几种常见防砂技术原理与特点

张茂剑

(胜利油田油气井下作业中心滨南作业大队，山东 滨州 256600)

任何一种机械防砂方法都有其各自的特点和适用性，对于特定的油井，防砂成功的关键是防砂方法的选择，防砂方法选择不当是导致防砂失败的主要原因。下面介绍几种防砂技术原理与特点，以后防砂要根据地层特点选择相应的防砂方法。

一、双层预充填筛管防砂技术

双层预充填筛管由外筛管、内筛管和内外筛管间充填的砾石形成3层防砂屏障，具有良好的滤砂和挡砂作用，同时又具有一定渗透性能。其防砂管柱组成见图1

图一：双层预充填筛管防砂

双层预充填筛管防砂工艺技术的优点：

(一)技术简便，易于施工，对地层伤害小。

(二)可用于常规套管完成的竖直井、斜井、定向井、水平井的防砂。

存在问题：

(一)筛管成本较高。

(二)仅适用于油层不分采，粒度中值0.08mm以上的中粗砂岩地层;不适用于粉细砂地层、泥质低渗透地层，以及高产油井。

二、可膨胀筛管防砂技术

可膨胀防砂筛管是在壳牌石油公司可扩展割缝管专利技术的基础上形成的，其结构原理图如图2所示。

图二：可膨胀筛管防砂

ESS由可扩展割缝中心管、过滤层和可扩张式保护外套3部分构成。过滤层是为可膨胀滤砂管特别研制的一种金属丝网，它以重叠的方式附在割缝管本体上，这样直径增大时可保持防砂性能。在筛管的扩张过程中，由3层隔膜构成的重叠式渗滤隔膜中间层发生径向滑移，另外2层则发生轴向滑移，直到防砂筛管达到理想的直径。可膨胀防砂筛管的防砂技术优点：

(一)膨胀后紧贴井壁或套管，可防止地层砂的运移，从而避免由于地层砂重新分布而形成近井眼低渗透带。

(二)防砂后的井下管柱内径大，过流面积大，减小了近井眼的压降损耗和筛管冲蚀破坏的可能性，提高了膨胀筛管和单井寿命以及油气藏的采收率。

(三)同管外封隔器配合可实现分层开采，适用于水平井和大位移井等。

(四)适应于油层不分采，粒度中值0.07mm以上的砂岩地层。

存在的问题：

(一)若井眼极不规则，在井径缩小处膨胀筛管会压实近井地带，生产时不易恢复地层原始状态;对于井径扩大处，无法实现筛管与井壁或套管环空的“零间隙”，影响防砂效果。

(二)在筛管膨胀过程中，若遇井壁坍塌等复杂情况致使膨胀中断，很难得到满意结果。

三、复合缝腔割缝筛管

目前国内外油田上使用的割缝筛管多为矩形或单梯形缝筛管，矩形缝的缝宽从管外到管内是一致的，易造成砂粒堵塞，降低抽仙效果。梯形微缝筛管克服了矩形缝筛管的砂堵现象，具有很强的“自洁”作用，还具有流压损失小、产量高、寿命长等优点。单梯形缝筛管由于角度较大，缝口较尖锐，在采出液及其携带的微细砂粒的挤摩作用下，易使缝口的尖角磨损、缝宽变大，从而降低割缝筛管的防砂效果和使用寿命。针对上述情况，研制出具有复合缝腔的割缝筛管，应用于油井防砂中取得了良好效果。

（一）复合缝腔割缝筛管的结构设计

新型复合缝腔割缝防砂筛管的每条割缝都由管外至管内依次连接的外窄内宽角度较小的梯形缝、过渡圆弧和角度较大的梯形缝构成。该筛管外层梯形缝的角度很小，近似于矩形，厚度为2-3 mm ,当有微小的砂粒进入缝腔时，可以被采出液带走，使缝腔保持畅通，由于该层梯形缝的角度很小，因此，缝口在原油和微细砂粒的摩擦作用下的磨损速度减慢，可有效地提高筛管的使用寿命;管壁内层大角度的梯形缝可较大地降低缝对原油的流阻。

（二）复合缝腔割缝筛管的特点

该种割缝筛管是采用笔者自行研制开发的等离子设备加工的。该种工艺方法是靠高频的瞬时高温、高压作用进行加工，切割过程在专用复合水基工作液中完成，其特点是：

1.缝的表面耐磨和耐蚀性高。专用复合水基工作液在瞬时高温、高压作用下，产生电离和热分解，电离和热分解的产物在高温和电场的作用下

与被切割的缝腔表面金属材料产生化学反应，在被加工后的缝腔表面上形成1层厚0.1-0.2 mm的淬硬防腐层，其硬度达管体硬度的2倍，且由外至内逐渐减小，使淬硬层与管体的结合更加牢靠。

2.该缝腔克服了矩形缝易造成砂堵的现象，且具有很好的“自洁”效应，由于原油从管外到管内流经的缝腔是逐渐加宽的，因此，其流阻小。

3.该种切割工艺加工出的缝宽尺寸一致性好、精度高，在缝的两端不存在“火柴头”现象，可以有效地提高筛管的强度和防砂效果。

四、结束语

为使机械防砂技术更好地服务于油气井防砂，应加大对油气井的出砂与防砂机理的理论和实验研究工作，建立一套较为科学完善的防砂理论体系;注重研究开发机械防砂方法与化学防砂方法等相复合的防砂方法和先进的防砂工具。