幾種常見防砂技術(shù)原理與特點

張茂劍

(勝利油田油氣井下作業(yè)中心濱南作業(yè)大隊，山東 濱州 256600)

任何一種機械防砂方法都有其各自的特點和適用性，對于特定的油井，防砂成功的關(guān)鍵是防砂方法的選擇，防砂方法選擇不當是導(dǎo)致防砂失敗的主要原因。下面介紹幾種防砂技術(shù)原理與特點，以后防砂要根據(jù)地層特點選擇相應(yīng)的防砂方法。

一、雙層預(yù)充填篩管防砂技術(shù)

雙層預(yù)充填篩管由外篩管、內(nèi)篩管和內(nèi)外篩管間充填的礫石形成3層防砂屏障，具有良好的濾砂和擋砂作用，同時又具有一定滲透性能。其防砂管柱組成見圖1

圖一：雙層預(yù)充填篩管防砂

雙層預(yù)充填篩管防砂工藝技術(shù)的優(yōu)點：

(一)技術(shù)簡便，易于施工，對地層傷害小。

(二)可用于常規(guī)套管完成的豎直井、斜井、定向井、水平井的防砂。

存在問題：

(一)篩管成本較高。

(二)僅適用于油層不分采，粒度中值0.08mm以上的中粗砂巖地層;不適用于粉細砂地層、泥質(zhì)低滲透地層，以及高產(chǎn)油井。

二、可膨脹篩管防砂技術(shù)

可膨脹防砂篩管是在殼牌石油公司可擴展割縫管專利技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

圖二：可膨脹篩管防砂

ESS由可擴展割縫中心管、過濾層和可擴張式保護外套3部分構(gòu)成。過濾層是為可膨脹濾砂管特別研制的一種金屬絲網(wǎng)，它以重疊的方式附在割縫管本體上，這樣直徑增大時可保持防砂性能。在篩管的擴張過程中，由3層隔膜構(gòu)成的重疊式滲濾隔膜中間層發(fā)生徑向滑移，另外2層則發(fā)生軸向滑移，直到防砂篩管達到理想的直徑?？膳蛎浄郎昂Y管的防砂技術(shù)優(yōu)點：

(一)膨脹后緊貼井壁或套管，可防止地層砂的運移，從而避免由于地層砂重新分布而形成近井眼低滲透帶。

(二)防砂后的井下管柱內(nèi)徑大，過流面積大，減小了近井眼的壓降損耗和篩管沖蝕破壞的可能性，提高了膨脹篩管和單井壽命以及油氣藏的采收率。

(三)同管外封隔器配合可實現(xiàn)分層開采，適用于水平井和大位移井等。

(四)適應(yīng)于油層不分采，粒度中值0.07mm以上的砂巖地層。

存在的問題：

(一)若井眼極不規(guī)則，在井徑縮小處膨脹篩管會壓實近井地帶，生產(chǎn)時不易恢復(fù)地層原始狀態(tài);對于井徑擴大處，無法實現(xiàn)篩管與井壁或套管環(huán)空的“零間隙”，影響防砂效果。

(二)在篩管膨脹過程中，若遇井壁坍塌等復(fù)雜情況致使膨脹中斷，很難得到滿意結(jié)果。

三、復(fù)合縫腔割縫篩管

目前國內(nèi)外油田上使用的割縫篩管多為矩形或單梯形縫篩管，矩形縫的縫寬從管外到管內(nèi)是一致的，易造成砂粒堵塞，降低抽仙效果。梯形微縫篩管克服了矩形縫篩管的砂堵現(xiàn)象，具有很強的“自潔”作用，還具有流壓損失小、產(chǎn)量高、壽命長等優(yōu)點。單梯形縫篩管由于角度較大，縫口較尖銳，在采出液及其攜帶的微細砂粒的擠摩作用下，易使縫口的尖角磨損、縫寬變大，從而降低割縫篩管的防砂效果和使用壽命。針對上述情況，研制出具有復(fù)合縫腔的割縫篩管，應(yīng)用于油井防砂中取得了良好效果。

（一）復(fù)合縫腔割縫篩管的結(jié)構(gòu)設(shè)計

新型復(fù)合縫腔割縫防砂篩管的每條割縫都由管外至管內(nèi)依次連接的外窄內(nèi)寬角度較小的梯形縫、過渡圓弧和角度較大的梯形縫構(gòu)成。該篩管外層梯形縫的角度很小，近似于矩形，厚度為2-3 mm ,當有微小的砂粒進入縫腔時，可以被采出液帶走，使縫腔保持暢通，由于該層梯形縫的角度很小，因此，縫口在原油和微細砂粒的摩擦作用下的磨損速度減慢，可有效地提高篩管的使用壽命;管壁內(nèi)層大角度的梯形縫可較大地降低縫對原油的流阻。

（二）復(fù)合縫腔割縫篩管的特點

該種割縫篩管是采用筆者自行研制開發(fā)的等離子設(shè)備加工的。該種工藝方法是靠高頻的瞬時高溫、高壓作用進行加工，切割過程在專用復(fù)合水基工作液中完成，其特點是：

1.縫的表面耐磨和耐蝕性高。專用復(fù)合水基工作液在瞬時高溫、高壓作用下，產(chǎn)生電離和熱分解，電離和熱分解的產(chǎn)物在高溫和電場的作用下

與被切割的縫腔表面金屬材料產(chǎn)生化學反應(yīng)，在被加工后的縫腔表面上形成1層厚0.1-0.2 mm的淬硬防腐層，其硬度達管體硬度的2倍，且由外至內(nèi)逐漸減小，使淬硬層與管體的結(jié)合更加牢靠。

2.該縫腔克服了矩形縫易造成砂堵的現(xiàn)象，且具有很好的“自潔”效應(yīng)，由于原油從管外到管內(nèi)流經(jīng)的縫腔是逐漸加寬的，因此，其流阻小。

3.該種切割工藝加工出的縫寬尺寸一致性好、精度高，在縫的兩端不存在“火柴頭”現(xiàn)象，可以有效地提高篩管的強度和防砂效果。

四、結(jié)束語

為使機械防砂技術(shù)更好地服務(wù)于油氣井防砂，應(yīng)加大對油氣井的出砂與防砂機理的理論和實驗研究工作，建立一套較為科學完善的防砂理論體系;注重研究開發(fā)機械防砂方法與化學防砂方法等相復(fù)合的防砂方法和先進的防砂工具。