一種高過流能力防砂篩管的試驗研究

袁照永

摘 要：防砂篩管在生產過程中容易堵塞、沖蝕和腐蝕等問題，造成防砂失效，造成油井停產，甚至報廢，給油田帶來巨大的經濟損失。為此，研制出了不易堵塞、過流能力強，具有納污能力強和蠕動性好的防砂篩管，可滿足大排量生產需求的高過流能力防砂篩管。滿足國內油氣井進行篩管礫石充填完井或篩管防砂施工需求。

關鍵詞：防砂篩管；高過流能力；防堵塞

一、國內防砂篩管存在的問題

疏松砂巖易出砂儲層普遍采用裸眼篩管防砂、礫石充填防砂完井工藝技術。這種完井工藝對防砂篩管的承壓強度、控砂精度、防堵能力及篩管的使用壽命等問題提出了較高的要求。目前國內防砂篩管，存在不同程度問題：

（一）堵塞問題

金屬網篩管屬于剛性孔隙類篩管，過流面積大，是近十幾年來使用最普遍的篩管。但金屬網（尤其是席型密紋網）有很小的納污能力，其孔隙為近似平面、剛性孔隙。大量實踐證明，在碎屑巖儲層單獨使用時仍存在較嚴重的堵塞問題。應用于礫石充填完井，取得了較好的效果。

金屬棉篩管有一定的納污能力，所以抗堵塞能力優于上述所有篩管，在前幾年曾在部分油田使用過。當儲層出砂較多（超過了篩管的納污量）時，仍會出現嚴重堵塞。

膨脹篩管：設計理念非常好，是篩管防砂認識上的一次提高。

（二）強度問題

篩管的強度主要包括兩個方面： 基管強度和濾材強度。

基管強度：基管的抗拉、抗扭和抗外擠強度，主要取決于基管的尺寸、鋼級和壁厚。同時，基管鉆孔密度對基管強度的影響也很大，開孔面積越大，基管強度越低。

濾材（過濾介質）強度：篩管的抗內壓強度和抗外擠強度與過濾介質的強度直接相關。如果過濾介質的強度低，當篩管內外壓差增大時，外擠壓力會把過濾材料從基管鉆孔處擠穿。

（三）沖蝕和腐蝕問題

沖蝕問題：沖蝕是由于篩管出現大面積堵塞，流體在局部未堵塞區域出現的急速流動所致。因此，只有解決堵塞問題才能從根本上解決沖蝕問題。另外，“倒梯形”孔隙不耐沖蝕，也不能提高抗堵塞能力。改變外護管的沖孔方式從而改變流體的流動方向也不能降低沖蝕。

腐蝕問題：要解決基管的腐蝕問題，一是選好材質（鋼級），二是減少基管。

二、新型篩管結構和特點

（一）新型篩管結構

根據現場篩管應用中出現的問題，開發了新型過濾材質的金屬棉篩管。新型篩管由基管、支撐泄流網、INFILTER過濾材料、外護管構成。新型濾材過濾棉的填充厚度3～8 mm，孔隙度可達85%以上。采用不同的張緊力在基管上多層纏繞，從內到外每層的孔隙大小不同，這不僅做到了深層過濾，而且當儲層砂粒徑變化范圍很大時，也有較好的防砂和過流能力。

（二）新型篩管特點

該篩管具有強度高，結構緊湊，耐沖蝕，過流面積大等優點，是割縫篩管和繞絲篩管的最好替代品，非常適合礫石充填的防砂工藝。

該篩管具有納污能力強和蠕動性好的兩大特點，不易被堵塞，防砂效果和有效期會明顯優于其它篩管。

三、新型篩管性能試驗

（一）材料強度試驗

為滿足篩管的抗內壓強度要求，對新型濾材過濾棉和外護管材料進行了抗拉強度試驗。

材料強度試驗結果表明，采用該過濾材質5層金屬網時，篩管的抗內壓強度超過到1100psi。外護管強度滿足設計要求。

（二）篩管的抗堵塞能力試驗

試驗所用的流體性能、實驗砂組份、流體流向盡量和井下情況一致，通過對比性實驗來評價篩管的抗堵塞能力。實驗砂樣盡可能按照儲層砂的組份配制實驗砂樣。考慮到儲層大都含黏土，應在實驗砂中適當添加黏土（5%～10%），也可在實驗用的流體介質中加入0.2%～0.5% 的預水化黏土。

通過分析試驗結果可以得到以下：第一、礫石充填和膨脹篩管（理想狀態下）防砂能起到擋砂的作用，其余的獨立篩管防砂都應該歸類為濾砂。擋砂時，因過濾介質與井壁接觸，儲層砂不會大量產出，不會形成致密堆積層。濾砂則是砂子從儲層產出后再過濾，產出。第二、細粉砂（< 44 ?m）、黏土（<10?m）和原油中的膠質、瀝青質是造成篩管堵塞的主要因素。這些微小顆粒物在產出砂中的含量（百分比）對篩管的過流能力（通透性）影響很大。而儲層砂粒徑中值 d50 的大小是次要原因。但是，由于儲層砂的粒徑分布規律大都符合正態函數，粒徑中值越小，小于 44 ?m 的顆粒物的百分比含量越高，所以更容易堵塞。該新型濾材篩管適用于黏土含量小于10%的儲層中。第三、過濾介質孔徑越大，過流能力越好。該過濾材料的高納污能力和大孔徑的控砂網過流能力好，不僅改善了篩管與砂層間低滲界面的過流能力，同時可以很好地控制出砂。 該篩管可用于粒徑中值大于80μm。

四、結論

1、新型高過流能力篩管可用于粒徑中值大于80μm，黏土含量小于10%的儲層中；2、在儲層砂粒徑中值小于200μm或黏土含量大于5%的碎屑巖儲層中，不宜使用常規的平面剛性孔隙篩管；3、當儲層砂粒徑中值小于80μm或黏土含量大于10%時，最好使用礫石充填方式完井；4、新型高過流能力篩管，配之以礫石充填，將是最可靠而有效的防砂方法，在各種粒徑的碎屑巖儲層中均可使用。

參考文獻：

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