境保护的需要。
第三章
防砂的方法与技术
机械防砂的类型
仅下防砂管柱防砂
防砂管柱砾石填充的方法
机械防砂的现场应用
绕丝筛管 割缝衬管
自洁作用
机械防砂的现场应用
衬管外自然分选形成“砂桥”示意图 1-油层；2-砂桥；3-缝眼；4-井筒
•
我们油田普遍使用优质筛管，优质筛管重量轻，下入容易，防砂范围宽，适用 于垂直井和定向井。特别是适用于水平井、侧钻井、多底井等大曲率井以及长 井段，但是成本偏高。我国现在还使用树脂砂砾滤砂管，双层充填滤砂管，陶 瓷滤砂管等，原理都是相同的，就是在地层和井筒之间形成一层过滤网，随着
套管外膨胀式封隔器（ECP）影响因素
保证砂拱稳定性必须考虑两个关键问题：一是降低并稳
定油层流体的速度；二是保持或提高井筒周围油层的径
向应力。 一般来说，对套管射孔完井的砂拱防砂要求小孔径和高 密度的炮眼。小孔径有利于形成砂拱和提高砂拱的稳定 性；高孔密可以增大过流面积，降低井壁附近油层中流 体的速度。但在实际过程中，流体的流速和变化不易受 控制，使得这种单纯的套管射孔完井砂拱防砂的方法的

拉伸破坏示意图
精细颗粒的影响：地层中存在诸 如粘土之类精细颗粒，会随产出 液一起运移，造成井壁周围渗透 率降低（地层损伤的一种），增 加了流体的拖拽力，导致出砂。

上覆岩层压力由孔隙压力与 骨架压力共同平衡。随开采
的进行，油藏压力逐渐降低
套管外膨胀式封隔器（ECP）现场应用
根据ECP防砂机理和现场应用情况，一般认为：
1）这种防砂方法的本质是利用建立的稳定砂拱挡砂，而 尽量提高近井地层的应力水平是保证砂拱稳定的关键。 2）当油井生产条件改变时，如含水上升，生产压差放大 和井下作业频繁等。可能会破坏砂拱平衡状态，防砂失效 只能用于出砂不严重的砂岩地层，流砂层不宜采用。 3) 配合采用高孔密、小孔径射孔工艺有利于改善砂拱 稳定性 ，高孔密可增大渗流面积降低流速；较小孔径可提 高孔眼入口处桥拱的承载能力。 4）保持流速尽可能稳定（低于临界流速）是维持砂拱稳 定的重要条件，只适用于中、低产油井。
防砂控砂措施
从流体性质上讲,我们油田大多是稠油,疏松砂体受 到拖曳力的影响较大,加剧了地层出砂。在油井出砂之
后可以对这口井生产层位进行取样分析，确定出砂层
位，我们应该确定每一口井以致这口井的每一层位出 砂的临界条件，这样才有利于我们的控制。高产井 不
宜使用对产能有较大影响的防砂方法。对于含水高的
油井化学防砂效果差，含水高会降低化学剂的作用。
这种方法能够补充地层因出砂而造成的亏空，又能在地层中胶结作为挡砂屏障。
套管外膨胀式封隔器（ECP）防砂
其防砂机理是利 用ECP的膨胀作用压 实裸眼井壁，以提高 近井地层的地应力水 平。油井投产后，地 层砂粒在流经射孔孔 眼人口处时，在一定 条件下，自然堆积形 成砂拱，具有一定的 承载或挡砂能力，可 阻止地层出砂。
防砂技术的进步，相信会有高效的滤砂管问世。
第一类机械防砂的优缺点
优点：简便易行，可以有效的防止中粗砂岩油层所出的大 砂径砂。
缺点：对细砂的井易造成堵塞。对于自喷井、气举井产量
下降，甚至无液。对于电泵井，使电泵不进液，而且寿命 相对短。
砾石填充
砾石充填于筛管和套管（油层）的环空之中。对于射孔完井来说砾石通过射孔 孔眼挤入周围地层中，支撑孔眼，防止弹孔周围地层应力集中而导致的弹孔周 边骨架砂粒剥落、坍塌，可形成多级过滤屏障，阻止油层中的砂流向井筒中。 1、先期裸眼绕丝筛管砾石充填防砂 2、套管完井筛管砾石充填防砂
设 备 损
失
设 备 损
失
• 堵塞分离器液位计：砂子不断的沉积在 分离器液位计的连通管中，使液位计工 作不正常，液位显示失真。
• 生产管线：砂子随油水在管线中流动， 加速管线的磨损，特别是在管线弯头、 阀门等油水流动方向改变的地方，砂子 家具了油流对管线的冲刷力，造成刺漏 。
油井出砂影响环境
油井出砂会造成环境污染,尤其是我们海洋油 气田，更应该对保护环境负责。 意料之外的由于出砂引起的管道渗漏或设备失 效还会引起严重的安全问题和溢出事故，所以油、 气井防砂不仅是油、气开采本身的需要，也是环
水泥环 套管 油管油藏Fra bibliotek射孔 滤砂器管柱 砾石填充 管外充填
长期出砂的老井
滤砂器管柱
砾石填充
管内充填
先期
砾 石 的 选 择
砾石的选择也是很重要的, 一定厚度的均匀砾石
层可以对油气层的出砂起初步的过滤作用，并对 地层岩石起到支撑作用。砾石直径太大，虽有较 高的渗透性能，但过滤性能差，阻挡不住多数的 岩石砂粒的溢出，太小则会降低渗透率，减少产
实际应用受限。
为了解决上述难题，美国完井公司
开发了一种可灌注水泥的裸眼封隔
器，其工作原理：内筒是套管，外 壁是橡胶筒，外壁与内筒之间可以 注入水泥，注入水泥后橡胶筒内外 膨胀压实裸眼井壁，使近井油层岩 石径向应力恢复，甚至超过钻井前 的水平。水泥凝固后，再用高孔密 、小孔径射孔技术射开，形成油层 流体通道。油层砂在此通道壁外形 成比较坚固的砂拱，从而达到防砂 的目的。
剪切破坏
采油过程中地层压力不断下降,上覆地 层压力转变成岩石间的应力,使岩石破 损,砂颗粒从岩石剥落,形成出砂
随内外压差增大，流体流向 井内的流速也增大，对岩石 的拖拽力增大，岩石承受拉 伸力也增大，当该力超过岩
拉伸破坏示意图
石抗拉伸强度时，岩石就会
遭受拉伸破坏。 井底流压不能过低；自喷井 和气举井；压力不能波动过 大。
渤海油田油井出砂防 砂机理
目
1
录
油井出砂的机理 油井出砂的危害
2 3 4
防砂的方法与技术
出砂判断和控砂措施
出砂的机理
主要表现为射孔后弹孔周围地层应力 集中，产生塑性变形，从而导致弹孔 周边的骨架砂粒剥落、坍塌。
地层坍塌
出砂的机 理
拉伸破坏
拉伸破坏和流体的粘度、流体在地层中 的流速有关，原油粘度越高、流体速度 越大，对砂粒的冲刷力与拖拽力越强， 拉伸破坏越严重，地层容易出砂。
第二类机械防砂的优缺点
充填防砂具有施工可靠、成功率高、费用适中，而 且目前已成功用于水平井的防砂的优点，缺点是不 适用于防止细粉砂地层的出砂，且施工后井内流有 物件，在对油层压裂改造等措施时常需大修取出。
化学防砂
优点
缺点
化学防砂的主要 优点是施工简便，只 需加入化学剂即可， 井下不留任何装置， 如果防砂失败，容易 进行补救措施对未严 重出砂的地层和低含 水油井成功率较高。
坍塌而损坏套管和衬管、砂埋油层导致油井停产 ,水平井冲
砂很难将地层砂冲到地面.
出砂严重油井的正常生产，降低油井的生产时率，增加生产
成本。为控制井底流体的流速，不得不控制生产压差，必然 影响油井产量，尤其是高产量油井的出砂。
出砂严重影响我们的日常生产
同时油流中的砂子不断的沉积在井底，直至埋掉生
产油层使油井产量不断的降低，含水率不断的升高
。
只适用于井段距离不 长的单层和薄层。井段过 长由于层间吸附力不同,化 学剂不能均匀分布,导致部 分井段出砂,由于化学剂胶 固后，渗透率通常有较大 损失，油井产能会受影响 。此外，因化学剂在油层 条件下随时间会老化，强 度变差，故有效期短
人
工
井
壁
将砾石表面涂一层极薄的树脂,然后常温下阴干,避免阳光暴晒,形 成分散的颗粒,将涂好的砾石用携带液泵入井底,挤入油层和射孔眼里, 在一定地层温度下树脂软化连接在一起形成通透性良好的人工井壁.
出砂原因分类
我们应该把油田出砂的规律和特征进行归纳梳理，找出 解决办法，在以后的开发中实施有效地完井措施，并加强对现 在出砂油井的跟踪，我们应考虑在防砂方面做足技术储备。 一般油田出砂原因总共分为以下几类： •完井方式选择不当，不能有效地防止油层出砂； •生产压差过大，采油速度过高； •不适当的增产措施（酸化、压裂）及频繁的修井作业降 低了胶结物的强度，破坏岩石结构； •油井含水上升； •油田开发中、后期，为了保持油井稳产，大幅度提高油 井产液量，加剧了对岩石颗粒的冲刷。一般讲，油井出砂 主要是地质原因造成的，其次是开采过程中措施不当，从 而加剧了油井出砂。
砂拱防砂的机理
控制砂拱的形成主要是控制井底流体的流速,砂拱形成 前会出砂，形成后出砂渐少，甚至不出砂，就会形成稳定砂 拱。砂拱稳定性主要受砂粒间摩擦力和孔隙间毛管力支配。
防砂方法的选择
产能损失
完 井 类 型
最好的效果
现场对出砂的控制
合理的控制生产压差在当前压差值下生产不会对地层
、井筒产生损害而且还要对油井的产能影响降到最低。不 要大幅度开关油嘴，防止液量突增，对井下地层和防砂管 柱造成冲击。油井防砂初期，定期对出砂的油井取样分析 , 关注出砂量。巡检时关注一些油井的电流，油压，井底 压力等数据，能够对出砂初步判断。在注水关停的时候一 定要关闭每口注水井的阀门，防止地层砂反出影响注水设 备，防止烧泵的情况发生，导致油井停产影响产量 。
量甚至使油井不能出油。因此合理选择砾石直径
至关重要。一般我们选择都选择允许范围内最小 的。
通过筛析实验取得防砂井油层砂样粒度中值 d50后，根据计算公式 求得所需用的砾石尺寸，即砾石的粒度中值D50。目前普遍采用公式 D50＝(5～6) d50
砂砾直径的确定
选用的优质筛管目数为230目，由图得砂粒直径约为0.057mm，代入公式： D砾=(5~6)*d50 得 D砾范围为0.285~0.342mm 所以在选用管内砾石充填选用的砾石直径为0.285~0.342mm
，油井失去生产能力
油井出砂威胁着我们的生产设备
油井出砂造成设备的损坏,增加生产成本.油气井产出流体 中含有地层砂，会使设备严重磨损失效。对于井下设备的 损耗更为严重，出砂会造成电潜泵叶轮磨损、电潜泵负荷