一、出砂的危害及机理

　　　地层出砂一直以来是影响胡庆油田抽油井正常生产的主要因素之一。受地层胶结类型、
　地层孔隙结构等因素影响，胡庆油田部分层系自开发以来就存在出砂问题。随注水开发的时
　间延长，胡庆油田出砂特点呈现出由点到面、由分散到集中的态势，出砂井数越来越多，出砂程
　度不断加剧。目前出砂最为严重的区块主要包括胡七南沙三中、胡五块沙三上中层系，这两个
　层系有出砂历史井占53升，有们◇的油井因出砂而造成生产维持困难。
　　　由于沉积环境复杂，砂体变化大，出砂粒径变化范围公布较广，出砂粒径主要分布在0．07
　．0，13一一范围内，从砾石到泥质均有分布。
　　　（—）出砂的危害
　　　1．影响油井正常生产
　　　（1）油井轻微出砂引起固定凡尔、游动凡尔及泵间隙刺漏影响油井泵敞，造成产液量下
　降。
　　　（2）严重出砂引起的泵卡或砂埋造成躺井或产量下降，要恢复正常生产必须进行冲砂或
　化学防砂出砂，作业成本会进一步升高。
　　　2．增加套损机率
　　　当油井严重出砂时，首先井壁附近的砂岩的骨架遭到破坏，应力发生变化，并不断由近井
　地带向地层内部延伸，造成近井井壁应力变化，套管承受的横向应力上升，增加了套变机率，油
　井生产寿命受到威胁。从这一角度讲，防砂是井况防治的重要内容之一。
　　　（二）出砂机理（力学角度）
　　　1．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，离井
　筒或射孔孔眼的距离不同，产生破坏的程度不同，从井筒向四周辐射，可分为颗粒压碎区、岩石
　重塑区、塑性受损区及变化较小的未受损区。岩石的抗剪切强度低，抵抗不住周围的周向、径
　向应力差将产生塑性破坏，引起出砂。
　　　2．拉伸破坏机理
　　　在井筒周围压力梯度及流体的摩擦携带作用下，岩石承受拉伸应力。当此力超过岩石的

1．挡砂工艺技术
　　　　（1）镍合金防砂管挡砂工艺
　　　　①工作原理：由内、外管两部分组成，内管带有直径0．3。一进液孔，由镍合金制成的筛网
　　缠绕起到挡砂作用，网孔直径0．2一一，外管起保护作用。挡砂由内外管之间的环空沉入尾管。
　　　　②适用条件：适用于出砂量较小，年出砂量小于0．1一，、粒径在0．2一一以上的出砂井，该
　　工艺主要优点是挡砂沉入尾管，随作业可带出地面，可避免长期出砂埋油层、增加冲砂工序。
　　　　（2）绕丝防砂管挡砂工艺
　　　　①工作原理：主要由基管（带孔中心骨）、纵筋和不锈钢绕丝组成，基管上钻有一定密度和
　　孔径的圆孔，提供液流通道，基管上的纵筋支撑绕丝。绕丝为梯形，液流从绕丝通过，实现挂砂

作用，梯形截面越向外空隙越大，砂粒不会滞留在缝隙内，具有“自治”作用。
　②适用条件：适用出砂常较小、年出砂量小于0．5，，出砂井，粒径0．1，，以上出砂井。在
该工艺主要优点是耐腐蚀、寿命长、流通面积大。
　　（3）自洁式气砂锚挡砂工艺

　　　　　　　　　　　　　　　　　　围1气砂锡结构示意图
　①主要结构：自洁式气砂锚主要有两部分组成，即工作筒、滤砂元件，包括工作筒、中心管、
弹簧、进液口、排液口、沉砂口、集气罩组成。工作筒主要起保护和扶正导向作用，中心滤砂元
件主体是锥载涡流卷弹簧，该弹簧能防住0．厉，，及以上的砂粒。如图1所示。
　②工作原理：原油从工作筒各个方向的割缝进入工作筒，通过弹管进入到弹簧与中心管之
间，然后回流到下进油孔，进入到中心管内部，沿中心管向上进入深井泵，当原油通过滤砂元件
时将砂滤掉，随着上下冲程的交替变化，弹簧会产生伸缩振动，这样就会把滞留在缝口的砂粒
刮掉，并振动下去，下沉到油井口袋内，从而保持弹簧各圈之间缝隙的畅通。在液体回流过程
中伴随油进入的气泡会上浮，并聚集在集气罩内，由排气孔将气排出，从而先成挡砂、沉砂和油
气分离过程。
　　2．沉砂工艺技术
　　为了提高防砂的适应，胎，增加防砂工艺系列，自行研制开发了旋流沉砂器工艺，该工艺在
抽油机井与电泵井上得到推广应用。四寸套旋流沉砂器的应用解决了四寸套井防砂无法配套
的问题。
　　（1）工作原理：旋流沉砂器（图2所示）主要由上接头、二级滤砂管、筒体、中间接头、造旋
臂、进液孔、旋流体和下接头组成。二级滤砂管主要对公离后井液内的轻质杂质进行二次过
滤；旋流体内部具有一定的锥度角，通过造旋臂内部容积的改变，使进入的井液内的压力发生
变化。各部件之间采用螺纹连接。
　　油井生产时，混合液由旋流沉砂器进液孔进入，井液通过造旋臂造旋后将产生旋流，并获
得很高的角速度。在这一角速度下，由于固体、液体的密度不同，所产生的离心力不同，在沉砂
器的内部形成了外旋流和内旋流。密度大的固体颗粒形成了外旋流，外旋流沿沉砂器的内壁
向下运动，经过沉砂孔沉人尾管内；内旋流在沉砂器的中部因高速旋转而形成低压向上运动，
经过造旋臂的中心孔进入筒体，在筒体内经过二级滤砂管，再对未分离出的轻质杂质进行二次
过滤。尾管底部安装有沉砂释放器，当尾管内的沉砂达到一定高度时，释放器自动打开，将砂

3．排砂工艺技术
　　　对于粒径小于0．1一一的粉砂岩甚至粒径小于
　0．01一一的泥质（如泥浆），挡砂工艺不能满足要求，沉砂
　工艺可以实现部分分离但对于油质较粘度大、含水小于
　80◇井、日产液量小于已…，井分离效果较差，对于这类
　井为保证正常生产，只能采取排砂工艺，2002年以来重
　点应用了长柱塞防砂泵，并于2韵4年试验应用了长寒
　环封防砂泵。
　　　（1）长柱塞防砂泵
　　　①主要结构及工作原理：长柱塞式防砂抽油泵采用
　长柱塞，短泵筒及泵下沉砂、侧向进油结构（图3所示）。
　其防砂卡的工作原理就是借助挡砂圈及漏失液的共同
　作用。阻止砂粒进入柱塞与泵筒之间的密封间隙，从而
　杜绝了砂卡，减轻了泵筒与柱塞的磨损，使表面强化层
　不易被破坏。当油井停抽时，下沉的砂粒沿沉砂环空沉
　入泵下尾管，不会象常规泵那样在泵上沉积，避免砂埋
　抽油杆。
　　　②适用条件：主要应用于细粉砂、地层吐泥浆井。
　　　（2）长塞环封防砂泵
　图4长塞环封防砂泵结构示意围

　点，累增油70t。具体效果详见表1。
　　　4．化学抑砂工艺
　　化学抑砂工艺主要是应用水溶性阳离子有机聚合物，主
要作用机理是阳离子与粘土表面阳离子发生交换、与阴离子
发生吸附，阻止粘土颗粒运移，提高胶结强度，提高地层耐冲
刚能力，主要应用于预防地层较大量出砂（年出砂量大于0．
　5，，），井筒沉砂口袋小于50，或用于预计出砂量较大井的
　预防。
　　　5．化学固砂工艺

　　　　　四、结论

　　　防砂泵排砂工艺伙用效果可保证出砂井正常开抽，对出泥浆等杂质的井有较好的治理效
果，但由于工具本身存在一定的质量问题，使用周期较短，统计2韵2年以来防砂泵的平均使用
寿命只有1犯◇。尽管胡庆油田防砂工艺已经形成了“挡砂、排砂、抑砂、固砂、沉砂”工艺系列，
但配套防砂工艺的方式主要是依靠现场跟踪出砂情况而定，部分井在出砂造成砂卡躺井、抽油
泵漏失或砂埋油层造成产量下降后才采取相应的防砂措施，造成极大的产量损失，增加材料、
作业费用。因此进行出砂预测方法的研究，改变防砂的被动局面迫在眉睫。
　　　针对目前防砂工艺存在的问题，将重点以井组为研究单元，对出砂预测方法进行初步研
究。同时利用GX—1抑砂剂进行化学抑砂，重点治理H5块S，上中2、H7南块3，中出砂严重
层系。进一步试验长塞环封防砂泵排砂工艺技术，为排砂工艺多样化提供技术手段，同时提高
长柱塞防砂泵及其配件的质量，延长其使用寿命。