一种新型环保防砂工艺的现场应用

摘 要：水带干灰砂人工井壁防砂（简称水防）是以水泥为胶结剂，以石英砂为支撑，按1：2重量比例在地面拌合均匀，用水携至井下，挤入套管外，堆积于出砂层位，凝固后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，可以阻挡地层砂流进井筒并具备一定的堵水作用，是国内较普遍的一种防砂工艺。但人工配制干灰砂存在劳动强度大、粉尘污染严重、灰砂比混合不均匀、施工参数不易控制影响防砂质量等缺点。

本文介绍一种新型环保水防工艺，通过建立两项主要施工参数水泥浆密度及砂比之间的函数关系，整合固井车、混砂车、水泥车等特种设备，研究出一套新型水带干灰砂自动配置工艺，该工艺全过程机械密闭配置，无粉尘污染，大幅降低人工劳动强度，施工环保健康。

关键词：水防;粉尘污染;整合;机械配置;环保

1.前言

八面河油田属于疏松砂岩油藏，该类油藏埋藏浅，胶结疏松，成岩性差，开发中出砂严重，除北区沙四段和广北区不出砂外，其余区块均要防砂生产，针对水井，最常用的防砂工艺为水带干灰砂地层人工井壁防砂（简称水防），每年工作量在20-25口。但由于设备和工艺落后，存在人工配置干灰砂劳动强度大、粉尘污染严重、物料浪费大后期处置难、施工参数不科学无监控影响防砂质量、水泥车配置低施工时泵压、排量受限制等缺陷，极大的制约了水带干灰砂防砂质量及成功率。为了提高水带干灰砂防砂质量，降低操作员工劳动强度和减少环境污染，研究水带干灰砂自动配置工艺技术，科学合理确定施工参数，将整体提升水防施工质量。

2.前期所做的工作

2.1 水带干灰砂防砂室内试验评价

室内试验报告表明，当灰砂重量比在1：1.5～2时，此时的人工井壁渗透率最高，抗折强度最大，可以同时满足注水和防砂的需要。

2.2 建立重要施工参数间的函数关系

理论计算过程如下：

设：稳定施工过程中水泥、砂子水的混合液排量为V，砂比为M，水泥浆密度为ρ

已知：干水泥密度为3.15g/cm3，石英砂密度为1.5g/cm3，清水密度为1g/cm3 求：ρ=f﹙M﹚

解：单位时间1min内。

水泥、砂子混合液体积为V，得出：石英砂体积为VM;重量为1.5VM，

当水泥和石英砂重量比为1：2时 得出干水泥重量：？×1.5VM=？VM

得出：V升混合液中水泥浆的体积为：V—VM=V﹙1—M﹚

V升混合液中水泥浆重量=干水泥重量+水的重量=？VM+﹙V—VM—？VM/3.15﹚×1=﹙1—0.488M﹚V

得出：水泥浆密度为ρ=V升混合液中水泥浆重量÷V升混合液中水泥浆的体积=﹙1—0.488M﹚V/V﹙1—M﹚=﹙1—0.488M﹚/﹙1—M﹚

所以当灰砂重量比为1：2时，有ρ=﹙1—0.488M﹚/﹙1—M﹚

其中：ρ代表水泥浆密度：g/cm3 ，M代表砂比（砂子在携砂液中的体积比）

现场施工可以参考的几组数据：

砂比M=10%时，水泥浆密度ρ=﹙1—0.0488﹚/﹙1—0.1﹚=1.057g/cm3

砂比M=15%時，水泥浆密度ρ=1.09g/cm3

砂比M=20%时，水泥浆密度ρ=1.13g/cm3

当灰砂重量比为1：1.5时，依据同样算法可以得到：ρ=﹙1—0. 317M﹚/﹙1—M﹚

现场施工可以参考的几组数据：

砂比M=10%时，水泥浆密度ρ=﹙1—0.0317﹚/﹙1—0.1﹚=1.076g/cm3

砂比M=15%时，水泥浆密度ρ=1.12g/cm3

砂比M=20%时，水泥浆密度ρ=1.17g/cm3

结论：1、水泥浆密度和砂比之间存在函数关系，但和施工排量没有关系。 2、施工中如果需要改变排量，无需调整砂比和水泥浆密度，但考虑到固井车的输出排量极限，结合防砂工艺设计，一般排量最高不超过1.5方。 3、需要提高砂比时，须相应提高水泥浆密度。目前的水防工艺设计要求：砂比为10%，灰砂重量比为1：2，施工排量控制在0.8-1方/分钟。通过以上计算，推荐使用密度值在1.06 ～ 1.07的水泥浆作为携砂液。

2.3整合特种车辆

施工车辆由五个分系统组成：供水、配浆、混砂及计量、泵入、指挥。

2.3.1 供水系统：

由若干运输水罐车、1台供水泵车、一个15方地面敞口水池及地面管线组成，负责向固井水泥车输送清水或地层水配置水泥浆。

2.3.2 配浆系统：

由1台固井水泥车、1-2台运输灰罐车及地面管线组成，负责配置密度符合工艺要求的水泥浆输送给混砂车，要求水泥浆密度稳定，输出排量不低于0.8方/分钟。由人工每间隔5分钟测量一次，及时反馈到指挥系统。

2.3.3 混砂及计量系统：

由混砂车、砂罐车组成，负责输砂、拌砂并将搅拌均匀、灰砂比例适合的水泥砂浆输送给地面高压管汇，同时，通过车载自动控制、计量系统调节、录取瞬时砂量、总砂量并计算出砂比值、施工排量、施工流量等数据，同步反馈给仪表车。

2.3.4 泵入系统：

由3台700型水泥车、地面高压管汇、井口流程组成，负责将混砂车输出的水泥砂浆混合液吸入，通过柱塞泵加压后泵入井下防砂层位，完成水防施工，施工中的排量、泵压电信号经地面数据电缆传输到仪表车，显示在仪表车电脑屏上。此外，井口套管一端有套管压力传感器与仪表车相连，及时向指挥台传输套管施工压力值，套管另一端连接一台400型水泥车，一旦出现井下管柱堵塞，便于及时反洗井消除堵塞，保证施工顺利进行。

2.3.5指挥系统：

由仪表车及配套数据传输电缆组成，施工中除水泥浆密度值需人工监测汇报外，其它各项施工参数均反馈到仪表车，仪表车根据预先设定的电脑程序，，并绘制成施工工作曲线。实时采集、显示、记录水防作业全过程的数据，并对工作数据进行相关处理、记录保存在显示屏上及时显示，最后打印输出施工数据和曲线。

水带干灰砂自动配置工艺现场车辆流程图

3 现场应用情况

分别在莱6-斜4井和面4-7-195井等8口井进行了现场应用，达到了技术指标的要求，作业施工一次成功率100%、工艺成功率100%。

4 结论及建议

4.1 整合现有特种车辆并作必要的技术改进，在施工现场实现水带干灰砂自动配置，减轻工人劳动强度，减少环境污染，通过在现场8口井的应用实践表明，该工艺是完全可行的，可以在八面河油田水防施工中推广应用。

4.2该工艺实现了机械化自动配置水带干灰砂，对比传统的人工配置，灰砂比更均匀，数据更精确，防砂质量更有保证。

4.3 干水泥灰、石英砂均采用专车储运，无杂质混入，若一次施工有剩余，不会造成处置浪费。

作者简介：

黄永刚 1970年2月生，1990年7月毕业于重庆石油学校开采专业，长期从事井下作业技术管理工作，现为中石化江汉油田分公司采服中心工艺研究所支部书记。工程师。

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