油井低成本防砂技術應用效果分析研究

趙陽

（中國石化河南油田分公司采油二廠，河南南陽 473400）

2016-2021年，河南油田采油二廠出砂井681井次，平均每年在113井次，出砂以細砂、粉砂為主，預計2022年稠油出砂檢泵井120井次左右。

受井型、老井井況條件、多輪次吞吐等因素影響，防砂技術選擇受到較大制約。近2年出砂井中套損及復雜情況占比約30%，大斜度井、水平井占比40%以上，井況條件嚴重制約工藝選擇。目前稠油出砂井平均吞吐10周期以上，大部分井出現注氮、注汽后放噴轉抽出砂砂卡情況，井間汽竄嚴重，多井出現受汽竄出砂等問題。

常規擠壓充填防砂技術防砂效果好、有效期長，能夠改善近井地帶滲透率，但防砂成本相對比較高(39.6萬元左右)，單井產能低、采出程度高油井防砂經濟效益差。井筒掛濾防砂的濾砂管間隙小，僅有0.07毫米，出細粉砂稠油井影響產能。在此情況下，開展低成本防砂技術研究并陸續投入應用很有價值。

1.出砂原因及防砂技術應用研究

1.1 出砂原因分析

1.1.1 地層膠結疏松

河南油田采油二廠稠油井地層膠結方式以孔隙膠結為主，膠結疏松，多個區塊多口油井出現射孔后出砂，新井投產或措施井補孔后2～3天后出現砂卡、砂埋油層等現象。

1.1.2 多輪次吞吐及汽竄影響

目前河南油田采油二廠稠油井進入高周期吞吐后期，井下近井地帶大多虧空嚴重，經頻繁蒸汽沖擊、沖洗，地層孔滲性與原始條件相比變化巨大，地層膠結遭到較大破壞，地層膠結強度大幅度降低，進一步導致出砂。目前新莊油田、楊樓油田、古城油田、井樓油田等稠油熱采油井，經高周期吞吐后50%以上油井出現過轉抽井卡。特別是油井注汽發生汽竄，蒸汽沿汽竄通道突進，更進一步破壞井下地層膠結強度，地層沿汽竄通道吐砂，2019～2021年發現多口油井因汽竄后沿汽竄通道吐砂。

1.1.3 激勵出砂

注氮或注二氧化碳井后期生產過程中產液量波動大，呈段塞式出液，產液溫度突升、產液量突升，或產出氮氣及二氧化碳。此時油井油壓也會突升，導致瞬間生產壓差過大，激勵地層出砂，一般出現在放噴轉抽后的3個月內。此現象在楊樓油田YQ3區、YQ19區發生較多。

2.防砂技術應用研究

2.1 應用低成本機械防砂技術

優先選用水泥車代替壓裂車，降低特車費用，單井節約費用16.5萬元，熱污水替代專用攜砂液，降低材料費用，單井節約費用6.6萬元；工具優選及自主招標采購，單井節約工具費用4.3萬元；自主研發復合加砂罐替代混砂車，可控制砂比，且加砂均勻； 配套低成本機械防砂后，單井措施成本下降69.5%。

工藝原理：套管內正對出砂地層下入防砂篩管，然后充填石英砂于篩套環空、炮眼和近井地帶，通過多級過濾屏障，保證油流沿充填體內多孔系統經過篩管被源源不斷地舉升至地面。而地層砂則被控制在地層內，確保油井正常生產。

技術特點：（1）兩級擋砂屏障，防砂后對產量無影響，稠油細粉砂防砂有效率大于90%；（2）成功率高，有效期長（部分油井可達3年以上）。

技術適應性：（1）油藏技術篩選標準，適應范圍廣，尤其適應于疏松砂巖油層，出一定量粒度介于細砂與中粗砂之間的油層。（2）井況條件良好，不影響工具下入、卡封等。（3）適用于直井、大斜度井、水平井等不同井型，受井型制約較小。

目前，低成本機械防砂工藝按充填方式分類有2種：（1）常規頂部充填：砂漿從油管到達充填工具下方的轉換孔流出，由于工具的單向密封作用，迫使砂漿沿篩管與套管的環形空間下行，并在油層及環形空間內逐漸堆積。而脫砂液通過篩縫進入篩管，再通過沖管返至充填工具內外管之間的夾壁腔，并從上方旁通孔流出進入油套管環形空間，上行至井口完成充填。此充填方式的優點是：充填口在頂部，重力沉降影響小，充填口不會被堵；缺點是不適應井斜角大于30度的出砂井，同時口袋淺沉砂快易砂埋部分油層。（2）底部逆向充填（含沖防一體）：充填口在底部，逆向充填。當管柱下到預定位置后，座封充填砂封隔器并丟手，反洗出座封球后進行充填防砂施工，待施工結束后起出防砂服務管柱。優點是解決了大斜度井頂部充填倒扣卡管柱及沉砂快的油井管柱下不到位問題；缺點是長井段充填時各段間充填不均勻或部分段充填不實，砂比過高或不均勻時因重力沉降導致充填口易被堵塞。對攜砂液粘度和泵注入的連續性要求高。

2.2 應用化學防砂技術

針對井況復雜、不能滿足機械防砂條件的現實，油井要實施化學固砂技術。目前技術手段有無機顆粒防砂及井底不留塞化學固砂技術。

無機顆粒防砂，主要是通過組分中的固結劑、高溫可溶性樹脂及助劑，在地層條件下固結，在井下近井地帶形成人工井壁，經過注汽后，高溫致增孔劑溶解，提高人工井壁的滲透性和固結強度，在地層中阻擋和固結地層砂，達到防止油井出砂的目的。無機顆粒防砂工藝成本低、現場施工簡單，井筒無工具遺留；但從現場應用來看，不同油層條件下適應性不同，部分井措施后對產能影響較大；固砂劑成分、比例，注入濃度等均有較大影響，且強度相對較低；候凝結束后需重新鉆塞沖砂，工序多，周期長。

井筒不留塞化學固砂工藝主要通過向地層擠注石英砂，然后注入FSZ固砂劑來實現。FSZ固砂劑是以有機硅為主體，輔助以糠醛或糠醇等原料，通過聚合接枝復配工序研制出的綜合樹脂，它們是由線性、網狀、體型結構分子組成的高分子化合物。由于這種樹脂具有極強的吸附性，當樹脂乳狀液注入地層后，樹脂全部牢牢吸附在砂粒表面，將砂粒相互粘結在一起，而乳狀液中的水存在于油層砂粒間的孔隙中，保證了固結體具有一定的滲透性。工藝特點：（1）低濃度：樹脂的使用濃度為25-50%，成本低，對油層滲透率傷害小；（2）單液法：無需后置增孔，適應于非均質油層分層防砂；（3）自乳化：在樹脂中加入水后即可形成乳狀液，施工工藝簡單；（4）強吸附：樹脂對砂粒具有極強的吸附性，固砂強度高。優勢：（1）施工簡單、安全可靠；（2）對油層滲透率損害小、固砂效果好，無需打撈；（3）對油井井況的適應性強，可實現多層分層防砂；候凝時間短，同時無需鉆塞沖砂，縮短作業周期、降低作業成本。存在的不足：（1）固砂劑需現場配置，藥劑不穩定，不能長期存放，施工時間要求嚴格；（2）藥劑單價高于無機顆粒。

3.防砂技術選擇及參數優化效果分析

3.1 防砂技術選擇

井況正常井，優先選擇機械防砂工藝，綜合考慮成本、井型、出砂狀況，優選不同充填工藝及防砂管，對加砂量進行優化。針對吐砂嚴重、底部充填易埋充填口井實施頂部循環充填。大斜度井、水平井實施沖防一體工藝，大斜度井、水平井沖砂配套氮氣氣舉排砂工藝排砂凈，氣舉排砂后，極大解決了管柱下不到位等問題，在YQ3區水平井作業時實施氮氣氣舉排砂效果較好，且油井作業完井后油井時率及檢泵周期明顯延長。針對沉砂口袋淺井，為避免油層吐砂導致防砂管串下不到位，或充填前砂埋致防砂無效，實施沖防一體工藝，YQ19區出砂油井作業已推廣使用氮氣氣舉排砂。針對埋藏較深、加砂困難油井，采用精細篩管或高強度高精度繞絲篩管（注氮井），大斜度多輪次注氮井防砂管采用復合篩管，針對注二氧化碳等新工藝井采用耐腐蝕工具。

人防與技防相結合，在防砂技術不斷改進的同時，油井管理也需進一步精細化。除溫度控制在要求范圍內，直井出砂嚴重的油井放噴時日產液量控制在10噸左右，且油嘴嚴格執行1/2/3/4......9mm逐級更換，嚴禁越級使用，轉抽后及時調整參數，日產液量控制在15噸左右。出砂嚴重的大斜度井、水平井放噴時日產液量控制在15噸左右，且油嘴嚴格執行1/1.5/2/2.5/3/4......9mm逐級更換，嚴禁越級使用，轉抽后及時調整參數，日產液量控制在25噸以內。

3.2 工藝參數優化研究

針對不同油層特點及出砂粒徑，優選防砂管、充填砂粒徑，優化充填半徑，攜砂液類型及粘度、砂比，加強現場施工壓力控制，提高加砂量，改善措施效果。

以A井為例，該井因頻繁出砂2019年9月22日防砂，2020年5月26日井卡，分析原因：該井屬中孔中滲油藏、油層埋藏深、施工壓力高、充填砂困難。第一次防砂實際加砂充填半徑小，注氮后生產壓力波動對防砂屏障造成較大沖擊，防砂屏障破壞導致防砂失效。6月9日對該井優化工藝：（1）該井最大井斜21.53度，可采用循環充填和沖防一體工藝，考慮該井沉砂口袋淺，上一次施工加砂困難等情況，本次施工由底部充填的沖防一體工藝優化為頂部充填防砂工藝。（2）該井出砂粒徑較細且注氮頻繁，防砂管優化為0.12毫米的高強度繞絲篩管。（3）提高攜砂液粘度確保加砂量達標。（4）現場施工環節優化，及時調整控制砂比及加砂速度，確保加砂量達到設計要求。通過參數優化，現場施工環節優化調整，本井本次措施加砂量由2噸上升到4噸，達到方案設計要求，后期生產效果改善明顯，日產油由0.9噸上升到2.5噸。

3.3 低成本防砂技術應用效果統計

2021年，實施低成本防砂技術68井次，其中，機械防砂55井次，化學防砂13井次，防砂有效率93.1%，生產時率由防砂前39%上升到95.3%，累計增油1601.4噸。

4.結論與認識

（1）機械防砂對產能影響小、效率高、有效期長，但受井況條件制約較大。

（2）受油層條件限制，部分井充填困難，影響防砂效果。

（3）化學固砂整體有效率及增油量相對較低，需優化工藝參數，加強研究，提高固砂劑適應性。受目前技術條件限制，部分井只能采取化學固砂方式。

（4）井底不留塞化學固砂技術需加強跟蹤，分析措施效果，進一步研究推廣的可行性。