油气井压裂防砂技术机理和应用

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1、油气井压裂防砂技术机理和应用　　在油气开采过程中，油井出砂具有很大的危害性，轻者可以影响油井的正常生产，重者可以使油井报废。因此，在开采过程中必须采用有效的防砂措施。目前对射孔井最常用防砂方法主要是化学固砂和管内井下砾石填充，虽然有比较好的防砂效果，但都有比较低的产量，严重制约了油井的生产，不能从根本上解决油井出砂的问题。为此有必要研究一种防砂效果好，防砂有效期长，还不影响油井产能的防砂方法，压裂与防砂相结合的复合技术，称为压裂防砂。油气井出砂机理与危害从岩石力学角度来说，油层出砂有两个机理：即剪切破坏和拉伸破坏机理。除了

2、上述两个机理外，还包括微粒运移出砂机理。剪切破坏机理。由于井筒及射孔孔眼附近岩石所受周向应力及径向应力差过大，造成岩石剪切破坏，引起地层出砂。拉伸破坏机理。开采时，在井筒周围应力梯度及流体的摩擦携带作用下，岩石承受拉伸应力.当此应力超过岩石的抗拉强度时，岩石发生拉伸破坏。6微粒运移出砂机理。在生产时，生产压差或产量过大，作用在地层颗粒上的拽曳力过大，地层微粒就会移动，进而导致井底周围地层渗透率降低，从而增大流体的拽曳力，并可能诱发固相颗粒的产出。出砂的危害主要表现在以下几个方面：减产或停止作业；地面和井下设备磨蚀；套管损坏

3、、油井报废；生产时间的损失；油气井的经济和技术损失。压裂防砂机理压裂防砂的实质就是采用端部脱砂技术使携砂液在裂缝端部脱砂，然后膨胀与充填裂缝，形成短而宽的高导流能力渗流通道。该技术是在一定缝长的前端形成砂堵，阻止裂缝延伸，获得较宽的裂缝和较高的砂浓度，达到提高导流能力的目的。具有改造油层与防砂的双重作用，防砂有效期长、效果持久。压裂防砂机理。填充砂的粒径通过地层砂的粒径进行选择，将流体携带的砂粒阻挡于填充砂层之外，通过自然选择在填充砂层外形成一个由粗到细的砂拱，有良好的流通能力。压裂后地层流体的流动特征。油井压裂后，流体沿

4、着具有高导流能力的裂缝流动时，流动阻力非常小，因此地层流体流入井底不再遵循径向流动模式，而是形成双线性流动模式，先是地层内部向裂缝面流动时的线性流，再是流体沿裂缝向井筒流动时的线性流。6水力压裂可以避免和缓解地层岩石的破坏。具有高导流能力的水力裂缝将地层流体的流态由原来的径向流动变成双线性流，在一定程度上降低了生产压差并大幅度降低了流体压力梯度。从而缓解或避免了岩石骨架的破坏，也就缓解了出砂趋势和出砂程度。裂缝可以降低流体冲涮携带砂粒的能力。因裂缝而产生的双线性流动模式及巨大的裂缝面积可以发挥良好的分流作用，使压后流速大幅

5、度降低，从而降低了对地层微粒的冲刷和携带作用。压裂填充砂的选择填充砂尺寸的确定。在压裂充填设计时，必须正确选择填充砂尺寸。若填充砂尺寸过大，地层砂可以自由通过填充砂孔隙，虽然裂缝渗透率和充填层的渗透率保持不变，但没有防砂效果。若填充砂尺寸过小，填充砂能完全阻止地层砂侵入填充层，虽然可完全防止地层砂随液体产出，但是整个填充层的渗透率很低，使整个井的产能变小。填充砂尺寸需根据地层砂的尺寸来确定。当填充砂直径略小于地层砂直径，地层砂在填充砂与地层砂接触面上形成稳定的砂桥，阻止了地层砂在充填层中的运移。6填充砂种类的选择。目前世界

6、上控制支撑剂返排技术中最成熟、应用也最广泛的树脂涂敷砂封口技术。树脂涂敷砂是在压裂砂颗粒表面涂敷一层薄而有一定韧性的树脂层，该涂层可以将原支撑剂改变为有一定面积的接触。当该支撑剂进入裂缝后，由于温度影响，树脂层首先软化，然后在固化剂的作用下发生聚合反应而固化。从而使砂粒之间由于树脂的聚合而固结在一起，将原来砂粒之间点与点接触变成小面积接触，降低了作用在砂粒上的负荷，增加了砂粒的抗破碎能力。同时，固结在一起的砂粒形成带有渗透率的网状滤段，阻止压裂砂外吐。使用热塑性酚醛树脂砂进行的压裂防砂平均有效期在180天以上，很好的避免了

7、压裂砂回吐造成的出砂，具有良好的应用效果。其主要的性能指标如下：粘土及颗粒物含量≤1.0%；圆度≥0.6，球度>0.6；石英砂粒目数：25～14，石英砂粒直径：0.6～1.0mm；破碎率≤8%；酸溶解度≤3%；抗压强度≥6MPa，抗折强度≥3MPa（二级品）；颗粒分散率≥98%；颗粒涂敷率≥95%。携砂液的确定6防砂携砂液配方的确定是地质特点、施工因素决定的。既要将树脂顺利携入地层，同时也要考虑携砂液进入地层后所引起的粘土膨胀，乳化堵塞和贾敏效应问题，根据这些要求，携砂液配方应体现五大作用，即具有增粘作用、防膨作用、固化作

8、用、助排作用和破乳作用。主要压裂液有：常规线性凝胶液、硅硼酸交胶液、有机交胶液等。目前应用的主要体系是瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基一羟丙基瓜尔豆胶或羧甲基羟乙基纤维素的锆酸盐和钛酸盐络合物。这些体系在高温时具有极强的稳定性，只有在井底温度大于148℃时才能形成。有机交联液的稳定性使其具有极强的支撑剂悬浮