一種新型環(huán)保防砂工藝的現(xiàn)場應(yīng)用

摘 要：水帶干灰砂人工井壁防砂（簡稱水防）是以水泥為膠結(jié)劑，以石英砂為支撐，按1：2重量比例在地面拌合均勻，用水?dāng)y至井下，擠入套管外，堆積于出砂層位，凝固后形成具有一定強(qiáng)度和滲透性的人工井壁，可以阻擋地層砂流進(jìn)井筒并具備一定的堵水作用，是國內(nèi)較普遍的一種防砂工藝。但人工配制干灰砂存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、粉塵污染嚴(yán)重、灰砂比混合不均勻、施工參數(shù)不易控制影響防砂質(zhì)量等缺點(diǎn)。

本文介紹一種新型環(huán)保水防工藝，通過建立兩項(xiàng)主要施工參數(shù)水泥漿密度及砂比之間的函數(shù)關(guān)系，整合固井車、混砂車、水泥車等特種設(shè)備，研究出一套新型水帶干灰砂自動(dòng)配置工藝，該工藝全過程機(jī)械密閉配置，無粉塵污染，大幅降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，施工環(huán)保健康。

關(guān)鍵詞：水防;粉塵污染;整合;機(jī)械配置;環(huán)保

1.前言

八面河油田屬于疏松砂巖油藏，該類油藏埋藏淺，膠結(jié)疏松，成巖性差，開發(fā)中出砂嚴(yán)重，除北區(qū)沙四段和廣北區(qū)不出砂外，其余區(qū)塊均要防砂生產(chǎn)，針對(duì)水井，最常用的防砂工藝為水帶干灰砂地層人工井壁防砂（簡稱水防），每年工作量在20-25口。但由于設(shè)備和工藝落后，存在人工配置干灰砂勞動(dòng)強(qiáng)度大、粉塵污染嚴(yán)重、物料浪費(fèi)大后期處置難、施工參數(shù)不科學(xué)無監(jiān)控影響防砂質(zhì)量、水泥車配置低施工時(shí)泵壓、排量受限制等缺陷，極大的制約了水帶干灰砂防砂質(zhì)量及成功率。為了提高水帶干灰砂防砂質(zhì)量，降低操作員工勞動(dòng)強(qiáng)度和減少環(huán)境污染，研究水帶干灰砂自動(dòng)配置工藝技術(shù)，科學(xué)合理確定施工參數(shù)，將整體提升水防施工質(zhì)量。

2.前期所做的工作

2.1 水帶干灰砂防砂室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)

室內(nèi)試驗(yàn)報(bào)告表明，當(dāng)灰砂重量比在1：1.5～2時(shí)，此時(shí)的人工井壁滲透率最高，抗折強(qiáng)度最大，可以同時(shí)滿足注水和防砂的需要。

2.2 建立重要施工參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系

理論計(jì)算過程如下：

設(shè)：穩(wěn)定施工過程中水泥、砂子水的混合液排量為V，砂比為M，水泥漿密度為ρ

已知：干水泥密度為3.15g/cm3，石英砂密度為1.5g/cm3，清水密度為1g/cm3 求：ρ=f﹙M﹚

解：單位時(shí)間1min內(nèi)。

水泥、砂子混合液體積為V，得出：石英砂體積為VM;重量為1.5VM，

當(dāng)水泥和石英砂重量比為1：2時(shí) 得出干水泥重量：？×1.5VM=？VM

得出：V升混合液中水泥漿的體積為：V—VM=V﹙1—M﹚

V升混合液中水泥漿重量=干水泥重量+水的重量=？VM+﹙V—VM—？VM/3.15﹚×1=﹙1—0.488M﹚V

得出：水泥漿密度為ρ=V升混合液中水泥漿重量÷V升混合液中水泥漿的體積=﹙1—0.488M﹚V/V﹙1—M﹚=﹙1—0.488M﹚/﹙1—M﹚

所以當(dāng)灰砂重量比為1：2時(shí)，有ρ=﹙1—0.488M﹚/﹙1—M﹚

其中：ρ代表水泥漿密度：g/cm3 ，M代表砂比（砂子在攜砂液中的體積比）

現(xiàn)場施工可以參考的幾組數(shù)據(jù)：

砂比M=10%時(shí)，水泥漿密度ρ=﹙1—0.0488﹚/﹙1—0.1﹚=1.057g/cm3

砂比M=15%時(shí)，水泥漿密度ρ=1.09g/cm3

砂比M=20%時(shí)，水泥漿密度ρ=1.13g/cm3

當(dāng)灰砂重量比為1：1.5時(shí)，依據(jù)同樣算法可以得到：ρ=﹙1—0. 317M﹚/﹙1—M﹚

現(xiàn)場施工可以參考的幾組數(shù)據(jù)：

砂比M=10%時(shí)，水泥漿密度ρ=﹙1—0.0317﹚/﹙1—0.1﹚=1.076g/cm3

砂比M=15%時(shí)，水泥漿密度ρ=1.12g/cm3

砂比M=20%時(shí)，水泥漿密度ρ=1.17g/cm3

結(jié)論：1、水泥漿密度和砂比之間存在函數(shù)關(guān)系，但和施工排量沒有關(guān)系。 2、施工中如果需要改變排量，無需調(diào)整砂比和水泥漿密度，但考慮到固井車的輸出排量極限，結(jié)合防砂工藝設(shè)計(jì)，一般排量最高不超過1.5方。 3、需要提高砂比時(shí)，須相應(yīng)提高水泥漿密度。目前的水防工藝設(shè)計(jì)要求：砂比為10%，灰砂重量比為1：2，施工排量控制在0.8-1方/分鐘。通過以上計(jì)算，推薦使用密度值在1.06 ～ 1.07的水泥漿作為攜砂液。

2.3整合特種車輛

施工車輛由五個(gè)分系統(tǒng)組成：供水、配漿、混砂及計(jì)量、泵入、指揮。

2.3.1 供水系統(tǒng)：

由若干運(yùn)輸水罐車、1臺(tái)供水泵車、一個(gè)15方地面敞口水池及地面管線組成，負(fù)責(zé)向固井水泥車輸送清水或地層水配置水泥漿。

2.3.2 配漿系統(tǒng)：

由1臺(tái)固井水泥車、1-2臺(tái)運(yùn)輸灰罐車及地面管線組成，負(fù)責(zé)配置密度符合工藝要求的水泥漿輸送給混砂車，要求水泥漿密度穩(wěn)定，輸出排量不低于0.8方/分鐘。由人工每間隔5分鐘測量一次，及時(shí)反饋到指揮系統(tǒng)。

2.3.3 混砂及計(jì)量系統(tǒng)：

由混砂車、砂罐車組成，負(fù)責(zé)輸砂、拌砂并將攪拌均勻、灰砂比例適合的水泥砂漿輸送給地面高壓管匯，同時(shí)，通過車載自動(dòng)控制、計(jì)量系統(tǒng)調(diào)節(jié)、錄取瞬時(shí)砂量、總砂量并計(jì)算出砂比值、施工排量、施工流量等數(shù)據(jù)，同步反饋給儀表車。

2.3.4 泵入系統(tǒng)：

由3臺(tái)700型水泥車、地面高壓管匯、井口流程組成，負(fù)責(zé)將混砂車輸出的水泥砂漿混合液吸入，通過柱塞泵加壓后泵入井下防砂層位，完成水防施工，施工中的排量、泵壓電信號(hào)經(jīng)地面數(shù)據(jù)電纜傳輸?shù)絻x表車，顯示在儀表車電腦屏上。此外，井口套管一端有套管壓力傳感器與儀表車相連，及時(shí)向指揮臺(tái)傳輸套管施工壓力值，套管另一端連接一臺(tái)400型水泥車，一旦出現(xiàn)井下管柱堵塞，便于及時(shí)反洗井消除堵塞，保證施工順利進(jìn)行。

2.3.5指揮系統(tǒng)：

由儀表車及配套數(shù)據(jù)傳輸電纜組成，施工中除水泥漿密度值需人工監(jiān)測匯報(bào)外，其它各項(xiàng)施工參數(shù)均反饋到儀表車，儀表車根據(jù)預(yù)先設(shè)定的電腦程序，，并繪制成施工工作曲線。實(shí)時(shí)采集、顯示、記錄水防作業(yè)全過程的數(shù)據(jù)，并對(duì)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理、記錄保存在顯示屏上及時(shí)顯示，最后打印輸出施工數(shù)據(jù)和曲線。

水帶干灰砂自動(dòng)配置工藝現(xiàn)場車輛流程圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

分別在萊6-斜4井和面4-7-195井等8口井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)的要求，作業(yè)施工一次成功率100%、工藝成功率100%。

4 結(jié)論及建議

4.1 整合現(xiàn)有特種車輛并作必要的技術(shù)改進(jìn)，在施工現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)水帶干灰砂自動(dòng)配置，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少環(huán)境污染，通過在現(xiàn)場8口井的應(yīng)用實(shí)踐表明，該工藝是完全可行的，可以在八面河油田水防施工中推廣應(yīng)用。

4.2該工藝實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化自動(dòng)配置水帶干灰砂，對(duì)比傳統(tǒng)的人工配置，灰砂比更均勻，數(shù)據(jù)更精確，防砂質(zhì)量更有保證。

4.3 干水泥灰、石英砂均采用專車儲(chǔ)運(yùn)，無雜質(zhì)混入，若一次施工有剩余，不會(huì)造成處置浪費(fèi)。

作者簡介：

黃永剛 1970年2月生，1990年7月畢業(yè)于重慶石油學(xué)校開采專業(yè)，長期從事井下作業(yè)技術(shù)管理工作，現(xiàn)為中石化江漢油田分公司采服中心工藝研究所支部書記。工程師。