第九章油水井维护性措施 目的要求 要求学生掌握油水井的维护性措施,这些措施包括防砂与清砂,防蜡与清蜡,油井堵 水,防腐及清防垢。这章内容相对比较容易,是前几章内容的综合应用。要求学生能够将本 章知识与前面知识相结合,并注意理论联系实际。 课时:2学时 授课重点内容提要 第一节防砂与清砂 (一)出砂危害 产出的地层砂可以分为骨架砂和填隙物两种 骨架砂一般为大颗粒的砂粒,主要成分为石英和长石等 填隙物是环绕在骨架砂周围的微细颗粒(微粒),主要成分为粘土矿物,也包括石英、 长石等其他非粘土矿物微粒。 √砂堵导致减产或停产 √地面及井下设备加剧磨蚀 √套管损坏,油井报废 (二)影响出砂的因素 1、地质因素 (1)应力状态 钻井前砂岩油层处于应力平衡状态。钻开油层后,井壁附近岩石的原始应力平衡状态遭 到破坏,造成井壁附近岩石的应力集中 (2)岩石的胶结状态 与油层岩石胶结物种类(粘土、碳酸盐和硅质、铁质三种)、数量(数量越多,胶结强 度越大)和胶结方式(基底胶结、接触胶结、孔隙胶结)有关。 基底胶结胶结强度大 孔隙胶结胶结强度中
1 第九章 油水井维护性措施 目的要求 要求学生掌握油水井的维护性措施，这些措施包括防砂与清砂，防蜡与清蜡，油井堵 水，防腐及清防垢。这章内容相对比较容易，是前几章内容的综合应用。要求学生能够将本 章知识与前面知识相结合，并注意理论联系实际。 课时：2 学时 授课重点内容提要 第一节 防砂与清砂 （一）出砂危害 产出的地层砂可以分为骨架砂和填隙物两种。 骨架砂一般为大颗粒的砂粒，主要成分为石英和长石等。 填隙物是环绕在骨架砂周围的微细颗粒（微粒），主要成分为粘土矿物，也包括石英、 长石等其他非粘土矿物微粒。 砂堵导致减产或停产 地面及井下设备加剧磨蚀 套管损坏，油井报废 （二）影响出砂的因素 1、地质因素 （1）应力状态 钻井前砂岩油层处于应力平衡状态。钻开油层后，井壁附近岩石的原始应力平衡状态遭 到破坏，造成井壁附近岩石的应力集中。 （2）岩石的胶结状态 与油层岩石胶结物种类（粘土、碳酸盐和硅质、铁质三种）、数量（数量越多，胶结强 度越大）和胶结方式（基底胶结、接触胶结、孔隙胶结）有关。 基底胶结 胶结强度大 孔隙胶结 胶结强度中
接触胶结胶结强度低 渗透率,104um2 (3)渗透率 滲透率越高,其胶结强度越低,油层越容易出砂。 2、开采因素 ①固井质量:由于固井质量差,使得套管外水泥环和井壁岩石没有粘在一起,在生产 中形成高低压层的串通,使井壁岩石不断受到冲刷,粘土夹层膨胀,岩石胶结遭到破坏,因 而导致油井出砂。 ②射孔密度:射孔密度过大,有可能使套管破裂和砂岩油层结构遭到破坏 ③工作制度:生产压差过大、工作制度的突然变化等 ④其它:含水上升、地层压力下降、不适当的措施、低质量的作业等 (三)防砂方法 1、制定合理的开采措施 (1)制定合理的油井工作制度:通过生产试验使所确定的生产压差不会造成油井大量 出砂(控制生产压差)。对于受生产压差限制而无法满足采油速度的油层,要在采取必要的 防砂措施之后提高生产压差。 (2)加强出砂层油水井的管理:开、关操作要求平稳;对易出砂的油井应避免强烈抽 汲的诱流措施 3)对胶结疏松的油层,酸化、压裂等措施要求慎重。 (4)正确选择完井方法和改善完井工艺 2、采取合理的防砂工艺方法
2 接触胶结 胶结强度低 （3）渗透率 渗透率越高，其胶结强度越低，油层越容易出砂。 2、开采因素 ① 固井质量：由于固井质量差，使得套管外水泥环和井壁岩石没有粘在一起，在生产 中形成高低压层的串通，使井壁岩石不断受到冲刷，粘土夹层膨胀，岩石胶结遭到破坏，因 而导致油井出砂。 ② 射孔密度：射孔密度过大，有可能使套管破裂和砂岩油层结构遭到破坏 ③ 工作制度：生产压差过大、工作制度的突然变化等 ④ 其它：含水上升、地层压力下降、不适当的措施、低质量的作业等。 （三）防砂方法 1、制定合理的开采措施 （1）制定合理的油井工作制度：通过生产试验使所确定的生产压差不会造成油井大量 出砂（控制生产压差）。对于受生产压差限制而无法满足采油速度的油层，要在采取必要的 防砂措施之后提高生产压差。 （2）加强出砂层油水井的管理：开、关操作要求平稳；对易出砂的油井应避免强烈抽 汲的诱流措施。 （3）对胶结疏松的油层，酸化、压裂等措施要求慎重。 （4）正确选择完井方法和改善完井工艺。 2、采取合理的防砂工艺方法
机械防砂 滤砂器防砂 砾石充填防砂 人工胶结砂层 化学防砂 人工井壁 其它化学防砂法 注热空气焦化固砂 焦化防吵短期火焦化砂 压裂充填防砂 其它 砂拱防砂 机械一化学复合防砂 ①机械防砂方法 机械防砂方法可以分为两类 第一类是仅下入机械管柱的防砂方法。这种方法简单易行,施工成本低。缺点是防砂管 柱容易被地层砂堵塞,有效期短,只适用于油砂中值大于0.lmm的中、粗砂岩地层。 第二类机械防砂方法为管柱砾石充填,即在井筒内下λ绕丝筛管或割缝衬管等机械管柱 后,再用砾石或其它类似材料充填在机械管柱与套管的环形空间内,有的还将充填材料挤入 井筒周围地层,形成多级滤砂屏障,达到挡砂目的。这类方法适用性广,对细、中、粗砂岩 地层、垂直井、定向井、热采井均可应用,且有效期长,成功率高。缺点主要是施工复杂, 一次性投入高;不适合于粉砂岩和粉细砂岩 A、滤砂器防砂 滤砂器是指经过特殊工艺制成的具有防砂功能的机械管柱。一般用于套管射孔井 将滤砂器下入井内,正对出砂层位。采油时地层砂粒随流体进入井筒,被阻挡在滤砂器 周围,逐渐堆积,形成自然砂拱,进一步阻止地层出砂。 ◆绕丝筛管 优点:耐腐蚀、抗高温、缝隙连续沟通面积大、寿命长 缺点:目前最小缝隙虽可达0.1mm,但造价高,是割缝衬管的2~3倍 ◆割缝衬管 割缝衬管主要用于出砂不严重的井,或在裸眼完井情况下防止岩屑落入井筒中。割缝 衬管是直接使用锯片铣刀在铣床上铣削套管而成。 割缝缝眼分平行轴向和垂直轴向两种。多采用平行割缝,割缝交错排列为宜
3 机械防砂 滤砂器防砂 砾石充填防砂 化学防砂 人工胶结砂层 人工井壁 其它化学防砂法 焦化防砂 注热空气焦化固砂 短期火烧焦化固砂 其它 压裂充填防砂 砂拱防砂 机械－化学复合防砂 机械防砂 滤砂器防砂 砾石充填防砂 化学防砂 人工胶结砂层 人工井壁 其它化学防砂法 焦化防砂 注热空气焦化固砂 短期火烧焦化固砂 其它 压裂充填防砂 砂拱防砂 机械－化学复合防砂 ○1 机械防砂方法 机械防砂方法可以分为两类。 第一类是仅下入机械管柱的防砂方法。这种方法简单易行，施工成本低。缺点是防砂管 柱容易被地层砂堵塞，有效期短，只适用于油砂中值大于 0.1mm 的中、粗砂岩地层。 第二类机械防砂方法为管柱砾石充填，即在井筒内下入绕丝筛管或割缝衬管等机械管柱 后，再用砾石或其它类似材料充填在机械管柱与套管的环形空间内，有的还将充填材料挤入 井筒周围地层，形成多级滤砂屏障，达到挡砂目的。这类方法适用性广，对细、中、粗砂岩 地层、垂直井、定向井、热采井均可应用，且有效期长，成功率高。缺点主要是施工复杂， 一次性投入高；不适合于粉砂岩和粉细砂岩。 A、滤砂器防砂 滤砂器是指经过特殊工艺制成的具有防砂功能的机械管柱。一般用于套管射孔井。 将滤砂器下入井内，正对出砂层位。采油时地层砂粒随流体进入井筒，被阻挡在滤砂器 周围，逐渐堆积，形成自然砂拱，进一步阻止地层出砂。 绕丝筛管 优点：耐腐蚀、抗高温、缝隙连续沟通面积大、寿命长 缺点：目前最小缝隙虽可达 0.1mm，但造价高，是割缝衬管的 2～3 倍 割缝衬管 割缝衬管主要用于出砂不严重的井，或在裸眼完井情况下防止岩屑落入井筒中。割缝 衬管是直接使用锯片铣刀在铣床上铣削套管而成。 割缝缝眼分平行轴向和垂直轴向两种。多采用平行割缝，割缝交错排列为宜
割缝衬管防砂工艺简单,操作方便,成本低。但受机槭加工技术的限制,衬管割缝的 最小缝宽达0.15~0.2mm,适用地层砂的范围较小。割缝衬管防砂有效期短,效果差,缝 眼易被细砂堵塞或磨损 砾石充填防砂 ◆套管内砾石充填包括 环空充填和地层充填 ◆裸眼砾石充填防砂 生产层段采用裸眼完成,裸眼扩孔后,正对出砂层段下入绕丝筛管,然后再进行砾石充 填 ◆砾石充填防砂工艺设计 基本原则: 注重防砂效果,使油井井口含砂量小于003% 保持防砂井产能,产能损失不高于15~20% 强调综合经济效益。 2、化学防砂 化学防砂是向地层中挤入一定数量的化学剂或化学剂与砂浆的混合物,达到充填、固 结地层、提高地层强度的目的。 化学防砂方法适用于薄层短井段,对粉细砂岩地层的防砂效果好,施工后井筒内不留 下任何机械装置,便于后期处理。缺点是有机化学剂材料成本高,对油藏温度的适应性较差 易老化,有效期短,固结后地层渗透率明显下降,产能损失大。 国外提出的应用条件 ①产层厚度不超过76m;⊙产层温度不超过138C:⑥地层渗透率大于0.1m2;④粘土和 长石含量低于15%;③石灰质含量低于5%;⑥套管射孔完井。 (1)人工胶结地层 向地层注入化学固砂剂,直接将地层砂固结。 √酚醛树脂胶结地层 酚醛溶液地下合成防砂 (2)人工井壁
4 割缝衬管防砂工艺简单，操作方便，成本低。但受机械加工技术的限制，衬管割缝的 最小缝宽达 0.15～0.2m m ，适用地层砂的范围较小。割缝衬管防砂有效期短，效果差，缝 眼易被细砂堵塞或磨损。 ○2 砾石充填防砂 套管内砾石充填包括 环空充填和地层充填 裸眼砾石充填防砂 生产层段采用裸眼完成，裸眼扩孔后，正对出砂层段下入绕丝筛管，然后再进行砾石充 填。 砾石充填防砂工艺设计 基本原则： 注重防砂效果，使油井井口含砂量小于 0.03%。 保持防砂井产能，产能损失不高于 15～20％。 强调综合经济效益。 2、化学防砂 化学防砂是向地层中挤入一定数量的化学剂或化学剂与砂浆的混合物，达到充填、固 结地层、提高地层强度的目的。 化学防砂方法适用于薄层短井段，对粉细砂岩地层的防砂效果好，施工后井筒内不留 下任何机械装置，便于后期处理。缺点是有机化学剂材料成本高，对油藏温度的适应性较差， 易老化，有效期短，固结后地层渗透率明显下降，产能损失大。 国外提出的应用条件： ○1 产层厚度不超过 7.6m；○2 产层温度不超过 138 ºC；○3 地层渗透率大于 0.1 m 2 ；○4 粘土和 长石含量低于 15%；○5 石灰质含量低于 5%；○6 套管射孔完井。 （1）人工胶结地层 向地层注入化学固砂剂，直接将地层砂固结。 酚醛树脂胶结地层 酚醛溶液地下合成防砂 （2）人工井壁
将胶结剂、支撑剂,按比例混合均匀,用油或其它液体携至井下,挤入套管外,堆积 于出砂部位,凝固后形成具有一定强度和滲透性的人工井壁。 ★树脂砂浆人工井壁 ★树脂核桃壳人工井壁 ★水泥砂浆人工井壁 ★预涂层砾石人工井壁 3、焦化防砂 油层提供热能,促使原油在砂粒表面焦化,形成具有胶结力的焦化薄层。主要有注 热空气固砂和短期火烧油层固砂两种方法。美国、俄罗斯、罗马尼亚等国家进行过成功试验 主要用于火烧油层或蒸汽驱开采的相对密度大于0.934的重质稠油油藏。 主要优点 (1)原油被加热到高温,粘度明显下降 (2)短期火烧焦化过程将近井地层孔隙中的沥青质、碳酸盐烧掉,使孔隙度和滲透率提 高、改善了原油流动条件; (3)燃烧使地层脱水,有效地防止了粘土的膨胀 (4)热力作用还可以使油层产生裂缝,形成新的油流通道。 注热空气焦化固砂 在井底安放电热器或火嘴加热空气,空气温升与原油物性、油层深度和注气速度有关, 应该由室内模拟试验预先确定。一般是1.1~56°Ch。当达到原油结焦温度后保持恒温24 小时,通常固砂作业要连续注热空气7天左右。 ◆短期火烧焦化固砂 温度要控制在400°C以下,防止套管烧坏(若粘土含量极高,火烧温度为600°C左 右),火烧时间30~40天,总注气量(2~8)×105m3,然后焖井10天。现场应用表明 火烧焦化防砂后产量增加3~15倍,有效期1a以上 4、其它防砂方法 ◆砂拱防砂 将套管外膨胀式封隔器随套管管柱下入井内正对出砂层位,挤水泥使密封元件径向膨胀, 胶件膨胀后的直径可为原来的2~3倍,从而压实裸眼井壁,迫使近井地层径向应力水平恢 复甚至超过原始地应力水平。水泥凝固后再采用高孔密、小孔径射孔
5 将胶结剂、支撑剂，按比例混合均匀，用油或其它液体携至井下，挤入套管外，堆积 于出砂部位，凝固后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁。 树脂砂浆人工井壁 树脂核桃壳人工井壁 水泥砂浆人工井壁 预涂层砾石人工井壁 3、焦化防砂 向油层提供热能，促使原油在砂粒表面焦化，形成具有胶结力的焦化薄层。主要有注 热空气固砂和短期火烧油层固砂两种方法。美国、俄罗斯、罗马尼亚等国家进行过成功试验， 主要用于火烧油层或蒸汽驱开采的相对密度大于 0.934 的重质稠油油藏。 主要优点： （1）原油被加热到高温，粘度明显下降； （2）短期火烧焦化过程将近井地层孔隙中的沥青质、碳酸盐烧掉，使孔隙度和渗透率提 高、改善了原油流动条件； （3）燃烧使地层脱水，有效地防止了粘土的膨胀； （4）热力作用还可以使油层产生裂缝，形成新的油流通道。 注热空气焦化固砂 在井底安放电热器或火嘴加热空气，空气温升与原油物性、油层深度和注气速度有关， 应该由室内模拟试验预先确定。一般是 1.1～5.6 ºC/h。当达到原油结焦温度后保持恒温 24 小时，通常固砂作业要连续注热空气 7 天左右。 短期火烧焦化固砂 温度要控制在 400 ºC 以下，防止套管烧坏（若粘土含量极高，火烧温度为 600 ºC 左 右），火烧时间 30～40 天，总注气量（2～8）×105 m3，然后焖井 10 天。现场应用表明： 火烧焦化防砂后产量增加 3～15 倍，有效期 1a 以上。 4、其它防砂方法 砂拱防砂 将套管外膨胀式封隔器随套管管柱下入井内正对出砂层位，挤水泥使密封元件径向膨胀， 胶件膨胀后的直径可为原来的 2～3 倍，从而压实裸眼井壁，迫使近井地层径向应力水平恢 复甚至超过原始地应力水平。水泥凝固后再采用高孔密、小孔径射孔