砾石充填与防砂完井工艺技术研究

出品方：北京经纬智汇信息咨询有限公司 报告编号：OGA-A-017 专题方向：智能完井与工具 报告日期：2026年6月 保密级别：内部参考 版本：V1.0

执行摘要

砂控（防砂）完井是疏松砂岩、稠油、深水浊积砂岩及非常规储层安全高效开发的核心保障技术。当生产压差超过临界出砂压差、地层有效应力超过岩石强度时，地层出砂将引发井下及地面设备冲蚀、砂堵、套管损坏与产量下降，乃至油井停产报废。在我国，出砂已成为渤海油田低产低效井和长停井的主要成因之一。本报告以"现状—对标—瓶颈—趋势/应用"为主线，对砾石充填及整个防砂完井技术谱系进行全球视野下的深度技术与市场调研，核心结论如下。

第一，砾石充填是占比最大的单一防砂方法，压裂充填是增速最快的细分赛道。 防砂方法已形成机械防砂、化学防砂、复合防砂、砾石充填、压裂充填（Frac-Pack）与高速水充填（HRWP）的完整技术谱系。其中砾石充填因适用性广、有效性高，长期占据最大市场份额（Data Bridge 2024年数据约36.9%）；压裂充填凭借防砂与增产双重功能，成为深水软地层的主力手段，多家机构预测其复合增长率显著高于行业平均水平。

第二，全球防砂完井市场规模介于约19亿至53亿美元区间，口径差异巨大，年复合增长率主流区间为3.5%—6.7%。 增长由深水/超深水开发、稠油与重油开发、老油田挖潜（疏松地层比例上升）及海上油田防砂需求增长共同驱动。须特别提示：不同机构因"系统/服务/解决方案"统计口径不同，规模数字不可直接横向比较或简单平均。

第三，国际四大油服通过"单趟多层+压裂充填+智能完井一体化"构筑高端壁垒，中国海油完井防砂国产化取得重大突破。 斯伦贝谢（SLB）、哈里伯顿（Halliburton）、贝克休斯（Baker Hughes）、威德福（Weatherford）在深水、多层、单趟防砂工具的压力/温度包络与可靠性方面建立技术壁垒。中国海油经过约二十年攻关，形成"适度防砂"技术思想、国产多流道旁通筛管（应用于"深海一号"）、控水防砂一体化等成果，实现完井防砂工具的规模化国产替代，但高端筛管材料与深水超高温高压防砂仍存短板。

第四，智能防砂、水合物/CCUS/地热新场景打开第二增长曲线。 防砂与流入控制（ICD/AICD）一体化、单趟多层一体化、可降解暂堵防砂、数字化实时监测充填代表技术演进方向；天然气水合物试采（南海神狐）、CCUS注入井、地热井防砂等新兴场景正处于工程化前期，技术成熟度尚低但战略价值显著。

核心建议：对投资方，建议优先布局"防砂+流入控制一体化"与"单趟多层"两条高确定性赛道，关注高端筛管材料与精密充填工具的国产替代窗口，并对水合物/CCUS/地热新场景作早期战略卡位；对运营方（油公司），方法选择应遵循"储层—产能—寿命"三维匹配原则，深水长水平段必须做充填覆盖率模拟与替代路径（Alternate Path）预案，并建立全生命周期动态出砂预测以实现"适度防砂"。

风险提示：市场数据口径分歧大，厂商性能宣称多属营销性披露、未经独立验证；高端筛管材料与深水HPHT防砂技术国产化仍存短板；新兴场景商业化时间表存在不确定性。

说明：本报告结论与建议置于第七章，前六章为分析与数据铺陈。报告图表已按正文内容编排，正文不展示文献来源，配套《参考文献汇总》单独成文并采用GB/T 7714-2015格式及五级可信度评级。

01 · 调研背景与目标

1.1 调研缘起与问题意识

油气勘探开发的重心持续向海洋深水、稠油重油和非常规储层转移，而这些储层往往以疏松砂岩、弱胶结砂岩或泥质粉砂为主，出砂风险高、防砂难度大。一方面，深水开发单井成本高、修井作业窗口窄，一次防砂失效带来的经济损失与产量损失极为可观；另一方面，老油田进入高含水、高采出阶段后，地层压力亏空加剧、胶结强度下降，出砂问题日益突出。在此背景下，防砂完井从早期的"被动堵砂"逐步演进为兼顾产能、寿命与经济性的系统工程，砾石充填、压裂充填、膨胀筛管、智能防砂等技术路线快速迭代，国际四大油服与中国海油等主体的技术竞争与国产替代进程加速。

对经纬智汇及其服务对象而言，厘清防砂完井（尤其是砾石充填）的技术现状、国际国内对标、瓶颈与发展趋势，对于完井方案选型、技术立项、装备国产化投资决策具有直接支撑意义。

1.2 核心调研问题

本次调研聚焦五个核心问题：其一，出砂的力学机理与防砂方法谱系是什么，砾石充填及压裂充填的工艺原理与关键设计准则如何；其二，国际四大油服与中国厂商在防砂完井（特别是深水、多层、单趟防砂）领域的技术水平与差距如何；其三，全球防砂完井市场规模、增长趋势、竞争格局与经济性如何；其四，当前技术与国产化面临的核心瓶颈是什么；其五，技术演进趋势与新兴应用场景的机遇与时间表如何。

1.3 调研范围界定

地域范围为全球视野，重点覆盖中东、北美、亚太、深水墨西哥湾、西非、南海、渤海等主要市场与作业区；技术范围覆盖机械防砂、化学防砂、砾石充填（裸眼OHGP/套管内CHGP）、压裂充填（Frac-Pack）、高速水充填（HRWP）及膨胀筛管、智能防砂等；研究颗粒度为宏观（行业趋势）、中观（细分市场与竞争格局）、微观（具体工具、案例、技术指标）多层次结合。

1.4 调研方法说明

采用中英文双语检索结合的多源信息研究方法。英文检索覆盖SPE论文、OnePetro、国际油服公司技术资料及市场研究机构报告；中文检索覆盖《石油钻探技术》《石油勘探与开发》《西南石油大学学报》等期刊、CNKI、国内专利及三大石油公司官方发布与案例。所有市场数据均标注来源机构与年份，对差异较大的数字明确提示口径差异，对厂商性能宣称作可信度限定而非作为既定事实呈现。本报告为案头研究，未含一手现场试验或专利全文法律状态核验。

02 · 技术现状全景

2.1 出砂机理与防砂必要性

出砂的力学机理。 地层结构的稳定取决于上覆岩层压力、毛细管力以及砂粒间胶结程度三者之间的平衡。当来自地层本身及外部的拉拽力（渗流拖曳力、生产压差）破坏了地层强度与各种作用力之间的平衡时，即产生出砂。出砂的"先天因素"指砂岩地层的地质条件，包括胶结物含量及分布、胶结类型、成岩压实作用及地质年代——胶结物含量高、分布均匀、地质年代早、埋藏深，则成岩强度高、不易出砂；"开发因素"指生产压差、流速、含水率及压力亏空等动态变量，是工程上可调控的关键。

破坏准则与临界出砂压差。 学术界普遍采用莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）失效准则判别砂粒的剪切与拉伸破坏，并据此计算临界出砂压差（CDDP）。研究表明，在给定地应力条件下，当生产压差超过某一取决于岩石无侧限抗压强度（UCS）的临界值时即发生砂失效；易出砂砂岩的UCS通常小于35 MPa、孔隙度小于0.15。考虑中间主应力影响的莫吉-库仑（Mogi-Coulomb）准则，在部分现场场景中比经典莫尔-库仑准则更为准确。砂拱（sand arch）稳定性研究显示，砂粒与筛管/衬管材料间的摩擦系数由0增至0.75时，储层临界出砂压差梯度随之增大，这为防砂工具的材料与结构设计提供了理论依据。

出砂的危害。 出砂会磨蚀地面及井下设备、损害储层、降低产能、堵塞井眼、损坏套管、污染环境，甚至导致油井停产或报废。在超深水高产放喷场景下，流砂会像砂轮机一样冲蚀地面流程，极易导致油气泄漏甚至火灾爆炸，安全风险极高。

需要防砂的储层类型。 主要包括疏松砂岩（渤海、南海主力储层）、稠油/重油油藏、深水浊积砂岩及天然气水合物（泥质粉砂）储层。我国渤海油田已采用动态出砂预测方法，综合考虑地应力、含水率、生产压差、压力亏空等全生命周期因素，较传统静态预测方法更为精细准确。

*图2-1 地层出砂力学机理与临界出砂压差示意图*

2.2 防砂方法分类与技术谱系

防砂方法已发展为完整的技术谱系，可按作用机理分为以下几类。

机械防砂通过筛管或充填层在井筒附近形成物理屏障阻挡地层砂，包括绕丝筛管（wire-wrapped screen）、优质金属网筛管（premium mesh screen）、金属棉/烧结金属筛管、预充填砾石筛管及膨胀筛管（ESS）。

化学防砂分为两条路线：一是人工胶结地层法，向地层注入树脂或化学固砂剂直接固结地层砂；二是人工井壁法，将树脂砂浆、预涂层砾石、水泥砂浆、乳化水泥等挤入井筒周围地层，固结成具有一定强度和渗透性的人工井壁。覆膜砂（树脂包覆石英砂）适用于稠油热采等场景，但传统高温树脂多以盐酸催化固化，盐酸对套管有腐蚀且会增稠近井稠油，须谨慎应用。

复合防砂是化学防砂与机械防砂的联合应用，兼顾两者优势。

砾石充填是本报告的核心技术，分为裸眼砾石充填（OHGP）与套管内砾石充填（CHGP/IGP），通过在筛管与井壁/套管之间充填级配砾石形成高渗透防砂屏障。

压裂充填（Frac-Pack）将水力压裂与砾石充填一体化，兼具防砂与增产双重功能，是深水软地层的主力手段。

高速水充填（HRWP）以非黏性盐水高速携砂充填，适用于中高渗高速井，载砂液伤害小、成本相对较低。

【表2-1】防砂方法技术谱系对比

2.3 发展脉络与成熟度评估

砾石充填技术起源于水井防砂，二十世纪中叶引入油气井。1974年Saucier提出的砾石尺寸选择准则成为行业奠基性标准并沿用至今。二十世纪八十年代末，端部脱砂（TSO）压裂技术因北海白垩地层及阿拉斯加Prudhoe Bay、Kuparuk高渗地层的技术与经济成功而快速发展，压裂充填随之兴起。1993年哈里伯顿推出单趟多层（STMZ）系统，开启单趟多层防砂时代。1997年膨胀筛管（ESS）完成首次现场试验，2000年后逐步商业化。进入二十一世纪，防砂与流入控制（ICD/AICD）一体化、智能完井与防砂一体化成为前沿方向。

从技术成熟度看，砾石充填、压裂充填、绕丝/优质网筛管已高度成熟并大规模商业化；膨胀筛管、单趟多层系统处于成熟应用阶段；智能防砂（AICD+防砂）、可降解暂堵防砂处于工程化推广前期；水合物防砂、CCUS注入井防砂、地热井防砂处于工程化前期与技术攻关阶段。

2.4 国内外整体发展现状

国际上，防砂完井技术由斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯、威德福四大油服主导，技术壁垒集中于深水、多层、单趟防砂工具的压力/温度包络与可靠性。国内方面，中国海油是防砂完井技术绝对主力，经过约二十年攻关已实现完井防砂工具与国产多流道旁通筛管的规模化国产替代，并在控水防砂一体化、形状记忆筛管等方向形成特色；中国石油、中国石化在裸眼分段压裂、防砂控水一体化等方向亦有突破。总体而言，国产技术在常规与中端市场已具备较强竞争力，但在高端筛管材料、精密充填工具、深水超高温高压防砂等环节仍在追赶国际先进水平。