CN104612752A - 防砂充填装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防砂充填装置，包括：储液罐组，用于向混砂车提供用于防砂的液料；砂罐组，用于向所述混砂车提供用于防砂的砂料；所述混砂车，与所述储液罐组和砂罐组连接，用于将来自所述储液罐组的液料和来自所述砂罐组的砂料进行混合，得到防砂充填材料；以及泵组，与所述混砂车连接，用于将所述充填防砂材料泵入井内。通过本发明提供的装置进行防砂处理，能够防止地层坍塌，减少套管破损，而且防砂有效率高达95％以上。
Description
技术领域
本发明涉及油气田钻井工程技术领域，尤其涉及一种防砂充填装置。
背景技术
石油工业中，油井生产过程中的出砂是个普遍性的问题。常见的出砂包括图1所示的边(端)部脱落出砂，以及图2所示的储层内部出砂。
其中边(端)部出砂主要体现在以下几个方面。
1、弱胶结(成岩性差)砂岩储藏出砂。这种情况通常由于炮眼周围的边(端)部基岩失去支撑力，表面砂粒在外力的作用下容易脱离基体而出砂。多表现于新井出砂。
2、胶结物破坏引起砂岩储层出砂。由于胶结物对水敏感的储层，会因生产井产出液含水的提高而降低胶结强度，同样导致炮眼周围的边(端)部基岩失去支撑力，从而表面砂粒在外力的作用下脱离基体而出砂。多表现于注水采油的老井出砂，以及酸化、碱性处理后的出砂。
3、高强度剪切砂岩储藏出砂。在采用过大的生产压差的情况下，近井地带的基岩剪切受力会增大，储层的边(端)部基岩被冲刷破坏，就会造成表面砂粒脱离基体而出砂。新、老井都会因此而出砂。
储层内部出砂主要体现在以下几个方面。
1、自由砂(粘土颗粒)运移出砂：地层中未参与胶结的沙粒、粘土颗粒在地层流体的作用下产生运移，使岩层结构渗流能力降低，从而增大流体的拖拽力，诱发固相颗粒的产出，并被采出生产井而出砂。此类井极为少见。产出液为泥浆状。
2、骨架砂(粘土颗粒)脱落运移出砂：在较大的生产压差下，很容易造成井底附近岩层发生破坏。脱离岩石骨架基体的自由砂(粘土颗粒)在地层流体的作用下产生运移，并被采出生产井而出砂。骨架砂的运移将使岩层结构降低，渗流能力降低，从而增大流体的拖曳力，并可诱发固相颗粒的产出。此类井较为常见。
出砂会造成井下、井口采油设备的磨损和腐蚀、使井眼失稳，磨损泵筒与柱塞，降低泵效，最终导致油井减产或停产。
目前广泛采用的防砂技术分为化学防砂和机械防砂两类。化学防砂通常对油层伤害较大，渗透率损失也很大。机械防砂的基本原理是通过填充砂层阻挡地层砂的返排，而绕丝筛管阻挡所充填砂的返排。但是砾石充填范围有限，筛管的缝或筛孔又不允许太小(太小会影响出油的量)，因此根本阻挡不住超细砂，而且在较大生产压差下，所充填的砂也容易返排出来。上述方法都不能够解决储层结构不稳固的问题。
发明内容
技术问题
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种防砂充填装置，针对上述现有技术中边(端)部脱落出砂以及储层内部出砂的问题，通过防砂充填装置对井内进行充填，能够有效稳定储层结构，防止出砂。
解决方案
为了解决上述技术问题，根据本发明的一实施例，提供了一种防砂充填装置，包括：储液罐组，用于向混砂车提供用于防砂的液料；
砂罐组，用于向所述混砂车提供用于防砂的砂料；
所述混砂车，与所述储液罐组和砂罐组连接，用于将来自所述储液罐组的液料和来自所述砂罐组的砂料进行混合，得到防砂充填材料；以及
泵组，与所述混砂车连接，用于将所述充填防砂材料泵入井内。
对于上述防砂充填装置，在一种可能的实现方式中，所述储液罐组包括四个储液罐，分别用于向所述混砂车提供前置液、携砂液、致孔剂以及顶替液。
对于上述防砂充填装置，在一种可能的实现方式中，所述储液罐分别通过阀门连接至所述混砂车。
对于上述防砂充填装置，在一种可能的实现方式中，所述储液罐的容积为130m3-300m3。
对于上述防砂充填装置，在一种可能的实现方式中，所述砂罐组包括至少两个砂罐，所述砂罐分别通过阀门连接至所述混砂车。
对于上述防砂充填装置，在一种可能的实现方式中，所述泵组包括低压泵组和高压泵组，所述低压泵组连接至混砂车，所述高压泵组连接至井口。
对于上述防砂充填装置，在一种可能的实现方式中，所述高压泵组包括至少四个高压泵，所述四个高压泵组合使用能够提供不同压力的动力。
对于上述防砂充填装置，在一种可能的实现方式中，还包括高压管汇，与所述高压泵连接，将来自所述高压泵的防砂充填材料汇集送入井内。
有益效果
通过本发明实施例提供的防砂充填装置对出砂井进行充填防砂处理，与目前现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、在近井地带建立了渗透性较好的人工井壁，可降低近井地带地层的表皮系数，使附近地应力重新分布，防止地层坍塌，减少套管破损；
2、有效解除了地层堵塞，提高了地层渗透率和地层近井导流能力，既防砂又增产；
3、解决了不能使用筛管井的防砂问题，不受施工井层数、厚度、跨度影响以及能完成冲砂的油层上部有套变、油层位置套变的直斜井；
4、防砂处理之后井筒内不留任何工具，保证井筒的干净；
5、防砂有效率高达95％以上，有效期长达3～10年。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。
图1示出现有技术中边(端)部脱落出砂的示意图；
图2示出现有技术中储层内部出砂的示意图；
图3示出本发明一实施例的防砂充填装置的结构框图；
图4示出本发明一实施例的防砂充填方法的流程图；
图5示出本发明一实施例的充填造壁的示意图；
图6示出本发明一实施例的充填造壁的原理图；
图7示出根据本发明一实施例的钻塞的示意图；
图8示出根据本发明一实施例的投产的示意图；
图9示出根据本发明一实施例的过饱和填充处理的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明提供的防砂充填装置，适用的井别包括：油井、水井和气井；适用的井型包括：直井、斜井、水平井及开窗侧钻井；适用的井况包括：(1)套变井：油管可安全通过套变井段；(2)套漏井：油层上部可下封隔器，油层中及下部可正常施工；(3)低温井：井底温度低至20℃同样防砂成功。
图3示出根据本发明一实施例的防砂充填装置的结构框图。如图3所示，该防砂充填装置100主要包括：储液罐组10、砂罐组20、混砂车30以及泵组40。
其中，储液罐组10与混砂车30连接，并向混砂车30输送液料；砂罐组20也与混砂车30连接，并向混砂车30输送砂料；混砂车30用于将接收到的液料和砂料混合成充填防砂材料，并将充填防砂材料输送至泵组40，泵组40与井口连接，用于将混砂车30输送的充填防砂材料高压泵入井中。
具体地，本实施例中的储液罐组10包括四个储液罐，分别为前置液罐101，提供用于清洗近井污染地带的前置液；携砂液罐102，提供用于对近井亏空地带进行充填的携砂液，其中携砂液中可以携带作为充填材料的覆膜砂；致孔剂罐103，提供致孔剂，在一种可能的实现方式中，致孔剂能够形成具有高强度、高渗透性的阻砂屏障；以及顶替液罐104，用于提供顶替液，在一种可能的实现方式中，顶替液用于提高携砂液效率和防止井筒沉砂。各个储液罐的容积为130m3-300m3。四个储液罐分别通过各自的阀门连接至混砂车30，在实际应用中，需要哪种液料，就打开相应的储液罐的阀门。
砂罐组20包括第一砂罐201和第二砂罐202，分别通过各自的阀门连接至混砂车30。在一种可能的实现方式中，第一砂罐201和第二砂罐202分别用于提供不同规格的砂料，在另一种可能的实现方式中，第二砂罐202作为第一砂罐201的备用罐。砂罐组20还可以为混砂罐。
泵组40包括低压泵组401和高压泵组402，其中混砂车30连接至低压泵组401，低压泵组401连接至高压泵组402，高压泵组402连接至井口。进一步地，高压泵组402可以包括四个高压泵，分别用于向井内泵送不同的压力，或不同的物料。例如通过多个泵的组合，能够提高较高输送压力。高压泵的数目也不限于四个，可以根据实际需要进行调整。
进一步地，该防砂充填装置100还包括高压管汇50，所有的高压泵都通过高压管汇接至井口。
如图4所示，为本发明一个实施例提供的防砂充填方法的流程图，结合图5和图6所示，该方法包括：
步骤S11、清洗步骤：在井底压力低于地层破裂压力的情况下，通过泵组向井内大排量泵入适量的冲洗前置液，利用水力冲击能量，对近井的污染带进行冲洗；
本实施例中的前置液一般为具有抑砂性的油层保护液，通过采用前置液对污染带进行冲洗，能够解除近井地带的污染。
具体地，使用本实施例提供的防砂充填装置，打开第一储液罐的阀门，将前置液泵入井内进行冲洗。
步骤S12、充填步骤：采用携带覆膜砂的携砂液，往冲洗后的近井亏空地带充填，并通过端部脱砂技术充填该亏空地带至饱和；
地层中近井地带因出砂产生亏空，亏空带的岩石表面失去支撑而易于脱落。本实施例对该亏空地带进行充填。
具体地，使用本实施例提供的防砂充填装置，打开前置液罐的阀门，将前置液泵入井内进行冲洗。
步骤S13、固结步骤：砂子在地层亏空处及井筒内固结，形成具有支撑能力的高渗透性砂壁。
固结后的充填砂壁，支撑岩石表面，能够避免脱落出砂。在一种可能的实现方式中，需要关井侯凝。
步骤S14、钻塞步骤：钻掉井内所有的砂塞。
结合图7所示，在步骤S12的端部脱砂结束时，在井筒底端留有一定高度的固结砂柱，可以用牙轮或PDC钻头钻掉，钻速20～30m/h。
经过上述步骤的防砂充填处理之后，井筒外新建立的砂壁渗透率8～28um2。
步骤S15、下泵投产。
结合图8所示，钻塞结束后，直接下泵投产。经过上述防砂充填处理，泵下不需要挂筛管等任何类似于防砂的工具。
结合图9所示，为本发明另一实施例提供的过饱和充填防砂方法的流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S21、地层弱胶结：弱胶结地层在高压流体的作用下，产生突进，并充填可胶结砂；
步骤S22、压裂：在超过地层破裂压力条件下，制造裂缝，并充填可胶结砂；
通过上述步骤的充填和压裂处理，能够提高产液能力；
步骤S23、降低胶结强度：使用酸液破坏地层胶结物，增大近井充填前缘地层的渗透率；
通过充填建立支撑，酸化能够提高产液能力。通过过饱和充填，使岩壁前缘远离井筒，产出液流速降低，能够有效抑制储层内部出砂。
该充填方法较之钻塞与投产方法，在携砂前做压裂或酸化预处理，能够进一步达到增产的目的。
本实施例提供的方法和装置还在多个油田进行了使用和实验性验证，具体描述如下。
实例一
大港油田南部油区的出砂井油层发育良好，层系多，跨度一般在6.0m～200m之间，油层厚，大部分井射开厚度5m～100m，出砂较严重，90％的井有套变、套破现象，该地区出砂粒径在0.05mm～0.1mm之间。投产初期，曾进行过化学固砂防砂，滤砂管防砂，金属绕丝管防砂，都因有效期短和防砂效果差而告终，2001年曾引进激光割缝筛管高压一次充填防砂，但该工艺施工的最大不足在于该地区出砂井井段跨度非常大，施工时一是由于井段跨度大，造成井段之间填砂不均匀，导致防砂失败；二是防砂失败后处理工作量大。针对以上情况，大港南部油区最后采用本实施例提供的方法进行防砂。防砂过程中的基本数据通过下表1-4进行说明。
表1：大港南部油区防砂井基本数据及效果对比
表2：表1中的井在防砂前后的基本数据对比
表3：大港南部油区防砂井基本数据及效果对比
表4：表3中的井在防砂前后的基本数据对比
在大港油田共施工31口井，其中侧钻防砂井3口，一次成功率94％，2口井施工两次后成功。以上各井目前的防砂效果依然有效。
实例二
胜利油田大明济北公司主要出砂井在曲9断块上，馆陶组为主力油层，地质储量572万吨，96年发现并开发，地层埋深1150～1250m，地层胶结特别疏松，地层砂平均粒中值0.1mm，平均泥质含量24％，渗透率69～541毫达西，平均孔隙度27％，原油粘度1300mP.s，粘土矿物中蒙脱石含量90％，水敏性强。地层堵塞出砂严重，层间差异大，分选性差，投产初期进行过压裂防砂、地下合成防砂等，造成近井地带亏空严重，部分油井已出现套变、套破，后采用本实施例提供的方法进行充填防砂。
表5：胜利油田防砂基本数据及防砂效果对比
表6：表5中的井在防砂前后的基本数据对比
实例三
文38断块S2下油藏主要含油层为S2下1-3砂组，含油面积1.2km2，石油地质储量8.3×104t，可采储量21×104t，油层埋深2200-2500m，油层平均有效厚度6m。岩性为棕褐色含泥质粉砂岩，粒度中0.067mm，泥质含量11.7％，碳酸盐含量11.7％，油层孔隙度18.8％，渗透率179.8md，层间渗透率级差也较大，地层水矿化度为31×104mg/1，水型为CaCl2。2001年6月，在38块新增3口更新井(新文38-33井、新文38-15井、新文38-1井)，2001年6月28日-7月17日对新文38-33，新文38-15两口井采用本实施例提供的充填防砂工艺，即PCS工艺进行防砂，新文38-33井2004年4月7日-10日检泵一次，新文38-15井2002年5月、2003年5月，2003年11月检泵测压未发现有砂，说明固砂效果明显。新文38-18井2004年4月出砂套管挫断报废。载止目前，新文38-33井生产1032天继续有效，产液9354t，产油4106.8t。新文38-15井生产1027天继续有效，产液8154.3t，产油5214.7t。
实例四
库图尔哲别油田位于土库曼斯坦共和国西南部，隶属于巴尔干州涅比达克地区。构造范围长36KM，东西走向宽16KM。a层油藏属于浅层疏松砂岩油藏，泥质含量较高，油层多为粉细砂岩，出砂严重，a层总厚度200～250m，油层厚度100～125m，储层孔隙度18.4～28.8％，渗透率为50～200×10-3um2，原油粘度2.0mPa.S，比重0.84～0.88g/L，地层原始压力较高，属于易出砂高压低渗透油藏。采用一次采油，连续气举的机械采油方式。截止目前在库图尔哲别油田共施工63口井，其中侧钻裸眼打孔筛管防砂完井46口，一次成功率98％。
表7：库图尔哲别油田防砂基本数据
实例五
库图尔哲别1281井，该井为打捞筛管，因事故而侧钻。
侧钻：磨洗至1509m处造成开窗，漏失油田净化污水约2600m3，后改为洗椎侧钻。以膜技术盐溶液做钻井流体，用138mm洗锥钻至1568m，钻穿油层59m(有效33m)。同时进行本实施例提供的PCS防砂，施工压力由8.0MPa上升至12.5MPa，填入覆膜砂19m3。
完井：下95mm(内径82mm)的孔管70m至1565m处，开孔位置未统计，孔径8.0mm，孔密40孔/m。
防砂完井：用0.3mm～0.6mm覆膜砂对修复的两个层段(7m)和钻穿的三个油层进行防砂。
井况：1967.2投产，气举带砂生产至1992.7停产关井，新投产液量36m3，停产前液量5.5m3。1998.6采用筛管防砂，气举投产，日产液17m3，含水3％。2004.6出砂停。2005.10采用裸眼孔管完井及PCS防砂后，日液量：12mm；油嘴246m、8mm油嘴134m3，含水零。
经石油康采恩测试，采用本实施例提供的防砂充填方法进行防砂处理之后，井筒内无沉砂、油中固体杂质小于0.1％交井。
在以上实施中，施工参数可以选择如下：对填砂排量的要求：可控0.5～2.0m3/min；对施工压力的要求：施工限压25.0～90.0MPa；对冲砂排量的要求：≧0.5m3/min；对备液量的要求：通常在130～300m3。
施工设备可以选择如下：3台700型水泥车或千型压裂车；1台混砂车；1台砂罐车；若干储液罐组(容量130～300m3)；1套螺杆钻或PDC钻具；其它辅助设备和工具可以根据现场情况配备。
覆膜砂的参数可参照表8所示来选择。
表8：覆膜砂参数
防膨抑砂剂的参数可参照表9所示来选择。
表9：防膨抑砂剂参数
| 项目 | 性能指标 | 项目 | 性能指标 |
| 粘度 | 小于10mPa.s | 密度 | 1.0-1.1g/cm3 |
| PH值 | 5-7 | 降阻率 | ≥60％ |
| 膨胀高度 | 小于2.5cm | 抑砂能力 | 小于0.3％ |
表面活性剂的参数可参照表10所示来选择。
表10：表面活性剂参数
| 项目 | 性能指标 | 项目 | 性能指标 |
| 外观 | 无色或淡黄色液体 | 密度 | 0.9-1.1g/cm3 |
| PH值 | 5-7 | 表面张力 | 小于32达因/厘米 |
| 界面张力 | 小于5达因/厘米 | 耐Ca2+能力 | 大于1000ppm |
复合致孔剂，即人工砂增强与增渗剂，主要由活性剂、树脂软化剂、脱羟基催化剂等组成，其技术要求与参数可参照表11所示来选择。
表11：复合致孔剂参数
| 项目 | 性能指标 |
| 外观 | 淡黄或蓝色液体 |
| PH值 | 1-3 |
| 密度 | 1.0-1.16g/cm3 |
| 强度处理后/处理前 | 1.5-2倍 |
| 渗透率处理后/处理前 | 1.5-3.5倍 |
通过本发明实施例提供的防砂充填装置对出砂井进行充填防砂处理，与目前现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、在近井地带建立了渗透性较好的人工井壁，可降低近井地带地层的表皮系数，使附近地应力重新分布，防止地层坍塌，减少套管破损；
2、有效解除了地层堵塞，提高了地层渗透率和地层近井导流能力，既防砂又增产；
3、解决了不能使用筛管井的防砂问题，不受施工井层数、厚度、跨度影响以及能完成冲砂的油层上部有套变、油层位置套变的直斜井；
4、防砂处理之后井筒内不留任何工具，保证井筒的干净；
5、防砂有效率高达95％以上，有效期长达3～10年。
本领域普通技术人员可以意识到，本文所描述的实施例中的各示例性单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件形式来实现，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以针对特定的应用选择不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
如果以计算机软件的形式来实现所述功能并作为独立的产品销售或使用时，则在一定程度上可认为本发明的技术方案的全部或部分(例如对现有技术做出贡献的部分)是以计算机软件产品的形式体现的。该计算机软件产品通常存储在计算机可读取的非易失性存储介质中，包括若干指令用以使得计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种防砂充填装置，其特征在于，包括：
储液罐组，用于向混砂车提供用于防砂的液料；
砂罐组，用于向所述混砂车提供用于防砂的砂料；
所述混砂车，与所述储液罐组和砂罐组连接，用于将来自所述储液罐组的液料和来自所述砂罐组的砂料进行混合，得到防砂充填材料；以及
泵组，与所述混砂车连接，用于将所述充填防砂材料泵入井内。
2.根据权利要求1所述的防砂充填装置，其特征在于，所述储液罐组包括四个储液罐，分别用于向所述混砂车提供前置液、携砂液、致孔剂以及顶替液。
3.根据权利要求2所述的防砂充填装置，其特征在于，所述储液罐分别通过阀门连接至所述混砂车。
4.根据权利要求2所述的防砂充填装置，其特征在于，所述储液罐的容积为130m3-300m3。
5.根据权利要求1所述的防砂充填装置，其特征在于，所述砂罐组包括至少两个砂罐，所述砂罐分别通过阀门连接至所述混砂车。
6.根据权利要求1所述的防砂充填装置，其特征在于，所述泵组包括低压泵组和高压泵组，所述低压泵组连接至混砂车，所述高压泵组连接至井口。
7.根据权利要求6所述的防砂充填装置，其特征在于，所述高压泵组包括至少四个高压泵，所述四个高压泵组合使用能够提供不同压力的动力。
8.根据权利要求7所述的防砂充填装置，其特征在于，还包括高压管汇，与所述高压泵连接，将来自所述高压泵的防砂充填材料汇集送入井内。
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