CN114718522A - 一种投球封口防砂方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种投球封口防砂方法。该方法包括以下步骤：利用携砂液将支撑剂填入地层的亏空带和射孔孔道之中；再将弹性渗透防砂球挤入射孔孔道，利用该弹性渗透防砂球阻止支撑剂回流。本发明采用完全不同的技术原理和工艺思路进行防砂作业，施工简单，无需下筛管，节省施工工序，节省防砂材料，可大幅降低防砂措施成本。其中，采用轻质颗粒支撑剂防砂、弹性渗透防砂球防止支撑剂回流相结合的方式，即利用了颗粒支撑剂良好的防砂效果，又采用弹性渗透防砂球良好的固定和耐久性能，大大提高了防砂有效期。

Description

一种投球封口防砂方法

技术领域

本发明涉及一种投球封口防砂方法，属于油井防砂技术领域。

背景技术

油气井出砂是指油井或气井在生产过程中，由于地质条件、开采方式以及措施作业等各种综合因素造成井底附近地层的岩石结构变化，导致地层离散砂或脱落砂被地层产出流体携带进入井筒或地面，从而对油气井正常生产造成一系列不利影响的过程或现象。

解决油气井出砂问题的主要途径是采取防砂技术阻止地层产出砂进入井筒或人工加强附近地层岩石的固结程度从而达到控制地层出砂。现有的防砂技术主要分为机械防砂和化学防砂两大类，具体又可以分为筛管防砂技术、砾石充填防砂技术、压裂防砂技术、人工井壁防砂技术、化学固砂技术等。筛管防砂是将防砂筛管直接悬挂在井筒内，过滤流体中的地层砂的防砂方法。砾石充填防砂技术是先在井筒内下入防砂筛管后，再用砾石充填在筛管与套管的环形空间内的防砂方法。压裂防砂技术是在井筒内下入防砂筛管后，再将砾石挤入地层深部，并填充筛管与套管的环形空间的防砂方法。人工井壁防砂技术是将涂覆砂或者其它能够胶结的材料填入地层亏空带，胶结固化后，形成渗透性的人工井壁，达到防砂目的。化学固砂技术是将液体或泡沫固砂剂挤入地层孔隙中，将地层岩石颗粒胶结固化，提高地层固结强度，从而达到防砂地层出砂的防砂方法。

现有的这些防砂技术适应不同的井下条件，各有优缺点，比较突出的问题体现在以下几个方面：(1)筛管防砂技术存在井眼尺寸变小、后期筛管打捞困难、以及筛管堵塞等问题；(2)砾石充填防砂技术、压裂防砂技术、人工井壁防砂技术存在措施成本高，施工作业比较复杂的问题；(3)化学固砂技术存在对油层渗透率伤害大、有效期短的问题。

在低油价开发生产的形势，油田面临着降本增效的巨大压力，急需通过技术创新，突破现有防砂技术思路，采用新材料、新方法、新工艺，研发出成本低、效果好的防砂技术。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种投球封口防砂方法，具有措施成本低、综合效果好的优点，满足油田开发生产的需要。

为达到上述目的，本发明提供了一种投球封口防砂方法，其中，该方法包括以下步骤：

利用携砂液将支撑剂填入地层的亏空带和射孔孔道之中；

再将弹性渗透防砂球挤入射孔孔道，利用该弹性渗透防砂球阻止支撑剂回流。

在本发明所提供的防砂方法中，支撑剂主要起到挡砂作用，弹性渗透防砂球起到防止支撑剂回流的作用，将支撑剂固定在地层亏空带和射孔孔道中。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述携砂液为盐水聚合物体系，主要包括无机盐或有机盐、聚合物增粘剂、防膨剂等，密度为1.0-1.5g/cm³。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述支撑剂为轻质颗粒支撑剂。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述支撑剂的真密度为1.0-1.5g/cm³，粒径为0.25-1.25mm。支撑剂的密度与携砂液的密度相近，能够在携砂液中保持很好的悬浮性能。支撑剂能够在地层亏空带和射孔孔道中堆积形成具有连通孔眼和渗透性的挡砂屏障。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述轻质颗粒为高聚物颗粒、果壳颗粒、焦炭颗粒等中的一种或两种以上的组合。

根据本发明的具体实施方案，通过在支撑剂中添加适量的纤维，能够防止支撑剂在弹性渗透防砂球进入射孔孔道之前出现回流现象。优选地，所述支撑剂含有长度为8mm-40mm的尼龙纤维或碳纤维等；更优选地，所述纤维的添加量为5％-10％。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述支撑剂的表面设有树脂胶结层，这能够更好地保证支撑剂在射孔孔道中的固定效果，防止支撑剂回流。其中，该树脂胶结层的厚度优选为0.05mm-0.15mm。所述树脂胶结层的材料优选为酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂或有机硅树脂等。

根据本发明的具体实施方案，通过在支撑剂中添加适量的遇油膨胀橡胶颗粒，能够提高支撑剂的填充质量和堆积程度。优选地，所述支撑剂含有粒径为2mm的遇油膨胀橡胶颗粒；更优选地，所述遇油膨胀橡胶颗粒的添加量为1％-3％。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述弹性渗透防砂球由多孔内核和弹性外层组成，弹性外层包裹在多孔内核的外部。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述多孔内核具有开孔结构，所述开孔结构的孔眼尺寸为0.1-0.8mm。该多孔内核还具有一定的渗透性，渗透率为2-30μm²。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述多孔内核采用高强度多孔材料加工而成，例如烧结金属丝、泡沫金属和粉末烧结金属等中的一种或两种以上的组合。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述多孔内核为球形结构。该多孔内核的直径应略小于射孔孔道直径。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述弹性外层采用橡胶加工而成，并且弹性外层上设置有直径为3-6mm的至少一个孔眼，使多孔内核与外界连通。

本发明所提供的弹性渗透防砂球的整体直径应略大于射孔孔道直径。

根据本发明的具体实施方案，优选地，在挤入射孔孔道之前，在地面采用熔点低于地层温度的封堵材料将弹性渗透防砂的孔眼封堵，以便于弹性渗透防砂球在携砂液的挤压下能够顺利进入射孔孔道。上述封堵材料可以为石蜡。

根据本发明的具体实施方案，优选地，该方法包括以下具体步骤：

(1)循环洗井，将射孔孔道和井筒中的杂质、赃物冲洗干净；

(2)按照每米油层1.5-2.0m³的设计挤注前置液，解除近井地层污染，并将射孔孔道中残留的细砂推入射孔孔道深处；同时，对地层进行防膨处理；

(3)将携砂液与5％-30％的支撑剂、5％-10％的纤维、1％-3％的膨胀颗粒混合均匀，配制成混砂液；

(4)将充填管柱下入油层顶界以上50-100m，利用压裂车组或水泥泵车加泵后混砂装置往地层、射孔孔道和井筒中挤注混砂液，将地层亏空带、射孔孔道和充填管柱下部井筒填满；

(5)利用充填管柱进行循环洗井，将井筒中多余的支撑剂、纤维和膨胀颗粒冲洗出来；

(6)利用充填管柱，采用携砂液将弹性渗透防砂球挤入射孔孔道中；

(7)井筒中注入温度高于石蜡或其它封堵材料的热流体，关井2h以上，开井生产。

相对于现有防砂技术，本发明具有以下有益效果：

(1)采用完全不同的技术原理和工艺思路进行防砂作业，施工简单，无需下筛管，节省施工工序，节省防砂材料，可大幅降低防砂措施成本。

(2)采用轻质颗粒支撑剂防砂、弹性渗透防砂球防止支撑剂回流相结合的方式，即利用了颗粒支撑剂良好的防砂效果，又采用弹性渗透防砂球良好的固定和耐久性能，大大提高了防砂有效期。

(3)采用轻质颗粒支撑剂能够在携砂液中保持很好的悬浮性，更好地保证了支撑剂在地层亏空带和射孔孔道中的填充质量，避免了填充不均而影响防砂效果的问题。

(4)支撑剂在孔道中的紧密填充，对射孔炮眼岩石壁面起到支撑作用，防止岩石发生结构破坏以及岩石骨架砂运移，防砂效果好，不容易发生堵塞，对油井产量影响小。

(5)井筒不留管柱，便于生产测试及后期修井作业。

(6)防砂失效后，不需要进行特殊处理，可重复防砂作业。

附图说明

图1为疏松砂岩典型油井射孔孔道结构示意图。

图2为实施例1提供的采用弹性渗透防砂球和轻质颗粒填充射孔孔道的防砂方法的原理示意图。

图3为实施例1提供的弹性多孔球进入射孔炮眼中前的示意图。

图4为实施例1提供的弹性多孔球进入射孔炮眼中后的示意图。

图5为实施例2提供的实验装置示意图。

图6为实施例2提供的投球封口防砂实验示意图。

图7为实施例2提供的砾石充填防砂实验示意图。

附图标号说明：

01套管、02水泥环、03地层、04套管孔眼、05水泥环孔眼、06地层孔眼；

1弹性渗透防砂球、2轻质颗粒支撑剂；

11弹性外层、12多孔内核。

2-1填砂管、2-2供液泵、2-3烧杯、2-4支架、2-11弹性多孔球、2-12核桃壳填充层、2-13地层砂填充层、2-21-筛管过滤金属网、2-22石英砂填充层、2-23地层砂填充层。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本发明的总体技术思路是：首先利用携砂液将支撑剂填入地层亏空带和射孔孔道中，再将弹性渗透防砂球挤入射孔孔道中。支撑剂主要起到挡砂作用，弹性渗透防砂球起到防止支撑剂回流的作用，将支撑剂固定在地层亏空带和射孔孔道中。

本发明的防砂原理是：疏松砂岩典型的油井射孔孔道结构如图1所示，由于水泥环和地层岩石的强度小于套管强度，射孔后形成的孔道结构中，地层孔眼和水泥环孔眼通常要大于套管孔眼。如图2所示，本发明正是利用这一结构特点，首先将支撑剂填充到地层亏空带和射孔孔道中，堆积压实后，形成具有渗透性的挡砂屏障，能够允许流体通过，而防止地层砂通过；然后再将直径大于套管孔眼，且具有弹性的渗透性防砂球，挤入射孔孔道中，利用防砂球的弹性恢复性能，恢复成直径大于套管孔眼的原尺寸，在生产压差作用下不会返吐出来，从而阻止了支撑剂回流。

本发明的携砂液优选采用盐水聚合物体系，主要包括无机盐或有机盐、聚合物增粘剂、防膨剂等，密度在1.0-1.5g/cm³之间。在本实施例中，采用KCl和胍胶粉混合配制成密度为1.25g/cm³，粘度为50-100mPa·s的携砂液。

本发明的支撑剂优选采用低密度轻质颗粒，如高聚物颗粒、果壳颗粒、焦炭颗粒等，真密度在1.0-1.5g/cm³之间，粒径在0.25-1.25mm之间。支撑剂的密度与携砂液的密度相近，能够在携砂液中保持很好的悬浮性能。支撑剂在地层亏空带和射孔孔道中堆积形成具有连通孔眼和渗透性的挡砂屏障。在本实施例中，采用真密度为1.30g/cm³，粒径0.45-0.85mm的果壳颗粒作为支撑剂，该支撑剂在上述携砂液中具有很好的悬浮性能，保证了支撑剂在射孔孔道中的填充质量。

为了防止支撑剂在弹性渗透防砂球进入射孔孔道之前出现回流现象，可以在支撑剂中混入一定比例的纤维。本实施例中，采用8mm-40mm长的尼龙纤维或碳纤维。为了更好地保证支撑剂在射孔孔道中的固定效果，防止支撑剂回流，可以在支撑剂表面涂覆树脂胶结层，本实施例中，支撑剂表面涂覆酚醛树脂；为了提高支撑剂的填充质量和堆积程度，可以在支撑剂中混入一定比例的遇油膨胀颗粒，本实施例中，采用粒径为2mm的遇油膨胀橡胶颗粒。

如图3所示，本发明的弹性渗透防砂球由多孔内核和弹性外层组成，弹性外层包裹在多孔内核外层。多孔内核具有开孔结构和渗透性，孔眼尺寸在0.1-0.8mm之间。多孔内核采用高强度多孔材料加工而成，如烧结金属丝、泡沫金属、粉末烧结金属等。多孔内核采用球形结构，直径略小于射孔孔道直径。弹性外层采用橡胶加工而成，具有一定的弹性和硬度，并且弹性外层上均匀设置一定数量、直径为3-6mm的孔眼，使多孔内核与外界连通。弹性渗透防砂球整体直径略大于射孔孔道直径。本实施例中，多孔内核采用泡沫金属球，直径为6-8mm；弹性外层采用氟橡胶，厚度2-3mm；弹性渗透防砂球整体外径12mm，适应孔径为8-10mm的射孔孔眼。弹性外层上均匀设置4-12个直径为3mm孔眼。地层流体能够从弹性外层上一侧的孔眼进入多孔内核，并通过多孔内核的孔眼，再从弹性外层另一侧的孔眼流出，进入井筒。多孔内核利用其内部微小孔道结合能够阻挡射孔孔道中支撑剂回流，并允许流体通过。弹性外层的硬度要求能够在6-15MPa挤注压力下发生变形进入射孔孔道，而在1-5MPa的生产压差下不会发生明显变形防止从孔道中。也就是说，利用弹性外层的弹性性能，能够使防砂球满足“进得去”，“不出来”的要求，并在水泥环孔眼处保持固定。弹性多孔球进入射孔炮眼中后的示意图如图4所示。

由于弹性渗透防砂球具有孔眼结构，利用携砂液将其往射孔孔道中挤入过程中，携砂液会通过孔眼，很难通过压力将其挤入射孔孔道。因此，为了利于弹性渗透防砂球在携砂液的挤压下能够顺利进入射孔孔道，在地面用熔点低于地层温度的石蜡或其它封堵材料将弹性渗透防砂的孔眼封堵。封堵材料在地层温度作用下或人工往井筒中挤入热水的方式，会自动溶解，使防砂球重新恢复过流能力。

本实施例提供了一种现场防砂施工方法，其主要步骤包括：

(1)采用洗井液循环洗井1周以上，将射孔孔道和井筒中的杂质、赃物冲洗干净。

(2)按照每米油层1.5-2.0m³的设计挤注前置液，解除近井地层污染，并将射孔孔道中残留的细砂推入射孔孔道深处，利于后面支撑剂的填充；同时，对地层进行防膨处理。

(3)将携砂液配制好，装入液罐车中，以携砂液重量为100％计，再利用混砂车将携砂液与5％-30％的支撑剂、5％-10％的纤维、1％-3％的膨胀颗粒混合均匀，配制成混砂液。

(4)采用3 1/2”或2 7/8”的油管作为充填管柱，将充填管柱下入油层顶界以上50-100m，利用压裂车组或水泥泵车加泵后混砂装置往地层、射孔孔道和井筒中挤注混砂液，将地层亏空带、射孔孔道和充填管柱下部井筒填满；施工泵注压力要小于地层破裂压力，防止将地层压漏。

(5)利用充填管柱进行循环冲砂洗井，冲砂至油层射孔段下界，将井筒中多余的支撑剂、纤维和膨胀颗粒冲洗出来。

(6)将重新充填管柱上提至油层射孔段顶界以上50-100m，采用携砂液将弹性渗透防砂球挤入射孔孔道中，施工压力突然快速上升时，表示射孔孔道中已经全部填满防砂球。

(7)利用充填管柱往井筒中循环注入温度高于石蜡或其它封堵材料的热流体，起出充填管柱，关井2h以上，下泵试抽合格后，交井。

实施例2

本实施例进行了投球封口防砂技术室内实验，具体实验情况如下：

弹性渗透防砂球：采用直径6mm的泡沫金属球作为防砂球内核，泡沫金属孔眼直径0.2mm；厚度3mm的氟橡胶作为防砂球外层，均匀布置10个3mm的孔眼。

携砂液：采用KCl和胍胶粉混合配制成密度为1.25g/cm³，粘度为50mPa·s的携砂液。

支撑剂：采用真密度为1.30g/cm³，粒径0.45-0.85mm的核桃壳颗粒作为支撑剂。

纤维：采用20mm长的尼龙纤维。

混砂液：100％携砂液+30％的支撑剂+8％的纤维。

利用自制的实验装置，开展了投球封口防砂与砾石充填防砂的对比实验。实验装置及实验流程如图5、图6、图7所示。实验装置由填砂管2-1、供液泵2-2、烧杯2-3、支架2-4组成。投球封口防砂实验时，如图6所示，在填砂管2-1下端放入弹性渗透防砂球2-11，然后倒入混砂液，形成核桃壳填充层2-12。砾石充填防砂实验时，如图7所示，在填砂管最下端安装挡砂精度0.3mm的筛管过滤金属网2-21，然后填入粒径0.45-0.85mm的石英砂，形成石英砂填充层2-22。启动供液泵，设定实验流量50ml/min，测量实验压差，计算渗透率。最后，在核桃壳填充层2-12或石英砂填充层2-22上方，填入粒径0.1mm-0.45mm的地层砂2-13和2-23。继续实验，连续实验2h后，停止实验，收集烧杯中的出砂量。

实验结果见表1。从表1中可以看出，投球封口防砂技术的过流能力略好于砾石充填防砂技术；两者的挡砂能力基本相当。

表1投球封口防砂技术与砾石充填防砂技术对比实验

	投球封口防砂技术	砾石充填防砂技术
			渗透率	12.3μm<sup>2</sup>	10.6μm<sup>2</sup>
出砂量	0.015g	0.009g

相对于砾石充填防砂技术，投球封口防砂技术不需要在井筒中下入防砂筛管、减少了施工程序、节省了筛管费用；并且，井筒不留管柱、有利于其它措施作业；而且，油井生产后期，不需要进行筛管打捞作业，减少了后期处理费用和处理难度。

Claims (15)

1.一种投球封口防砂方法，其中，该方法包括以下步骤：

利用携砂液将支撑剂填入地层的亏空带和射孔孔道之中；

再将弹性渗透防砂球挤入射孔孔道，利用该弹性渗透防砂球阻止支撑剂回流。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述携砂液为盐水聚合物体系，密度为1.0-1.5g/cm³。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述支撑剂为轻质颗粒支撑剂。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述支撑剂的真密度为1.0-1.5g/cm³，粒径为0.25-1.25mm。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述轻质颗粒为高聚物颗粒、果壳颗粒、焦炭颗粒中的一种或两种以上的组合。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述支撑剂含有长度为8mm-40mm的尼龙纤维或碳纤维；优选地，所述纤维的添加量为5％-10％。

7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述支撑剂的表面设有树脂胶结层；优选地，所述树脂胶结层的厚度为0.05-0.15mm；更优选地，所述树脂胶结层的材料为酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂或有机硅树脂。

8.根据权利要求3所述的方法，其中，所述支撑剂含有粒径为2mm的遇油膨胀橡胶颗粒；优选地，所述遇油膨胀橡胶颗粒的添加量为1％-3％。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述弹性渗透防砂球由多孔内核和弹性外层组成，弹性外层包裹在多孔内核的外部。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多孔内核具有开孔结构，所述开孔结构的孔眼尺寸为0.1-0.8mm。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多孔内核采用高强度多孔材料加工而成，优选烧结金属丝、泡沫金属和粉末烧结金属中的一种或两种以上的组合。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多孔内核为球形结构。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述弹性外层采用橡胶加工而成，并且弹性外层上设置有直径为3-6mm的至少一个孔眼。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在挤入射孔孔道之前，在地面采用熔点低于地层温度的封堵材料将弹性渗透防砂的孔眼封堵；优选地，所述封堵材料为石蜡。

15.根据权利要求1-14任一项所述的方法，其中，该方法包括以下具体步骤：

(1)循环洗井，将射孔孔道和井筒中的杂质、赃物冲洗干净；

(2)按照每米油层1.5-2.0m³的设计挤注前置液，解除近井地层污染，并将射孔孔道中残留的细砂推入射孔孔道深处；同时，对地层进行防膨处理；

(3)将携砂液与5％-30％的支撑剂、5％-10％的纤维、1％-3％的膨胀颗粒混合均匀，配制成混砂液；

(4)将充填管柱下入油层顶界以上50-100m，利用压裂车组或水泥泵车加泵后混砂装置往地层、射孔孔道和井筒中挤注混砂液，将地层亏空带、射孔孔道和充填管柱下部井筒填满；

(5)利用充填管柱进行循环洗井，将井筒中多余的支撑剂、纤维和膨胀颗粒冲洗出来；

(6)利用充填管柱，采用携砂液将弹性渗透防砂球挤入射孔孔道中；

(7)井筒中注入温度高于石蜡或其它封堵材料的热流体，关井2h以上，开井生产。

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