【導讀】多數(shù)疏松或較疏松的油層有出砂現(xiàn)象。油氣井出砂會造成磨蝕井下、地面設備和工具。，橋堵或堵塞井眼，降低油氣井產(chǎn)量或迫使油氣井停產(chǎn)。我國海上發(fā)現(xiàn)的疏松或較疏松油氣藏較多。科學地進行出砂預測，為防砂提供了可靠的決策依據(jù)。1）油氣水井在其生命期內是否出砂？地層強度決定于膠結物的膠結力、流。體的粘著力、地層顆粒之間的摩擦力以及地層顆粒本身的重力。地層應力包括地層結構應力、上覆壓力、流體流動時對地層顆粒施加的推力，還有地層孔隙壓力和生產(chǎn)壓差形成的作用力，此為最重要的影響因素。一般認為單軸抗壓強度低于的巖石。膠結物的種類性質和數(shù)量，對巖石的強度起著至關重要的作用，地層巖石遭到破壞而出砂，其本質是膠結物被破壞，形成分散的砂粒。3）生產(chǎn)壓差或生產(chǎn)速度過大。7）操作管理措施不當，例如造成井下過大的壓力激動等。數(shù)日自行破裂、或可在巖心上用指甲能刻痕。對巖心浸水或浸鹽水，巖心易破碎，說明當含水率上升時，巖石強度將降低。

　　

【正文】 937 所示。另一種是稠化鹵水（或鹽水），粘度 50～ 100 mPa S。它們的攜砂比和充填排量參見表 938。 低粘攜砂液要求采用高排量，低攜砂比。高排量的作用是不使礫石脫離流線超前沉降而造成粗細分級、砂橋等不良后果，還可攜帶部分礫石進入炮眼充填到套管以外地區(qū)，表 939為低粘攜砂液施工主要優(yōu)缺點。 低粘攜砂液可用于長井段充填和裸眼井充填。振動充填作業(yè)，只有低粘液砂漿才能使礫石更好地接受振動波的作用而形成密實的充填體。 2）高粘液。 高粘液的粘度范圍為 500～ 700mPa S，攜砂比可達 1000～ 1800kg/m3。粗礫石選用下限，細礫石 選用上限。充填排量為 ～ ／ min。高粘攜砂液的特點是粘度高，攜砂能力強，只需要較小的充填排量。優(yōu)缺點如表 9310 所示。 高粘攜砂液的基液是有一定濃度的鹽水，以防對粘土地層造成傷害。除了加人一定數(shù)量的稠化劑進行充分攪拌以外，在泵送開始前還應加人破膠劑，破膠劑的品種和用量都要經(jīng)過試驗室試驗，以便取得理想的充填效果。高粘攜砂液主要用在高密度擠壓充填作業(yè)中，利用其攜砂性注能好的特點把大量的礫石帶進炮眼擠到套管以外的區(qū)域中去，以形成高滲透率的近井區(qū)，有利于提高產(chǎn)量。 3）中粘液。 中粘液的 粘度為 300～ 400 mPa S，攜比為 400～ 500 ，充排量為 ～ m3/min，可以成功地應用于高斜度井礫石充填作業(yè)，充填率可達 95％。中粘攜砂液已具有足夠的攜砂能力，即便不循環(huán)使用，也具有較好的經(jīng)濟性，此外，用它施工礫石沉降小，篩縫堵塞現(xiàn)象不嚴重。 4）泡沫液。 泡沫攜砂液可用于低壓井。由于泡沫液中空氣高達 80％～ 97％，含液量少，不存在低壓漏失問題。此外這種攜砂液攜砂能力大，充填后礫石沉降少，篩縫不容易被堵塞，對地層造成的污染小。故可以用于高斜度井礫石充填。但 泡沫攜砂液工藝相對復雜。 攜砂液的選用根據(jù)完井類型、油、氣井具體情況和工藝要求進行選用，可參考表 9311攜砂液的選用。 6．井下防砂工具的選擇 （ 1）繞絲篩管和割縫襯管的選擇 全焊接不銹鋼繞絲篩管，國內選用 ICrl8Ni9Ti 不銹鋼絲為原料，軋制成一定尺寸的三角形截面的繞絲和縱筋繞制而成。在繞制過程中，繞絲和縱筋的每一個交叉接觸點都用電阻焊焊接在一起，使篩套形成具有一定強度的整體。按一定的長度要求兩端切平，焊上接箍。接箍與縱筋從篩套內徑處焊牢，以免影響篩管整體強度。在車平 或打磨接箍內徑焊瘤后，將帶孔中心管穿入篩套，再把篩套兩端接箍焊在中心管上。制成繞絲篩管（看圖 923 繞絲篩管）。 這種全焊接不銹鋼繞絲篩管的優(yōu)點是： 1）耐腐蝕、工作壽命長； 2）外窄內寬的篩縫具有一定的“自潔”作用（見圖 939），輕微的堵塞可被產(chǎn)出流體疏通； 3）連續(xù)繞絲形成連續(xù)縫隙，流通面積大，篩管內外幾乎沒有壓力降，從圖 9310 繞絲篩管與割縫襯管流通能力對比看出，顯然繞絲篩管的流通能力大大超過割縫襯管； 4）在制造工藝上，繞絲篩管還能最大限度地滿足縫隙尺寸的設計要求，最小縫隙可達 ， 任何工業(yè)礫石都能選配到合適的篩管縫隙尺寸。綜合上述優(yōu)點，繞絲篩管成為被廣泛應用的原因。其缺點是造價高，通常為割縫襯管的 2～ 3 倍。 割縫襯管可直接使用鋸片銑刀在銑床上銑削套管壁而制成?？p隙尺寸決定銑刀的寬度。受銑刀寬度的限制， 以下的割縫寬度加工困難，因此割縫襯管適用于中一粗地層砂。由于套管是碳素結構鋼，耐腐蝕性差，尤其是縫隙尺寸易受腐蝕而增大，使防砂有效期縮短。割縫襯管也可以加工成外小內大的縫隙形狀，但加工麻煩，費時耗資，成本上升。 在選擇繞絲篩管或割縫襯管時，應考慮防砂井的具體條件 和綜合經(jīng)濟效果。如果井液腐蝕性弱，地層砂較粗，產(chǎn)能又偏低的地層可以適當選用割縫襯管；反之，應選用繞絲篩管。井段超過 30m 的產(chǎn)層，海上油、氣田亦應考慮使用繞絲篩管。此外，針對特殊油、氣井的條件，還可以選用特殊的材質和設計的機械結構來制造繞絲篩管。如在硫化氫含量較高的油、氣井中，可使用 Crl8Nil2Mo2Ti 不銹鋼材質，這種材質具有高的抗硫化氫腐蝕能力；在熱采井中，可以采用滑動式篩套，以防篩套與中心管因膨脹系數(shù)不一致而造成損壞；在某些地方還可以選用預充填雙層繞絲篩管或多層繞絲篩管。 （ 2）繞絲篩管和割 縫襯管縫隙大小的選擇 從防砂工藝的要求來看，縫隙尺寸是防砂管柱最重要的設計尺寸。原則上應能滿足擋住最小充填礫石的要求。具體計算應等于最小充填礫石尺寸的 1/2～ 2/3。例如 20/40 目礫石尺寸為 ～ ，它的最小尺寸為 。那么，篩管縫隙尺寸應在下列兩個數(shù)值之間： l/2＝ 2/3＝ 取圓整值為 。各種目數(shù)的礫石所對應的縫隙尺寸可參考表 9312 礫石與縫隙尺寸相應配合表。 （ 3）繞絲篩管的長度 生產(chǎn)篩管的設計長度應超過產(chǎn)層射孔段上、下界各 ～ ；裸眼完井的篩管長度應超過擴眼產(chǎn)層上、下界各 1m 以上。以確保篩管對準產(chǎn)層，獲得篩管的最大利用率，有利于提高產(chǎn)量。 通常篩管的公稱長度有 9m、 6m、 3m（ 30ft、 20ft 和 10ft）數(shù)種，訂購繞絲篩管時，應詳細說明以下內容： l）繞絲篩管的型號（即商標名字）。 2）繞絲篩管的直徑。 3）繞絲縫隙尺寸。 4）材質，通常不銹鋼篩管用不銹鋼絲繞在碳素結構鋼管體上，如果需要，管體也可用不銹鋼，不過其價格比普通的管 體要高。 5）篩管長度。 6）管體在外螺紋端和內螺紋端的長度。 7）特殊要求。 （ 4）繞絲篩管的直徑選擇 設計篩管直徑的原則是既要盡可能增加過流面積，又要在套管與篩管之間留出足夠的環(huán)形空間以保證充填層有足夠的厚度，使之具有良好的擋砂能力和穩(wěn)定性。充填層太薄不利于防砂，地層流體很容易沖開單薄的礫石層直接沖刺篩管，致使篩管破壞，防砂失敗。篩管直徑過大容易在窄小處形成砂拱，使充填率下降，造成防砂失敗。 對于裸眼礫石充填完井，篩管外徑應等于或小于裸眼井徑減去 100mm，也就是說礫石充填環(huán)形空間的徑向厚度不小于 50mm。 套管內礫石充填的篩管外徑應等于或小于套管內徑減去 50mm，即礫石充填環(huán)形空間的徑向厚度不小于 19mm。 裸眼和套管內礫石充填完井各種井徑與篩管直徑配合原則上應符合礫石尺寸越大，充填厚度也相應加大的規(guī)律。 考慮到采油工具，打撈工具的下入，一般來說，繞絲篩管的直徑應盡可能大一些，但另一方面須留有足夠的環(huán)空，以便充填礫石時不會發(fā)生砂橋。若使用 20／ 40 目或更小的礫石，環(huán)空間隙尺寸保留 19～ （ 3／ 4～ 1in）即可。表 9313 為 BAKER 公司的推薦值。 （ 5）盲管直徑和長度的選擇 盲管是一般油管或套管，位于生產(chǎn)篩管與信號篩管之間或生產(chǎn)篩管與充填工具之間。盲管的作用是在它與井筒的環(huán)形空間里儲備充填礫石。施工結束后，充填礫石會發(fā)生密實性沉降，也有可能通過炮眼進入地層，這就會使礫石充填的高度下降。這些儲備礫石起到補充的作用，以防止生產(chǎn)篩管裸露而使防砂失效。儲備的礫石在環(huán)形空間中還起到了阻止地層流體沿著環(huán)形空間向上運動的作用。 盲管的內、外徑與繞絲篩管的中心管內、外徑可以不相同。其長度應根據(jù)充填方法不同有所差別 。通常，低密度循環(huán)充填的盲管為 20～ 30m，特殊情況下，也可不下入盲管，而在下部延伸管／套管環(huán)空儲備礫石。高密度擠壓充填的盲管長度至少應等于 20m （ 60ft），裸眼完井的盲管段不應設計在套管里，因為與裸眼井段相比，盲管與套管環(huán)形空間儲存的礫石量相對較少，所以應在產(chǎn)層以上蓋層中適當加長擴充段，以容納較多的儲備礫石。 （ 6）信號篩管 為使施工順利進行，應根據(jù)工藝需要選擇不同位置的信號篩管。如常規(guī)低密度循環(huán)充填選用上部信號篩管；高密度充填選用下部信號篩管，有些高密度擠壓充填也可省去信號篩管。信 號篩管的作用是向地面施工人員提供井下充填情況的信號。如上部信號篩管的作用是充填礫石堆積到生產(chǎn)篩管頂部后，地面充填壓力可相對穩(wěn)定，直到礫石把盲管段環(huán)形空間全部填滿達到信號篩管后，壓力又開始上升，且上升速度較快，當信號篩管全部被礫石埋死后，壓力劇增，表明井筒內礫石儲備量已達到設計要求，充填停止，可以轉入下一個工序。下部信號篩管的作用是強迫高密度砂漿向井底運動，攜砂液不能在篩管上部進入篩管，避免礫石堆積在產(chǎn)層上部井筒中形成砂拱堵塞環(huán)形空間，造成下部充填不實，而導致充填失敗。當?shù)[石砂漿到達底部，礫石把下部信號篩管埋 住，地面施工壓力就會明顯上升，操作人員便可轉入下道工序，使工具進入擠注狀態(tài)。擠注過早會把大量完井液擠入地層造成地層傷害；擠注太晚，攜砂液無法進入已經(jīng)被礫石擋住的炮眼。使用下部信號篩管，可以提供準確的開始擠注時間。 信號篩管的縫隙和直徑尺寸與生產(chǎn)篩管相同，長度一般為 1～ 2m。圖 9311 上、下信號篩管的位置，為上、下信號篩管位置示意圖。 由于技術的發(fā)展，目前低密度水充填防砂不必采用信號篩管。 （ 7）沖洗管 沖洗管用于延長旁通工具的回流端口，其選擇原則是：沖洗管外徑與篩管內徑的 最佳比值為 ．比值越大，沖洗管與篩管的環(huán)空越小，回流慢，壓差大，礫石難沉淀，充填困難；比值越小，環(huán)空越大，回流過快，容易形成砂橋，影響充填效果。沖洗管最后一根下端口應是斜面，以增大端口流通面，沖洗管柱下端面應距離篩管底部約 lm。 （ 8）沖洗管插入密封段 沖洗管插入密封段用來封隔上、下二層的防砂地層，以阻止在礫石充填全過程中完井液漏失進入非作業(yè)層，確保作業(yè)層的循環(huán)流程暢通。 （ 9）扶正器 使用扶正器可使防砂管柱在井內處于井筒中心位置，以便礫石均勻地充填到篩管四周，形成良好 的擋砂屏障。如果不使用扶正器或使用數(shù)量不夠，防砂管柱就可能偏向一邊，使這一邊充填礫石減少，甚至完全得不到礫石，地層流體從炮眼里出來就會直接沖蝕篩管而造成穿孔，導致防砂過早失敗。 扶正器在管柱上分布距離通常如表 9314 扶正器間隔距離所示。 管內防砂管柱大多數(shù)采用葉片式扶正器，是用半圓形鐵片直接焊在篩管中心管外螺紋一端和盲管外螺紋一端上，如圖 9312 葉片式扶正器，也可預制成卡箍式扶正器，在管柱入井時，用螺栓固定在管柱的一定的位置上，結構如圖 9313 所示。也有做成扶正器短節(jié)串接在管柱之 中，不過這種方式不可取，因為它替代了篩管的位置，減少了產(chǎn)層的有效利用率，這些葉片狀扶正器在大修作業(yè)時，可被套銑工具折彎而不妨礙修井作業(yè)。那些無須進行酸化作業(yè)的油、氣井也可使用鋁合金卡箍式扶正器。硬塑料或其他聚合物也可以用來作為卡箍式扶正器的材料。斜井中使用的扶正器應考慮耐磨性和強度的問題。裸眼完井的扶正器是弓形結構，如圖 9314 所示，弓形扶正器具有良好的彈性，無論在套管內還是在裸眼井段中，其弓背都能緊靠井壁，撐緊扶正，使管柱處于中心位置。 7．井筒、地面流程和工作管柱的準備與處理 （ 1） 鉆井 鉆井作業(yè)對防砂完井作業(yè)有極大的影響。鉆開生產(chǎn)層時要求使用不傷害地層的鉆井液并且要維持井筒的穩(wěn)定性和井筒尺寸的一致性。對于礫石充填防砂完井作業(yè)最壞的影響可能就是井筒的不規(guī)則和使用了不配伍的鉆井液而造成對地層的污染。 （ 2）清洗套管、鉆桿、泥漿池和地面管線 影響礫石充填防砂作業(yè)成敗的重要因素是完井液的清潔度，因此清洗套管。鉆桿、地面管線、泥漿池或其它設備更為重要，以避免其對完井液清潔度的影響。 1）套管。 套管內壁的鐵銹、水泥顆粒和其它顆?？赡軗p害地層。需要下入鉆頭及刮 管器并使用溶劑酸液、特殊的懸浮液等通過循環(huán)洗井來除去以上雜質。 2）鉆桿。 鉆桿內、外壁也象套管一樣都附有鐵銹、水泥顆粒和其它顆粒。因此，鉆桿內、外壁都 需用完井液循環(huán)清洗干凈。礫石充填防砂作業(yè)過程中最常見的污染是鉆桿螺紋油（因為螺紋油基本上是不溶解的）。建議在完井階段只在鉆桿外螺紋端涂抹少量螺紋油，并且在下入防砂管柱的這趟鉆桿上完全不用絲扣油。如果有很多的井需要充填礫石防砂完井，那么可以考慮使用專門的清洗劑清洗鉆桿。 3）泥漿池和地面管線。 泥漿池和地面管線通常都忽視 ，但它們都是重要的污染源之一。鉆井時使用泥漿池、地面管線，完井時也要使用這些設備。泥漿池必須徹底刮洗并用水流沖刷，以除去鉆井遺留下來的鉆井液固體顆粒。如果有許多井要鉆井，同時要完井，即鉆一口井后立即進行一口井的充填礫石防砂完井作業(yè)，那么鉆井期間最好預留出專門的池供完井時存放完井液。建議使用絮凝液來幫助清除地面管線內的鐵銹。 4）礫石充填工作管柱。 下入礫石充填篩管和整個總成之前，一定要仔細檢查鉆桿。假若使用鉆桿作為充填管柱，在管柱下井之前必須用酸清洗干凈管內的鐵銹、污垢和其他雜質。酸洗液一般 采用濃度為15％的鹽酸（ HCl），再加入一定的除銹劑（ L41），以便確保能溶解懸浮狀態(tài)下的鐵銹。 5）完井管柱的清洗和浸酸。 管柱在現(xiàn)場最通常的清洗方法是使用芳香族清洗劑和酸液，（如加有表面活性劑的 15％濃度的鹽酸）。 6）質量