玻璃鋼篩管井下自生濾砂管防砂技術的研制

劉為民

(中國石化勝利油田分公司地面工程維修中心，山東 東營 257231)

隨著孤島油田開發的深入以及開發方式的不斷調整，套損井、大斜度井等復雜結構井數量逐年增加。復雜結構井防砂難度較大，主要表現在：一是機械防砂實施難度大,充填過程易形成砂橋[1]；二是化學防砂周期短，易引起套損加劇；三是防砂后期處理難度大、費用高。而針對套損井采取大修井筒恢復工藝技術不僅技術復雜、難度大,而且成本高、有效率低[2]。多重因素導致復雜結構井的開發受到嚴重制約，復雜結構井防砂問題亟待解決。為此，作者對玻璃鋼篩管井下自生濾砂管防砂技術進行研發，以有效改善復雜結構井的防砂效果。

1 技術研究

井下自生濾砂管防砂技術就是將玻璃鋼防砂篩管下入到位后，采用涂覆砂充填工藝，侯凝固結后涂覆砂包覆在玻璃鋼防砂篩管上，在井下自行生成樹脂濾砂管的工藝技術。

1.1 玻璃鋼防砂篩管研制

1.1.1 材料選擇

玻璃鋼是一種新型的復合材料，其優點有：(1)低吸附性，對地層泥質和粉細砂吸附性差，油井正常生產過程中可直接攜帶出地面，治理防砂管堵塞有良好的效果；(2)輕質高強，拉伸強度接近甚至超過碳素鋼，耐腐蝕，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力；(3)易磨鉆，方便后期處理。因此，選擇玻璃鋼作為防砂篩管材料。

1.1.2 規格及參數優化設計

防砂篩管外徑尺寸：根據不同的套管尺寸，設計完善了3種防砂篩管外徑尺寸，分別為70 mm、78 mm、95 mm。

防砂篩管縫隙尺寸：原則上應能擋住最小充填礫石。孤島地層砂粒度中值分布在0.10～0.25 mm之間，充填砂粒度在0.3～1.0 mm之間，因此設計3種防砂篩管縫隙，分別為0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm，滿足不同粒度分布的擋砂要求。

防砂篩管縫隙結構優化設計。矩形縫特點：結構簡單，加工方便，縫隙寬度保持好，但操作可靠性差，縫隙易被細砂堵塞；梯形縫特點：錐度越大，自潔作用越強，縫隙寬度保持好，但易被流砂磨蝕，縫隙變寬，影響濾砂精度。為克服以上缺點，采用組合割縫技術(圖1)，外矩形縫一定深度，耐流砂磨蝕；內梯形縫呈擴散狀，有利于保持縫隙清潔，不產生砂堵。

圖1 組合縫防砂篩管剖面圖Fig.1 Profile of sand-controlling screen with combined slot

1.1.3 管柱設計

防砂篩管管柱進行組合設計，充填工具以下管柱采用玻璃鋼材料，實現管柱后期處理可鉆可撈，在常規打撈無效后直接井下削磨，避免取出，減少后期處理工序。配套的無錨牙式充填工具(圖2)集密封、充填、丟手于一體，實現了一趟管柱完成環空填砂和座封丟手等多道工序，簡化了施工工藝，降低了工人勞動強度和防砂作業成本，縮短了施工占井時間，生產效率大大提高。

圖2 無錨牙式充填工具結構示意圖Fig.2 Schematic diagram of structure of non-anchor packing tool

1.2 涂覆砂充填工藝改進

套損井采用常規石英砂充填工藝，套管會變形、破裂，在套損位置地層結構發生較大變化，產生大量泥質物與地層粉細砂，導致油井供液能力變差；大斜度井采用常規石英砂充填工藝，容易形成砂橋[3]，極易造成充填層垮塌。針對以上問題，對涂覆砂充填工藝進行改進，通過調整配方實現涂覆砂固結時間和固結強度可控，設計了分級涂覆砂擠壓充填技術，保證井下施工安全，改善復雜結構井的防砂效果。改進涂覆砂充填工藝具有如下優勢：一是可填補套損井套損位置地層虧空、加固井壁，延緩套損加劇；二是多級擋砂體系可延緩泥質堵塞。

2 評價實驗

2.1 低吸附、高滲透性能評價實驗

采用井筒防砂模擬實驗裝置進行低吸附、高滲透性能評價實驗，主要由高壓柱塞泵、模擬井筒(裝置主體)、數控箱、儲液罐等部分組成，如圖3所示。

圖3 井筒防砂模擬實驗裝置Fig.3 Simulated experimental advice of sand-controlling with well bore

將防砂篩管與法蘭盤用螺紋連接，置于可視化模擬井筒內，固定牢靠；啟動高壓柱塞泵，通過模擬炮眼進液模擬地層生產過程；根據滲流實驗數據繪制時間-滲透率、流量-壓力曲線。采集數據不少于3組，每組不少于5個流量值，每個流量值采集時間間隔不少于5 min。

2.1.1 低吸附性能評價實驗

取含泥量15%的采出液，分別采用玻璃鋼防砂篩管與繞絲防砂篩管進行驅替實驗[4]，結果如圖4所示。

圖4 玻璃鋼防砂篩管與繞絲防砂篩管的驅替實驗結果對比Fig.4 Comparison on displacement experiment between FRP sand-controlling screen and wire wrapped sand-controlling screen

由圖4可以看出，玻璃鋼防砂篩管抗堵塞性能明顯優于繞絲防砂篩管。因此，玻璃鋼防砂篩管對高泥油藏具有明顯的抗堵塞優勢。

瀝青質原油(瀝青質含量1.43%)在0.4～0.8 mm厚的石英砂和涂覆砂表面的吸附量(瀝青質含量與砂粒質量的比值)對比見表1。

表1 瀝青質原油在石英砂、涂覆砂表面的吸附量對比

由表1可知，2種瀝青質原油在石英砂和涂覆砂表面均有吸附，在石英砂表面的吸附量遠大于在涂覆砂表面的。表明，涂覆砂也具有明顯的低吸附性能，可有效降低充填層堵塞。因此，可通過配套玻璃鋼防砂篩管，有效改善高泥質含量復雜結構井的生產效果。

2.1.2 高滲透性能評價實驗

對玻璃鋼防砂篩管、玻璃鋼井下自生濾砂管與常規濾砂管的滲透性能進行評價(圖5)，結果發現，玻璃鋼井下自生濾砂管的滲透性能是常規濾砂管的1.2倍。

圖5 不同防砂篩管的滲透性能對比Fig.5 Comparison on permeability of different sand-controlling screens

2.2 可取、可鉆性能評價實驗

2.2.1 可取性能評價實驗

室內開展抗拉性能測試實驗，在拉力達到180 kN時玻璃鋼防砂篩管脫扣；現場開展破壞性試驗，下入負荷160 kN的油管，上部連接玻璃鋼防砂篩管，魚腔內插入倒扣撈矛，用大鉤上提，全井油管提起，玻璃鋼防砂篩管完好，沒有漲破[5]。

將不同防砂篩管砂埋一定深度，地面測試摩擦阻力。結果發現，砂埋玻璃鋼防砂篩管的摩擦阻力較砂埋繞絲防砂篩管的大幅減弱；砂埋玻璃鋼防砂篩管的摩擦阻力不隨砂埋深度的增加變化，而是保持平穩。表明，玻璃鋼防砂篩管的表面摩擦系數比繞絲防砂篩管更小，現場應用時可以滿足后期打撈性能要求。

2.2.2 可鉆性能評價實驗

室內開展可鉆破碎實驗，用磨鞋鉆頭，分別加壓 20 kN、40 kN，分別以50 r·min-1、 80 r·min-1的速度實施鉆切破壞。結果發現，玻璃鋼防砂篩管的可鉆性能優良，可通過配套玻璃鋼防砂篩管降低后期處理難度，降低作業成本。

3 現場應用

將玻璃鋼篩管井下自生濾砂管防砂技術應用于孤島油田，共26井次，其中套損井應用7井次，大斜度井應用8井次，成功率100%，平均防砂周期超過400 d，防砂有效期可延長121 d，平均單井增液46.8%，當年累計增油8 675.7 t，大修率下降30%，有效改善了復雜結構井的防砂效果。

4 結論

針對套損井、大斜度井等復雜結構井機械防砂實施難度大、防砂有效期短、后期處理成本高等問題，研發了玻璃鋼篩管井下自生濾砂管防砂技術。該技術具有低吸附、抗堵塞、易鉆取等特點，防砂有效期長，后處理方便。現場應用26井次，平均增液46.8%，防砂有效期延長121 d，大修率下降30%，有效改善了復雜結構井的防砂效果。