關于國內外防砂決策與工藝技術的調研報告

國內外防砂決策及工藝技術調研報告出砂機理理論基礎地層出砂的影響因素油層出砂是由于井底附近地帶的巖層結構破壞所引起的，它是各種因素綜合影響的結果，這些因素可以歸結為兩個方面，即地質條件和開采因素，其中地質條件是內因，開采因素是外因。1.1.1內因—砂巖油層的地質條件(1)應力狀態(tài)砂巖油層在鉆井前處于應力平衡狀態(tài)。垂向應力大小取決于油層埋藏深度和上覆巖石的密度；水平應力大小除了與油層埋藏深度有關外，還與油層構造形成條件及巖石力學性質和油層孔隙中的壓力有關。鉆開油層后，井壁附近巖石的原始應力平衡狀態(tài)遭到破壞，造成井壁附近巖石的應力集中。在其它條件相同的情況下，油層埋藏越深，巖石的垂向應力越大，井壁的水平應力相應增加，所以井壁附近的巖石就越容易變形和破壞，從而引起在采油過程中油層出砂，甚至井壁坍塌。(2)巖石的膠結狀態(tài)油層出砂與油層巖石膠結物種類、數量和膠結方式有著密切的關系。通常油層砂巖的膠結物主要有粘土、碳酸鹽和硅質、鐵質三種，以硅質和鐵質膠結物的膠結強度最大，碳酸鹽膠結物次之，粘土膠結物最差。對于同一類型的膠結物，其數量越多，膠結強度越大。油層砂巖的膠結方式主要有三種(圖9-1)，一是基底膠結，砂巖顆粒完全浸沒在膠結物中，彼此互不接觸或接觸很少，其膠結強度為最大，但由于其孔隙度和滲透率均很低，很難成為好的儲油層；二是接觸膠結，膠結物的數量不多，僅存于巖石顆粒接觸處，其膠結強度最低；三是孔隙膠結，膠結物的數量介于基底膠結和接觸膠結之間，膠結物不僅存在于巖石顆粒接觸處，還充填于部分孔隙中，其膠結強度也處于基底膠結和接觸膠結之間。圖1-1油層砂巖膠結方式示意圖a—基底膠結；b—接觸膠結；c—孔隙膠結容易出砂的油層巖石主要以接觸膠結方式為主，其膠結物數量少，而且其中往往含有較多的粘土膠結物。(3)滲透率的影響滲透率的高低是油層巖石顆粒組成、孔隙結構和孔隙度等巖石物理屬性的綜合反應。實驗和生產實踐證明，當其它條件相同時，油層的滲透率越高，其膠結強度越低，油層越容易出砂。1.1.2外因—開采因素(1)固井質量由于固井質量差，使得套管外水泥環(huán)和井壁巖石沒有粘在一起，在生產中形成高低壓層的串通，使井壁巖石不斷受到沖刷，粘土夾層膨脹，巖石膠結遭到破壞，因而導致油井出砂。(2)射孔密度射孔完井是目前各油田普遍采用的溝通油流通道的方法，如果射孔密度過大，有可能使套管破裂和砂巖油層結構遭到破壞，引起油井出砂。(3)油井工作制度在油井生產過程中，流體滲流而產生的對油層巖石的沖刷力和對顆粒的拖曳力是疏松油層出砂的重要原因。在其它條件相同時，生產壓差越大，流體滲流速度越高，則井壁附近流體對巖石的沖刷力就越大。另外，油、水井工作制度的突然變化，使得油層巖石受力狀況發(fā)生變化，也容易引起油層出砂。(4)其它油層含水后部分膠結物被溶解使得巖石膠結強度降低或者油層壓力降低，增加了地應力對巖石顆粒的擠壓作用，擾亂了顆粒間的膠結，可能引起油井出砂。不適當的措施如壓裂和酸化等，降低了油層巖石膠結強度，使得油層變得疏松而出砂。總之，不適于易出砂油藏的工程措施、不合理的油井工作制度及工作制度的突然變化、頻繁而低質量的修井作業(yè)、設計不良的措施和不科學的生產管理等都可能造成油氣井出砂。這些都應當盡可能避免。由于油田開發(fā)過程中壓力變化而引起的巖石應力狀態(tài)的失衡及油氣滲流的沖刷力，雖然是不可避免的，但應盡量防止和減少它們可能對造成出砂的影響。對于膠結物中粘土含量高易發(fā)生粘土膨脹而可能引起出砂的井，采取必要的防膨措施則可防止和減少因此而造成的油層出砂。對于疏松油層除合理的工作制度外，主要是選擇合理完井方式和采取先期防砂。1.2.巖石破壞機理理論基礎1.2.1巖石破壞準則（1）庫侖(Coulomb)破裂準則庫侖假定：若巖石內部某面上的正應力和剪切力滿足條件： (1-1)則該面將發(fā)生破裂。式中的S0和是與巖石種類有關的材料常數。S0叫做聚合強度（Cohesion）,工程上稱為內聚力；叫做內摩擦系數，工程上常令稱為內摩擦角。以上就是庫侖準則的原始描述。下面據此進一步討論巖石破裂的條件和破裂與加載應力場的關系。進一步推導可以將庫侖破裂條件（準則）寫成： (1-2)其中： (1-3)為巖石單軸抗壓強度，而q的表達式為： (1-4)（2）摩爾破裂準則摩爾于1900年提出，當一個面上的剪應力與正應力之間滿足某種函數關系時，即： (1-5)材料沿該面會發(fā)生破裂，這就是摩爾破裂準則。其中函數f的形式與巖石種類有關。不難看出，摩爾準則是庫侖準則的一般化。因為庫侖準則在平面上代表一條直線，而摩爾準則代表了平面中的一條摩爾曲線，我們可以由巖石中的三個主應力，用建造三維摩爾圓的方法，求出任意方位面上的正應力和剪應力。如果巖石內部各種可能的應力狀態(tài)在摩爾曲線的下方，則不會發(fā)生破裂；如果以為半徑的大圓與莫爾曲線相切，則巖石會發(fā)生破裂，破裂面的方位可以由摩爾圓直接求出。（3）格里菲斯破裂準則格里菲斯給出了另外一種巖石破裂準則：當時， (1-6)當時，， (1-7)此處T0是巖石的單軸向抗張強度。格里菲斯準則是基于斷裂力學得到的，它的優(yōu)點是企圖把抗張破裂準則與剪切破裂準則統(tǒng)一起來。（4）默雷爾破裂準則1966年，Murrell（默雷爾）總結了砂巖實驗的資料，給出了巖石剪切破裂的條件。Murrell的經驗公式為： (1-8)對于砂巖，。默雷爾公式從解析的角度給出了的具體函數關系式。在平面，表征這種關系的是一條向下彎曲的曲線(因n<1)。所以，如果破裂準則是由默雷爾經驗公式所確定，那么一個明顯的結論就是當圍壓十分高時，破裂面與最大主應力軸的夾角趨于45°。1.2.2剪切破壞機理剪切破壞是大多數現場出砂的基本機理。通常以巖石力學的庫侖-摩爾破壞準則為基礎，認為出砂是由于炮孔及井眼周圍的巖石所受的應力超過巖石本身的強度使地層產生剪切破壞，從而產生了破裂面，破裂面的產生降低了巖石承載能力并進一步破碎和向外擴張，同時由于產液流動的拖曳力，將破裂面上的砂子剝離、攜帶出來，導致出砂。剪切破壞與過大的生產壓差有關，巖石一旦發(fā)生剪切破壞，將造成大量突發(fā)性出砂，嚴重時砂埋油層、井筒，甚至造成油井報廢。1.2.3拉伸破壞機理流體流動作用于炮孔周圍地層顆粒上的水動力拖曳力過大，會使彈孔壁巖石所受的徑向應力超過其本身的抗拉強度，脫離母體而導致出砂。它與過大的開采流速及液體粘度有關，并具有自穩(wěn)定效應。M.B.Dusseault對彈孔周圍的巖石進行了力學分析，圖1－1是射孔造成弱固結砂巖破壞的示意圖。經過射孔后，炮孔周圍往外的巖石可依次分為顆粒壓碎區(qū)、巖石重塑區(qū)、塑性受損及變化較小的受損區(qū)，并可與巖樣做壓縮試驗時的全應力-應變曲線上的各區(qū)相對應（見圖1－2）。遠離炮孔的A區(qū)是大范圍的彈性區(qū)，其受損較小，B1~B2區(qū)是一個彈/塑性區(qū)，包括塑性硬化和軟化，地層遭到不同程度的損壞，C區(qū)是一個完全損壞區(qū)，巖石經受了重新塑化，產生了近于完全塑性狀態(tài)的應變。緊挨彈孔周圍的巖石由于受到劇烈的震動被壓碎，一部分水泥環(huán)也受到了松動損害。如果巖石材料的抗剪切強度較低，射孔后使孔周圍的巖石強度進一步下降，如果掩飾的強度無法抵抗由原地應力作用在彈孔周圍的形成的應力場，便會產生剪切破壞或屈服，進而逐層剝離孔壁，形成出砂。另一方面，在開采時，由于存在差應力的應力場（生產壓差），流體的流動會降低巖石的剪切強度。微粒運移造成部分孔隙的堵塞所形成的表皮效應也會使壓力降升高，導致在低拉伸強度的巖石中產生顆粒的拉伸剝離，如圖1－3所示。從圖中可以看出，切應力幾乎永遠是壓應力，它與徑向應力組成彈孔周圍的差應力，這是產生剪切破壞的力源。研究認為，因為彈孔周圍地層的孔隙度和滲透性高（疏松砂巖），因而，其孔隙壓力近似等于孔穴內的壓力，即有效應力為零，于是孔壁的巖石處于單軸壓縮狀態(tài)，很容易發(fā)生剪切破壞。與此同時，由于流體的流動在孔穴周圍形成劇烈的壓力降，而部分孔隙堵塞造成的表皮效應將使流動壓降增大，從而可能使徑向應力變成拉伸應力，使孔壁材料產生拉伸破壞，導致巖石顆粒剝離孔壁而隨油氣產出。

由于砂巖儲層是由顆粒材料組成的，水動力拖曳力作用于靠近孔穴壁自由表面的顆粒上，它能夠克服周圍材料作用于單個顆?；蝾w粒群體上的接觸阻擋力（包括顆粒間的聯結力和摩擦阻力）而使顆粒剝離下來。巖石顆粒材料之間接觸的法向聯結力和切向摩擦力而使巖石固結在一起，這是保持孔穴穩(wěn)定的作用力。開采時，流體向井內流動產生作用在材料上的內向應力，單個顆?；虿环€(wěn)定顆粒群體由于在孔隙內外壓差dp的作用而出現指向孔穴內的拖曳力，這兩種力同時產生顆粒的剝離作用，只要這兩種力克服了保持孔穴穩(wěn)定的力，便會出砂。這個模型更適合由于射孔使孔周材料已被剪切屈服的弱化材料。這時顆粒間的摩擦力和法向拱應力是很小的，壓力降很容易驅走固結最弱的大顆?；蝾w粒群（團塊/碎片）。不過，盡管固相砂粒產出是個別剝離事件的連續(xù)，但最后總要達到某些顆粒的穩(wěn)定而形成自然砂拱。環(huán)繞孔穴的橋拱應力會有助于砂拱的穩(wěn)定，甚至在有流體向內流動時也是這樣。使砂拱穩(wěn)定的另一因素是發(fā)展起來的破碎區(qū)會承擔一些應力而提供部分支撐力（這可以從巖石材料強度的峰后效應看出來）。彈孔周圍巖石受單向壓縮應力或一向為拉伸、一向為壓縮的應力，使巖石極易產生剪切破壞和拉伸破壞，這是開采過程中地層出砂的主要原因。1.2.4微粒運移機理在疏松砂巖油藏中，地層內部存在著大量的自由微粒，在流動液體的拖拽力作用下，自由微粒會在地層內部運移直至流入井筒造成出砂。如果這些微粒在被地層孔喉阻擋后，會使流體滲流阻力局部增大，進一步增大流體對巖石的拖拽力，使未被阻擋的更細的微粒隨流體進入井筒造成出砂。油層充填砂受力分析如圖1－4所示。設充填砂半徑R、組成巖石的骨架砂粒半徑為RS、多孔介質孔道中的流速U。充填砂在運動方向所受的推力Fx、和與運動方向垂直的升力Fz、統(tǒng)稱為水動力。砂粒本身重力FG。任何兩顆微粒之間、微粒與孔壁之問，總存在有相互吸引力，即范德華力FA。處于多孔介質孔道中的充填砂，當流體的流動速度不斷增加時，則砂粒受到的流體沖刷力會越來越大、當達到某一流速時，水動力和雙電層斥力就會克服各種阻力，推動砂粒在孔道中隨流體運動，大砂粒會在孔喉處聚集，使?jié)B透率降低、小砂粒則會通過孔喉，進入油井，引起油井出砂。表1－1不同粒徑對門限速度的影響由實驗得到的表中數據可看出，粒徑R越大，則砂粒的啟動速度VS越小，因為R越大、所受的水動力也越大，砂粒越容易起動。因此，出砂油層中如果顆粒較大的砂粒比例越多，則越容易引起油層出砂（在相同條件下）。表1－2不同孔隙度對門限速度的影響從表中實驗結果我們可以看出，油層孔隙度φ越大，則門限速度越大。其原因是，當油層φ增大時，相當于油層中孔道變多、或變大，在表觀視速度相同時，則流體的真實流速變小、水動力減小、故砂粒越不易起動。2.出砂預測技術理論及應用由于出砂造成的危害極大，所以準確的預測出砂是非常重要的，而出砂預測是一項復雜而又困難的工作，它涉及到多孔彈性介質力學、巖石力學、流體力學、油田化學等多學科領域的理論，且受地層力學性質、流體性質、完井及開采工藝等多種因素的影響和控制。出砂預測方法的發(fā)展經歷了一個從簡單到復雜、從定性到定量的曲折發(fā)展過程。起初，人們是通過觀察巖心和分析初始生產動態(tài)資料來預測出砂，此為出砂預測方法發(fā)展的第一階段。經過對巖石力學性質如彈性模量、剪切模量等的認識，找出一個地區(qū)不出砂的巖石特性臨界值來預測出砂是出砂預測方法發(fā)展的第二階段。該階段較為典型的方法是組合模量法和斯倫貝謝法。進入八十年代后，出砂預測向實驗室模擬研究和數值計算方向發(fā)展，從前兩個階段的定性研究轉向定量研究，可以得出油氣井不出砂時的臨界產量和臨界壓差，這一階段為第三階段。也是當今油氣井出砂預測方法研究的主要方向。但是，這方面的研究還很不完善，出砂預測模型的發(fā)展歷史較短。Stein于1972年引入了第一個重要的基本概念，他將地層的剪切強度與油井出砂機理聯系起來，利用聲波測井及密度測井的數據來建立出砂井與分析井生產狀態(tài)之間的聯系。此法的局限性在于油井必須先進行完井與測試，要求地層大量出砂后才能獲得可靠的數據，而未考慮到油藏壓力衰竭及產水對出砂的影響，并假定不存在油層損害，故其結果只能反映生產中的瞬時情況而無法預測將來的動態(tài)。Tixier（1975年）等人采用類似于Stein的方法，利用密度測井和聲波測井資料來分析評價當前生產狀態(tài)下的油井出砂，但其得出的結果只能是定性的，且考慮的因素也有限。后來，Coates等人（1981年）提出了“砂巖強度”的測井模型，利用摩爾圓應力分析的方法描述了出砂的可能性與井眼應力狀態(tài)間的關系，可用于產水量不大的油井出砂預測。R.J.Selby等人于1988年進行了模擬井眼及其生產環(huán)境的徑向流動實驗（薄壁巖心圓柱實驗），并得到了油井出砂受到油層壓力、流速、顆粒大小及形狀等因素的影響的實驗結果。Morita等人（1989年）的研究表明：利用目前的巖石力學理論分析模型可以定性地認識各種油藏及生產工藝參數對不穩(wěn)定出砂、突發(fā)性大量出砂的影響，但對生產過程中的連續(xù)性出砂沒有得到高度的重視。出砂預測方法還有一種礦場出砂監(jiān)測的方法，它是根據油井的產砂數據與生產工藝參數建立擬合關系，用以預測油井出砂。目前存在單參數模型、雙參數模型和多參數模型等不同的預測模型，由于單參數模型只通過一個極限井深來預測油井是否出砂，它的預測結果偏于保守，而多參數模型由于需要長期監(jiān)測和記錄出砂數據，使用困難而受到限制。由Dussealt對彈孔周圍巖石的受力分析可知，彈孔周圍巖石的應力分布既和原地應力有關，又和流體的流動有關，要得到真實情況下的解析解幾乎是不可能的。為了進行理論分析，研究者將彈孔的形狀簡化成理想狀態(tài)——彈孔前部為一柱狀，尾部為球形。國外出砂模擬試驗及理論研究結果均表明，針對不同的生產條件，彈孔前部的柱狀部分易產生剪切破壞出砂，而尾部的球狀部分流量大，易發(fā)生拉伸破壞出砂。具體來說，經常采用的出砂預測方法有：孔隙度法、聲波時差法、出砂指數法、組合模量法、斯倫貝謝比法和巖石穩(wěn)定性力學分析法。2.1孔隙度法預測出砂地層的孔隙結構與地層的膠結強度有關，膠結強度大小與儲層的埋深、膠結物的種類、膠結方式、地層顆粒尺寸形狀密切相關。理論研究結論表明膠結強度的物理量就是地層強度。一般來說，地層埋藏越深，孔隙度越小，地層強度就越高，泥質膠結的膠結強度較差。研究表明，若地層巖石孔隙度大于30%時，極易出砂；孔隙度在24.6%~30%之間時，出砂減緩；小于20%時基本不出砂。2.2聲波時差法預測出砂利用地層的聲波時差Δtc值進行出砂預測，是目前國內外油田進行出砂預測最普遍、效果比較好的方法之一。地層聲波時差值越大，表明地層孔隙度越高，地層膠結越疏松，生產中越容易出砂。但各油田采用的聲波時差門限值有所不同（因地層條件和其他影響因素千差萬別）。國內外資料和現場應用均表明，Δtc臨界值在312μs/m左右：Δtc<312μs/m為穩(wěn)定砂巖，不易出砂；Δtc>395μs/m為不穩(wěn)定砂巖，極易出砂；312μs/m<Δtc<395μs/m，地層可能出砂（輕微出砂），后面兩種情況一般需要考慮防砂措施。通過大量的現場數據統(tǒng)計表明，勝利油田疏松砂巖油藏的Δtc臨界值大約為310μs/m。2.3出砂指數法預測出砂出砂指數法是利用測井資料中的聲速及密度等有關數據計算巖石力學參數，計算地層的出砂指數從而進行出砂預測的一種方法。地層的巖石強度與巖石的剪切模量G、體積模量K之間具有良好的相關性。巖石的出砂指數定義為：(2-1)B值為出砂指數，B值越小，表明巖石強度越低。按勝利油田長期的生產實踐總結得到的出砂判定標準（經驗值）為：當B>2×104MPa時，油井正常生產不出砂；當1.4×104MPa<B<2×104MPa時，油井正常生產時輕微或中等出砂；當B<1.4×104MPa，油井正常生產嚴重出砂。經過數千口井的生產數據驗證，上述判識標準的符合率在90%以上。2.4組合模量法預測出砂組合模量法是采用聲波時差及密度等測井資料，計算巖石的彈性組合模量Ec。見式2－2：（2-2）式中：EC.為巖石彈性組合模量，MPa；EB為巖石彈性體積模量，MPa；ES為巖石彈性剪切模量，MPa；為地層巖石體積密度，g/cm3；為縱波聲波時差，μS/m。根據巖石的測井資料以及出砂史分析，EC值越小，出砂的可能性越大。即地層巖石體積密度越小，聲波時差值越大，地層膠結越疏松。根據勝利油田多年來的開發(fā)實踐，由勝利油田采油工藝研究院防砂中心對現場大量出砂油井的統(tǒng)計回歸研究，結果認為：當EC≥2.0×104MPa正常生產油層不出砂；1.4×104<EC<2.0×104MPa正常生產油層輕微出砂；EC<1.4×104MPa生產中油層出砂嚴重。2.5斯倫貝謝比法預測出砂斯倫貝謝法主要考慮剪切模量與體積模量的乘積值，斯倫貝謝比值越大，巖石強度越大，穩(wěn)定性越好而不易出砂，反之則易出砂。斯倫貝謝比R定義為：(2-3)式中：為巖石體積模量；為巖石切變模量；為巖石密度；為縱波波速；為橫波波速。表2—1油層出砂斯倫貝謝比經驗門檻值參數（MPa）一般砂巖疏松地層堅硬地層R4.14×1038.97×10337.1×1062.76×1035.31×10314.7×106稍大于4.14×103高至27.6×103稍大于114×1062.6巖石穩(wěn)定性力學分析法在完井工程設計中，必須根據產層特性和各種工程要求來優(yōu)選完井方式，而在影響完井方式優(yōu)選的諸多因素中，有些需要作出定量判斷，這是確定采用防砂型完井還是非防砂完井的定量判定指標，即“C”公式。C≥σMax對于垂直井：(2-4)對于水平井：(2-5)式中：C為巖石抗壓強度，MPa；υ為泊松比，無量綱；ρ為上覆巖石平均密度，g/cm3；g為重力加速度，m／s2；H為油層中部深度；mPs為原始地層壓力，MPa；Pwf為井底生產流壓，MPa；σmax為地層巖石承受的最大切向應力，MPa。根據有關文獻的研究成果，井壁巖石所受的切向應力是最大張應力，因此可以得出：。根據巖石破壞理論，當巖石的抗壓強度小于最大切向應力時，即時，地層巖石不堅固，將會引起巖石的破壞而出骨架砂。3.出砂規(guī)律研究的理論基礎目前，對于出砂規(guī)律的研究，主要是利用測井資料（密度、聲波時差、泥質含量、井徑等），計算巖石的強度參數，然后計算出砂指數并進行判斷，進而計算地層的臨界出砂生產壓差和臨界出砂產量、出砂量。3.1臨界出砂生產壓差的預測和計算依據所采用的參數的不同，臨界出砂生產壓差的預測方法有兩種，即依據巖心實驗室數據進行單點預測和依據測井數據進行連續(xù)預測，臨界出砂生產壓差預測的理論依據是：隨著井底壓力的降低，炮孔周圍的巖石的塑性變形量超過巖石的極限變形量，巖石顆粒將從炮孔表面脫落下來，造成出砂；臨界出砂生產壓差的連續(xù)預測：為了對一口井的整個油層進行出砂預測，這里采用了單軸抗壓強度法，單軸抗壓強度法認為，當生產壓差超過巖石單軸抗壓強度（UCS）的1/2時，油氣井開始出砂，即極限生產壓差為：ΔPc=UCS/2(3-1)通過測井數據獲得單軸抗壓強度后，即可求出極限生產壓差隨井深變化的剖面。3.2臨界出砂產量的預測和計算依據所采用的參數的不同，臨界出砂產量的預測方法有兩種，即依據巖心實驗數據進行單點預測和依據測井數據進行連續(xù)預測，臨界出砂產量預測的理論依據是：炮孔周圍流體的壓力梯度過高，在炮孔周圍產生誘導拉伸應力，使巖石顆粒從炮孔表面剝落下來，造成出砂。極限產量的連續(xù)預測公式為：(3-2)其中：Qc、K、C、r、φ、μ分別為極限產量、巖心滲透率、巖心內聚力、彈孔半徑、巖心內摩擦角和流體粘度。若已知彈孔半徑及巖心中流體的粘度和巖心的滲透率，將測井數據計算出的巖石內聚力C和內摩擦角φ代入上述公式，即可獲得極限產量隨井深變化的剖面。3.3出砂量的預測和計算在油氣開采過程中，由于地層壓力的衰竭，當井底壓力低于某一臨界值時，油氣井開始產砂。產砂雖然會給油氣生產帶來很多麻煩，但是一定量的產砂能夠改善地下滲流環(huán)境，增大油氣井產能，尤其是對一些松散砂巖地層的稠油油氣藏進行冷采時，無砂生產的產量幾乎沒有任何經濟價值。因此，準確的預測出砂量，為制定合理的油氣開采（模式）方案提供理論指導，將產砂量控制在既不影響油氣井正常生產，又能最大限度的增加產能的范圍內，是十分必要的。為了解決出砂量的預測問題，研究者提出了很多經驗模型，如根據某一區(qū)塊油氣井的出砂歷史與生產參數和測井參數間的關系建立起來的單參數或多參數回歸模型。雖然經驗公式也能很好的預測出砂量，但是經驗公式的建立需要大量的生產實踐資料；因此，它不適用于剛投產的新區(qū)塊。另外，經驗公式中只含有限個參數，而其它參數的穩(wěn)定性也直接影響計算精度。這樣一來，經驗公式的適用范圍就受到了很大限制，這里介紹兩種出砂量預測模型。M.B.Geilikman和M.B.Dusseault在他們的文章中分析了塑性區(qū)的性質極其與出砂量的關系，他們認為，出砂主要是由于塑性區(qū)的發(fā)展引起的；出砂后塑性區(qū)的巖石材料與彈性區(qū)的巖石材料相比，孔隙度明顯增大。造成孔隙度增大的主要原因是巖石屈服后材料發(fā)生微破壞造成的。由于流動流體的存在，微破壞產生的巖石顆粒被流體帶入井眼，隨油氣產出。B.Geikman和M.B.Dusseault采用物質平衡法得出如下出砂量的物理方程：(3-3)式中：Sc為累積出砂量；y、I分別為塑性區(qū)和彈性區(qū)的孔隙度；R、rw分別為塑性區(qū)半徑和井眼半徑。從上式可以看出，出砂量的預測模式最終目的歸結為塑性區(qū)半徑的確定。由現場實踐可知，油氣井出砂主要集中在油氣開采的初始階段，即不穩(wěn)定開采階段。如果確定了這一階段的塑性區(qū)變化規(guī)律，就能解決出砂量的預測問題。由于塑性區(qū)半徑的計算十分復雜，M.B.Dusseault等人給出了一種簡化方法：(3-4)式中：RM為塑性區(qū)終止發(fā)展時的半徑；為巖石內摩擦系數；Pc為井底周圍巖石開始屈服時的壓力；b為滲流體力系數；c為巖石膠結強度。YarlongWang（1997）在分析含氣油層開采過程中井眼周圍應力應變分布的基礎上，提出了一種計算出砂量的方法。他認為，出砂過程中，井徑保持不變，井眼周圍巖石骨架的切向變形量即為出砂量。即：(3-5)式中：S為出砂量；n為巖石孔隙度；a為井眼半徑；e、p為彈、塑性區(qū)的變形分量。除了以上這些理論模型外，還有其它一些模型，其研究方法和上述模型基本相似。將這些模型綜合起來看，它們有著很多共同之處。出砂的理論研究往往將巖石看成是理想彈塑性材料，用Mohr—Coulomb屈服準則描述材料的屈服特性；將彈孔看成是理想的球狀孔穴或柱狀孔穴，處在均勻地應力之下；將地層流體的滲流看成是穩(wěn)定或準穩(wěn)定狀態(tài)的達西滲流。出砂理論分析的這些觀點和井下的實際情況有著很大的差異，因此在工程實際應用時應進行修正。4.防砂方法和工藝技術綜述4.1機械防砂技術國外油氣井防砂工藝最初采用限產的辦法控制出砂，1932年開始采用礫石充填方法。目前國內外在油氣井防砂方面主要以機械防砂為主，其中繞絲篩管礫石充填工藝經過不斷的完善和發(fā)展，到80年代已發(fā)展成為一項較為成熟的技術，國外著名的公司都擁有自己專門的防砂器材、設備和施工工藝，從礫石充填工具、封隔器、濾砂管、泵送設備到施工液、化學藥劑、技術咨詢、現場服務等形成一條龍服務。隨著油田的進一步開發(fā)，現在國外又相繼研究開發(fā)出各種類型的濾砂管和各種防砂工藝技術。近年來，國內機械防砂工藝技術發(fā)展較快，主要應用區(qū)域集中在東部油區(qū)，以勝利、大港、遼河及海洋公司為主。4.1.1繞絲篩管礫石充填防砂該方法具有防砂強度高，成功率高，有效期長，適應性好的特點，經過數十年研究、應用和發(fā)展，技術十分成熟。該方法防砂原理可參見圖4—1。在井眼內（裸眼或套管內）正對出砂地層下入金屬全焊接繞絲篩管，然后泵入礫石砂漿于篩管和井眼環(huán)空，如果是套管射孔完成井，還要將部分礫石擠入彈孔和周圍地層內，利用充填礫石的橋堵作用來阻止地層砂運移，而充填礫石又被阻隔于篩管周圍。這種多級過濾屏障，保證油流沿充填體內多孔系統(tǒng)經過篩管被源源不斷地舉升至地面，而地層砂則被控制在地層內，實現油井長期生產又不出砂或輕微出砂。其主要特點是：——防砂強度高套管內、外密實的礫石充填體阻止地層骨架砂運移，而金屬繞絲篩管本身強度很大，滲流面積大，通過篩縫的流動阻力小。所以，該過濾系統(tǒng)能承受較大的生產壓差而阻止地層出砂?！行陂L由于防砂強度高，不銹鋼繞絲篩管耐腐蝕，礫石的化學性能穩(wěn)定，篩管和充填體過濾體系無運動部件，砂粒被阻隔于系統(tǒng)之外，因此，系統(tǒng)可以保證長期安全生產?！m應范圍廣由于防砂機理是多級過濾，多年的發(fā)展，使技術成熟，可供選擇的工藝方式很多，因而對地層，油井適應性很好。不管井段長短，地層流體特性，無論直井、斜井、常規(guī)井、熱采井，單層完成或多層完成均可獲得成功。但對粉細砂巖要慎用，因極細的地層砂可能侵入充填體內造成堵塞使防砂失效?！a能損失相對較小傳統(tǒng)的防砂方法都不可避免地帶來油井的產能損失，正常的管內礫石充填產能損失約30%，采取有效的補救措施后，產能損失可降至15%左右。本技術主要缺陷是：井底留有篩管/礫石系統(tǒng)，防砂一旦失效時，后期處理（大修）困難，費用較高。（2）適用范圍及選井條件——不宜用于粉細砂巖（d50<0.07mm）；——套管直徑小于5in的小井眼施工較困難；——對于多層系油藏，若油田開發(fā)方案要求經常調換層系開采的油井慎用；——注水井和水平井應用較少，尚待研究；——進行火燒油層采油的特稠油油藏不宜使用。除以上條件外，絕大部分油氣井和地層都適宜采用礫石充填防砂技術。4.1.2濾砂管防砂由于濾砂管防砂施工工藝簡單，不進行礫石充填作業(yè)，無需大型防砂（泵送）設備，以及施工成功率較高等特點，目前國內外在這方面發(fā)展很快，不同過濾材料和結構的新產品新技術不斷涌現，滿足了不同類型油井防砂的需要。（1）雙層預充填繞絲篩管利用同心的雙層繞絲篩管組焊在一起，其環(huán)空內預先充填好密實的（已固化）涂層礫石，中心是中心管，其復合結構能夠形成多層擋砂屏障，防止地層砂進入生產井筒。內外篩管的尺寸、縫隙以及與充填礫石層的厚度，礫石尺寸都是根據地層及油井的實際情況確定，由地面預制后再下入井中正對出砂地層。其特點是：礫石充填及高溫膠結（固化）在地面完成，質量有保證，篩管的抗壓強度高，滲透率高，有效面積大，施工簡單，作業(yè)周期短。（2）金屬棉濾砂管防砂將一定長度的纖維狀不銹鋼絲按一定的要求鋪制成一定密集度的金屬棉防砂濾體，將濾體卷成圓柱形，牢牢地固定在帶孔的中心管和護管之間，再經過焊接制成金屬棉濾砂管。濾砂管和井下配套器具一并下入油層出砂部位，當含砂流體通過護管流經濾體進入中心管時，油層砂被擋在濾體之外，從而達到了防砂的目的。該濾砂體具有滲透性好(Ｋ>100m2)、強度高、耐高溫(>350℃)的特點，適用于泥質含量<20%，油層砂粒度中值≥0.1mm的疏松砂巖油藏油井的先期、早期和后期防砂，可用于蒸汽吞吐熱采井的防砂。（3）可膨脹割縫管一種新式可膨脹割縫管（EST）1995年8月在Oman油田通過現場試驗，膨脹的割縫管與篩網組合將防砂篩網緊貼近射孔套管，支撐和壓緊篩網而共同起到防砂作用。這種防砂管柱的優(yōu)點有：（1）可用于直井、斜井，尤其對水平裸眼完井防砂效果更理想。（2）因篩網受壓，緊靠在套管射孔孔眼上，可防止地層砂隨油流流入井筒，造成地層虧空，故可保持地層的支撐作用，起到很好的防砂效果，這種防砂方法尤其適用于油井先期防砂。（3）該方法的最大優(yōu)點是后期處理簡單。它只需從EST的一端拉拔，割縫管便可收縮到原有直徑，使用撈矛即可將防砂管柱起出井筒。（4）多層濾膜組合篩管該類篩管是美國Pall公司研制成功的，目前已經廣泛應用于現場。該濾砂管的技術優(yōu)勢在于：①中心管金屬網及外管之間零間隙的緊湊結構使其外徑較小，可應用于側鉆的小井眼防砂和過油管防砂（補救處理）。②獨立的多層濾膜結構及韌性材料，使之在嚴重機械變形的情況下也不會影響其防砂效果。③該結構具有較大的柔性，抗彎曲能力好，適用于水平井及大斜度井防砂。④該結構不易堵塞，濾砂管滲透率高，生產壓差小，生產能力強。⑤該濾砂管抗腐蝕能力好，可承受較高的拉應力，適合不同類型的油氣井防砂。（5）雙層半剖面繞絲篩管為了解決水平井或大斜度井礫石充填中篩管上部充填不密實而使防砂失敗的難題，Spatin等人研制開發(fā)出這種新型濾砂管，由中心管和兩層環(huán)形套組成，環(huán)形管一半是繞絲篩管，另一半是完體管。外套與內套交錯焊接在帶孔中心管上，并沿內外環(huán)形套安裝一個遮擋板，從而在交錯體內產生一曲線流道，以減少地層砂的堵塞。（6）金屬氈濾砂管該種濾砂管是1998年3月為埕島油田海上雙管注水井防砂而研制的。其原理為在帶孔中心管外纏繞鋼絲網，鋼絲網外再均勻輔墊金屬絲，呈氈狀，然后在氈外纏扎鋼絲網，再套入帶孔套管（外管）內，兩端密封，并將中心管與套管焊接在一起，利用不銹鋼絲網與金屬氈阻擋地層砂的反吐。達到注水防砂的目的。技術指標及工藝特點為：①該注水防砂管中心管內徑Φ=100mm，通徑較大，適應大注入量的要求。②可用在油井防砂，特別在一次防砂失敗后，可在中心管內再下入小直徑的金屬氈濾砂管，不動原防砂管柱而進行二次防砂。③在雙管注水防砂井中，利用配套管柱可實現兩個層段同時注水防砂。（7）陶瓷濾砂管陶瓷濾砂管的防砂原理是利用燒結形成的多孔陶瓷管阻擋地層砂的侵入。擋砂精度和滲透率可通過選擇陶粒粒徑和燒制工藝來控制，其結構與環(huán)氧樹脂濾砂管大致相同，所不同的是在陶瓷管外又加了一層割縫套管（保護外套），避免下井時因碰撞而損壞濾砂管，同時也提高了濾砂管的強度。由于陶瓷材料的耐高溫穩(wěn)定性極好，故它特別適用于注蒸汽熱采井防砂。（8）環(huán)氧樹脂砂粒濾砂管防砂選用具有良好粘結性能的環(huán)氧樹脂為膠結劑，同經過篩選的石英砂按比例混合，在一定的條件下固結成型，制成具有較高強度和滲透性的濾砂器，與配套器具組合下入油層出砂部位，阻擋地層砂進入井筒，防止油井出砂。適用條件是井斜小于3°、套管無變形和破損、油層砂粒度中值>0.1mm、泥質含量<20%、地層溫度低于80°的油井。（9）粉末冶金濾砂管防砂該方法選用不同顆粒度的銅合金為基本原料，按一定比例混合后在高溫下燒結成具有較高強度和滲透性的濾砂器。該方法具有耐高溫、耐腐蝕、強度大、滲透性好、施工簡單、成功率高等特點，適用于油井早、中、后期防砂，亦可用于注蒸汽稠油井防砂。適用于油層泥質含量<10%、油層砂粒度中值>0.07mm的油井防砂。4.1.3割縫襯管防砂割縫襯管防砂技術簡單實用，重復利用率高，適用于油層出砂中等、地層虧空不大的油井防砂，要求油層套管無破裂或嚴重變形；防砂井段不太長(一般不超過30m)的油井；也可適用于注蒸汽熱采井及原油粘度小于3000mPa·s的（冷采）油井防砂，對疏松砂巖稠油油藏用割縫管進行注汽前一次性防砂，避免了繞絲篩管結構復雜、大修率高、濾砂管又易破損、熱采井防砂修井時間長等一系列問題。割縫襯管的形式分為：縱向割縫和橫向割縫(縱向縫較常見)，其縫的結構主要有平行式和楔縫式?！羁p的形狀縫眼的剖面呈梯形，梯形兩斜邊的夾角與襯管承壓大小及流通量有關，一般為12°左右。梯形大的底邊應為襯管內表面，小的底邊應為襯管外表面。這種外窄內寬的形狀可以避免砂粒卡死在縫眼內而堵塞襯管，具有“自潔”作用?！p口寬度梯形縫眼小底邊的寬度稱為縫口寬度。割縫襯管防砂的關鍵就在于如何正確地確定縫口寬度。根據實驗研究，砂粒在縫眼外形成“砂橋”的條件是：縫口寬度不大于需阻擋砂粒直徑的兩倍。割縫襯管防砂完井方式是重要的完井方式之一。它既起到裸眼完井的作用，又防止了裸眼井壁坍塌造成井筒堵塞，同時在一定程度上起到防砂作用，由于這種完井方式工藝簡單，操作方便，成本低，故多在一些出砂不嚴重的中粗砂粒油層中廣泛使用。表4－1割縫襯管完井套管、鉆頭、襯管匹配情況技術套管裸眼井段鉆頭割縫襯管公稱尺寸in套管外徑mm公稱尺寸in鉆頭外徑mm公稱尺寸in襯管外徑mm7177.861525~51/2127~14085/8219.171/219051/2~65/8140~16895/8244.581/221665/8~75/8168~194103/4273.195/8244.575/8~85/8194~2194.2化學防砂技術油井化學防砂在19世紀60年代應用較為廣泛，到了70年代以后，隨著繞絲篩管礫石充填技術的不斷發(fā)展和完善，化學防砂的主導地位開始逐漸下降，但由于這種技術具有以下優(yōu)點，目前仍在國內外廣泛采用。隨著技術的不斷進步，化學防砂技術表現出較好的發(fā)展勢頭。近年來，國外興起了多種新型的化學防砂方法，如高能氣體樹脂防砂。微生物固砂等，對于蒸汽吞吐和蒸汽驅類油井，國外正在研究耐高溫性能更好的樹脂和其它化學膠結劑。另外，適合與定向井、水平井、淺海地區(qū)探井及生產井的化學防砂方法是有待研究的新問題。從總體來看，根據防砂需要，研究價廉、適用、高效的新型化學防砂方法成為開發(fā)疏松砂巖油田的重要趨勢。（1）化學防砂的油井，井筒內不留任何機械物質，這非常適用于多層完井作業(yè)中的上部地層的完井處理；（2）后期修井作業(yè)簡單，費用低，無需套銑、打撈之類的工藝程序；（3）地層膠結防砂作業(yè)可以在無鉆機或修井機的情況下進行，可利用原生產油管、無須起下管柱而直接進行地層膠固處理?；瘜W防砂方法種類繁多，化學膠結劑從無機物到有機物，膠結機理各不相同，并形成了配套的施工工藝。4.2.1樹脂砂漿防砂環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、呋喃樹脂等都已成功地用于油田防砂，除直接往地層注入樹脂液外，還可以使樹脂液在地下合成進行防砂，如：酚醛溶液地下合成防砂就是將加有催化劑的苯醛與甲醛按一定比例混合均勻后注入地層，在地層溫度下逐漸形成樹脂并粘附于砂子表面，固化后使地層膠結牢固，從而防止出砂。將液態(tài)樹脂注入地層，在油層溫度下使之在地層砂粒表面逐漸固化，在砂粒接觸點形成膠結狀態(tài)，從而阻止砂粒進入油井。國外多采用呋喃樹脂防砂。呋喃樹脂除了應用于常規(guī)油井防砂外，也用于氣井防砂和熱采井防砂。4.2.2涂敷砂防砂在油田開發(fā)進入中后期，隨著大量出砂地層虧空嚴重，此時防砂施工要求向虧空的地層擠入大量充填材料——地層預充填，以提高防砂效果。因而，涂敷砂防砂技術作為油井后期防砂的重要手段應運而生，并取得迅猛發(fā)展。利用在地面工廠內預制的涂料砂——即在石英砂粒涂敷一層極薄的熱固性塑料，干燥篩選后呈單顆粒分散狀態(tài)，利用低傷害攜砂液將涂料砂泵送至出砂地層，填滿擠實后關井，在地層溫度條件下（或在催化劑作用下），涂料砂粒固結形成一個滲透性較好的人工井壁，從而阻止地層出砂（見圖4－11）。通過研究和應用，發(fā)現它具有獨特的技術優(yōu)勢：（a）通過高壓向地層虧空帶注入高滲透涂料并固結，形成堅固的人工井壁，可以完全阻止地層砂運移；（b）井筒內不留下任何機械裝置，十分有利于后期補救性防砂或處理作業(yè)；（c）對于機械（過濾）防砂所不能勝任的粉細砂巖油層（但井段不宜太長）具有良好的防砂效果；（d）特別適用于油井中后期，地層嚴重出砂的油井防砂（對油井含水無特殊要求）。由于具有上述優(yōu)勢，當油田開發(fā)進入開發(fā)中后期——20世紀80年代，涂料砂防砂技術異軍突起。形成廣闊的戰(zhàn)場，很快成為一種新的化學防砂技術。經過近二十年的發(fā)展應用，該技術已經成熟，形成工業(yè)生產能力，表現為：（a）涂敷砂產品已實現規(guī)格系列化和質量標準化；（b）施工設計標準，工藝參數優(yōu)化；（c）施工設備齊全、配套；（d）低傷害工作液設計及現場配制。對于已進入高含水階段開發(fā)的疏松砂巖油田，該技術具有廣闊的應用前景。該技術的缺陷是：目前施工井段不宜過長（以小于20m為宜），若太長可能涂敷砂在縱向剖面上分布不均導致防砂失?。ㄟ@依賴于開發(fā)分層（段）防砂工具后加以解決）。其次，涂敷砂固結強度不穩(wěn)定，質量有待提高（可通過改善配方和地面預制工藝加以克服）。目前涂敷砂防砂已是勝利油田化學防砂的主導技術,占化學防砂的50%以上。目前，在常溫涂敷砂技術的基礎上，涂敷砂技術又發(fā)展了低溫涂敷砂防砂工藝和高溫涂敷砂防砂工藝。（a）低溫涂敷砂防砂技術低溫涂敷砂防砂工藝主要是針對勝利油田的某些油層溫度低于50℃的特點，而研制出在30℃條件下具有較高固結強度的低溫涂敷砂防砂工藝。目前勝利油田防砂中心及其它單位已開發(fā)出低溫涂敷砂產品，已在尚、林油田應用。尚、林油田地層溫度低，易出砂，地層砂粒度中值較小（平均0.09mm~0.11mm），在室內試驗基礎上，1998年~2000年共實施涂敷砂防砂27口井,取得了較好的防砂效果。（b）高溫涂敷砂防砂技術傳統(tǒng)的注蒸汽井采用金屬繞絲篩管礫石充填防砂技術，由于存在很多問題——如有效期短，后期處理困難，致使總體生產成本較高，效益下降。為解決這一問題，試圖用化學方法來解決高溫注汽井的防砂問題，于是開發(fā)了高溫涂敷砂防砂技術及產品。原理與傳統(tǒng)的涂敷砂防砂相同。——技術優(yōu)點防砂結束后，井筒內無任何機械裝置，采取后期補救性作業(yè)措施簡便、容易，降低了成本；涂敷砂膠固后，具有足夠的強度（3MPa~7MPa）又保持較高的滲透率（50μm2）；涂敷砂耐溫350℃，能滿足高溫蒸汽熱采井高溫及高產的要求；向地層內擠入高溫涂敷砂實現地層預充填，有利于延長防砂有效期；施工比繞絲篩管礫石充填更便捷?！邷赝糠笊凹夹g性能指標勝利油田采油工藝研究院生產的高溫涂敷砂產品技術性能見表4－2。表4－2高溫涂敷砂的性能指標規(guī)格mm抗壓強度MPa液相滲透率μm2擋砂精度mm膠結介質pH值的影響pH<6pH=6~9pH>90.30~0.6065℃250℃350℃500.07~1加速固結正常固結阻止固結≥3.5≥7.0≥3.04.2.3干灰砂防砂這是勝利油田獨創(chuàng)的一種防砂技術，對于多油層高含水井，兼有防砂和堵水雙重功能，尤其適用于高含水階段油井后期防砂，加上施工原材料價格低廉，很有發(fā)展?jié)摿?。將粒度適當的石英砂和水泥按一定比例混合均勻后，用水將干灰砂泵入出砂層段，擠飽填實已出砂的虧空地層，在油層溫度下，灰砂固結后形成具有一定滲透和擋砂強度的人工井壁，達到阻止地層出砂的目的。對于多油層油井，主力出水層往往是嚴重的出砂部位（即特高滲透層），在施工中，灰砂自動選擇性地擠入高含水層（嚴重出砂層），由于水泥的不透水性，對高含水層產生一定的堵塞，直接降低了油井含水，故該技術具有防砂和堵水的雙重作用。該技術有以下特點：（a）獨具防砂和堵水雙重功效，這是其它防砂方法無法替代的，特別適用于多油層的高含水出砂油井；（b）防砂原材料源廣價廉，施工簡便，具有明顯的成本優(yōu)勢；（c）本質上屬于膠固地層類化學防砂，井筒內不留下任何機械裝置，便于后期補救性作業(yè)處理；（d）可與其它機械防砂方法結合使用（如繞絲篩管或濾砂管）形成復合防砂技術，提高擋砂強度和防砂成功率（對嚴重出砂井）；（e）是目前在注水井上應用最廣泛的防砂技術。隨著油田綜合含水不斷上升，出砂日益加劇，防砂難度增加，需對現有典型技術進一步發(fā)展和改造，以適應地層和井況的新變化，滿足特高含水階段油井防砂和采油的需要。4.3復合防砂技術油田逐步進入特高含水階段，由于地層條件發(fā)生很大變化及采液量不斷增加等諸多因素導致出砂日益嚴重。很多油井如僅采用一種防砂方法施工，往往不能奏效。于是，人們開始考慮將兩種（或兩種以上）的防砂方法相結合——這就是“復合防砂技術”的概念。所謂復合防砂就是將機械防砂和化學防砂結合起來，以控制油氣井出砂的一種防砂工藝技術。該方法綜合運用了化學固砂與機械擋砂相結合的原理，阻止地層砂隨生產油氣流采出而堵塞井筒，達到防砂目的。復合防砂一般首先在射孔段的出砂油層部位，通過樹脂固砂或向射孔孔眼內及周圍地層中擠注涂層礫石，形成具有高滲透性和高強度的人工井壁；然后在油氣井井筒內下入機械濾砂管或進行繞絲篩管礫石充填，利用化學與機械防砂的結合，形成多級擋砂屏障體系，以有效地防止油氣層出砂、保證油氣井正常生產。復合防砂工藝技術主要是針對出砂嚴重的老井，地層虧空大，粉細砂巖油藏的防砂技術。其擋砂強度更高，防砂更可靠，有效期也更長。復合防砂的思路是內外結合，多級屏障。即在油井井筒之外對地層進行膠固，在油井內再用機械裝置阻擋地層砂。目前現場應用的最廣泛的復合防砂技術組合形式包括：——涂料砂+濾砂管；——涂料砂+繞絲篩管礫石充填；——干灰砂+濾砂管；——干灰砂+繞絲篩管礫石充填；——涂料砂+割縫管礫石充填。復合防砂技術發(fā)揮了單一防砂技術的優(yōu)勢，揚長避短，相互補充。要根據地層條件選擇最佳的技術組合，這是復合防砂技術成功的關鍵。復合防砂工藝技術特點：——擋砂精度高、防砂效果好，可以阻擋0.02mm以上的粉細砂；——可承受較高的采液強度和較大的生產壓差；——施工成功率高，防砂有效期長；——施工工序復雜，作業(yè)成本高，后期處理較困難。適用范圍——非均質性嚴重的細砂巖及粉細砂地層；——出砂特別嚴重的油、氣、水井；——油、氣、水井的中后期防砂；——產液（氣）量大，采液強度較高的油、氣、水井防砂；——薄層、夾層多的油氣井防砂；——常規(guī)井及注蒸汽熱采井防砂。復合防砂工藝技術先后在勝利油田的孤島、孤東、濱南等采油廠應用，主要應用于粉細砂油氣井和稠油熱采井，取得了良好效果。目前勝利油田復合防砂井次約占23%。由于采用復合防砂技術，使一些原來單一防砂方法無法奏效的井重新恢復了活力，但在油田開發(fā)的特高含水階段，防砂成本較高。4.4防砂方法的選擇——技術適應性評價和經濟評價油、氣井投入開發(fā)之前，需結合油田的具體情況選擇防砂方法和確定防砂措施。通常應綜合考慮下述因素：（1）完井類型完井類型分裸眼防砂和管內防砂。原油粘度偏高，地質條件相對簡單，地層砂具有一定膠結強度的產層可以考慮采用裸眼防砂，以改善井底滲流條件，提高油氣產量；而地層條件復雜，含油水、氣、泥巖夾層的井應考慮采用管內防砂（即在套管射孔井完成防砂）。（2）完井井段長度機械防砂一般不受井段長度的限制。夾層較厚的井，可考慮分層防砂?；瘜W防砂只能在薄層進行。（3）井筒和井場條件小井眼、異常壓力井及雙層完井的上部地層適用化學膠結防砂方法。溫度對化學防砂有直接影響，應注意井筒的溫度范圍，老油井一般不適合采用化學防砂方法，無鉆機或修井機的井場條件的井不能進行機械防砂。（4）地層砂物性化學防砂對地層砂粒度范圍適應性較好，膨脹式封隔器適用于泥質低滲透產層，礫石充填對地層滲透率的均勻性要求不高。（5）產能無論選擇哪一種防砂方法，要想得到有效的防砂效果又不至于過分的影響產能，就必須進行合理的設計和施工。一般來說，砂拱防砂對產能的影響最小，但難以保持砂拱的穩(wěn)定性。裸眼防砂能建立起較高的、穩(wěn)定的產能水平，有條件時應盡量采用。（6）費用從施工成本考慮應該選擇最經濟的防砂方法，但是更重要的是應該考慮綜合的經濟效果。在進行防砂設計時，應全面分析已經掌握的油、氣井資料，綜合考慮上述因素，權衡利弊進行篩選。表4－3防砂方法優(yōu)選表比較項目防砂方法篩管篩管＋礫石充填樹脂固沙樹脂涂層礫石膨脹式封隔器適用地層砂尺寸中-粗細-粗細粉-中各種尺寸各種尺寸泥質低滲透地層————適用非均質地層適用適用—適用適用多油層適用適用適用適用井段長度短-長短-長<3m<10m6～12m無鉆機或修井機——適用——高壓井——適用—適用高產井—適用適用—適用裸眼井—適用—適用適用熱采井—適用—適用—嚴重出砂井—適用適用適用適用斜井適用適用適用適用適用老油井適用適用—適用適用套管完井適用適用適用適用—套管直徑常規(guī)常規(guī)小-常規(guī)小-常規(guī)小-常規(guī)井下留物有有無無無費用低中高中—高低成功率高高低－中中－高中－高有效期短很長中－長很長很長4.5防砂工藝技術的新進展4.5.1高壓水充填——PS防砂技術PS防砂技術是勝利油田獨創(chuàng)的一種防砂技術，即在地層進行人工造縫后進行礫石充填防砂，其基本原理就是在近井地帶填入充足的礫石，形成新的擋砂屏障。該方法特別適應于因油層套管在油層部位變形破裂導致油層出砂嚴重而無法采用機械防砂的油井。PS防砂技術是目前世界上較為先進的防砂技術，成功地解決了因地層出砂影響油井正常生產的難題，特別是解決了因套管變形、破裂而且出砂嚴重的油井生產的難題。改進后的PS防砂技術的防砂能力進一步增強，在油層中形成了粒徑0.3～0.6mm石英砂、粒徑0.4～0.8mm石英砂和金屬繞絲篩管三級擋砂屏障，油井生產周期大大延長。對于特稠油油井的防砂難度很大，勝利油田應用PS防砂技術在幾口井進行了試驗，但效果不好，供液能力很低，這是亟待解決的問題。PS防砂首先是要解除近井地帶的污染堵塞（采用高壓大排量）達到疏通地層的目的，然后泵入一定數量的固砂液，并在地層內產生若干通道，然后在通道內及井壁周圍填滿高滲透礫石，套管內仍以篩管和環(huán)空礫石作為擋砂屏障。因新的供油通道大大增加了供油面積，并且原有堵塞被消除而代之以高滲透礫石充填的通道，大大降低了流動阻力，達到既防砂又增產的目的。其主要防砂機理是從井筒向地層建立了四道擋砂屏障：a）固砂液防止粘土膨脹，在一定程度上穩(wěn)定了地層，減緩出砂；b）充滿礫石的通道對地層砂的橋堵作用，以及供油面積的增加降低了流速、減輕了流體對微粒的沖刷和攜帶作用；c）井筒周圍的后置覆膜砂形成的人工井壁對砂粒的阻擋作用；d）井筒內篩管/礫石充填層是擋砂的第四道屏障。這種多層次多功能的攔截系統(tǒng)使防砂更有效，成功率更高，有效期更長，而且還使油井高產。其技術特點為：a）突破了傳統(tǒng)的防砂觀念，突破了原有的不能破壞油層結構，不能采取有效措施解堵的禁區(qū)，PS防砂特別強調清除近井堵塞；b）突破了傳統(tǒng)防砂會降低油井產能的認識誤區(qū)，PS防砂核心是改造油層、提高近井地帶滲透率，使油井增產；c）突破了傳統(tǒng)防砂地層預充填的概念，PS防砂強調要在周圍地層中產生新的通道并將其用礫石擠滿填實，這是地層預充填概念的發(fā)展；該技術2000年通過中石化集團公司技術鑒定，評價認為：該技術解決了疏松粉細砂巖油層防砂難題，適用于斜井、直井、稠油熱采井的防砂，在勝利油田和土庫曼斯坦國進行了大規(guī)?，F場應用，防砂效果明顯，有效期達到一年以上。PS防砂是針對地層預充填防砂的不足，在實踐中創(chuàng)立起來的一項新的防砂技術。與原有防砂技術相比具有以下優(yōu)點：a）能夠有效地解除油層污染堵塞；b）顯著地提高近井油層的滲透率，增加油井產量；c）能對流砂地層和粉細砂巖層進行防砂，成功率90％以上，有效期較長；d）能有效地恢復近井地層應力，防止地層坍塌；e）能有效地抑制油層內的粘土膨脹，降低稠油流動阻力，提高了復膜砂人工井壁的膠結強度；f）該技術適應性強，適合于斜井、側鉆井、稠油井、熱采井、分層防砂井、普通油氣水井的防砂；g）該技術原料易得，操作方便，不污染油層。4.5.2壓裂充填防砂技術壓裂技術作為一項常規(guī)增產增注措施工藝早已在低滲油氣藏得到廣泛應用，技術十分成熟。而將壓裂工藝大規(guī)模應用于高滲透、膠結疏松的軟地層作為防砂完井措施卻是二十世紀九十年代的事。最早開始考慮將壓裂與防砂工藝結合起來應用于中、高滲透疏松砂巖這一想法出現在二十世紀60年代的委內瑞拉，但由于常規(guī)壓裂技術應用于中、高滲透性油藏的限制和不利影響，直到1984年Smith等人首次發(fā)表了以充填寬裂縫為主要目的的“端部脫砂壓裂”技術，才使得中、高滲油藏的壓裂防砂進入了工業(yè)應用階段。目前，在全世界范圍內，壓裂充填防砂施工井數與日俱增，而且，施工井數已占其它各類防砂井總數的50%，可見在防砂領域中地位舉足輕重，顯示出廣闊的發(fā)展前景。端部脫砂壓裂防砂工藝是防砂觀念和技術的重要突破，為疏松砂巖油氣藏防砂開辟了新的途徑，為提高出砂油層的經濟效益提供了先進的技術手段。（1）防砂機理①巖石破壞機理地層出砂的原因在于地層巖石結構的破壞。通常，由應力作用引起的巖石破壞機理有四種：拉伸破壞、剪切破壞、粘結破壞和孔隙坍塌。巖石的破壞產生了大量脫落的顆粒，在液流攜帶下流向井底，導致大量出砂。②裂縫對緩解或避免巖石破壞的作用巖石的幾種破壞機理均和生產壓差或流動壓力梯度有密切關系。壓前流體的徑向流動特征和井底污染堵塞因素決定了生產壓差中的大部分壓力降分布在近井地帶較小的范圍內，局部壓力梯度較大。壓裂后流體的雙線性流動特征及裂縫的穿透解堵作用，大大減小了近井地帶的壓力降和壓力梯度，較長的裂縫使生產壓差在一個較大滲透范圍內分攤，從而使每處的局部壓力梯度均保持一個較小的值。③裂縫對降低流體攜帶微粒能力的作用具有高導流能力的壓裂裂縫在穿透井底污染堵塞帶的同時，將地層流體由原來的徑向流形式轉變雙線性流形式（圖4－13）。壓后壓前的流速比：(1-2-1)式中：Vr、V——壓前和壓后流體流速，m/d或m/min；Qr、Q——壓前和壓后產量，m3/d；ho——油層有效厚度，m；r——以井底為圓心的同心圓半徑，m；xf——壓裂裂縫半長，m。對于適合中高滲透油藏30m～50m縫長的常規(guī)短裂縫情況下，當壓后產量是壓前的2倍時，壓后流體流向裂縫的速度卻比壓前井壁處（r=0.1m）的流速降低了100倍以上，比壓前r=1.0m處的流速降低了10倍以上，比壓前r=5.0m處的流速也降低了2倍以上。裂縫所形成的雙線性流動形式發(fā)揮了很好的分流作用，大大降低了流體對地層微粒的沖刷和攜帶作用。④裂縫支撐帶對地層微粒的橋堵作用裂縫支撐帶對地層微粒的橋堵作用類似井底礫石充填層的防砂作用。根據地層微粒的粒徑分布規(guī)律和礫石充填中選擇礫石大小的準則，同樣可以選擇壓裂砂粒徑規(guī)格。必要時，還可以設計在裂縫中完全充填涂料砂或在近井底的縫口段充填涂料砂，以提高裂縫對地層砂的橋堵作用?？梢?，壓裂產生的高導流能力裂縫對地層出砂趨勢的控制作用表現在三個關鍵環(huán)節(jié)上：防止或減緩巖石結構的破壞，降低流體對地層微粒的沖刷和攜帶能力，以及裂縫填砂帶對地層微粒的橋堵作用。（2）壓裂防砂的特點①與傳統(tǒng)防砂機理的區(qū)別傳統(tǒng)的防砂方法或是利用化學劑固結地層，提高強度，或是利用機械過濾裝置（篩管/礫石充填，濾砂管等），對地層砂的橋堵作用來阻止地層出砂。相反，壓裂防砂主要利用降低流速（或降低壓降梯度）來減少對巖石的有效應力，同時減輕對巖石的沖刷作用而達到減緩出砂的目的。當然，縫內支撐劑的橋堵作用與傳統(tǒng)的防砂機理類似。②處理范圍的特點傳統(tǒng)的防砂方法及地層預充填措施只處理井筒內部，彈孔及附近的周圍地層。而壓裂充填則在地層深部（數十米）形成一條高導流能力的支撐裂縫，在較大的范圍內改善了地層深部的滲流條件，為高產奠定了基礎。由于后者處理范圍較大，能有效地突破原有的近井傷害帶，解堵增產效果明顯。反之，傳統(tǒng)防砂方法施工難以完全解除近井堵塞，（只是局部地改善滲流條件），且防砂本身又增加了額外的滲流阻力，導致產量不可避免地下降。③施工工藝的特點傳統(tǒng)防砂方法要求施工泵壓小于破裂壓力，砂比低，其礫石充填的顆粒排列密實程度遠小于壓裂的支撐劑的顆粒排列。尤其在環(huán)空內的礫石排列主要靠重力沉降自然堆積，形成所謂“立方體排列”，而壓裂施工泵壓高，砂比又高，擠壓充填使縫內支撐顆粒排列更容易形成“平行六面體排列”?！捌叫辛骟w排列”要比“立方體排列”緊密得多，對同樣地層砂尺寸，壓裂支撐劑選擇的尺寸可以大于用傳統(tǒng)礫石充填方法選擇的礫石尺寸而達到相同的橋堵控砂目的。這既提高了支撐裂縫的導流能力，降低了生產壓差，更有利于減緩出砂。④地層滲流流動模式的區(qū)別對于傳統(tǒng)的防砂方法，施工后仍然基本按平面徑向流的模式流向井底。而壓裂防砂后，地下流體的流動模式已改變?yōu)殡p線性流，即流體從裂縫面以幾乎垂直的方向流入裂縫內（第一階段線性流），縫內流體沿裂縫方向直線流向井底（第二階段線性流）。這種雙線性流動模式是壓裂裂縫防砂、解堵增產的基礎，是阻力最小的流動模式。（3）壓裂防砂方法及工藝1）壓裂防砂方法①壓裂防砂基本方法的劃分及技術特點壓裂防砂在國外各大石油技術服務公司如哈里巴頓、貝克、斯倫貝謝都形成了有各自特色的工藝技術，其中以哈里巴頓的技術最具代表性。哈里巴頓公司根據地層滲透率大小、巖石膠結強度、油井出砂史及傷害程度等，劃分出四種基本工藝措施：繞絲篩管礫石充填（Gravelpack）、壓裂充填（Fracpac）、優(yōu)化壓裂（Optifrac）和低滲透油層增產壓裂(Fracture)，其中單純的繞絲篩管礫石充填和低滲透層的常規(guī)壓裂屬于石油開采領域應用多年的經典技術，下面簡單介紹一下與中高滲油藏壓裂防砂有關的壓裂充填與優(yōu)化壓裂技術。a）壓裂充填這是一種壓裂和礫石充填兩種技術相結合的復雜作業(yè)，既要在地層充填支撐裂縫，又要在篩套環(huán)空進行礫石充填。其作業(yè)程序可以一次也可以分兩次完成。主要應用于井底污染較嚴重，地層非常松軟，出砂十分嚴重的油井。該技術綜合利用了裂縫的防砂作用、裂縫的解堵導流作用和繞絲篩管礫石充填的防砂作用，防砂效果好，增油顯著，缺點是施工復雜。b）優(yōu)化壓裂優(yōu)化壓裂不進行礫石充填，單純依靠壓裂達到防砂和增產的目的。所適用的地層要有一定的強度以保證裂縫閉合后地層能擠住充填砂。其中較軟地層所壓開的裂縫需用固結劑固結，稍硬的地層壓裂裂縫不需要加外固化劑。②工藝方法的選擇哈里巴頓公司在考慮到地層傷害情況、地層軟硬程度、滲透率大小及油井出砂史等幾方面的因素，根據多年的研究和實踐，總結出一套系統(tǒng)的工藝選擇方法（見圖4－14）。從圖中可以看出，礫石充填、壓裂充填、優(yōu)化壓裂與常規(guī)壓裂所適用地層條件變化趨勢是：滲透率從大到小，地層強度從軟到硬，出砂程度從強到弱。而礫石充填與壓裂充填應用條件的差別主要是地層污染程度的大小。2）壓裂充填作業(yè)的施工工藝壓裂充填涉及到壓裂和礫石充填兩個過程，從程序上分，又有兩步完成法和一次管柱完成法。兩步完成法是指壓裂和礫石充填分兩次施工完成，若壓裂后防砂效果較理想，則礫石充填可以省略；否則，在壓裂之后再下防砂管柱進行礫石充填。所謂一次管柱完成法是指利用礫石充填施工管柱先對地層進行壓裂充填，然后再進行篩套環(huán)空內的礫石充填，兩個過程通過一趟管柱一次施工完成。下面主要介紹該種方法。①施工工藝過程圖4－15是哈里伯頓公司提供的一次管柱施工過程中三階段流體流動示意圖。圖（a）為壓裂過程，環(huán)空閥門關死，壓裂液和攜砂液由油管泵入，通過礫石充填管柱的導向孔進入油套環(huán)空，由篩管外進入射孔孔眼與地層，把地層壓開并在裂縫中充填支撐劑；圖（b）為礫石充填過程，環(huán)空閥門打開，整個過程與常規(guī)正循環(huán)礫石充填相同；圖（c）代表礫石充填后期的反循環(huán)壓實過程，封隔器以上部分的流體流動方向與正循環(huán)充填過程相反。另外，在壓裂及礫石充填中，高砂比砂漿對充填工具轉向孔、篩管及套管產生磨蝕侵害，因此，要對泵注排量有所限制，哈里伯頓公司提供的限速數據見表4－3。表4－4壓裂充填泵速限定工具尺寸，in/mm排量限定，m3/min2.55/64.77和2.75/69.85（普通型）1.272.55/64.77和2.75/69.85（高流速型）2.383.25/82.552.543.88/98.553.665.00/127.00(標準型)3.665.00/127.00(特殊型)5.72②防砂器材及井下工具在設計壓裂充填和選擇井下工具與防砂器材時，需要系統(tǒng)地考慮與作業(yè)相關的一些問題，其中地層溫度，壓力條件的變化對管柱受力狀態(tài)會產生重要影響，篩管的選擇主要從類型、外徑和篩管縫隙幾個方面考慮，壓裂充填井下工具的功能應能與特種接頭、篩管、管線及封隔器配合使用，充填工具應能承受高壓，轉向孔的面積應足夠大，以便提高泵速和砂比，減少礫石對它們的腐蝕。③流體對井下工具及套管的磨蝕作用在油井的常規(guī)礫石充填防砂中，由于攜砂液用量少、砂比低、排量小，因而流體對井下充填工具及套管的磨蝕作用小。但是，在壓裂充填中，由于攜砂液用量大，砂比高，排量大，流體的沖擊磨蝕作用必須加以考慮。其主要磨蝕部位有四處，即礫石充填工具轉向孔、礫石充填延伸器出口、正對延伸器出口處的套管和射孔孔眼。對于壓裂充填而言，一次完成法的優(yōu)點是施工周期短、成本低；缺點是施工難度大、風險大、防砂器材及套管的磨蝕嚴重。二次完成法的優(yōu)點是施工難度及風險性小，缺點是施工環(huán)節(jié)多、周期長、成本高。3）端部脫砂壓裂形成具有高導流能力的“短寬裂縫”是中高滲透油藏壓裂防砂成功的關健。因此，不論是壓裂充填還是防砂壓裂，都必須采用可產生“短寬裂縫”的壓裂工藝方法──“端部脫砂壓裂”。①概念常規(guī)壓裂要求泵注足夠的前置液充分造縫，施工結束時縫內砂漿前緣接近或恰好到達裂縫前緣（圖4-16(a)）；端部脫砂壓裂則要求在泵注攜砂液過程中，縫內砂漿前緣提前到達裂縫周邊，限制縫長進一步增長，促使縫寬較快地增大，因此成功的端部脫砂壓裂應該是裂縫周邊脫砂（圖4－16）。②施工參數及泵注特點a）端部脫砂壓裂液粘度應低于常規(guī)壓裂，以適時脫砂；b）泵注排量低于常規(guī)壓裂，以減緩裂縫伸長速度，便于控制縫高和脫砂；c）前置液用量比常規(guī)壓裂少，以使砂漿前緣在停泵前到達裂縫周邊；d）砂比通常比常規(guī)壓裂大，以提高裂縫支撐效率。③裂縫延伸規(guī)律及施工壓力特點常規(guī)壓裂在整個施工過程中，裂縫長、寬、高一般都是不斷增長的，因而井底壓力是基本穩(wěn)定的；端部脫砂壓裂在脫砂前裂縫增長規(guī)律及壓力特征同常規(guī)壓裂，開始出現脫砂后，縫長和縫高不再增長，只有縫寬增長較快，井底壓力開始按一定速率穩(wěn)步升高（圖4－17）。④施工現場監(jiān)控端部脫砂壓裂必須進行現場監(jiān)控，主要是監(jiān)控井底壓力的變化趨勢，以判斷裂縫內是否出現脫砂，脫砂時間是否符合設計要求以及脫砂后的壓力上升情況是否正常等，以便及時修正施工參數。4）壓裂液端部脫砂壓裂對壓裂液提出了很高的要求，因此合理選擇壓裂液是保證壓裂充填，提高防砂效果的關鍵。目前國外已開發(fā)研制出50多種壓裂液，可大致分為如下幾種體系：線性溶膠、硼交聯壓裂液、有機金屬交聯壓裂液、磷酸脂鋁交聯的油基液、泡沫壓裂液等。①線性溶膠：主要包括一些線性聚合物，如原性瓜膠（Gel）、羥丙基瓜膠（HPG）、羥乙基纖給素（HEC）、羥甲基羥丙基瓜膠（CMHPG）及羥甲基羥乙基纖維素（CM-HEC）等。線性溶膠粘度相對較低，懸砂能力差，可作為中淺井攜砂液。其突出特點是濾失速度快，侵入地層較深，在裂縫壁上不形成泥餅，液體易于返排。HEC基本沒有殘渣，可以作低溫淺井中壓裂液。②硼交聯壓裂液：其特點是懸砂性能較好，濾失速度小于線性溶液。由于其交聯反應是可逆的，因此滲入地層的交聯可通過改變pH值使其破膠返排。故在高滲透中深中溫（小于148℃）地層，這類壓裂液是較好的選擇。③有機金屬交聯液：其主要優(yōu)點是耐高溫，可在148℃以上地層使用，其中的有機金屬交聯劑主要指有機鈦與有機鋯等，交聯反應為不可逆，破膠主要靠溫度條件，返排困難，故高滲透地層壓裂防砂盡量不用它。④磷酸脂鋁交聯的油基液：它對地層的污染很小，幾乎與各類油藏匹配。但是成本高，安全與環(huán)保問題突出，目前尚未發(fā)現其在高滲油藏壓裂中的應用。⑤泡沫壓裂液：泡沫壓裂液在低壓低滲油氣藏應用較為合適，但對高滲油藏，該壓裂液對于降低濾失和強化返排的作用不太明顯。經試驗得知，對中高滲透層硼交聯與羥丙基瓜膠的傷害程度最低，液體流動后的滲透率可恢復到實驗前的40%~70%。故在中高滲透油藏的壓裂防砂中，HPG為首選壓裂液，對溫度不很高的淺井，也可以用HEC線性溶液。5）支撐劑在壓裂防砂作業(yè)中，支撐劑除了要滿足常規(guī)壓裂的強度和導流能力要求外，其粒度組合還要兼顧礫石充填防砂的要求。根據地層的軟硬程度及出砂情況，支撐劑可以采用樹脂涂層砂，也可以是裂縫前面用石英砂、尾追部分涂料砂，或者全部用石英砂或強度更大的陶粒。6）大排量高壓水充填（WF）防砂技術壓裂充填工藝要求用壓裂液造縫和攜砂，目的是提高輸砂能力，形成“端部脫砂”，實現具有極高導流能力的寬短裂縫，達到油井高產而控制出砂的目的。通過深入的研究和應用實踐發(fā)現：用低粘度的水來代替高粘壓裂液，盡管高滲透軟地層在施工中濾失量較大，但只要保持足夠大的排量，仍能使地層造縫（因軟地層破裂壓力較低），突破原有近井地帶堵塞并且能實現端部脫砂。雖然水做攜砂液降低了輸砂性能，但是因排量很大足以彌補懸砂性差的缺陷，當然攜砂比會有所下降，使縫內的鋪砂濃度及導流能力有所下降。但計算及現場對比表明：盡管大排量高壓水充填的裂縫比高粘液壓裂的導流能力稍低，但是水壓裂充填裂縫內卻完全不存在聚合物傷害，這就使較短的水充填裂縫和較長的壓裂充填裂縫具有幾乎相等的產能（這兩種方法施工都可以突破污染區(qū)）。由于油藏性質、流體性質及泵組條件的不同，這兩種技術均有其適應范圍，具體情況如下：①當存在多層時或射孔井段距離水層大于10ft（在同一砂層內）或在射孔段和水層存在10ft的頁巖隔層時，最好使用水壓裂。另外，由于使用低粘度攜砂液使得環(huán)空充填質量也比較高，特別是當井斜大于60°時更是如此。②對于裂縫垂直高度可能增長的地層，壓裂充填較適宜于裂縫垂直高度大于50ft的薄層井段。壓裂充填對于那些曾經使用增產措施來擴展裂縫長度的滲透率小于50×10-3μm2的油井和滲透率小于10×10-3μm2的氣井特別適用，對于滲透率和地層厚度乘積（Kh）大于40μm2.ft的地層，為了能有效地突破污染區(qū)，壓裂充填是一項較好的技術。③在不能或不需壓裂的情況下，進行高壓水充填是一種較好的完井方法。不需壓裂的地層是指地層本身的Kh較高，而且污染又較輕。在這種情況下，利用酸處理技術降低地層污染是一種比較有效的方法。對于那些在油水界面附近的井（在同一砂層內距離油水界面小于10ft），即使采用水壓裂也會使裂縫進入水層，在這種情況下，建議施工壓力不要超過地層的破裂壓力。一般，用水取代壓裂液可以降低施工成本。因此很多公司采用大排量高壓水充填替代早期的高粘液壓裂充填，仍然達到了高產而控制出砂的目的。7）無篩管壓裂防砂技術由于該技術防砂后井筒不留下工具，避免了大修打撈工具，方便了今后的作業(yè)，具有很大優(yōu)越性。當然，無篩管壓裂充填防砂適用于9.14m或更短的射孔井段，在此條件下，可獲得顯著的效益，長層段射孔可能導致多個雁行式裂縫的產生，增加了復膜砂支撐射孔孔眼的難度，這些多層裂縫沖淡了裂縫長度和導液率，增加了防砂液過早漏失的機會。4.5.3“一次管柱”多油層礫石充填防砂工藝一次管柱多層礫石充填技術是美國Baker－Hughes公司對長井段進行一次管柱多層礫石充填的的一項防砂工藝新技術（Mini-Beta系統(tǒng)），該工藝技術節(jié)省了施工時間和作業(yè)費用，簡化了施工步驟，在海上油田，尤其是中國渤海油田得到了廣泛的應用，僅2000年3月至9月，渤海SD36-1油田在三個平臺上進行防砂施工96口井，具有較好的經濟效益。另外，美國Halliburton公司的Single-Trip防砂完井工藝技術也是一次管柱多層礫石充填，和Baker公司的工藝、工具基本相同，唯一不同的是Halliburton公司的防砂管柱是二趟管柱，第一趟管柱送入防砂外管及相應的送入工具，打壓坐封頂部封隔器，丟手，坐封防砂封隔器，起出坐封工具，然后，下入充填工具，從下至上逐級充填。目前已在Qk17-2、3和秦皇島油田成功實施82口井。相比較而言，Mini-Beta系統(tǒng)較Single-Trip防砂工藝更簡單、更先進，下面主要對該項技術進行介紹。（1）技術原理、特點（2）基本數據及施工參數1）Mini-Beta系統(tǒng)井下內、外防砂管串尺寸Mini-Beta系統(tǒng)井下內、外防砂管串尺寸及說明見表4－5、4－6。表4－5井下防砂外層管柱系統(tǒng)序號外徑，in內徑，in名稱及說明13.8753.31隔離管,帶斜切管鞋或下部連接自動管鞋25.8754.000留井生產封隔器35.0003.28卡簧式密封總成43.548防砂篩管，基管為4in的套管54.0003.5484in光管65.033.2