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礫石充填防砂gravel pack繞絲篩管/橋式篩管

时間:2013年04月20日 作者:河北海倫点擊: Tags:石油篩管

礫石充填(gravel pack)防砂是應用最早,也是應用最廣泛的机械防砂方法。常用的礫石充填方式有兩种:一是用于裸眼完井的裸眼礫石充填;二是用于射孔完井的套管内礫石充填。裸眼礫石充填的滲濾面積大,礫石層厚,防砂效果好,有效期長,對油層産能影響小。常用于油井先期防砂,工藝較複雜,且對油層結构要求具有一定強度,對油層條件要求高(如厚度大、無氣、水夾層的單一油層)。其它情況則采用套管射孔完井後,再進行套管内礫石充填。
礫石充填防砂的施工設計應符合三條基本原則:一是注重防砂效果,正确選用防砂方法,合理設計工藝參数和工藝步驟,以達到阻止油層出砂的目的;二是采用先進的工藝技術,最大限度地減少其對油井産能的影響;三是注重綜合經濟效益,提高設計質量和施工成功率,降低成本。防砂設計要形成一套完整的程序,有利于方案的系統化和規範化,從而提高施工設計的質量。一般程序為:充填方式選擇->地層預處理設計->礫石設計->防砂管柱設計->攜砂液設計->施工工藝設計。
1) 充填方式選擇
根据防砂油層、油井的特点和設計原則,結合完井類型選擇合适的礫石充填方式。
2)地層預處理設計
根据油層砂樣分析化驗的結果和防砂井的具體情況,确定酸化解堵和粘土穩定處理等措施,同时考慮防乳化、防止新生沉澱等問題。這一步對于提高施工成功率、保證油井産能有着重要的意義。
3)礫石設計
    礫石設計主要包括确定礫石尺寸、礫石質量控制和礫石用量。
    (l)礫石尺寸選擇
通過篩析实驗取得防砂井油層砂樣粒度中值 d50後,根据計算公式求得所需用的礫石尺寸,即礫石的粒度中值D50。目前普遍采用Saucier公式
D50=(5~6) d50
該公式是在大量实驗基礎上得到的,实驗測得的礫/砂粒徑比与滲透率的关系曲線如圖8-6所示。圖8-7為礫石擋砂机理示意圖,圖中(a)表示D50/d50<6时,礫石与油層砂界面清楚,礫石擋住了油層砂,油氣井無砂生産;圖中(b)表示6<D50/d50<14时,油層砂部分侵入礫石充填層,造成礫/砂互混,礫石區滲透率下降,盡管油氣井不出砂,但産量下降;圖中(c)表示D50/d50>14时,油層砂可以自由通過礫石充填層,防砂無效。
(2)礫石質量
    為滿足防砂工藝要求,對礫石的質量要求主要有:砂礫粒度均勻;圓度、球度好;在标準的土酸中的溶解度小于1%;礫石試樣在水中攪拌後其濁度不大于50度;顯微鏡观察沒有發現兩個或兩個以上顆粒結晶块;滿足抗破碎試驗要求。
(3)充填礫石用量
礫石充填防砂所用的礫石数量要根据充填部位的體積來确定。為了保證施工質量,設計用量时要考慮足夠的附加量以提高其防砂效果。
4)防砂管柱設計
防砂施工管柱通常包括充填工具、生産篩管、信号篩管、光管、扶正器等。
(1)繞絲篩管
一般選用全焊接不鏽鋼繞絲篩管如圖8-9所示。它具有抗腐蝕,壽命長、耐高溫、流通面積大、篩隙外窄内寬呈梯形,具有“自潔”的作用。目前能加工的最小篩縫為0.1mm。上述優点是工业上廣泛應用的原因,缺点是造價高,相當于同直徑割縫襯管的2~3倍。
篩管的縫隙尺寸設計以擋住最小粒徑礫石為原則,按最小充填礫石粒徑的 l/2~2/3考慮。
    确定篩管直徑的原則是盡可能增大流通面積,又要保證有足夠的礫石充填層的徑向厚度,以保證充填層的擋砂能力和穩定性。對裸眼充填井,礫石充填環空徑向厚度應大于50mm;對管内充填井,應大于25mm。
    篩管的設計長度應超過産層射孔段上、下界各1.0~1.5m;裸眼完井的篩管長度應超過擴眼産層上、下界各 l m以上,以便确保篩管對準産層,獲得篩管的最大利用率,有利于提高防砂效果。
(2) 信号篩管
    信号篩管是根据地面施工需要設置的一段篩管。對常規低密度循環充填方式,設置上部信号篩管;而對高密度擠壓充填方式,設置下部信号篩管;底部信号篩管必須下過油層底界3m以上。其作用是:當信号篩管被充填礫石掩埋时,地面泵壓會迅速上升,給施工人員一個信号,以便及时轉入下一道施工工序。信号篩管的縫隙和直徑尺寸与生産篩管相同,長度一般為 l~2 m。
(3) 光管
    防砂管柱上的光管采用普通油管或套管,位于生産篩管与信号篩管之間,或生産篩管与充填工具之間。其作用是在光管与井筒的環形空間内儲備一部分充填礫石,因為施工結束後,已填充的礫石會壓实或通過炮眼進入油層而使礫石充填的高度下沉,這些儲備礫石起到補充作用,以防止生産篩管裸露而使防砂失效。
    光管的直徑与繞絲篩管的中心管直徑相同。光管的長度取決于充填方法,對低密度循環充填,光管長度一般為20~30 m;對高密度擠壓充填,光管長度不小于生産篩管長度。裸眼完井的光管段不宜設計在上部技術套管内,隻能設計在裸眼段内,這樣,光管与井眼之間的環空可以儲存更多礫石。



(4)扶正器
防砂施工管柱應使用扶正器,以保證管柱在井筒内居中,使篩管周圍均勻地布滿充填礫石,形成可靠的擋砂屏障。一般要求管柱的居中度不低于67%,需要在管柱上加裝足夠数量的扶正器。對于垂直井,扶正器間距為5~8m,對于井斜大于45°以上的定向井,扶正器的間距應小于3m。而且傾角越大,扶正器的間距越短。
(5)充填工具
按充填工藝的需要,常用的礫石充填工具的結构可分為三种:一是下沖法充填工具,工藝要求先把礫石投入防砂井筒,下入有下沖噴頭的防砂管柱,從油管内泵入工作液,沖擊礫石使其懸浮在井筒中,管柱得以逐漸下放,之後礫石沉降在管柱周圍形成擋砂屏障;二是反循環充填工具,工作液和砂漿從油套環空泵入井底,礫石留在篩管周圍,返出液進入篩管從油管内返出地面;三是轉換充填工具,工作液和砂漿從油管泵入井底,通過轉換工具使返出液從油套環空返出地面。
    下沖法充填工藝,其工具簡單,但易造成礫石大小分級現象,隻适用于淺井和薄層段;反循環充填工藝,其工具較為簡單,但砂漿易受套管内壁雜物的污染,使充填體滲透率下降,且套管柱必須承受充填壓力,攜砂液流速度低,用液量也較大,因此應盡可能少用;轉換充填工具可避免對砂漿的污染,套管也不必承受充填壓力,攜砂液流速度高,用液量也小,是比較理想的充填方法,但其工具結构複雜、种類多、作业難度大。
5)攜砂液的選擇
    礫石充填用攜砂液要求与其它完井和修井液一樣,必須對油層既無傷害又能達到應用目的,因此它在固相顆粒含量与顆粒大小、与油層産液和油層礦物的配伍性、反應生成物不堵塞油層孔隙等方面均有标準。攜砂液种類和用量應根据油井的具體情況和工藝要求進行選擇和設計。
6)施工工序設計
      施工工序設計包括防砂全過程的各個施工步驟、施工工藝參数及相應技術要求,施工器材的規格、数量以及施工裝備的型号、数量等。常規井管内礫石充填工工序如下:
(1)防砂準備:基液過濾->配酸->壓井->射孔->沖洗孔眼->井筒刮管、熱洗。
(2)預處理:下管柱->試壓(求吸收能力)->擠入前置液->擠酸液(或粘土穩定劑)->泵入頂替液->关井反應->起出管柱。
(3)礫石充填:下防砂管柱->洗井(正洗或反洗)->加砂;替砂泵->泵入頂替液->洗井->工具丢手、起出管柱。
(4)投産:下生産管柱,開井生産。
施工過程中應嚴格遵守有关井下作业規程和安全規定,并嚴格技術監督,以确保防砂施工質量和效果。

複合式濾砂篩管的研制与應用


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