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砾石充填防砂gravel pack绕丝筛管/桥式筛管

时间:2013年04月20日 作者:河北海伦点击: Tags:石油筛管

砾石充填(gravel pack)防砂是应用最早,也是应用最广泛的机械防砂方法。常用的砾石充填方式有两种:一是用于裸眼完井的裸眼砾石充填;二是用于射孔完井的套管内砾石充填。裸眼砾石充填的渗滤面积大,砾石层厚,防砂效果好,有效期长,对油层产能影响小。常用于油井先期防砂,工艺较复杂,且对油层结构要求具有一定强度,对油层条件要求高(如厚度大、无气、水夹层的单一油层)。其它情况则采用套管射孔完井后,再进行套管内砾石充填。
砾石充填防砂的施工设计应符合三条基本原则:一是注重防砂效果,正确选用防砂方法,合理设计工艺参数和工艺步骤,以达到阻止油层出砂的目的;二是采用先进的工艺技术,最大限度地减少其对油井产能的影响;三是注重综合经济效益,提高设计质量和施工成功率,降低成本。防砂设计要形成一套完整的程序,有利于方案的系统化和规范化,从而提高施工设计的质量。一般程序为:充填方式选择->地层预处理设计->砾石设计->防砂管柱设计->携砂液设计->施工工艺设计。
1) 充填方式选择
根据防砂油层、油井的特点和设计原则,结合完井类型选择合适的砾石充填方式。
2)地层预处理设计
根据油层砂样分析化验的结果和防砂井的具体情况,确定酸化解堵和粘土稳定处理等措施,同时考虑防乳化、防止新生沉淀等问题。这一步对于提高施工成功率、保证油井产能有着重要的意义。
3)砾石设计
    砾石设计主要包括确定砾石尺寸、砾石质量控制和砾石用量。
    (l)砾石尺寸选择
通过筛析实验取得防砂井油层砂样粒度中值 d50后,根据计算公式求得所需用的砾石尺寸,即砾石的粒度中值D50。目前普遍采用Saucier公式
D50=(5~6) d50
该公式是在大量实验基础上得到的,实验测得的砾/砂粒径比与渗透率的关系曲线如图8-6所示。图8-7为砾石挡砂机理示意图,图中(a)表示D50/d50<6时,砾石与油层砂界面清楚,砾石挡住了油层砂,油气井无砂生产;图中(b)表示6<D50/d50<14时,油层砂部分侵入砾石充填层,造成砾/砂互混,砾石区渗透率下降,尽管油气井不出砂,但产量下降;图中(c)表示D50/d50>14时,油层砂可以自由通过砾石充填层,防砂无效。
(2)砾石质量
    为满足防砂工艺要求,对砾石的质量要求主要有:砂砾粒度均匀;圆度、球度好;在标准的土酸中的溶解度小于1%;砾石试样在水中搅拌后其浊度不大于50度;显微镜观察没有发现两个或两个以上颗粒结晶块;满足抗破碎试验要求。
(3)充填砾石用量
砾石充填防砂所用的砾石数量要根据充填部位的体积来确定。为了保证施工质量,设计用量时要考虑足够的附加量以提高其防砂效果。
4)防砂管柱设计
防砂施工管柱通常包括充填工具、生产筛管、信号筛管、光管、扶正器等。
(1)绕丝筛管
一般选用全焊接不锈钢绕丝筛管如图8-9所示。它具有抗腐蚀,寿命长、耐高温、流通面积大、筛隙外窄内宽呈梯形,具有“自洁”的作用。目前能加工的最小筛缝为0.1mm。上述优点是工业上广泛应用的原因,缺点是造价高,相当于同直径割缝衬管的2~3倍。
筛管的缝隙尺寸设计以挡住最小粒径砾石为原则,按最小充填砾石粒径的 l/2~2/3考虑。
    确定筛管直径的原则是尽可能增大流通面积,又要保证有足够的砾石充填层的径向厚度,以保证充填层的挡砂能力和稳定性。对裸眼充填井,砾石充填环空径向厚度应大于50mm;对管内充填井,应大于25mm。
    筛管的设计长度应超过产层射孔段上、下界各1.0~1.5m;裸眼完井的筛管长度应超过扩眼产层上、下界各 l m以上,以便确保筛管对准产层,获得筛管的最大利用率,有利于提高防砂效果。
(2) 信号筛管
    信号筛管是根据地面施工需要设置的一段筛管。对常规低密度循环充填方式,设置上部信号筛管;而对高密度挤压充填方式,设置下部信号筛管;底部信号筛管必须下过油层底界3m以上。其作用是:当信号筛管被充填砾石掩埋时,地面泵压会迅速上升,给施工人员一个信号,以便及时转入下一道施工工序。信号筛管的缝隙和直径尺寸与生产筛管相同,长度一般为 l~2 m。
(3) 光管
    防砂管柱上的光管采用普通油管或套管,位于生产筛管与信号筛管之间,或生产筛管与充填工具之间。其作用是在光管与井筒的环形空间内储备一部分充填砾石,因为施工结束后,已填充的砾石会压实或通过炮眼进入油层而使砾石充填的高度下沉,这些储备砾石起到补充作用,以防止生产筛管裸露而使防砂失效。
    光管的直径与绕丝筛管的中心管直径相同。光管的长度取决于充填方法,对低密度循环充填,光管长度一般为20~30 m;对高密度挤压充填,光管长度不小于生产筛管长度。裸眼完井的光管段不宜设计在上部技术套管内,只能设计在裸眼段内,这样,光管与井眼之间的环空可以储存更多砾石。



(4)扶正器
防砂施工管柱应使用扶正器,以保证管柱在井筒内居中,使筛管周围均匀地布满充填砾石,形成可靠的挡砂屏障。一般要求管柱的居中度不低于67%,需要在管柱上加装足够数量的扶正器。对于垂直井,扶正器间距为5~8m,对于井斜大于45°以上的定向井,扶正器的间距应小于3m。而且倾角越大,扶正器的间距越短。
(5)充填工具
按充填工艺的需要,常用的砾石充填工具的结构可分为三种:一是下冲法充填工具,工艺要求先把砾石投入防砂井筒,下入有下冲喷头的防砂管柱,从油管内泵入工作液,冲击砾石使其悬浮在井筒中,管柱得以逐渐下放,之后砾石沉降在管柱周围形成挡砂屏障;二是反循环充填工具,工作液和砂浆从油套环空泵入井底,砾石留在筛管周围,返出液进入筛管从油管内返出地面;三是转换充填工具,工作液和砂浆从油管泵入井底,通过转换工具使返出液从油套环空返出地面。
    下冲法充填工艺,其工具简单,但易造成砾石大小分级现象,只适用于浅井和薄层段;反循环充填工艺,其工具较为简单,但砂浆易受套管内壁杂物的污染,使充填体渗透率下降,且套管柱必须承受充填压力,携砂液流速度低,用液量也较大,因此应尽可能少用;转换充填工具可避免对砂浆的污染,套管也不必承受充填压力,携砂液流速度高,用液量也小,是比较理想的充填方法,但其工具结构复杂、种类多、作业难度大。
5)携砂液的选择
    砾石充填用携砂液要求与其它完井和修井液一样,必须对油层既无伤害又能达到应用目的,因此它在固相颗粒含量与颗粒大小、与油层产液和油层矿物的配伍性、反应生成物不堵塞油层孔隙等方面均有标准。携砂液种类和用量应根据油井的具体情况和工艺要求进行选择和设计。
6)施工工序设计
      施工工序设计包括防砂全过程的各个施工步骤、施工工艺参数及相应技术要求,施工器材的规格、数量以及施工装备的型号、数量等。常规井管内砾石充填工工序如下:
(1)防砂准备:基液过滤->配酸->压井->射孔->冲洗孔眼->井筒刮管、热洗。
(2)预处理:下管柱->试压(求吸收能力)->挤入前置液->挤酸液(或粘土稳定剂)->泵入顶替液->关井反应->起出管柱。
(3)砾石充填:下防砂管柱->洗井(正洗或反洗)->加砂;替砂泵->泵入顶替液->洗井->工具丢手、起出管柱。
(4)投产:下生产管柱,开井生产。
施工过程中应严格遵守有关井下作业规程和安全规定,并严格技术监督,以确保防砂施工质量和效果。

复合式滤砂筛管的研制与应用


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