防砂設(shè)備理論知識(shí)培訓(xùn)

防砂設(shè)備理論知識(shí)培訓(xùn)第一頁，共50頁。完井的定義及分類防砂方式及原理出砂機(jī)理和導(dǎo)致的問題目錄充填方式的選擇設(shè)備及作業(yè)流程簡介作業(yè)應(yīng)急預(yù)案第二頁，共50頁。完井的定義及分類

銜接鉆井工程與采油工程而又相對(duì)獨(dú)立的工程，是從鉆開油氣層開始到下套管注水泥、固井、射孔先期防砂，下生產(chǎn)管柱、排液，直至投產(chǎn)的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。海上油田由于其特殊性，鉆完井的工作界面在于從固井結(jié)束開始。因鉆完井的一體化的實(shí)行，目前這種界面正在消失！第三頁，共50頁。完井的定義及分類射孔完井：能有效地封隔含水夾層、易塌夾層、氣頂和底水；能完全分隔和選擇性地射開不同壓力、不同物性的油氣層，避免層間干擾；能具備實(shí)施分層注采和選擇性增產(chǎn)措施的條件。裸眼完井：油氣層完全裸露，具有最大滲流面積。不能阻擋油層出砂、不能避免層間干擾，也不能有效地實(shí)施分層措施。適用于巖性堅(jiān)硬、井壁穩(wěn)定、無氣頂或底水、無含水夾層的塊狀碳酸巖或硬質(zhì)砂巖油藏，和層間差異不大的層狀油藏。第四頁，共50頁。完井的定義及分類礫石充填完井：是最有效的早期防砂完井方式，主要用于膠結(jié)疏松、易出砂的砂巖油藏，特別是稠油砂巖油藏。分套管礫石充填和裸眼礫石充填完井，在渤海油田完井中，套管內(nèi)射孔和礫石充填防砂完井所占比例較大，裸眼礫石充填完井和裸眼特殊篩管完井等方式。多級(jí)復(fù)合完井：根據(jù)油藏的具體特點(diǎn)選用以上多種完井方式的組合。第五頁，共50頁。完井的定義及分類防砂方式及原理出砂機(jī)理和導(dǎo)致的問題目錄充填方式的選擇設(shè)備及作業(yè)流程簡介作業(yè)應(yīng)急預(yù)案第六頁，共50頁。出砂機(jī)理和導(dǎo)致的問題一、出砂機(jī)理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(qiáng)度就有可能出砂。地層強(qiáng)度決定于地層膠結(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。地層應(yīng)力包括地層結(jié)構(gòu)應(yīng)力、上覆壓力、流體流動(dòng)時(shí)對(duì)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。由此可見，地層出砂是又多種因素決定的。主要可以分為先天原因和開發(fā)原因。第七頁，共50頁。出砂機(jī)理和導(dǎo)致的問題1、先天性原因先天性原因是指砂巖地層的地質(zhì)條件，也就是砂巖地層含有膠結(jié)礦物數(shù)量的多少、類型的不同和分布規(guī)律的差異，再加上地質(zhì)年代的因素，就形成了砂巖油、氣藏不同的膠結(jié)強(qiáng)度。一般來說，膠結(jié)礦物數(shù)量多，類型好，分布均勻，地質(zhì)年代早，砂巖油、氣藏的膠結(jié)強(qiáng)度就大，反之就小。第八頁，共50頁。出砂機(jī)理和導(dǎo)致的問題2、開發(fā)因素人為的開發(fā)因素造成油、氣井出砂。這些因素有的可以避免，有的不可能避免。不恰當(dāng)?shù)拈_采速度以及采油速度的突然變化，落后的開采技術(shù)，低質(zhì)量和頻繁的修井作業(yè)，設(shè)計(jì)不良的酸化作業(yè)和不科學(xué)的生產(chǎn)管理等造成油氣井出砂，這些都應(yīng)當(dāng)盡可能避免。隨著油、氣田開發(fā)期延續(xù)，油、氣層壓力自然下降，儲(chǔ)層砂巖體承載砂礫的負(fù)荷逐漸增加，致使砂礫間的應(yīng)力平衡破壞，膠結(jié)破壞，造成地層出砂，這種出砂不可避免。第九頁，共50頁。出砂機(jī)理和導(dǎo)致的問題二、出砂導(dǎo)致的問題油、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(huì)越來越嚴(yán)重，致使出砂油、氣井不能有效的開發(fā)。出砂的危害主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：減產(chǎn)或停產(chǎn)作業(yè)地面和井下設(shè)備磨蝕套管損壞、油井報(bào)廢第十頁，共50頁。完井的定義及分類出砂機(jī)理和導(dǎo)致的問題目錄充填方式的選擇設(shè)備及作業(yè)流程簡介作業(yè)應(yīng)急預(yù)案防砂方式及原理第十一頁，共50頁。防砂方法及原理一、防砂方法分類傳統(tǒng)的防砂方法主要有以下幾種：砂拱防砂機(jī)械防砂化學(xué)防砂焦化防砂第十二頁，共50頁。防砂方法及原理一、防砂方法分類和原理目前我們渤海地區(qū)采用的主要是機(jī)械防砂。機(jī)械防砂一般分為兩類，一類是下入預(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(jìn)入井筒的細(xì)地層砂堵塞。另一類是下入防砂管柱后再進(jìn)行充填，充填材料一般是礫石。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。這種防砂方法也是我們目前使用最多的方法。第十三頁，共50頁。防砂方法及原理二、水充填防砂機(jī)理射孔段水充填機(jī)理：在油井中下入防砂管柱（篩管、盲管、沖管、封隔器等）后，進(jìn)行水充填防砂施工工藝，在防砂管柱外部（包括炮眼和地層近井地帶）充填礫石，建立人工防砂屏障，阻止地層砂隨生產(chǎn)流體流出地層。（見下圖）第十四頁，共50頁。防砂方法及原理二、水充填防砂機(jī)理射孔段中攜砂液無漏失充填第十五頁，共50頁。防砂方法及原理1、0°－45°直井或斜井水充填該范圍直井或斜井水充填效果不會(huì)因角度變化而產(chǎn)生影響，充填液濃度保持一定，篩管和環(huán)空有足夠的攜砂液漏失到射孔段中，能夠?qū)⑴诳壮涮蠲軐?shí)。礫石在篩管和環(huán)空中充填沉降的先后順序不因井斜角變化而變化，但隨井斜角度增大，礫石向充填套管內(nèi)較低的部位。（見下圖）第十六頁，共50頁。防砂方法及原理1、0°－45°直井或斜井水充填第十七頁，共50頁。防砂方法及原理2、45°－60°定向井水充填45°－55°，第一層，從上端向底部充填，礫石先充填篩管和套管環(huán)空較低的一邊。第二層，再沿環(huán)空底端向上充填。第三層與第一層相同，依此類推，直至篩管和套管的環(huán)空最上部，從底端向上端全部充填密實(shí)。（見下圖）第十八頁，共50頁。防砂方法及原理2、45°－60°定向井水充填第十九頁，共50頁。防砂方法及原理3、60°井斜充填段第一層，礫石從底部向上，沿篩管和套管環(huán)空底部一側(cè)充填。第二層，從上部沿著第一層向下充填到底端，以后各層與第二層充填方向相同，直至套管上邊從下部向上端全部充填完畢為止。（見下圖）第二十頁，共50頁。防砂方法及原理3、60°井斜充填段第二十一頁，共50頁。防砂方法及原理4、60°－110°水充填65°－70°定向井，礫石先沉降出一個(gè)砂丘，攜砂液在砂丘后依次沉降，最后充填砂丘上面的空間。如果攜砂液在炮孔中的漏失量少，或攜砂液返回沖管的液量大，那么在60°－110°定向井中的形成砂丘后，不再向后充填，而形成后面的孔穴。D沖管/d篩管＝0.5,泵速Q(mào)＝0.5－1.0BPM,不能有效充填篩管和套管的環(huán)空。流速大于1ft/s,D沖管/d篩管=0.75,礫石N<1.0bbl/gal，充填效果好。第二十二頁，共50頁。防砂方法及原理4、60°－110°水充填第二十三頁，共50頁。充填方式的選擇防砂方式及原理出砂機(jī)理和導(dǎo)致的問題目錄完井的定義及分類設(shè)備及作業(yè)流程簡介作業(yè)應(yīng)急預(yù)案第二十四頁，共50頁。充填方式的選擇根據(jù)地層的不同情況，現(xiàn)在渤海地區(qū)防砂一般采取三種充填方式：壓裂充填：所謂壓裂充填是指通過人工方法在井筒周圍受傷害地層里制造一條裂縫，然后在這條裂縫里填滿砂子，通過這條裂縫將井筒和未受傷害地層連接起來。從而達(dá)到增產(chǎn)的一種方法。（見下圖）第二十五頁，共50頁。充填方式的選擇高速水充填所謂高速水充填是指以鹽水或低黏度液體作為挾砂液，在高泵速下將充填液頂入地層，砂子留在地層射孔孔道和小的裂縫里。高速水充填分為兩種：第二十六頁，共50頁。充填方式的選擇高速水充填：充填壓力低于地層破裂壓力，而且僅僅是充填射孔孔道高速微壓裂水充填：充填壓力略高于地層破裂壓力，而且充填的是射孔孔道，并能制造和充填一些小的裂縫。100mdreservoir2mddamagePerforations第二十七頁，共50頁。充填方式的選擇第二十八頁，共50頁。充填方式的選擇影響礫石充填因素泵速Q(mào) 沖管直徑篩管形狀漏失量砂漿濃度第二十九頁，共50頁。充填方式的選擇砂柱高度的計(jì)算公式根據(jù)充填各參數(shù)，利用達(dá)西公式，計(jì)算充填在篩管以上管柱與套管環(huán)空的砂柱高度△P=泵壓與環(huán)空壓力之差——(psi)；Q=最終泵排量——(bpm)A=盲管與套管之環(huán)空體積——(ft2/ft)；K=礫石砂滲透性——(darcy)ρ=攜砂液濃度——(ppg)；μ=攜砂液粘度——(cps)第三十頁，共50頁。設(shè)備及作業(yè)流程簡介防砂方式及原理出砂機(jī)理和導(dǎo)致的問題目錄充填方式的選擇完井的定義及分類作業(yè)應(yīng)急預(yù)案第三十一頁，共50頁。設(shè)備情況簡介防砂泵參數(shù)：最高工作壓力：72MPa最大工作排量：2.07m3/min設(shè)備尺寸（m）/重量（T）：柴油機(jī)4.50*2.40*2.70/8.9

泵頭2.85*2.40*2.70/7.1設(shè)備及作業(yè)流程簡介第三十二頁，共50頁。設(shè)備情況簡介混砂橇參數(shù)：額定功率:300HP(224kw)吸入排量：20bbl/min(3.2方)清水排出流量：30bbl/min(4.8方)清最大輸砂量：862/min(1900bl/min)設(shè)備尺寸（m）/重量（t）：動(dòng)力撬：3.22*2.00*2.52/5.38加砂撬：2.80*2.00*3.20/3.41供液撬：1.92*1.15*1.16/0.92設(shè)備及作業(yè)流程簡介第三十三頁，共50頁。設(shè)備情況簡介儀表橇參數(shù)：排量通道：6個(gè)砂量通道：2個(gè)壓力通道：4個(gè)采集最大壓力：105Mpa電壓/功率：220V/7KWUPS能力：斷電時(shí)零時(shí)間切換至電池供電，可滿足50min持續(xù)電源。設(shè)備尺寸（m）：3.00*2.50*2.60設(shè)備重量（T）：3.57

設(shè)備及作業(yè)流程簡介第三十四頁，共50頁。設(shè)備情況簡介沉砂池參數(shù)：沉積罐容量：6方（內(nèi)置金屬篩網(wǎng)）離心泵排量：16BBL/min(2.67方/分)電機(jī)電壓/功率：380V/22KW尺寸（m）：3.10*2.30*2.50重量（T）：3.3設(shè)備及作業(yè)流程簡介第三十五頁，共50頁。設(shè)備情況簡介高壓管匯參數(shù)：額定壓力：105Mpa尺寸（m）：1.72*1.65*0.70重量（T）：1.2設(shè)備及作業(yè)流程簡介第三十六頁，共50頁。人員配置情況序號(hào)崗位數(shù)量1防砂隊(duì)長12泵主操23混砂主操14數(shù)據(jù)采集工程師15機(jī)械師16電氣師17防砂作業(yè)助手2設(shè)備及作業(yè)流程簡介第三十七頁，共50頁。1、位置示意圖2、設(shè)備擺放位置要求場地平整，視野開闊，保證作業(yè)時(shí)，操作人員能很好的觀察現(xiàn)場環(huán)境。3、原則上設(shè)備擺放采用分散擺放，（可根據(jù)場地大小進(jìn)行調(diào)整）。4、柴油機(jī)和控制室應(yīng)墊上枕木，減少運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生噪音，防止產(chǎn)生靜電。設(shè)備及作業(yè)流程簡介第三十八頁，共50頁。

流程示意圖設(shè)備及作業(yè)流程簡介第三十九頁，共50頁。1、防砂泵動(dòng)力端與液力端連接。2、混砂橇動(dòng)力端與供液橇、混配端液壓管線連接。3、儀表橇、沉砂池動(dòng)力電源連接。注：出海前在陸地做好設(shè)備的模擬作業(yè)調(diào)試工作；啟動(dòng)前檢查柴油機(jī)的液壓油、機(jī)油、柴油及冷卻水的液位應(yīng)符合要求，設(shè)備的各個(gè)閥門處于工作狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)。設(shè)備連接

檢查保養(yǎng)現(xiàn)場調(diào)試

設(shè)備及作業(yè)流程簡介第四十頁，共50頁。4、流程管線連接、加水、通水。5、設(shè)備啟動(dòng)檢查。6、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試。7、試壓作業(yè)。作業(yè)前設(shè)備啟動(dòng)檢查探井防砂作業(yè)曲線設(shè)備及作業(yè)流程簡介第四十一頁，共50頁。根據(jù)批準(zhǔn)的高速水充填泵送程序和相關(guān)作業(yè)單位召開作業(yè)前安全會(huì)，進(jìn)行技術(shù)交底，交底內(nèi)容應(yīng)包括但不限于：泵送程序、充填液用量、最大地面壓力、地面管線連接及試壓、地面自動(dòng)放壓閥的設(shè)定壓力、座封驗(yàn)封封隔器、防砂作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)分析、防砂作業(yè)應(yīng)急預(yù)案等，明確各個(gè)崗位責(zé)任。設(shè)備及作業(yè)流程簡介第四十二頁，共50頁。1、反循環(huán)測試底層隔離封隔器座封/驗(yàn)封完成后，上提管柱至反循環(huán)位置關(guān)萬能BOP用泥漿泵做反循環(huán)測試。記錄反循環(huán)泵速（2、4、6、8BPM）和泵壓（PSI）。2、循環(huán)測試下放管柱至循環(huán)充填位置（環(huán)空保持打開狀態(tài)）用防砂泵進(jìn)行正循環(huán)測試，記錄泵速為2.0bpm,4.0bpm,6bpm,8bpm,時(shí)的循環(huán)壓力。3、擠注測試在循環(huán)位置關(guān)閉萬能BOP和環(huán)空返出閥門分別以2bpm—10bpm的排量試擠并記錄相應(yīng)排量下的泵壓及套壓。在得到最后的擠注壓力后，迅速停泵，觀察壓降曲線。注：每個(gè)階段測試時(shí)間為2分鐘，壓力需基本保持穩(wěn)定。施工步驟設(shè)備及作業(yè)流程簡介第四十三頁，共50頁。4、高速水充填作業(yè)（1）在循環(huán)充填位置，根據(jù)試擠結(jié)果確定防砂泵的排量，環(huán)空返出為1.0-2.0bbl/min，環(huán)空壓力應(yīng)低于地層的破裂壓力及隔離封隔器允許的最大壓力。（2）在循環(huán)過程穩(wěn)定后，按照設(shè)計(jì)砂比進(jìn)行加砂。（3）出現(xiàn)脫砂壓力（超過正常充填壓力1000psi）后停止加砂，并記錄脫砂壓力和脫砂排量。保持泵壓緩慢以逐級(jí)方式降低泵速至1BPM，停泵。5、反循環(huán)沖砂一旦底層充填達(dá)到脫砂壓力，立即給環(huán)空加壓500psi，同時(shí)立即將工具上提到反循環(huán)位置，方井口倒反循環(huán)流程，開