幾種常見防砂技術原理與特點

張茂劍

(勝利油田油氣井下作業中心濱南作業大隊，山東 濱州 256600)

任何一種機械防砂方法都有其各自的特點和適用性，對于特定的油井，防砂成功的關鍵是防砂方法的選擇，防砂方法選擇不當是導致防砂失敗的主要原因。下面介紹幾種防砂技術原理與特點，以后防砂要根據地層特點選擇相應的防砂方法。

一、雙層預充填篩管防砂技術

雙層預充填篩管由外篩管、內篩管和內外篩管間充填的礫石形成3層防砂屏障，具有良好的濾砂和擋砂作用，同時又具有一定滲透性能。其防砂管柱組成見圖1

圖一：雙層預充填篩管防砂

雙層預充填篩管防砂工藝技術的優點：

(一)技術簡便，易于施工，對地層傷害小。

(二)可用于常規套管完成的豎直井、斜井、定向井、水平井的防砂。

存在問題：

(一)篩管成本較高。

(二)僅適用于油層不分采，粒度中值0.08mm以上的中粗砂巖地層;不適用于粉細砂地層、泥質低滲透地層，以及高產油井。

二、可膨脹篩管防砂技術

可膨脹防砂篩管是在殼牌石油公司可擴展割縫管專利技術的基礎上形成的，其結構原理圖如圖2所示。

圖二：可膨脹篩管防砂

ESS由可擴展割縫中心管、過濾層和可擴張式保護外套3部分構成。過濾層是為可膨脹濾砂管特別研制的一種金屬絲網，它以重疊的方式附在割縫管本體上，這樣直徑增大時可保持防砂性能。在篩管的擴張過程中，由3層隔膜構成的重疊式滲濾隔膜中間層發生徑向滑移，另外2層則發生軸向滑移，直到防砂篩管達到理想的直徑。可膨脹防砂篩管的防砂技術優點：

(一)膨脹后緊貼井壁或套管，可防止地層砂的運移，從而避免由于地層砂重新分布而形成近井眼低滲透帶。

(二)防砂后的井下管柱內徑大，過流面積大，減小了近井眼的壓降損耗和篩管沖蝕破壞的可能性，提高了膨脹篩管和單井壽命以及油氣藏的采收率。

(三)同管外封隔器配合可實現分層開采，適用于水平井和大位移井等。

(四)適應于油層不分采，粒度中值0.07mm以上的砂巖地層。

存在的問題：

(一)若井眼極不規則，在井徑縮小處膨脹篩管會壓實近井地帶，生產時不易恢復地層原始狀態;對于井徑擴大處，無法實現篩管與井壁或套管環空的“零間隙”，影響防砂效果。

(二)在篩管膨脹過程中，若遇井壁坍塌等復雜情況致使膨脹中斷，很難得到滿意結果。

三、復合縫腔割縫篩管

目前國內外油田上使用的割縫篩管多為矩形或單梯形縫篩管，矩形縫的縫寬從管外到管內是一致的，易造成砂粒堵塞，降低抽仙效果。梯形微縫篩管克服了矩形縫篩管的砂堵現象，具有很強的“自潔”作用，還具有流壓損失小、產量高、壽命長等優點。單梯形縫篩管由于角度較大，縫口較尖銳，在采出液及其攜帶的微細砂粒的擠摩作用下，易使縫口的尖角磨損、縫寬變大，從而降低割縫篩管的防砂效果和使用壽命。針對上述情況，研制出具有復合縫腔的割縫篩管，應用于油井防砂中取得了良好效果。

（一）復合縫腔割縫篩管的結構設計

新型復合縫腔割縫防砂篩管的每條割縫都由管外至管內依次連接的外窄內寬角度較小的梯形縫、過渡圓弧和角度較大的梯形縫構成。該篩管外層梯形縫的角度很小，近似于矩形，厚度為2-3 mm ,當有微小的砂粒進入縫腔時，可以被采出液帶走，使縫腔保持暢通，由于該層梯形縫的角度很小，因此，縫口在原油和微細砂粒的摩擦作用下的磨損速度減慢，可有效地提高篩管的使用壽命;管壁內層大角度的梯形縫可較大地降低縫對原油的流阻。

（二）復合縫腔割縫篩管的特點

該種割縫篩管是采用筆者自行研制開發的等離子設備加工的。該種工藝方法是靠高頻的瞬時高溫、高壓作用進行加工，切割過程在專用復合水基工作液中完成，其特點是：

1.縫的表面耐磨和耐蝕性高。專用復合水基工作液在瞬時高溫、高壓作用下，產生電離和熱分解，電離和熱分解的產物在高溫和電場的作用下

與被切割的縫腔表面金屬材料產生化學反應，在被加工后的縫腔表面上形成1層厚0.1-0.2 mm的淬硬防腐層，其硬度達管體硬度的2倍，且由外至內逐漸減小，使淬硬層與管體的結合更加牢靠。

2.該縫腔克服了矩形縫易造成砂堵的現象，且具有很好的“自潔”效應，由于原油從管外到管內流經的縫腔是逐漸加寬的，因此，其流阻小。

3.該種切割工藝加工出的縫寬尺寸一致性好、精度高，在縫的兩端不存在“火柴頭”現象，可以有效地提高篩管的強度和防砂效果。

四、結束語

為使機械防砂技術更好地服務于油氣井防砂，應加大對油氣井的出砂與防砂機理的理論和實驗研究工作，建立一套較為科學完善的防砂理論體系;注重研究開發機械防砂方法與化學防砂方法等相復合的防砂方法和先進的防砂工具。