【正文】 用、裂縫的解堵導流作用和繞絲篩管礫石充填的防砂作用，防砂效果好，增油顯著，缺點是施工復雜。b）優(yōu)化壓裂優(yōu)化壓裂不進行礫石充填，單純依靠壓裂達到防砂和增產(chǎn)的目的。所適用的地層要有一定的強度以保證裂縫閉合后地層能擠住充填砂。其中較軟地層所壓開的裂縫需用固結(jié)劑固結(jié)，稍硬的地層壓裂裂縫不需要加外固化劑。②工藝方法的選擇哈里巴頓公司在考慮到地層傷害情況、地層軟硬程度、滲透率大小及油井出砂史等幾方面的因素，根據(jù)多年的研究和實踐，總結(jié)出一套系統(tǒng)的工藝選擇方法（見圖4－14）。從圖中可以看出，礫石充填、壓裂充填、優(yōu)化壓裂與常規(guī)壓裂所適用地層條件變化趨勢是：滲透率從大到小，地層強度從軟到硬，出砂程度從強到弱。而礫石充填與壓裂充填應用條件的差別主要是地層污染程度的大小。圖4－14 壓裂防砂工藝的選擇2）壓裂充填作業(yè)的施工工藝壓裂充填涉及到壓裂和礫石充填兩個過程，從程序上分，又有兩步完成法和一次管柱完成法。兩步完成法是指壓裂和礫石充填分兩次施工完成，若壓裂后防砂效果較理想，則礫石充填可以省略；否則，在壓裂之后再下防砂管柱進行礫石充填。所謂一次管柱完成法是指利用礫石充填施工管柱先對地層進行壓裂充填，然后再進行篩套環(huán)空內(nèi)的礫石充填，兩個過程通過一趟管柱一次施工完成。下面主要介紹該種方法。①施工工藝過程圖4－15 一次管柱壓裂充填示意圖圖4－15是哈里伯頓公司提供的一次管柱施工過程中三階段流體流動示意圖。圖（a）為壓裂過程，環(huán)空閥門關(guān)死，壓裂液和攜砂液由油管泵入，通過礫石充填管柱的導向孔進入油套環(huán)空，由篩管外進入射孔孔眼與地層，把地層壓開并在裂縫中充填支撐劑；圖（b）為礫石充填過程，環(huán)空閥門打開，整個過程與常規(guī)正循環(huán)礫石充填相同；圖（c）代表礫石充填后期的反循環(huán)壓實過程，封隔器以上部分的流體流動方向與正循環(huán)充填過程相反。另外，在壓裂及礫石充填中，高砂比砂漿對充填工具轉(zhuǎn)向孔、篩管及套管產(chǎn)生磨蝕侵害，因此，要對泵注排量有所限制，哈里伯頓公司提供的限速數(shù)據(jù)見表4－3。表4－4 壓裂充填泵速限定工具尺寸，in/mm排量限定，m3/min（普通型）（高流速型）(標準型)(特殊型)②防砂器材及井下工具在設(shè)計壓裂充填和選擇井下工具與防砂器材時，需要系統(tǒng)地考慮與作業(yè)相關(guān)的一些問題，其中地層溫度，壓力條件的變化對管柱受力狀態(tài)會產(chǎn)生重要影響，篩管的選擇主要從類型、外徑和篩管縫隙幾個方面考慮，壓裂充填井下工具的功能應能與特種接頭、篩管、管線及封隔器配合使用，充填工具應能承受高壓，轉(zhuǎn)向孔的面積應足夠大，以便提高泵速和砂比，減少礫石對它們的腐蝕。③流體對井下工具及套管的磨蝕作用在油井的常規(guī)礫石充填防砂中，由于攜砂液用量少、砂比低、排量小，因而流體對井下充填工具及套管的磨蝕作用小。但是，在壓裂充填中，由于攜砂液用量大，砂比高，排量大，流體的沖擊磨蝕作用必須加以考慮。其主要磨蝕部位有四處，即礫石充填工具轉(zhuǎn)向孔、礫石充填延伸器出口、正對延伸器出口處的套管和射孔孔眼。對于壓裂充填而言，一次完成法的優(yōu)點是施工周期短、成本低；缺點是施工難度大、風險大、防砂器材及套管的磨蝕嚴重。二次完成法的優(yōu)點是施工難度及風險性小，缺點是施工環(huán)節(jié)多、周期長、成本高。3）端部脫砂壓裂形成具有高導流能力的“短寬裂縫”是中高滲透油藏壓裂防砂成功的關(guān)健。因此，不論是壓裂充填還是防砂壓裂，都必須采用可產(chǎn)生“短寬裂縫”的壓裂工藝方法──“端部脫砂壓裂”。①概念常規(guī)壓裂要求泵注足夠的前置液充分造縫，施工結(jié)束時縫內(nèi)砂漿前緣接近或恰好到達裂縫前緣（圖416(a)）；端部脫砂壓裂則要求在泵注攜砂液過程中，縫內(nèi)砂漿圖4－16 常規(guī)壓裂與脫砂壓裂比較前緣提前到達裂縫周邊，限制縫長進一步增長，促使縫寬較快地增大，因此成功的端部脫砂壓裂應該是裂縫周邊脫砂（圖4－16）。②施工參數(shù)及泵注特點a）端部脫砂壓裂液粘度應低于常規(guī)壓裂，以適時脫砂；b）泵注排量低于常規(guī)壓裂，以減緩裂縫伸長速度，便于控制縫高和脫砂；c）前置液用量比常規(guī)壓裂少，以使砂漿前緣在停泵前到達裂縫周邊；d）砂比通常比常規(guī)壓裂大，以提高裂縫支撐效率。③裂縫延伸規(guī)律及施工壓力特點圖4－17 端部脫砂壓裂尺寸變化及壓力特征示意圖常規(guī)壓裂在整個施工過程中，裂縫長、寬、高一般都是不斷增長的，因而井底壓力是基本穩(wěn)定的；端部脫砂壓裂在脫砂前裂縫增長規(guī)律及壓力特征同常規(guī)壓裂，開始出現(xiàn)脫砂后，縫長和縫高不再增長，只有縫寬增長較快，井底壓力開始按一定速率穩(wěn)步升高（圖4－17）。④施工現(xiàn)場監(jiān)控端部脫砂壓裂必須進行現(xiàn)場監(jiān)控，主要是監(jiān)控井底壓力的變化趨勢，以判斷裂縫內(nèi)是否出現(xiàn)脫砂，脫砂時間是否符合設(shè)計要求以及脫砂后的壓力上升情況是否正常等，以便及時修正施工參數(shù)。4）壓裂液端部脫砂壓裂對壓裂液提出了很高的要求，因此合理選擇壓裂液是保證壓裂充填，提高防砂效果的關(guān)鍵。目前國外已開發(fā)研制出50多種壓裂液，可大致分為如下幾種體系：線性溶膠、硼交聯(lián)壓裂液、有機金屬交聯(lián)壓裂液、磷酸脂鋁交聯(lián)的油基液、泡沫壓裂液等。①線性溶膠：主要包括一些線性聚合物，如原性瓜膠（Gel）、羥丙基瓜膠（HPG）、羥乙基纖給素（HEC）、羥甲基羥丙基瓜膠（CMHPG）及羥甲基羥乙基纖維素（CMHEC）等。線性溶膠粘度相對較低，懸砂能力差，可作為中淺井攜砂液。其突出特點是濾失速度快，侵入地層較深，在裂縫壁上不形成泥餅，液體易于返排。HEC基本沒有殘渣，可以作低溫淺井中壓裂液。②硼交聯(lián)壓裂液：其特點是懸砂性能較好，濾失速度小于線性溶液。由于其交聯(lián)反應是可逆的，因此滲入地層的交聯(lián)可通過改變pH值使其破膠返排。故在高滲透中深中溫（小于148℃）地層，這類壓裂液是較好的選擇。③有機金屬交聯(lián)液：其主要優(yōu)點是耐高溫，可在148℃以上地層使用，其中的有機金屬交聯(lián)劑主要指有機鈦與有機鋯等，交聯(lián)反應為不可逆，破膠主要靠溫度條件，返排困難，故高滲透地層壓裂防砂盡量不用它。④磷酸脂鋁交聯(lián)的油基液：它對地層的污染很小，幾乎與各類油藏匹配。但是成本高，安全與環(huán)保問題突出，目前尚未發(fā)現(xiàn)其在高滲油藏壓裂中的應用。⑤泡沫壓裂液：泡沫壓裂液在低壓低滲油氣藏應用較為合適，但對高滲油藏，該壓裂液對于降低濾失和強化返排的作用不太明顯。經(jīng)試驗得知，對中高滲透層硼交聯(lián)與羥丙基瓜膠的傷害程度最低，液體流動后的滲透率可恢復到實驗前的40%~70%。故在中高滲透油藏的壓裂防砂中，HPG為首選壓裂液，對溫度不很高的淺井，也可以用HEC線性溶液。5）支撐劑在壓裂防砂作業(yè)中，支撐劑除了要滿足常規(guī)壓裂的強度和導流能力要求外，其粒度組合還要兼顧礫石充填防砂的要求。根據(jù)地層的軟硬程度及出砂情況，支撐劑可以采用樹脂涂層砂，也可以是裂縫前面用石英砂、尾追部分涂料砂，或者全部用石英砂或強度更大的陶粒。6）大排量高壓水充填（WF）防砂技術(shù)壓裂充填工藝要求用壓裂液造縫和攜砂，目的是提高輸砂能力，形成“端部脫砂”，實現(xiàn)具有極高導流能力的寬短裂縫，達到油井高產(chǎn)而控制出砂的目的。通過深入的研究和應用實踐發(fā)現(xiàn)：用低粘度的水來代替高粘壓裂液，盡管高滲透軟地層在施工中濾失量較大，但只要保持足夠大的排量，仍能使地層造縫（因軟地層破裂壓力較低），突破原有近井地帶堵塞并且能實現(xiàn)端部脫砂。雖然水做攜砂液降低了輸砂性能，但是因排量很大足以彌補懸砂性差的缺陷，當然攜砂比會有所下降，使縫內(nèi)的鋪砂濃度及導流能力有所下降。但計算及現(xiàn)場對比表明：盡管大排量高壓水充填的裂縫比高粘液壓裂的導流能力稍低，但是水壓裂充填裂縫內(nèi)卻完全不存在聚合物傷害，這就使較短的水充填裂縫和較長的壓裂充填裂縫具有幾乎相等的產(chǎn)能（這兩種方法施工都可以突破污染區(qū)）。由于油藏性質(zhì)、流體性質(zhì)及泵組條件的不同，這兩種技術(shù)均有其適應范圍，具體情況如下：①當存在多層時或射孔井段距離水層大于10 ft（在同一砂層內(nèi)）或在射孔段和水層存在10 ft的頁巖隔層時，最好使用水壓裂。另外，由于使用低粘度攜砂液使得環(huán)空充填質(zhì)量也比較高，特別是當井斜大于60176。時更是如此。②對于裂縫垂直高度可能增長的地層，壓裂充填較適宜于裂縫垂直高度大于50 ft的薄層井段。壓裂充填對于那些曾經(jīng)使用增產(chǎn)措施來擴展裂縫長度的滲透率小于50103μm2的油井和滲透率小于10103μm2 的氣井特別適用，對于滲透率和地層厚度乘積（Kh），為了能有效地突破污染區(qū)，壓裂充填是一項較好的技術(shù)。③在不能或不需壓裂的情況下，進行高壓水充填是一種較好的完井方法。不需壓裂的地層是指地層本身的Kh較高，而且污染又較輕。在這種情況下，利用酸處理技術(shù)降低地層污染是一種比較有效的方法。對于那些在油水界面附近的井（在同一砂層內(nèi)距離油水界面小于10ft），即使采用水壓裂也會使裂縫進入水層，在這種情況下，建議施工壓力不要超過地層的破裂壓力。一般，用水取代壓裂液可以降低施工成本。因此很多公司采用大排量高壓水充填替代早期的高粘液壓裂充填，仍然達到了高產(chǎn)而控制出砂的目的。7）無篩管壓裂防砂技術(shù)由于該技術(shù)防砂后井筒不留下工具，避免了大修打撈工具，方便了今后的作業(yè)，具有很大優(yōu)越性。當然，在此條件下，可獲得顯著的效益，長層段射孔可能導致多個雁行式裂縫的產(chǎn)生，增加了復膜砂支撐射孔孔眼的難度，這些多層裂縫沖淡了裂縫長度和導液率，增加了防砂液過早漏失的機會?！耙淮喂苤倍嘤蛯拥[石充填防砂工藝一次管柱多層礫石充填技術(shù)是美國Baker－Hughes公司對長井段進行一次管柱多層礫石充填的的一項防砂工藝新技術(shù)（MiniBeta系統(tǒng)），該工藝技術(shù)節(jié)省了施工時間和作業(yè)費用，簡化了施工步驟，在海上油田，尤其是中國渤海油田得到了廣泛的應用，僅2000年3月至9月，渤海SD361油田在三個平臺上進行防砂施工96口井，具有較好的經(jīng)濟效益。另外，美國Halliburton公司的SingleTrip防砂完井工藝技術(shù)也是一次管柱多層礫石充填，和Baker公司的工藝、工具基本相同，唯一不同的是Halliburton公司的防砂管柱是二趟管柱，第一趟管柱送入防砂外管及相應的送入工具，打壓坐封頂部封隔器，丟手，坐封防砂封隔器，起出坐封工具，然后，下入充填工具，從下至上逐級充填。目前已在Qk173和秦皇島油田成功實施82口井。相比較而言，MiniBeta系統(tǒng)較SingleTrip防砂工藝更簡單、更先進，下面主要對該項技術(shù)進行介紹。 MiniBeta礫石充填系統(tǒng)由外管柱和內(nèi)管柱兩部分組成，外管柱主要由沉砂封隔器、定位密封總成、篩管、密封筒、盲管、隔離封隔器、頂部封隔器組成。封隔器下面有滑套開關(guān)，密封筒內(nèi)有定位臺階，分別用于充填孔打開關(guān)閉和分層時指示定位；內(nèi)管柱主要由單流閥、隔離密封總成、移位工具、關(guān)閉工具、選擇性轉(zhuǎn)換工具總成、同心管及液壓坐封工具總成組成。下井時，先下外管柱串，下到井口再下入內(nèi)管串，連接頂部封隔器后，一起下入井內(nèi)。圖121 MiniBeta礫石充填系統(tǒng) 外管結(jié)構(gòu)示意圖（1）技術(shù)原理、特點圖4－18 MiniBeta礫石充填系統(tǒng) 內(nèi)管結(jié)構(gòu)示意圖繞絲篩管礫石充填防砂原理與常規(guī)防砂原理相同，其工藝過程原理為：先下入沉砂封隔器，坐封后，下入內(nèi)、外礫石充填管串，外管密封插頭插入沉砂封隔器內(nèi)；打壓，坐封頂部封隔器，然后倒扣實現(xiàn)內(nèi)、外管柱分離；活動內(nèi)管柱，從下到上依次坐封中間隔離封隔器；礫石充填時，首先充填最下層油層，此時上面各個滑套開關(guān)關(guān)閉，打開下面循環(huán)孔；充填結(jié)束，上提管柱，關(guān)閉下面循環(huán)孔，同時打開上層循環(huán)孔，依次向上充填；充填完成后，提出內(nèi)管柱。該系統(tǒng)最多可一次充填八層，渤海油田最多充填過六層，這里僅以7in套管三層為例，介紹其基本數(shù)據(jù)及施工參數(shù)。 4in沖管 4in帶孔管 4in沖管 4in沖管（2）基本數(shù)據(jù)及施工參數(shù)1）MiniBeta系統(tǒng)井下內(nèi)、外防砂管串尺寸MiniBeta系統(tǒng)井下內(nèi)、外防砂管串尺寸及說明見表4－4－6。表4－5 井下防砂外層管柱系統(tǒng)序號外徑，in內(nèi)徑，in名稱及說明1隔離管,帶斜切管鞋或下部連接自動管鞋2留井生產(chǎn)封隔器3卡簧式密封總成4防砂篩管，基管為4in的套管54in光管6密封筒7帶滑套的礫石充填延伸短節(jié)8倒置密封筒9高壓隔離封隔器10磨銑短節(jié)11礫石充填封隔器表4－6 井下防砂內(nèi)層管柱系統(tǒng)序號外徑，in內(nèi)徑，in名稱及說明1MiniBeta下部隔離密封總成2沖管3變徑接頭4切換工具5油管短節(jié)6關(guān)閉工具7球型單流閥8MiniBeta選擇性轉(zhuǎn)換工具9型多用定位指示鎖爪，解鎖力10kg~15kg10沖管短節(jié)11油管密封總成12MiniBeta改進型頂部接頭13水力坐放工具14拋光插入接頭2）攜砂液、完井液及充填礫石指標——攜砂液：粘度=，密度=；——完井液：pH值=~，過濾精度≤2μm；——充填礫石：圓度≥，球度≥，石英含量≥98%。3）射孔及礫石充填施工參數(shù)——射孔采用負壓射孔：負壓值≥150psi；——射孔孔密：39孔/米；——孔徑：7in套管為15mm，95/8in套管為19mm；——充填排量： m3/min~；4）MiniBeta系統(tǒng)兩點說明——適用于單層長度≤110m，最多八層充填施工。——要求分隔層厚度≥12m。（3）應用條件、范圍及效果Baker－Hughes公司的MiniBeta系統(tǒng)防砂工藝為目前世界上最為先進的一次管柱多次充填的防砂工藝技術(shù)，在世界各地、尤其是海上油田應用較為廣泛，可適用于7in及95/8in套管井防砂施工，由于其管柱層數(shù)較多，在小尺寸井眼（如5in）中應用較為困難。