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[摘要]：油井出砂会造成井下设备和工具的磨蚀及井眼的堵塞，使油井的产量降低甚至停产。绕丝管砾石充填防砂是目前应用最广泛最主要的防砂工艺。但对油层厚度大、油层多等油井防砂成功率不是很高。本文通过对充填砾石规格和施工排量的研究，并就地层砂筛析曲线及砾石和施工排量的优选方法进行了阐述。
[关键词]：砾石充填 砾石尺寸 砂侵 最小排量
中图分类号：TD872+.8 文献标识码：TD 文章编号：1009-914X（2012）12- 0102 -01
1 防砂效果的影響因素
1.1 防砂效果与砾石尺寸的关系
砾石充填井中砾石层是主要的挡砂屏障。由于地层砂较细，地层砂会不同程度侵入砾石层导致防砂失败。地层砂侵入砾石层的程度取决于砂砾比GSR（砾石与地层砂中值之比）：GSR<5，无地层砂侵入；515，地层砂可以自由通过砾石层，起不到防砂作用。
1.2 防砂效果与炮眼中砾石充填过程的关系
砾石充填过程中，炮眼内流动的携砂液达到一定值后，固体颗粒开始呈砂堤状向前推移，流速继续增加颗粒的悬浮程度增加，颗粒完全悬浮后，混合物的流动阻力将随流速的增加而增加。炮眼中的流速必须高于淤积流速，才能将砾石携带到炮眼以外地层，因此，淤积流速是砂浆的最低流速。
用清水或地层污水做携砂液时，因其携砂能力差，砾石问题首先沉积于炮眼入口处，若炮眼吸液速度高于淤积流速，砾石在液流携带下，沿着沉积下来的砂堤逐渐向炮眼深处蠕动，当砂堤推进到射孔孔眼端部地层亏空部位后，再反向充填平衡堤上部区域。
2 砾石充填施工参数的优化
2.1 砾石尺寸的选择
Tausch和Corly法：建立在半对数筛析曲线的基础上，它建议最小砾石应等于4d10， 最大砾石应等于6d10，即Dmin=4d10；Dmax=6d10。
Saucier法：建立在完全挡砂的机理上，D50=（5～6） d50， 即砾石的粒度中值为地层砂粒度中值的5～6倍，此时砾石充填带的有效渗透率/地层渗透率最大。
Deperester法：可以有效防止地层砂侵入砾石充填层。先在半对数筛析曲线求出D50≤8 d50的点A，然后求出D90≤12 d90的点B，最后通过A、B两点画出充填砾石的分布曲线，得到D10/d90≥3，过A、B两点得到的直线范围便为充填砾石的尺寸范围。
Schwarrtz法：考滤地层砂的均匀程度和流体通过筛逢的流速来确定充填砾石的的尺寸。它将半对数地层砂累积重量百分数曲线上砾石直径/砂粒直径为6作为砾砂的临界比值，根据不同的均匀系数与缝眼流速采用不同的准则选择砾石尺寸。
利用以上方法得到四个结果进行比较，优选最佳防砂砾石尺寸。
2.2砾石充填防砂最小排量的优化
将细粒矿石的水力输送及水平井砾石充填中的临界流速正义及计算方法应用于垂直井砾石充填，以确定直井砾石充填时的最小排量。
A.II.尤芬的临界流速的计算方法：当0.4 Durand的淤积流临界流速计算方法：Vk2=FL*[2*g*dk*（γs-γ）/ γ]1/2。
防砂井中最低排量计算：临界排量=VK*лdhs2/4*有效厚度*射孔密度 。
防砂井的临界排量与所用砾石的直径、射孔孔眼的尺寸及数目、砂浆中的砾石浓度有关。不按孔眼的临界流速来确定施工排量，将会影响防砂的成功率及有效期。
3 施工参数优化设计在孤东油田的应用
3.1砾石尺寸的优化
某井采用绕丝管砾石充填防砂，首先对地层砂进行筛析分析，得到d10为0.156mm，d40为0.119mm，d50为0.10mm，d70为0.081mm，d90为0.028mm，分选系数1.36，均匀系数4.25，该井射孔密度201，15孔/米，孔径13mm，正常生产时液量70t/d。利用上述方法优选如下：
从表1可看出，几种方法取得的砾石直径相近，综合考虑Saucier方法尽管压降大，产量较低，但无地层砂侵入，渗透率损失小，从长期来看对生产有利，选择0.4-0.8mm砾石做为充填砾石。
3.2最小充填排量优化
在砾石充填的过程中，应使每个孔眼接近临界流速。砾石开始充填时，所需的排量最大；当下部孔眼填满，井筒逐渐被充填砂掩没时所需液体排量减小。
4 结 论
4.1防砂前应对地层砂做出筛析曲线，根据地层砂筛析曲线及射孔参数等选择合适的砾石尺寸及设计出最小充填排量。
4.2 砾石尺寸的选择是绕丝管砾石充填防砂效果好的关键，砾石中值与地层砂粒度中值之比，影响地层砂侵入砾石层的程度，进而影响充填层的渗透率，决定了防砂井的产能。
4.3 携砂液的排量决定了射孔孔眼及地层亏空部位的砾石充填充实程度，施工排量不低于设计的最小排量。
参考文献：
[1] 李爱芬，付继统，陈月明，等. 垂直井砾石充填防砂最小排量的确定方法[J]. 石油大学党报：自然科学版2003，27（4）：62-65
[2] 赵东伟，董长银，张琪，等. 砾石充填防砂砾石尺寸优选方法[J]. 石油钻探技术2004，32（4）：63-65
[关键词]：砾石充填 砾石尺寸 砂侵 最小排量
中图分类号：TD872+.8 文献标识码：TD 文章编号：1009-914X（2012）12- 0102 -01
1 防砂效果的影響因素
1.1 防砂效果与砾石尺寸的关系
砾石充填井中砾石层是主要的挡砂屏障。由于地层砂较细，地层砂会不同程度侵入砾石层导致防砂失败。地层砂侵入砾石层的程度取决于砂砾比GSR（砾石与地层砂中值之比）：GSR<5，无地层砂侵入；5
1.2 防砂效果与炮眼中砾石充填过程的关系
砾石充填过程中，炮眼内流动的携砂液达到一定值后，固体颗粒开始呈砂堤状向前推移，流速继续增加颗粒的悬浮程度增加，颗粒完全悬浮后，混合物的流动阻力将随流速的增加而增加。炮眼中的流速必须高于淤积流速，才能将砾石携带到炮眼以外地层，因此，淤积流速是砂浆的最低流速。
用清水或地层污水做携砂液时，因其携砂能力差，砾石问题首先沉积于炮眼入口处，若炮眼吸液速度高于淤积流速，砾石在液流携带下，沿着沉积下来的砂堤逐渐向炮眼深处蠕动，当砂堤推进到射孔孔眼端部地层亏空部位后，再反向充填平衡堤上部区域。
2 砾石充填施工参数的优化
2.1 砾石尺寸的选择
Tausch和Corly法：建立在半对数筛析曲线的基础上，它建议最小砾石应等于4d10， 最大砾石应等于6d10，即Dmin=4d10；Dmax=6d10。
Saucier法：建立在完全挡砂的机理上，D50=（5～6） d50， 即砾石的粒度中值为地层砂粒度中值的5～6倍，此时砾石充填带的有效渗透率/地层渗透率最大。
Deperester法：可以有效防止地层砂侵入砾石充填层。先在半对数筛析曲线求出D50≤8 d50的点A，然后求出D90≤12 d90的点B，最后通过A、B两点画出充填砾石的分布曲线，得到D10/d90≥3，过A、B两点得到的直线范围便为充填砾石的尺寸范围。
Schwarrtz法：考滤地层砂的均匀程度和流体通过筛逢的流速来确定充填砾石的的尺寸。它将半对数地层砂累积重量百分数曲线上砾石直径/砂粒直径为6作为砾砂的临界比值，根据不同的均匀系数与缝眼流速采用不同的准则选择砾石尺寸。
利用以上方法得到四个结果进行比较，优选最佳防砂砾石尺寸。
2.2砾石充填防砂最小排量的优化
将细粒矿石的水力输送及水平井砾石充填中的临界流速正义及计算方法应用于垂直井砾石充填，以确定直井砾石充填时的最小排量。
A.II.尤芬的临界流速的计算方法：当0.4
防砂井中最低排量计算：临界排量=VK*лdhs2/4*有效厚度*射孔密度 。
防砂井的临界排量与所用砾石的直径、射孔孔眼的尺寸及数目、砂浆中的砾石浓度有关。不按孔眼的临界流速来确定施工排量，将会影响防砂的成功率及有效期。
3 施工参数优化设计在孤东油田的应用
3.1砾石尺寸的优化
某井采用绕丝管砾石充填防砂，首先对地层砂进行筛析分析，得到d10为0.156mm，d40为0.119mm，d50为0.10mm，d70为0.081mm，d90为0.028mm，分选系数1.36，均匀系数4.25，该井射孔密度201，15孔/米，孔径13mm，正常生产时液量70t/d。利用上述方法优选如下：
从表1可看出，几种方法取得的砾石直径相近，综合考虑Saucier方法尽管压降大，产量较低，但无地层砂侵入，渗透率损失小，从长期来看对生产有利，选择0.4-0.8mm砾石做为充填砾石。
3.2最小充填排量优化
在砾石充填的过程中，应使每个孔眼接近临界流速。砾石开始充填时，所需的排量最大；当下部孔眼填满，井筒逐渐被充填砂掩没时所需液体排量减小。
4 结 论
4.1防砂前应对地层砂做出筛析曲线，根据地层砂筛析曲线及射孔参数等选择合适的砾石尺寸及设计出最小充填排量。
4.2 砾石尺寸的选择是绕丝管砾石充填防砂效果好的关键，砾石中值与地层砂粒度中值之比，影响地层砂侵入砾石层的程度，进而影响充填层的渗透率，决定了防砂井的产能。
4.3 携砂液的排量决定了射孔孔眼及地层亏空部位的砾石充填充实程度，施工排量不低于设计的最小排量。
参考文献：
[1] 李爱芬，付继统，陈月明，等. 垂直井砾石充填防砂最小排量的确定方法[J]. 石油大学党报：自然科学版2003，27（4）：62-65
[2] 赵东伟，董长银，张琪，等. 砾石充填防砂砾石尺寸优选方法[J]. 石油钻探技术2004，32（4）：63-65