复杂结构井防排砂的技术研究与应用

2013-03-27高峰

河北能源职业技术学院学报 2013年1期

高峰

(中油辽河油田公司，辽宁盘锦 124010)

前言

筛管防砂技术是一项开发较早的油井防砂技术，具有成本低，施工简单，投入产出比高，有效期长等特点，一直是油井防砂的首选措施之一，在辽河油田各采油区块得到广泛应用，但近几年，随着稠油油藏进入高轮次吞吐和蒸汽驱开采，地层亏空严重，侧钻井及套损井日益增多，出砂情况越来越严重，研究应用适用于侧钻井、套损井等结构复杂井的更有效的防砂技术，加强筛管防砂适应性研究，研究应用新型防砂筛管;并在筛管防砂挡住粗砂的基础上，采用防砂泵排细砂，使筛管防砂与防砂泵排砂配套实施，挡排结合，以提高综合防砂效果，为小洼油田油井正常生产提供有力的技术保障。

1.弹性筛管防砂技术

近几年，针对筛管防砂技术在实际应用中暴露的不适应复杂井况及渗透性降低等问题，结合稠油油藏开采对防砂的新要求，通过筛选材质、优化结构、改进工艺等方法，开发研制能够适应各种复杂井况的强度高、抗堵塞、防砂性能好的筛管新产品——弹性筛管，解决稠油油藏开采后期适应性差及筛管堵塞等问题。

1.1 弹性筛管防砂原理

弹性筛管选用按一定几何尺寸布孔的无缝钢管作基管(图1、图2)，将过滤罩、筛网、弹性金属纤维、带孔挡板共同构成的过滤单元体，焊接在孔眼内的凸台上，过滤罩的外缘与筛管本体采用外焊使过滤单元体与筛管本体牢固的连接在一起。特殊几何形状弹性纤维材料在混有固体颗粒的液流通过时，可以有效地阻止固体颗粒，而小于金属纤维孔道的细小微粒，可以顺利通过金属纤维构成的防砂层，随液流排出油井，防止颗粒的淤积堵塞，油层的大颗粒砂在筛管外堆积形成砂桥构成防砂屏障，从而保证油井防砂后在较长时间内获得较高产能。

图1 过滤单元

图2 筛管结构示意图

1.2 性能指标

(1)渗透率:＞100μm2(2)防砂粒径:＞0.1mm(3)抗内压:22MPa(4)抗外压:25MPa(5)耐温:350℃(6)渗流面积:＞900cm2/m(7)耐腐蚀PH为3～ 11(8)规格型号:Ф177.8、Ф140、Ф127、Ф114、Ф102。

1.3 筛管特性

弹性筛管采用的是单层管整体结构。尤其采用隐性接箍设计，即接箍与筛管本体直径一致，在不改变本体内、外径的情况下，缩小接箍外径，有利于筛管在套变井中顺利下入和防砂失效后筛管打捞方便。外径尺寸一致，便于下入及后期的油井维修。防砂管柱具有较大的通径，给后期的各种作业带来方便。

过滤单元采用的不锈钢金属纤维丝，可针对不同油藏的出砂特性，加工制作出相应的防砂筛管，防砂性能好，防砂粒径易于控制;不易堵塞。优化设计筛管布孔方式，减少流动阻力，提高筛管过流面积。在满足抗拉强度不变的情况下，设计为螺旋布孔方式，筛管每米过滤单元达到200个，使过流面积达到904cm2/m，过流面积比平行布孔增加了25%，筛管过流能力的提高为防砂后油井产能发挥创造了有利条件。

1.4 配套封隔器性能指标

新型防砂筛管配套的封隔器具有通径大的特点，可通过封隔器进行多种井下施工作业，而且耐高温气蚀、耐酸碱腐蚀，封隔器具有专用打捞器，打捞时成功率高、解封可靠。水力式，支撑式座封，适用性强，施工速度快。通径大，可进行过油管施工作业。采用锁块，卡簧机构，防止中途座封及座封后自行解封现象发生。封隔解封时，打捞容易，安全方便。配套封隔器主要技术性能指标如表1所示。

表1 配套封隔器主要技术性能指标

2.防砂泵

筛管防砂虽然阻挡住了中、粗砂粒，但细小砂粒随油流通过筛孔进入井筒，使常规抽油泵经常发生砂磨、砂卡和砂埋等现象，使抽油泵过早失效，造成油井停产，作业频繁，原油生产成本增高。

闭式高效抗砂抽油泵能有效地防止砂粒进入泵筒与柱塞之间的密封间隙内，具有防砂卡、防砂埋、防砂磨、寿命长等特点，能够大幅度地延长油井检泵周期，在不被砂埋油层的情况下，可实现携砂生产，其使用寿命比常规泵长3～5倍，该泵是目前国内先进的适用于出砂油井的抽油泵。

2.1 闭式高效抗砂抽油泵工作原理

闭式高效抗砂抽油泵采用柱塞固定、泵筒运动、泵下沉砂、侧向进油的结构形式。主要由:泵筒、柱塞、双通接头、沉砂外筒、进油阀总成、出油阀总成等零部件组成。在泵的运行过程中，上行程时，抽油杆带动泵筒向上运动，泵筒内腔与柱塞之间形成的密封腔容积增大，形成低压腔，游动阀关闭，固定阀打开，原油经柱塞内孔进入该腔。下行程时，封闭腔容积减少，腔内压力增大，固定阀关闭，游动阀打开，原油进入油管，注入地面管线。在此过程中，油管内液柱中泵上沉砂进入尾管。因普通泵工作过程中，大量管柱沉砂落入泵中(柱塞上部)，并进入泵筒与柱塞配合间隙内，极易造成砂磨、砂卡和砂埋的发生。而闭式高效抗砂泵的出油阀和泵筒组成了类似于保护罩的闭式结构，有效地阻挡了绝大多数管柱沉砂进入配合间隙，使沉砂在泵筒的外面经双通接头沉入尾管。因此该结构能够非常有效地防止砂卡和砂埋的产生，大幅度提高抽油泵的使用寿命，延长检泵周期。

2.2 性能特点

2.2.1 防砂埋、防砂卡、防砂磨

该泵能防止在停泵时砂埋，在工作时防止砂卡柱塞，特别是能有效地防止砂粒进入柱塞与泵筒之间的密封间隙，造成对泵筒及柱塞的强烈磨损。

2.2.2 使用寿命长

在含砂油井中使用的抽油泵，其损坏形式主要为泵筒和柱塞之间的磨粒磨损，使间隙增大，泵效降低，该泵独特的结构，有效地阻止了大量沉砂进入泵筒和柱塞的配合间隙中，从而大幅度地延缓了泵筒和柱塞的磨损，提高了抽油泵的使用寿命。另外，该泵采用碳化钨硬质合金阀球、阀座，硬度高、耐冲击不易损伤，因此有效地避免了因球阀座密封失效造成的停产检泵。

2.2.3 减轻杆管偏磨

由于该泵上行出油阀设置在泵筒之外，且出口较大，故出油阻力较常规泵小，下行时无阻卡，下部杆柱不易弯曲，杆管偏磨现象得到改善。

2.3 技术参数

防砂泵主要技术参数如表2所示。

表2 防砂泵主要技术参数

3.应用效果

3.1 现场应用情况

针对小洼油田目前开采过程中的具体情况和问题，对出砂相对较轻的侧钻井、套损井等油井，采用成本低、施工简单的筛管防砂和防砂泵相结合的防排砂措施，解决了稠油侧钻井、套损井出砂的难题，在侧钻井、套损井等小井眼井上应用Φ102mm弹性筛管防砂技术，共实施了5口井(4口井是套损井)，有效率100%，累增油957.4t，恢复停产井4口，恢复日产水平12.2t。应用效果如表3所示。Φ102mm筛管和防砂泵配套实施的成功应用，为复杂结构井的防排砂生产，为套损井挖潜提供了新的技术支撑点。

3.2 典型井例

洼28－40侧，油层井段1386－1404.0m，油层厚度/层数5.7m/4层。该井于2002年12月1日侧钻投产，但随着注汽轮次的增加，套管发生了损坏而大量出砂，套管损坏位置在开窗以下5"小井眼内，且在油层中部1391.8m处，套管最小尺寸仅为Φ62mm，无法实施大修套管补贴和化学防砂进行恢复，因而长期关井。为了充分挖掘油层潜力，建议实施高温人工井壁填防砂技术与小筛管复合防砂。该井于9月14日下入了Φ102mm筛管20m，筛管顶界1375.8m，筛管底界1391.8m，封隔器位置1374.8m。

下入高效闭式抗砂抽油泵，开井后一直正常生产，到 4 月底底累增油 1010.7t，目前日产油 4.5t，日产水7.2m3，仍正常生产。实践证明，筛管防砂与防砂泵排砂有机结合，既能起到挡、排结合的治砂效果，又能保护套管，取得了很好的措施效果。同时，措施初期采取了控制采液强度的方法，有效抑制了油层机动出砂。