一種新型環保防砂工藝的現場應用

摘 要：水帶干灰砂人工井壁防砂（簡稱水防）是以水泥為膠結劑，以石英砂為支撐，按1：2重量比例在地面拌合均勻，用水攜至井下，擠入套管外，堆積于出砂層位，凝固后形成具有一定強度和滲透性的人工井壁，可以阻擋地層砂流進井筒并具備一定的堵水作用，是國內較普遍的一種防砂工藝。但人工配制干灰砂存在勞動強度大、粉塵污染嚴重、灰砂比混合不均勻、施工參數不易控制影響防砂質量等缺點。

本文介紹一種新型環保水防工藝，通過建立兩項主要施工參數水泥漿密度及砂比之間的函數關系，整合固井車、混砂車、水泥車等特種設備，研究出一套新型水帶干灰砂自動配置工藝，該工藝全過程機械密閉配置，無粉塵污染，大幅降低人工勞動強度，施工環保健康。

關鍵詞：水防;粉塵污染;整合;機械配置;環保

1.前言

八面河油田屬于疏松砂巖油藏，該類油藏埋藏淺，膠結疏松，成巖性差，開發中出砂嚴重，除北區沙四段和廣北區不出砂外，其余區塊均要防砂生產，針對水井，最常用的防砂工藝為水帶干灰砂地層人工井壁防砂（簡稱水防），每年工作量在20-25口。但由于設備和工藝落后，存在人工配置干灰砂勞動強度大、粉塵污染嚴重、物料浪費大后期處置難、施工參數不科學無監控影響防砂質量、水泥車配置低施工時泵壓、排量受限制等缺陷，極大的制約了水帶干灰砂防砂質量及成功率。為了提高水帶干灰砂防砂質量，降低操作員工勞動強度和減少環境污染，研究水帶干灰砂自動配置工藝技術，科學合理確定施工參數，將整體提升水防施工質量。

2.前期所做的工作

2.1 水帶干灰砂防砂室內試驗評價

室內試驗報告表明，當灰砂重量比在1：1.5～2時，此時的人工井壁滲透率最高，抗折強度最大，可以同時滿足注水和防砂的需要。

2.2 建立重要施工參數間的函數關系

理論計算過程如下：

設：穩定施工過程中水泥、砂子水的混合液排量為V，砂比為M，水泥漿密度為ρ

已知：干水泥密度為3.15g/cm3，石英砂密度為1.5g/cm3，清水密度為1g/cm3 求：ρ=f﹙M﹚

解：單位時間1min內。

水泥、砂子混合液體積為V，得出：石英砂體積為VM;重量為1.5VM，

當水泥和石英砂重量比為1：2時 得出干水泥重量：？×1.5VM=？VM

得出：V升混合液中水泥漿的體積為：V—VM=V﹙1—M﹚

V升混合液中水泥漿重量=干水泥重量+水的重量=？VM+﹙V—VM—？VM/3.15﹚×1=﹙1—0.488M﹚V

得出：水泥漿密度為ρ=V升混合液中水泥漿重量÷V升混合液中水泥漿的體積=﹙1—0.488M﹚V/V﹙1—M﹚=﹙1—0.488M﹚/﹙1—M﹚

所以當灰砂重量比為1：2時，有ρ=﹙1—0.488M﹚/﹙1—M﹚

其中：ρ代表水泥漿密度：g/cm3 ，M代表砂比（砂子在攜砂液中的體積比）

現場施工可以參考的幾組數據：

砂比M=10%時，水泥漿密度ρ=﹙1—0.0488﹚/﹙1—0.1﹚=1.057g/cm3

砂比M=15%時，水泥漿密度ρ=1.09g/cm3

砂比M=20%時，水泥漿密度ρ=1.13g/cm3

當灰砂重量比為1：1.5時，依據同樣算法可以得到：ρ=﹙1—0. 317M﹚/﹙1—M﹚

現場施工可以參考的幾組數據：

砂比M=10%時，水泥漿密度ρ=﹙1—0.0317﹚/﹙1—0.1﹚=1.076g/cm3

砂比M=15%時，水泥漿密度ρ=1.12g/cm3

砂比M=20%時，水泥漿密度ρ=1.17g/cm3

結論：1、水泥漿密度和砂比之間存在函數關系，但和施工排量沒有關系。 2、施工中如果需要改變排量，無需調整砂比和水泥漿密度，但考慮到固井車的輸出排量極限，結合防砂工藝設計，一般排量最高不超過1.5方。 3、需要提高砂比時，須相應提高水泥漿密度。目前的水防工藝設計要求：砂比為10%，灰砂重量比為1：2，施工排量控制在0.8-1方/分鐘。通過以上計算，推薦使用密度值在1.06 ～ 1.07的水泥漿作為攜砂液。

2.3整合特種車輛

施工車輛由五個分系統組成：供水、配漿、混砂及計量、泵入、指揮。

2.3.1 供水系統：

由若干運輸水罐車、1臺供水泵車、一個15方地面敞口水池及地面管線組成，負責向固井水泥車輸送清水或地層水配置水泥漿。

2.3.2 配漿系統：

由1臺固井水泥車、1-2臺運輸灰罐車及地面管線組成，負責配置密度符合工藝要求的水泥漿輸送給混砂車，要求水泥漿密度穩定，輸出排量不低于0.8方/分鐘。由人工每間隔5分鐘測量一次，及時反饋到指揮系統。

2.3.3 混砂及計量系統：

由混砂車、砂罐車組成，負責輸砂、拌砂并將攪拌均勻、灰砂比例適合的水泥砂漿輸送給地面高壓管匯，同時，通過車載自動控制、計量系統調節、錄取瞬時砂量、總砂量并計算出砂比值、施工排量、施工流量等數據，同步反饋給儀表車。

2.3.4 泵入系統：

由3臺700型水泥車、地面高壓管匯、井口流程組成，負責將混砂車輸出的水泥砂漿混合液吸入，通過柱塞泵加壓后泵入井下防砂層位，完成水防施工，施工中的排量、泵壓電信號經地面數據電纜傳輸到儀表車，顯示在儀表車電腦屏上。此外，井口套管一端有套管壓力傳感器與儀表車相連，及時向指揮臺傳輸套管施工壓力值，套管另一端連接一臺400型水泥車，一旦出現井下管柱堵塞，便于及時反洗井消除堵塞，保證施工順利進行。

2.3.5指揮系統：

由儀表車及配套數據傳輸電纜組成，施工中除水泥漿密度值需人工監測匯報外，其它各項施工參數均反饋到儀表車，儀表車根據預先設定的電腦程序，，并繪制成施工工作曲線。實時采集、顯示、記錄水防作業全過程的數據，并對工作數據進行相關處理、記錄保存在顯示屏上及時顯示，最后打印輸出施工數據和曲線。

水帶干灰砂自動配置工藝現場車輛流程圖

3 現場應用情況

分別在萊6-斜4井和面4-7-195井等8口井進行了現場應用，達到了技術指標的要求，作業施工一次成功率100%、工藝成功率100%。

4 結論及建議

4.1 整合現有特種車輛并作必要的技術改進，在施工現場實現水帶干灰砂自動配置，減輕工人勞動強度，減少環境污染，通過在現場8口井的應用實踐表明，該工藝是完全可行的，可以在八面河油田水防施工中推廣應用。

4.2該工藝實現了機械化自動配置水帶干灰砂，對比傳統的人工配置，灰砂比更均勻，數據更精確，防砂質量更有保證。

4.3 干水泥灰、石英砂均采用專車儲運，無雜質混入，若一次施工有剩余，不會造成處置浪費。

作者簡介：

黃永剛 1970年2月生，1990年7月畢業于重慶石油學校開采專業，長期從事井下作業技術管理工作，現為中石化江漢油田分公司采服中心工藝研究所支部書記。工程師。