于工作液 固相顆粒含量高，或者由于入 井液與地層及地層流體不配伍，都會(huì)在井底附近對(duì)油層造成一定的傷害，主要傷害類 型包括：彈孔及地層孔喉堵塞(固相顆粒堵塞)，粘土傷害(粘土膨脹、分散和運(yùn)移)、產(chǎn) 生二次沉淀和原油乳化傷害(使原油粘度急劇增加)。 由于入井液的侵入導(dǎo)致井底附近地層滲透率顯著下降，以及原油的乳化和近井地 帶含水飽和度的急劇增加，總之各種傷害惡化了地層滲流條件，增加了流動(dòng)阻力，換 言之，需提高生產(chǎn)壓差才能保持相同的產(chǎn)量。 生產(chǎn)壓差的增大對(duì)出砂的影響，地層損害的最終結(jié)果仍是加劇出砂。出砂又會(huì)使 地

32、層損害更嚴(yán)重(孔喉堵塞)這種惡性循環(huán)的后果不堪設(shè)想。所以，在油井生產(chǎn)的各個(gè)環(huán) 節(jié)，減少或防止地層傷害的措施怎么強(qiáng)調(diào)也不過(guò)分(如穩(wěn)定粘土、防止乳化、作業(yè)液過(guò) 濾等)。要?jiǎng)?chuàng)造各種必要條件來(lái)保護(hù)油層，既有利于高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，又有利于控砂。 由于地層條件及入井液情況千差萬(wàn)別，地層損害程度難以用定量的數(shù)學(xué)解析式加 以描述，但是上述定性的結(jié)論仍對(duì)指導(dǎo)控砂和采油有十分積極的作用。地層傷害半徑 一般不大于 1 米，這一地帶是油井生產(chǎn)最重要的敏感地帶。 1.2.7 其它影響出砂因素15 原油粘度變化和巖石表面潤(rùn)濕性變化也會(huì)對(duì)出砂產(chǎn)生一定影響。若油藏壓力下降 造成原油脫氣，原油粘度增加，從而增大對(duì)巖石顆粒的剪切作用力，

33、而膠結(jié)疏松的砂 巖抗剪切強(qiáng)度較低， 易產(chǎn)生剪切破壞使砂粒脫落隨油流運(yùn)移到井底。 此外， 油/水乳化(在 中、低含水階段)也使原油變稠難于流動(dòng)，這容易造成出砂。稠油井往往是出砂井，粘 度越高，出砂越嚴(yán)重。 若在油井作業(yè)處理過(guò)程中，應(yīng)用了不適當(dāng)?shù)哪承┍砻婊钚詣沟貙釉H水表面 變成親油表面使毛細(xì)管作用力由動(dòng)力變成了流動(dòng)阻力，加劇了出砂。 1.3 完井因素13中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)1.3.1 炮眼面周圍高壓力梯度引起出砂17 如果孔密低，孔徑小，每個(gè)炮眼周圍的壓力梯度增加，流動(dòng)阻力就增加，產(chǎn)生大 的拉伸破壞而引起出砂。彈孔尺寸對(duì)油流阻力會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。彈孔內(nèi)壓降可以下 式表達(dá)：

34、p = 0.888 L × q q + 9.1× E ? 13l( ) 2 kA A (24)另外，由于射孔時(shí)的振動(dòng)，使得炮眼周圍的地層強(qiáng)度明顯降低且周圍的滲透性也 遭到破壞。這些地層對(duì)流阻和流速的突然改變很敏感，流速改變，出砂量突增。1.3.2 射孔參數(shù)對(duì)地層出砂的影響18彈孔流道面積直接影響彈孔壓降，對(duì)每個(gè)彈孔而言既要提高孔徑，對(duì)整個(gè)井段而 言，是要增加孔密。增大孔徑、提高孔密的綜合效果是提高了有效流動(dòng)面積，從而降 低了 流動(dòng)阻力，也降低了流速，即在其它條件不變時(shí)，降低了生產(chǎn)壓差，有利于減緩 出砂。即使要采取防砂措施，高孔密、大孔徑射孔也有利于減少因防砂而帶來(lái)的產(chǎn)量 損

35、失。 計(jì)算表明：在孔徑相同(孔徑 15mm)，孔密 32 孔/米和 16 孔/米的彈孔壓力梯度相 差 2 倍多，孔徑變化造成的壓力梯度變化大于 1.7 倍。 關(guān)于井斜的影響。當(dāng)井斜傾角小于 45°時(shí)，仍可把它當(dāng)作垂直井，不會(huì)對(duì)出砂產(chǎn) 生重大影響。 關(guān)于射孔相位角，研究表明 90°時(shí)最好。軟件優(yōu)化計(jì)算發(fā)現(xiàn)產(chǎn)能比最高(即阻力最 小)，這是由于地層流線以井軸為中心，相對(duì)對(duì)稱，減少了流線的彎曲和收縮，阻力最 低，有利于減少出砂。2. 油層出砂機(jī)理油井出砂通常是由于井底附近地帶的巖層結(jié)構(gòu)遭受破壞引起的，其中，弱固結(jié)或 中等膠結(jié)砂巖油層的出砂現(xiàn)象較為嚴(yán)重。由于這類巖石膠結(jié)性差，強(qiáng)度低，

36、一般在較 大的生產(chǎn)壓差下，就容易造成井底周圍地層發(fā)生破壞而出砂。油井出砂與油藏深度、 壓力、流速、地層膠結(jié)情況、壓縮率和自然滲透率、流體種類和相態(tài)(油、氣、水的情 況)、地層性質(zhì)等有直接的關(guān)系。從力學(xué)角度分析油層出砂有兩個(gè)機(jī)理：即剪切破壞機(jī) 理和拉伸破壞機(jī)理，前者是炮孔周圍應(yīng)力作用的結(jié)果，與過(guò)低的井底壓力和過(guò)大的生 產(chǎn)壓差有關(guān)；后者則是開(kāi)采過(guò)程中流體作用于炮孔周圍地層顆粒上的拖曳力所致，與 過(guò)高的開(kāi)采速度或過(guò)大的流體速度有關(guān)。這兩個(gè)機(jī)理相互作用，相互影響。除上述兩14中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)個(gè)機(jī)理外，還有微粒運(yùn)移出砂機(jī)理，包括地層中粘土顆粒的運(yùn)移，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致井底 周圍地層的滲

37、透率降低，從而增大流體的拖曳力，并可能誘發(fā)固相顆粒的產(chǎn)出。 2.1 剪切破壞機(jī)理 在未打開(kāi)油層之前，地層內(nèi)部應(yīng)力系統(tǒng)是平衡的；打開(kāi)油層后，在近井地帶，地 層應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，當(dāng)巖石顆粒承受的應(yīng)力超過(guò)巖石自身的抗剪或抗壓強(qiáng)度，地 層或者塑性變形或者發(fā)生坍塌。在地層流體產(chǎn)出時(shí)，地層砂就會(huì)被攜帶進(jìn)入井底，造 成出砂。圖 21 炮眼周圍地層受損情況圖 21 是射孔造成弱固結(jié)的砂巖破壞的示意圖。射孔使炮孔周圍往外巖石依次可 以分為顆粒壓碎、巖石重塑、塑性受損及變化較小的較小受損區(qū)。遠(yuǎn)離炮孔的 A 區(qū)是 大范圍的彈性區(qū)，其受損小，B1B2 區(qū)是一個(gè)彈塑性區(qū)，包括塑性硬化和軟化，地層 具有不同程度的受損，

38、C 區(qū)是一個(gè)完全損壞區(qū)，巖石經(jīng)受了重新塑化，近于產(chǎn)生完全 塑性狀態(tài)的應(yīng)變。緊挨炮孔周圍的巖石受到劇烈震動(dòng)被壓碎，一部分水泥環(huán)也受到松 動(dòng)損害。從力學(xué)角度分析，這 種條件下的油層出砂機(jī)理，為剪切(壓縮)破壞機(jī)理，力學(xué) 機(jī)理是近井地層巖石所受的剪應(yīng)力超過(guò)了巖石固有的抗剪切強(qiáng)度。 形成剪切破壞的主要因素是油藏壓力的衰減或生產(chǎn)壓差過(guò)大，如果油藏能量得不 到及時(shí)補(bǔ)充或注水效果差或者生產(chǎn)壓差超過(guò)巖石的強(qiáng)度，都會(huì)造成地層的應(yīng)力平衡失 穩(wěn)，形成剪切破壞。由于井筒及射孔孔眼附近巖石所受周向應(yīng)力及徑向應(yīng)力差過(guò)大， 造成巖石剪切破壞，離井筒或射孔孔眼的距離不同，產(chǎn)生破壞的程度也不同，從炮眼 向外可依次分為：顆粒壓碎

39、區(qū)、巖石重塑區(qū)、塑性受損區(qū)及變化較小的未受損區(qū)。若 巖石的抗剪切強(qiáng)度低，抵抗不住孔周圍的周向、徑向應(yīng)力差引起的剪切破壞，井壁附 近巖石將產(chǎn)生塑性破壞，引起出砂。 2.2 拉伸破壞機(jī)理 拉伸破壞是地層出砂的另一機(jī)理。在開(kāi)采過(guò)程中，流體由油藏滲流至井筒，沿程15中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)會(huì)與地層顆粒產(chǎn)生摩擦流速越大摩擦力越大施加在巖石顆粒表面的拖曳力越大即巖石 顆粒前后的壓力梯度越大。如下圖：圖 22 拉伸破壞微觀模型示意圖流體對(duì)巖石的拉伸破壞在炮眼周圍是非常明顯的，由于過(guò)流面積減小，流體在炮 眼周圍形成匯聚流，流速遠(yuǎn)大于地層內(nèi)部，另外，近井地帶流體易脫氣，粘度增大， 對(duì)巖石顆粒的拖

40、曳力也會(huì)增加。 實(shí)際上，剪切和拉伸兩種機(jī)理將同時(shí)起作用且會(huì)相互影響，受剪切破壞的地層會(huì) 對(duì)流體的拖曳力更加敏感。當(dāng)剪切破壞是主要機(jī)理的情況下，流體流動(dòng)對(duì)攜帶顆粒進(jìn) 入到井里也是很重要的。 一般來(lái)說(shuō)， 地層剪切破壞引發(fā)地層的 “突發(fā)性大量出砂” 而拉伸破壞引起地層 ， “細(xì) 砂長(zhǎng)流” 。出砂使孔穴通道增大，而孔穴增大又導(dǎo)致流速降低，從而使出砂有“趨停” 趨勢(shì)。因此，拉伸破壞有“自穩(wěn)性”效應(yīng)。 2.3 微粒運(yùn)移 在疏松砂巖油藏，地層內(nèi)部存在著大量的自由微粒，在流體流動(dòng)時(shí)，微粒會(huì)在地 層內(nèi)部運(yùn)移，直至井筒。如果這些微粒在被地層孔喉阻擋后，會(huì)使流體滲流阻力局部 增大，增大了流體對(duì)巖石的拖曳力，未被阻擋

41、的更細(xì)微粒隨流體進(jìn)入井筒，造成出砂。16中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第三章稠油井防砂及配套工藝技術(shù)研究1. 孤島油田稠油熱采區(qū)塊開(kāi)發(fā)概況孤島油田的稠油主要分布在位于底部的 Ng5Ng6 砂層組及邊部的 Ng34 砂層組， 儲(chǔ)量豐富。該砂層組為河流相正韻律沉積，滲透性好，膠結(jié)疏松，非均質(zhì)性強(qiáng)，巖性 以粉細(xì)砂巖和細(xì)砂巖為主，膠結(jié)物以泥質(zhì)為主，油藏埋深 12001400m，油層厚度 5 16m，平均孔隙度 30.033.0% ，空氣滲透率 1.652.035 × 10-3 m 2，含油飽和度 60.0 61.5%， 地面脫氣原油粘度(50時(shí))300035000mpa?s， 原油

42、相對(duì)密度 0.981.00g/ m3， 地層水礦化度 5000 一 35000mg/l，泥質(zhì)含量 1020%，凈總比 0.630.82。目前已形 成了中一區(qū) Ng5、 中二北 Ng5 等六個(gè)熱采區(qū) 9 個(gè)開(kāi)發(fā)單元， 蒸汽吞吐含油面積 15.7Km2， 地質(zhì)儲(chǔ)量 2525×104t。表 31 列出了孤島油田六個(gè)稠油熱采區(qū)的基本情況。表 31 孤島油田稠油熱采區(qū)地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表孤島油田的原油對(duì)溫度非常敏感，原油溫度每上升 10，粘度下降一半以上。根 據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，孤島油田稠油油藏的開(kāi)發(fā)采用了蒸汽吞吐熱采和井筒加熱采油的方式， 取得了比較好的開(kāi)發(fā)效果。從 1991 年 8 月開(kāi)始稠油注蒸汽吞吐

43、熱采試驗(yàn)，到已有六個(gè) 區(qū)塊投入開(kāi)發(fā)，現(xiàn)有注蒸汽吞吐井 300 口，開(kāi)井 252 口，日產(chǎn)油 1600 噸。17中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)圖 31 16X22 井粘溫曲線孤島油田稠油層的地質(zhì)特征決定了稠油儲(chǔ)量的動(dòng)用必須以做好油井防砂為前提。 注蒸汽吞吐開(kāi)采時(shí)，高溫高壓蒸汽的注入以及高強(qiáng)度的采液，對(duì)油層產(chǎn)生了極大的沖 擊和破壞，這給熱采防砂工藝提出了更復(fù)雜的技術(shù)要求。特別是隨著熱采井吞吐輪次 的增加，油層狀況惡化，熱采井的成本效益矛盾更加突出。為此，對(duì)注蒸汽井熱采防 砂工藝進(jìn)行研究和改進(jìn)，顯得非常必要和緊迫。2. 稠油熱采一次防砂工藝的研究隨著稠油油藏開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，形成了注汽前

44、高溫涂敷砂防砂、注汽后繞絲 篩管防砂為主的稠油熱采配套防砂工藝技術(shù)。從油田的防砂現(xiàn)狀來(lái)看，現(xiàn)有防砂工藝 技術(shù)基本能夠滿足生產(chǎn)要求，但也出現(xiàn)了一些難以解決的問(wèn)題，如繞絲篩管防砂施工 復(fù)雜，在斜井或套損井上防砂有效率低，在熱采井影響了熱采效率等。稠油熱采一次 防砂工藝就是注汽前進(jìn)行化學(xué)一機(jī)械綜合防砂，注汽后直接下泵生產(chǎn)的稠油熱采防砂 工藝。要使該項(xiàng)工藝能夠滿足稠油熱采高強(qiáng)度注汽和高強(qiáng)度采液的要求，實(shí)現(xiàn)一次防 砂兩(多)輪注汽生產(chǎn)，就必須對(duì)其防砂機(jī)理及影響因素進(jìn)行全面地分析和研究，對(duì)工藝 進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)和完善，才能滿足稠油熱采生產(chǎn)需求。 2.1 稠油熱采一次防砂工藝防砂機(jī)理 稠油熱采一次防砂工藝

45、的防砂機(jī)理是：首先在油層近井地帶充填高溫防砂劑(高溫 涂敷砂、RC 一 G 高溫防砂劑等)，形成第一級(jí)擋砂屏障，生產(chǎn)時(shí)阻擋地層砂運(yùn)移至近 井地帶。 然后在油層部位下入機(jī)械防砂工具(繞絲管、 割縫管等)后進(jìn)行環(huán)空充填石英砂， 在油層部位形成完整的擋砂屏障，生產(chǎn)時(shí)阻擋地層砂進(jìn)入井筒，達(dá)到防砂的目的。 注 汽時(shí)高溫防砂劑固結(jié)形成的高強(qiáng)度擋砂屏障能阻擋環(huán)空石英砂進(jìn)入地層，保證注汽正 常進(jìn)行。圖 32 是稠油熱采一次防砂工藝機(jī)理示意圖。18中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)圖 32 稠油熱采一次防砂工藝機(jī)理圖在稠油熱采井一次防砂工藝機(jī)理圖上，把由機(jī)械防砂工具環(huán)空充填砂地層充 填高溫防砂劑組成的現(xiàn)場(chǎng)

46、大面積完整的擋砂屏障作為研究對(duì)象，對(duì)影響稠油熱采并擋 砂屏障性能的因素進(jìn)行研究和分析。 研究表明，影響稠油熱采井擋砂屏障性能的主要因素為擋砂屏障本身的強(qiáng)度和完 整性。它包括地層充填高溫防砂劑的性能和固結(jié)強(qiáng)度、井筒內(nèi)機(jī)械防砂工具的性能及 強(qiáng)度，而其中地層充填高溫防砂劑的性能和固結(jié)強(qiáng)度是最重要的因素，它還包括環(huán)空 充填砂及地層充填高溫防砂劑的密實(shí)程度等。 2.2 割縫管防砂工藝的研究 在整個(gè)稠油熱采一次防砂擋砂屏障中，機(jī)械防砂工具的作用是十分重要的。它不 僅影響油井的正常注汽和生產(chǎn)，而且還影響著油井的后期處理難度。 針對(duì)孤島油田稠油熱采生產(chǎn)中繞絲管因強(qiáng)度較低注汽后易出砂，失效后需大修處 理的生產(chǎn)現(xiàn)

47、狀，利用國(guó)內(nèi)激光及刀具割縫技術(shù)，進(jìn)行了割縫篩管防砂工藝的研究工作。 2.2.1 割縫篩管優(yōu)化設(shè)計(jì) 割縫篩管是用油田標(biāo)準(zhǔn)的管材來(lái)制造的，即在管子壁上割出一系列縱向的“縫” ， 現(xiàn)在一般采用激光來(lái)割縫。割縫端面的形狀可以是直槽形或梯形。梯形斷面的割縫管 子外表面的縫寬比內(nèi)表面的縫寬稍窄。這種形狀割縫的橫斷面象倒置的“V”字，它不 容易被堵塞，因此任何通過(guò)了割縫的外表面開(kāi)口的砂粒都能繼續(xù)流入割縫襯管內(nèi)，而 不會(huì)堵塞在割縫處。 割縫篩管設(shè)計(jì)時(shí)，需要確定以下參數(shù)： (1)縫眼梯形夾角。一般取 12°左右。 (2)縫口寬度。梯形縫眼的小底邊寬度用下式計(jì)算：e 2 D1019（3 1 ）中國(guó)石油大

48、學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)式中：D10 一地層砂篩析曲線重量累積百分?jǐn)?shù)為 10%對(duì)應(yīng)的砂的直徑，mrn e縫口寬度，mm (3)縫眼排列方式。一般采用平行軸向方向交錯(cuò)排列方式。 (4)縫眼長(zhǎng)度。平行割縫襯管取 L=50300mm，垂直割縫取強(qiáng)度襯管取大值，大直 徑低強(qiáng)度襯管取小值。 (5)縫眼縱向間距。一般取 0.7L。 (6)縫眼數(shù)量。保證襯管強(qiáng)度的前提下盡量增大流通面積，管外表面積的 2%。n=FeL（32）式中：n 一縫眼數(shù)量； Q 一縫眼總面積和篩管外表面積的比值，一般取 2%； F 一每米割縫襯管的外表面積，mm2/m。 根據(jù)孤島油田稠油熱采井的生產(chǎn)現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)填砂施工的合理性

49、和處理的方便 性，對(duì)割縫篩 管進(jìn)行如下優(yōu)化設(shè)計(jì)。 (1)管材選擇 根據(jù)現(xiàn)有研究條件和孤島油田油井套管規(guī)格，對(duì)割縫篩管管材作如下選擇： 139.7rnm 套管， 89.7mm 油管； 177.8mm 套管， 114.3mm 油管。 從采油技術(shù)手冊(cè)上查出， 上述所有管材的抗拉載荷均在 50kN 以上，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求。 (2)割縫篩管篩縫寬度的確定 A、地層充填砂礫粒度的確定 地層充填砂礫的作用是通過(guò)穩(wěn)定井壁和抑制地層砂的運(yùn)移來(lái)防止地層出砂。選擇 的原則是砂礫能完全阻擋住地層砂，即砂礫粒度中值為地層砂的 4 倍；最大粒徑為地 層砂粒度中值的 56 倍；最小粒徑為地層砂粒度中值的 24 倍。孤島

50、油田主力開(kāi)發(fā) 油層為館陶組油層，根據(jù)地層砂粒度的差別及油層位置可分為館 1+2 層段(地層砂平均 粒度中值為 0.12mm)、館 3 以下層段(地層砂平均粒度中值為 0.15mm)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，確 定地層充填砂礫粒度為：館 1+2 層段粒度中值為 0.48rnm，最大粒徑 0.6mm，最小粒徑 0.3mm；館 3 以下層段粒度中值為 0.6mm，最大粒徑 0.8mm，最小粒徑 0.4mm。 B、環(huán)空充填砂礫粒度的確定 環(huán)空充填砂礫的作用是通過(guò)穩(wěn)定割縫篩管和抑制地層充填砂(及地層砂)的運(yùn)移來(lái) 防止地層出砂，選擇的原則是砂礫粒度必須大于(或等于)地層充填砂粒度，因此可根據(jù)20中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科

51、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)地層充填砂粒度確定環(huán)空充填砂粒度。 確定環(huán)空充填砂礫粒度為： 粒度中值為 0.65mm， 最大粒徑 0.8mm，最小粒徑 0.5mm； C、篩縫寬度的確定 割縫篩管篩縫寬度選擇的原則是縫隙必須擋住充填的所有砂礫，即：b 2 D礫 min 3 (3 一 3)式中：b 一割縫篩管篩縫寬度，rnm；D礫 min 一環(huán)空充填砂礫最小粒徑，mm。經(jīng)計(jì)算，確定篩縫寬度為：館 1+2 層段 b=0.3mm；館 3 以下層段 b=0.350.4mm。(3)割縫篩管幾何形狀的確定根據(jù)研究， 確定篩縫為矩形縫， 單體縫長(zhǎng)為 80mm， 軸向縫間距為 20mm， 89.7mm 割縫篩管的圓周縫分布為

52、 30 條/周，114.3mm 割縫篩管的圓周縫分布為 48 條/周。圖33 為割縫篩管實(shí)物圖。圖 33 割縫篩管實(shí)物圖(4)割縫篩管的防腐由于割縫篩管工作在井下高溫高壓的流體中，流體中含有腐蝕性物質(zhì)，為了延長(zhǎng) 割縫篩管的使用壽命，對(duì)割縫篩管進(jìn)行滲氮處理，可有效地防止地下流體的腐蝕。2.2.2 室內(nèi)濾砂試驗(yàn)從孤島油田稠油熱采防砂現(xiàn)場(chǎng)采集地層砂樣和充填砂樣，在室內(nèi)濾砂流程(如圖 3 4 所示)中進(jìn)行割縫篩管防砂性能的檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)。(l)試驗(yàn)原理通過(guò)室內(nèi)流程進(jìn)行滲流試驗(yàn)， 其原理就是將一定玉力下的水(或帶地層砂)通過(guò)擋砂 屏障，以出口返砂情況和流量變化情況驗(yàn)證 其擋砂能力和滲流能力。21中國(guó)石油大學(xué)

53、勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)圖 34 室內(nèi)濾砂試驗(yàn)流程圖(2)試驗(yàn)結(jié)果 A、空白割縫管滲流試驗(yàn) 將割縫篩管放入流程模擬套管中，泵入清水，觀察并記錄不同壓力下的出口沉量。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，作滲流壓力一流量曲線(如圖 35)。從圖 35 可以看出：曲線 I、曲 線 II、曲線 III 的斜率依次減小，這說(shuō)明 0.4mm、0.35mm、0.30mm 割縫篩管的滲流能 力依次降低。圖 35 空白割縫篩管流量壓力曲線B、充填滲流試驗(yàn) 將己放入割縫管的模擬套管環(huán)空按要求填滿石英砂，泵入清水，觀察出口返砂情 況，不同壓力下的出口流量。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，作滲流流量一壓力曲線(如圖 36)。22中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本

54、科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)圖 36 充填割縫篩管流量壓力曲線圖 36 中曲線 I、曲線 II、曲線 III、曲線 IV 分別表示 0.4mm 割縫管充填以 0.5 0.8mm 石英砂、 0.35mm 割縫管充填以 0.50.8mm 石英砂、 0.35mm 割縫管充填以 0.4 0.8mm 石英砂、0.30mm 割縫管充填以 0.40.8mm 石英砂。 從試驗(yàn)情況和圖 36 可以看出：試驗(yàn)中出口未出砂，說(shuō)明充填砂與割縫篩管的匹 0.30mm 割縫篩管， 0.35mm 割縫篩管， 0.35mm 配合理可行， 滲流能力從小到大依次為： 割縫篩管，0.4mm 割縫篩管。 C、濾砂試驗(yàn) 將己放入割縫篩管的模擬套

55、管環(huán)空填滿石英砂后，泵入清水，攜帶地層砂通過(guò)模 擬套管，觀察出口返砂情況，記錄不同壓力下的出口排量。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，作滲流壓 力流量曲線(如圖 37)。圖中 I 為 0.4mm 割縫管濾砂曲線、II 為 0.35mm 割縫管(充 填 0.50.8mm 石英砂)濾砂曲線、III 為 0.35mm 割縫管(充填 0.40.8mm 石英砂)濾砂 曲線、IV 為 0.30mm 割縫管(充填 0.40.8mm 石英砂)濾砂曲線。圖 37 濾砂割縫篩管流量壓力曲線從試驗(yàn)和圖 37 可以看出：試驗(yàn)中出口未出地層砂，說(shuō)明 0.30mm、0.35mm 割縫 篩管與 0.40.8mm 充填砂，0.35mm、0.40mm 割縫篩管與 0.50.8mm 充填砂配伍性 較好，具有良好的擋砂性能，能滿足現(xiàn)場(chǎng)防砂生產(chǎn)需要；0.4mm 割縫篩管滲流能力稍23中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)大于 0.35mm 割縫篩管；由于加入地層砂量較少，試驗(yàn)效果不明顯，但加入量稍大，又 因管線太細(xì)而產(chǎn)生堵塞，所以本項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果僅作定性參考。 D、室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析 對(duì)于地層砂粒度中值小于 0.12rnm