疏松砂岩油层防砂机理物理模拟
第一章疏松砂岩油藏出砂机理及出砂预测方法讲解
第一章疏松砂岩油藏出砂机理及出砂预测方法判断油层是否出砂，对于选择合理的完井方式、对经济有效地开采油田是非常重要的。
要判断生产过程中是否出砂，必须对影响出砂的因素、出砂机理、出砂预测方法的准确性有比较清楚的认识。
通过室内实验和理论研究，搞清油层出砂机理和规律，制订合理的生产制度和防范措施也就显得非常有意义。
1.1油气层出砂原因影响地层出砂的因素大体划分为三大类，即地质因素、开采因素和完井因素。
第一类因素由地层和油藏性质决定（包括构造应力、沉积相、岩石颗粒大小、形状、岩矿组成，胶结物及胶结程度，流体类型及性质等），这是先天形成的，当然在开发过程中，由于生产条件的改变会对岩石和流体产生不同程度的影响，从而改善或恶化出砂程度；第二、三类因素主要是指生产条件改变对出砂的直接影响，很多是可以由人控制的，包括油层压力及生产压差，液流速度，多相流动及相对渗透率，毛细管作用，弹孔及地层损害，含水变化，生产作业及射孔工艺条件等。
通过寻找这些因素与出砂之间的内在关系，可以有目的地创造良好的生产条件来避免或减缓出砂。
地层砂可以分为两种，即：骨架砂和填隙物。
骨架砂一般为大颗粒的砂粒，主要成分为石英和长石等，填隙物是环绕在骨架砂周围的微细颗粒，主要成分为粘土矿物和微粒。
在未打开油层之前，地层内部应力系统是平衡的；打开油层后，在近井地带，地层应力平衡状态补破坏，当岩石颗粒承受的应力超过岩石自身的抗剪或抗压强度，地层或者塑性变形或者发生坍塌。
在地层流体产出时，地层砂就会被携带进入井底，造成出砂。
图1-1 炮眼周围地层受损情况图1-1是射孔造成弱固结的砂岩破坏的示意图。
射孔使炮孔周围往外岩石依次可以为分颗粒压碎、岩石重塑、塑性受损及变化较小的较小受损区。
远离炮孔的A区是大范围的弹性区，其受损小，B1~B2区是一个弹塑性区，包括塑性硬化和软化，地层具有不同程度的受损，C区是一个完全损坏区，岩石经受了重新塑化，近于产生完全塑性状态的应变。
(1+++)油藏出砂对渗透率影响及出砂规律实验模拟
文章编号:100020747(2005)0620105204SZ 3621油藏出砂对渗透率影响及出砂规律实验模拟曾祥林1,2,何冠军3,孙福街1,王平双1(1.中国海洋石油研究中心;2.北京大学;3.西南石油学院)基金项目:“十五”国家项目“渤海稠油油田少井高产开发可行性研究”部分内容(海总科[2001]194号)摘要:油井出砂给油田生产带来消极影响,也在一定程度上提高油层渗透率,从而提高油井产能。
为深入认识适度出砂提高油井产能机理并为现场实施提供理论依据,通过物理模拟实验研究出砂对储集层渗透率的影响和出砂规律。
以渤海SZ3621油藏砂样为研究对象,进行砾石充填和金属筛网防砂实验,分析不同完井方式下压差、出砂与产能之间的关系以及蚯蚓洞及其网络形成情况。
实验结论是:适度出砂开采时宜采用筛管或割缝管完井方式;出砂提高了地层渗透率并形成蚯蚓洞网络,能提高油井产能;压力扰动对出砂有显著影响,出砂量与产油量相互依存,随着砂粒不断采出,原油产量不断增加。
图5参8关键词:疏松砂岩;出砂;渗透率;模拟实验中图分类号:TE345 文献标识码:A SZ3621油田位于渤海辽东湾的辽西低凸起,皇岛市102km 。
该油田储集层为东营组下段,主体部位厚达200m 以上,层数多,岩石结构疏松,油黏度大,地层微粒运移和油井出砂是该油田开采过程中的主要矛盾。
为深入认识适度出砂提高油井产能机理,本文通过物理模拟实验,研究出砂对储集层渗透率的影响和出砂规律。
实验内容包括:人造岩样制作,砾石充填防砂效果评价实验以及简易防砂条件下岩样出砂规律实验。
1实验设计在研究国内外出砂模拟实验的基础上,研制了岩样出砂模拟实验装置,该仪器主要由长岩心多点夹持器系统、流动及回压系统、控制采集系统、操作面板集成等,实验装置见图1。
设计的出砂模拟管长2.3m ,岩心最长可达2m ,上有多个测压管,可在实验模拟井底地应力下的出砂情况过程中实时监测压力分布情况,研究出砂造成的距井眼不同位置的储集层渗透率变化,模拟多种防砂方式下出砂对渗透率的影响。
疏松砂岩气藏水平井出砂机理研究
1.6 实现途径
①调研气井出砂的机理类型，以某气田气井出砂的现场实例，具体分析气井出砂特 点和出砂机理。 ②结合地质和生产特征，总结影响气井出砂的原因。 ③调研国内外气井出砂压差预测模型，并根据某实例气田建立气井出砂预测模型， 根据该模型计算该气田气井的临界出砂压差。
3
重庆科技学院本科毕业设计
2 涩北气田的地质特征
重庆科技学院本科毕业设计
1 绪论
1 绪 论
1.1 研究的目的及意义
疏松砂岩油气藏一般具有埋藏较浅、成岩作用差、胶结疏松等特点，这类油气藏在 全世界都有分布，因此在开采过程中经常会发生出砂的现象。在油气藏开采过程中出砂 是影响油气井产能的一个重要因素,这是一种在油气生产过程中砂粒随流体的运动从地 层中被流体携带出来的现象,这种现象制约着油气田的高效开发， 同时在油气开采的过程 中也需要重点解决该问题。地层出砂受到很多因素的影响，并且在油气井出砂严重的时 候将会产生以下危害：油、气井的减产甚至停产；井下设备、管线磨蚀和堵塞；地层的 原始结构遭到破坏，地层平衡被打破，引起近井地带地层渗透率下降等。在疏松砂岩油 气藏开采过程中经常会使用到水平井， 因此研究水平井的出砂机理对研究气藏防砂的方 法很重要。而目前关于疏松砂岩气藏水平井方面的研究较少，所以该课题的研究很有必 要。 对疏松砂岩油气藏水平井出砂机理的研究可以更加准确的预测出砂，并可以根据所 研究的机理制订相应的油气田合理开采原则、提高油气井产量、防止地层出砂的对策, 以达到油气田开发的最终的目的，即实现油气田的高效开发。
1
重庆科技学院本科毕业设计
1 绪论
胶结强度越高的地层越容易出砂，这类地层出砂的情况可能是间断的出砂；④具有高水 平构造应力和胶结性好的地层出砂，地层的强度会随着孔隙度的减小而变高，同时由于 地层的运动会使沿着该地层方向上的应力增加，而较高的应力差，这个应力差会破碎井 眼造成油气井出砂；⑤井眼表面周围高压力梯度的出砂，井眼表面附近的高压力梯度， 在射孔过程中射孔弹会使孔眼附近地层的胶结性变差，同时流体会产生拖拽力以及摩擦 力，这些力的作用会使气井出砂，如果地层出水则会导致出砂加剧 [ 2 ] 。 Hall, C.D.Jr. 和 Harrisberger 等人首先应用岩心三轴试验来研究在不同的载荷和油、 水两相作用下砂拱的稳定性问题。通过岩心三轴试验总结出砂拱所表现出的一些性质， 当润湿相浓度小于某个临界值时，砂拱稳定；当润湿相浓度等于这个临界值时，砂拱会 被破坏，砂拱的存在需要有润湿相，并且其稳定能力也与砂拱的尺寸有关，并指出稳定 的砂拱必须具有一定的外界应力和自身凝聚力 3 。 L.C.B. Bianco 和 P.M. Halleck 等人总结了 Hall,C.D.Jr. 和 Harrisberger 等人根据岩心 三轴试验得到的成果，并以此为根据对砂拱行为和稳定性做了试验，通过试验验证了润 湿相浓度变化对砂拱行为和稳定性有一定的影响。 2002 年，Vaziri H.H 等人将地层的出砂类型分为两种，第一种是初期压力引起的， 另外一种是后期压力衰竭引起的。第一种出砂一般发生在油气藏开发的初期，地层出砂 的原因是在油气藏的初期油井周围压力梯度相对来说会比较高，岩石受到的有效应力也 会较大，因此在塑性应变的作用下砂粒被剥离下来，同时流体也会产生拖拽力以及摩擦 力，在这两个力的共同作用下剥离出来的砂粒流入井内导致出砂；第二种类型的出砂发 生在油气藏开采的中后期，导致出砂的主要原因时在开采的中后期地层应变软化，以及 开采过程中地层出水，它们破坏了砂粒间的毛管力，在这些因素的作用下砂粒随流体运 移至井底，引起地层出砂。
探讨孤东油田稠油井出砂机理与防砂工艺
后形成 具有 一定强 度和 渗透 性的 人工井 壁 ， 防止油 层 出砂 。 （ ２ ） 水带 干灰 砂。 是 以水泥 为胶 结剂 ， 以石英 砂为 支撑剂 ， 按 比例在地 面 拌和均 匀 ， 用水 携至井 下 ， 挤 入套管 外 ， 堆积 于 出砂部 位 ， 凝 固后形 成具有一 定强度 和渗透性 的人工 井壁 ，
理论广 角
Ｃ ｈｉ ｎａ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖｉ ｅ ｗ
■Ｉ
探 讨 孤 东 油 田稠 油 井 出 砂 机 理 与 防 砂 工 艺
纪树 军
（ 中石化胜利油由孤东采油厂作业一大队）
【 摘 要］ 孤东油 田是典型的疏松砂岩油藏 ， 油层埋藏浅， 压实程度差， 胶结疏松 ， 易出泥砂。 本文针对孤东油 田稠油油藏特点， 分析井下作业防砂技术工艺措 施， 合理控 制 稠油 油井 出砂 ， 降 低稠油 井 出砂 的危害 ， 增 强稠油 井注 汽采 油效 果和 生产 周期 。 ［ 关键 词］ 稠油 ； 防砂 ； 工 艺
化学 防砂 可用 于油井 的先 期防砂 ， 也可用 于后 期防 砂 ， 它 对地 层砂 物性 范
围范 围适 应大 ， 对 于深 层 比较合 适 ， 但它 在高温井 、 长 井段 、 老井防砂 ， 不如机 械 防砂效果 好 。 （ １ ） 水泥砂 浆人工井 壁 。 以水泥 为胶结剂 ， 以石 英砂为支 撑剂 ， 按 比 例混合均 匀 ， 拌 以适量 的水 ， 用油 携至井 下 ， 挤入套 管外 ， 堆积于 出砂部位 ， 凝固
孤 东油 田位于济 阳坳陷沽化 凹陷东北 部 ， 孤东构 造是—个 被断层复 杂化 了
深水气田疏松砂岩储层出砂机理研究
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２０２３ 年 第 ５１ 卷 第 ４ 期
邓福成ꎬ 等: 深水气田疏松砂岩储层出砂机理研究
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(１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎻ ２ Ｊｉｎｃｈｅｎｇ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｚｏｏｍｌｉｏｎ Ｃｏａｌｂｅｄ Ｍｅｔｈａｎｅ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎻ
３ Ｓｉｎｏｐｅｃ Ｓｔａｒ ( Ｂｅｉｊｉｎｇ) Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎻ ４ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ ＣＮＯＯＣ ( Ｃｈｉｎａ) Ｌｉｍｉｔｅｄ)
[１０]
通过岩心在
真三轴状态下的出砂试验ꎬ 发现钻孔的屈服并不一
定是出砂的标准ꎬ 同时还需要最小压降 ( 即流体流
速) 来诱导钻孔周围屈服区的出砂ꎮ 然而ꎬ 大多数
分析没有考虑出砂引起井筒结构和岩石孔隙度的变
化ꎬ 从而改变局部应力和孔隙压力的分布ꎮ 为此ꎬ
需建立井筒自由表面侵蚀模型来精确评估储层开发
ｄｕｃｔ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ. Ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ￣
ｙｉｅｌｄ ｇａｓ ｗｅｌｌｓ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: ｄｅｅｐｗａｔｅｒ ｇａｓ ｆｉｅｌｄꎻ ｌｏｏｓｅ ｓａｎｄｓｔｏｎｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓꎻ ｓａｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎꎻ ｆｌｕｉｄ￣ｓｏｌｉｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇꎻ ｐｏｒｏｓｉｔｙꎻ
疏松砂岩油藏深部稳砂体系配方设计与应用
粒 的运 移 问题 。 达到 了“ 深部 稳砂 ” 目的ｌ ， 的 ７ 提高 了油 、 ＇ 气井产 量 ， 延长 了地 面和井 下设 备使 用寿命 。
１ 实 验 部 分
１ １ 试剂 和仪 器 ．
丙烯 酰胺 、 阳离 子单 体 、 偶联 剂 Ｋ ５ ０ 过硫 酸 铵 和 Ｎ Ｏ Ｈ一５ 、 ａ Ｈ均 为化 学 纯 试剂 ； 乙醇 胺 甲基 氯 化胺 三 （ Ｎ 美 国 Ｍ— 公 司 ） 丙 烯 酰胺 与 （ 一 烯 酰 胺 基一一 基 ） 基 三 甲基 氯 化 铵 共 聚 物 （ Ｌ Ｍ， 国 Ｔ Ｈ， Ｉ ； ３丙 ３甲 丁 ＰＴ 法 Ｒ ｏ ｅＰ ｎｅ ｅ 司 ） 氯 乙烯 基 甲酰 胺 （ Ａ 瑞 士 Ｃｂ 公 司 ） 聚＿一 ｈ ｎ —ｏ ｌ 公 ｎ ； Ｎ Ｍ， ｉａ ； ４ 乙烯 溴化 十二 烷 基 吡啶 （ Ｓ－６ 、 Ｆ Ｊ０ ）
有 防膨和抑砂 能力 ， 其效果 分别优于 目前常用的其它抑砂剂或粘土稳定剂的平均水平 １． ％和 ６ ． ％ ， ０５ ５ ６ 同时 现场使用简便 、 本较低。根据油藏 出砂机理 ， 成 提出 了“ 深部稳砂 ” 新观点 ， 以合成 的防膨 抑砂剂 Ｎ Ｗ一 为 基 Ｔ １
础， 研究 了“ 深部稳砂” 新体系配方 ， 现场应 用表明 ， 常规措施相 比， 与 该体 系增强 了充 填砂 与骨架砂 间的结合
１ ２ 防膨抑 砂剂 ＮＴ ． ． Ｗ １的合成
将 四 口瓶 固定 在 水 浴 中 ， 好 搅 拌 器 、 装 回流 冷 凝 管 、 度 计 和 加 料 漏 斗 。然 后 加 入 质 量 分 数 为 温
２％ ～ ５ ４ ２ ％丙烯 酰胺 、％ ～ ％ 阳离 子单 体和水 ， 拌均 匀 。同时将质 量分数 为 ０ ０ ％过硫 酸铵 溶液 在 ４ ５ 搅 ．２
疏松砂岩油层出砂影响因素分析
定距 离做一 道阻水 墙 。从 管底 做起 ，并露 出地 表
适 当高 度 ，以将坡 面汇水 排离 管道 。
常用阻水 墙 为 地 下 阶梯 墙 ，成 本 低 ，简 单 易
行 ，主要 做法 是在坡 顶处 和坡 中部 的管 沟 中砌数 道
足强度 要求 ，并应根 据构 筑物 的工作 条件 、地 区气
４ 结 语
湿 陷 性 黄 土 地 区管 道 水 工 保 护 是 一 项 技 术 性 很
候 等具 体情况 ，分别 满 足抗冻 、抗侵蚀 等耐 久性 的
要求 。砌 体 的砖砌块 强度 宜大 于等于 ＭＵ１ ，石砌 Ｏ
强 的系统工 程 。为保护 管道安 全 ，在水工保 护工 程 设计 时 ，应根据 不 同地 区地 质特性 ，结合 地貌 、土
的开始 阶段是 从胶 结最 弱处开 始的 ，然后 出现砂体
结构 变 化 和 破 坏 ，使 得 渗 流 场 变 化 ，形 成 高 渗 区
域 ，流体 集 中在高 渗 区域 流动 ，使砂 体结构 破坏 而
大量 出砂 ，形成 出砂道 ，继 而砂道 进一步 扩展增 大 形成砂 窟 。 横 向挡 墙 ， 由上而 下形成 多级 阶梯 。挡墙基 底处 于
关 键 词 ： 油 层 ； 出 砂 ；影 响 因 素
１ 油 田 系统 出砂 原 因及 危 害
疏 松 地 层 的 出砂 是 采 油 、采 气 过 程 中经 常 遇 到
的问题 ，其危 害是严 重 的 ：有 的油气井 油层 出砂使 得油 层 砂 埋 、油 管 砂 堵 、管 汇 砂 堵 及 储 油 罐 砂 积 等 ，造成 油井停 产作 业 ；有 的 自喷井 出砂 ，流体携 带 的砂磨 蚀刺 坏油管 、油 嘴和 采油树 阀 门等地面 设 备 ；抽油 井 出砂将加 速柱 塞 、泵 阀 、工 作筒 等部件 的磨损 ，或造 成卡 泵断脱 等事故 ；有 的油井 由于 出 砂严 重 ，油层 出现洞 穴及坍 塌 ，造成套 管损坏 ，油 井 报废 。油气 层 出砂 原 因很多 ，主要有 以下三个 方 面 ：①地 质 因素 ，比如砂 岩性质 、流体 性质 ；② 开 ２ ０ｍｍ，同时不 大 于 １ｍ，陕 北 冻 胀 土应 在 冻结 ５
疏松砂岩油藏防砂技术新进展
疏松砂岩油藏防砂技术新进展作者：陈刚来源：《教育科学博览》2014年第02期摘要：本文介绍了疏松砂岩油藏防砂新技术及应用效果，在分析所面临难题的基础上提出了下步打算。
指出要立足解决油田开发难题，引领防砂技术发展方向，充分发挥疏松砂岩油藏开发的支撑作用，提高防砂技术在采油工程油田贡献率的目的。
关键词：防砂新技术新进展应用1 疏松砂岩油藏防砂技术现状1.1 形成了具有弥补地层亏空、增大防砂层挡砂强度等功能的高压挤压充填防砂工艺技术该技术在井筒一定半径范围内形成密实的高渗透带，弥补地层亏空，提高近井地带渗透率，增加导流能力，降低生产压差，缓解地层出砂；并且形成了砾石阻挡地层砂，筛管阻挡砾石的二级挡砂屏障，达到良好的防砂目的；另外，施工时携砂液排量高，流速大，可有效解除近井堵塞，达到增加油井产量的目的；地层挤入大量的砾石在弥补地层亏空的同时，缓解因地层亏空导致上部盖层出现压实效应，减小套管受到的轴向压力，预防套管变形。
目前以成为了疏松砂岩油藏防砂领域的主导防砂技术，得到了大面积的推广和应用，每年仅胜利油田即可实施二千余井次。
1.2 形成了以水平井裸眼筛管顶部注水泥防砂完井技术为主导的复杂结构井防砂工艺技术系列裸眼筛管防砂完井技术以其减小油层与井筒之间流动阻力、增大油井泄油面积、提高单井产能、降低作业的技术优势成为水平井提高储量动用率、油田采收率和单井产能的有效手段，以每年200余口水平井的数量在增加。
2 疏松砂岩油藏防砂技术新进展2.1 小井眼侧钻井机械防砂技术系列截止到2011年4月，全油田实施各类小井眼侧钻井1490余口，累计产油1200×104t，取得了可观的经济效益和社会效益。
小井眼侧钻井机械防砂技术研究是针对侧钻井小套管固井射孔完井化学防砂有效期短、机械防砂留井通径小、风险高等问题，从小井眼侧钻井防砂完井方式优选入手，通过攻关研究形成了7in和51/2in套管内侧钻井滤砂管防砂和砾石充填防砂配套工艺及侧钻裸眼水平井盲板式和内管法两种侧钻井防砂完井工艺，较好的解决了常规侧钻井化学防砂有效期短、机械防砂留井通径小及后期处理难等问题。
疏松砂岩油藏动态防砂技术研究
砾 石充填 防砂 方式虽 然达到 了预期 的防砂效果 ，但却 大大增 加 了地层 原油进 入井筒 的流动 阻力 ，严 重影 响
了油井 的产能… 。独立筛管完井方式对井 眼形状 的适应 性强 ，作业简便 ，施工成 功率较 高 ，但是 ，容易 在过
滤介质 表面形成 低渗层 ，造成筛 管堵塞 ，影响地 层产 能 的有 效发挥 。动态 防砂 技术 的研 发及应 用提高 了防 砂的成功率 ，保证 了地层产 能的释放 ，且 能有 效 降低 开发成本 ，可成 为疏 松砂 岩油 田开发 的一个重要手段 。
而造成筛管堵 塞 （ １ ｏ而割缝 管 、绕丝筛管 、金属 图
属 网筛 管和金属棉筛 管等 。大量 的室 内实 验和现 场应 用情 况证 明 ，对于割 缝管 、绕 丝筛管 和金属 网筛管这
些平面 刚性孔 隙筛管 ，其抗堵 塞能力 取决 于过流 面积 的大小 ，筛管 的过流面积越 大 ， 其抗堵塞能力越强 。按
井方式的动 态型 Ｉ ＩＴ Ｒ 自洁防砂 筛管 ， ＮＦ Ｅ ． Ｌ 并对常 用筛管的抗堵塞性能进行 了 究，找到 了易堵塞的原 因。文章介绍 了动 研 态型 Ｉ Ｆ Ｔ Ｒ 自洁防砂 筛管的产品结构、性 能指标和工作原理。室内试验和现场应用表 明，动态防砂技术 能大幅度提 高 ＮＩ Ｅ Ｌ
低
图 ３ 。内层采用的材 质为 ）
高弹性不锈钢材料 ，外层
图 １ 筛管堵塞原 理示意 图 采用普通不锈钢材料 。内
２ 动态 防砂 技术原 理
２１ 动态 防砂 技 术 的抗 堵 塞 原 理 ．
在生产过程 中 ，如果 筛管 的过滤 介质能 够在外力
层孔隙较大 ，起到支撑和 图 ３ ＮＦＬ Ｅ Ｉ ＩＴ Ｒ过滤介质 泄流 的作用 ，外层孔隙根
疏松砂岩油藏水平井砾石充填防砂技术
下井外 管柱 成 由下 到上为 ： 丝堵 ＋ 盲管 短节 ＋ 水平井 专用 筛管 ＋ 管短 节 盲 十 分流 装 置 ＋ 管短 节 ＋水平 井专 用筛 管 ＋ 管短 节 ＋ 盲 盲 安全 总承 ＋ 带关 闭孔 眼 滑套 的处循 环 总成 ＋ 隔器 ＋一个 带锚 定和扶 正功 能 的服务 工具 ＋ 封 施工 油管 。 下井 管 柱组成 由下到上 为 ： 管 ＋ 冲 分流 开关 ＋ 密封 总成 ＋内转 换 总成 ＋内
目前水 平井砾 石充填 作业还 存在相 当的风 险， 主要 表现在 当充填 砾石 还没 有达到 水平井 筒末 端 时就发 生提 前堵 塞， 使作 业失 败 。 针对 疏松 砂岩 油藏 水平 井 防砂 完井工 艺而 言， 与其 它完 井方 式相 比， 水平 井砾 石充 填完井 具有 更大 的 优越 性 。 １水 平井 砾石 充填 过 程 及墙 塞机 理 １ １水 平井 砾石 充填 过程 ． 普通 管道 中固液 两相 流动 而言 ， 平井 砾石 充填 的 情况 更为 复 杂。其 充 水 填效果与 流体携砂 能力密 切相 关， 砂能力 过高 ， 携 砾石 颗粒无 法沉积 ： 而携砂 能 力过 低， 砾石颗 粒在水 平井 筒子起始 段便 过早 的和过量 沉积， 堵塞 井筒 ： 这两种 情 况都会 导致 充填 失败 ， 因此要 达到 水平 井筒 的全 部充 填， 必须将 流 体携砂 能 力控 制在 一个 合理 的范 围 内。 响流 体携 砂能 力 的因素很 多 ， 有效 且地 面容 影 最 易控 制 的因素 是砂 浆排 量和 砂 比及携 砂液粘 度 ， 填采 用 “ 衡 ” 充 平 充填 机理 ， 但 平衡砂 床 高度 和单 位 时间 内平衡 砂床 推进 距 离均 会发 生变 化 砂岩 油藏水 平井砾 石 充填 防 砂技术
疏松砂岩气藏出砂机理与实验研究
度相差不大 （５ ～ ０ ， 均为 ３ ．％； ２ ％ ４ ％）平 １ Ｏ 渗透率
变 化较 大 （ ×１～ ～１０×１ Ｉ １ ０ ０ ０３
× １ ３￣ ０－ ／ｍ２ 其 大小 受 泥质含 量 和孔
，
）平 均 为 ３ ． ， ２５ 隙结构 的控制 。
２ ２ 实验结 果分 析 ．
３ ．％。碎 屑 矿 物 以石英 和 长石 为 主 。粘 土 矿 物 ９７
收稿 日期 ： ０ —０ —２ ； ２ ６ ２ ０ 改回 日期：０６ ０ —２ ０ ２０ — ３ ７ 基金项 目： 本文受中国石 油勘探生产分公 司科技攻关项 目“ 涩北疏松砂 岩气层开发配套技术” 资助 （ 目编号 ： ０２ ） 项 ０ １ ３ ６ 作 者简 介： 朱华银（９７ ， 高级工程师 ， ９ 年毕业于西南石油学院采油工程专业 ， １ 一） 男， ６ １０ ９ 主要从事天然气开发与实验研究工作。
３ ％ ～６％ ， 均为 ５ ．％ 。岩石孔 隙以粒 间孔 和 ３ ５ 平 ０２ 晶间孔 为 主 ， 隙结 构 分 为 ４种 类 型 ： 孔 大孔 隙粗 喉
层 中运 移 出来 的现象 ， 是影 响油 气井 产能 的一 个重 要 因素 ， 约着油 气 田的高效 开发 。地 层 出砂 制 】 』 受 多种 因 素影 响 ， 时 存 在 多 种 形 式 同 ： 是由 一
道类型 、 大中孔 隙中等喉道类型、 中等孔 隙中细喉 道 类 型和 中小 孔 隙细 喉 道类 型 ， 隙直 径为 ｌ 】孔 ～
１０／ ， ０ ａ 喉道 直径 为 ０１ Ｏ肿 。不 同岩类 的孔 隙 ｎ ． ～ｌ
于岩石 内颗Leabharlann 粒 固结 弱 或没有 固结 ， 漂浮 的微粒 状 呈 态随气 流产 出形成 “ 流砂 ”二是 弱胶 结 附着 的颗 渗 ；
疏松砂岩油藏先期防砂工艺技术浅析
均 单井油层厚度 平均只有６ ７ ，但初 期平 均 ．米 单 井产 能 达 到了 ７ ５ ，在 油 气层 开 发 的同 ．吨 时，实施 先期 防砂 工艺技 术措 施 ，取 得 了 良 好效果 。 ５ 结 论 与 建 议 、 先 期 防砂 工艺技 术适 宜于 红柳 油 田馆 陶 组 疏松砂 岩油 藏 。它不但 防砂 效果好 ，而 且 有 效地 改 良油 层 ，能够减 少井底 液流 阻力 ， 提 高 油 层 的导 流 能 力 ，增 大 油流 的 泄 流 面 积 ， 确 保 油 气 井 的 产 能 。 同 时 ， 在 此 防 砂 经 验 的 基 础上 ，建议 推广试 验压 裂防砂 工 艺，对 油 层 的解堵 、产 能的大 幅度 提高 、采油 速度 的 加快、 降低开采成本会有更大 帮助 。
参 考文献
１ 张琪 ， 采 油 ＿ 程 原 理 与 设 计 。 石 油 大 ． Ｔ － 学 出版 ． ０ ０ ３ ２０． 。
（ 上接２ ２ ）还影 响到动作的协调和 用劲发 ６页
力 ，关 节 肌 肉 柔 韧 性 差 ， 不 能 伸 展 或 放 松 到 位 ，动 作 发 力 时 便 会 形 成 “ 阻 ” 。 训 练 柔 力
韧 性主 要方法 有爆 发式 （ 骤然 拉 长）和慢 张 力 法 （ 力 性 拉 长 ）两 种 ，慢 张 力 法 比爆 发 静 式 较 好 些 ， 因 为 相 对 不 易 受 伤 ， 静 张 力 时 有 意识地放松对抗肌 ，使之慢慢伸长 。 ３ ５ 灵 敏 素 质 灵 敏 素质 是 一 种 综 合 素 ． 质 ，它与 人对 空间 定位和 对时 间感觉 的能 力 有 关 ，也 与 速 度 和 力 量 有 关 。 各 种 复 杂 多 变 动作 、转 换动 作、变 换方 向动作 都能 训练灵 敏 素质 ，一些武 术动 作本 身就是 很好 的灵敏 素质 训练 ，如 武术运 动 中的闪展 腾挪 就是灵 敏 的动作 ，久练 此类 动作其 灵敏 素质 必将大 有提 高，而ｌ 一 ４ 前是发展灵敏 素质的最佳 ３ｌ岁 时期 。
疏松砂岩油藏砾石充填防砂参数优化技术研究
大学（ 北京 ） 油气 田开发专业 博士研 究生 。Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｙ ａ ｎ ｇ ｗ ｅ ｉ ９ ８ １ ２ １ ８ ＠
ｙ ａ ｈ ｏ ｏ ． ｃ ｏ ｎ． ｒ ｃ ｎ。
目前油田在筛管砾石 挤压充填 防砂技术 中应
科
学
技
术
与
工
程
１ ３卷
套管及水泥环 绕 丝筛管
图 １ 分 级 充 填 效 果 剖 面 图
关键词
砾石充填
参数优化
防砂 文献标 志码 Ａ
中图法分类号
Ｔ Ｅ ３ ５ ８ ． １ ；
疏松 砂 岩 油 藏 一 般 以 泥 质 为 主 ， 胶结 疏松 ， 成 岩性 差 。注水 开 发 后 ， 由 于 注 入 水 的浸 入 ， 黏 土 遇 水 后膨 胀 ， 使 砂 粒 间 的胶 结 更 为 松 散 ， 随 着 采 液 强
用 的充填砾 石有 ３种规格 ， 以此为研 究对象 ， 实验 不
（ ａ ） （ Ｏ ３ ． ０ ６ ） ａ ｒ ｉ ｎ 充填砾石
４ ６】 ３
３ ８ — 卜 —十 — ’
同组合时的渗透率 ， 模拟井筒观察混砂现象 。
１ ． ２ ． １ 实验 用砾 石情 况
对 目前 油 田 常 用 的 （ ０ ． ３ ＿ － ０ ． ６ ）ｍ ｍ、 （ ０ ． ４ —
砂 技术研 究 。 １ ． １ 分级 充填 防砂 技术原 理
地带渗透率降低 ， 影响了油井产液量。
１ 分级充填防砂技术优化
砾 石充 填 技 术 是 以地 层 砂 在 砾 石 充 填 层 形 成 砂桥 为 理论基 础上 发 展 起 来 的 ， 砾 石 与地 层 砂 之 间
２ ０ １ ２年 １ １月 １ ９ 日收 到
(1)油层出砂机理研究综述
项目资助:中石油中青年创新基金“渤海湾盆地油田地质灾害分布规律及控制因素研究”(04E7041)项目资助 收稿日期:2007-03-02;修订日期:2007-03-23;作者E-mail:Xushouyu@第一作者简介:徐守余(1968-)男,江苏东台人,教授,2004年获中国地质大学理学博士学位,从事油藏表征、油气地质工程的教学和科研工作油层出砂机理研究综述徐守余,王宁(中国石油大学(华东)地球资源与信息学院,山东 东营 257061)摘 要:油藏开发中出砂问题是影响产能的重要因素,了解油藏出砂机理对有效控制出砂以及选择合理的防砂方法具有重要意义.综合国内外文献及大量实例认为,地质因素和油田开发工程因素是影响油层出砂的2大因素.进一步分析油层出砂的力学机理,将油层出砂的力学机理分为剪切破坏和拉伸破坏两类.研究成果对进一步研究油层出砂机理及改善防砂工艺措施具有重要的意义. 关键词:出砂;机理;砂岩;油藏;综述油层出砂是油田开发过程中经常遇到的问题,不仅给采油工艺带来许多麻烦,而且影响储层采油速度及油气采收率,严重时甚至造成井壁坍塌、套管损坏,乃至油井报废.目前,国内外在防砂工艺方面均有长足发展,但在出砂机理方面研究成果相对较少.笔者在研究大量文献基础上,对油层出砂机理进行了深入分析和总结,以期为更好地防砂、控砂及提高油井经济效益等提供保障.油层出砂影响因素,从大方面可分为地质因素和工程因素2大类.地质因素主要包括沉积相、构造应力、砂岩颗粒大小及形状、岩矿组成、储层敏感性、润湿性、压实情况、胶结物类型及胶结程度、油层压力、流体性质及分布等.在开发过程中,生产条件的改变会对地质因素产生不同程度的影响,从而改善或恶化出砂程度;工程因素包括开采因素和完井因素,这些因素在多数情况下受工程活动控制,包括生产压差、液体流动速度,多相流动及相对渗透率、毛细管作用力、含水变化、完井类型、井深结构、生产工艺等.这些因素相互作用、相互影响,只有深入研究油层出砂机理,找出这些因素与出砂之间的内在联系,才能达到防砂、控砂及出砂,提高油田开发效益.1 地质因素与出砂机理1.1 构造应力的影响在砂岩地层中钻井后,会在井壁附近形成一个塑性变形地带,由岩石力学理论可知,塑性带的稳定条件是:βσtan 2001S p =−式中:σ1——最大主应力,MPa ；P 0——地层孔隙压,MPa ；S 0——岩石固有剪切强度,MPa ； β——破坏角.其中:42παβ+=α——内摩擦角.左端是岩石颗粒承受的有效径向应力.通常,若径向应力σ1>2 MPa,则会破坏其稳定条件,使塑性半径向外扩张,即骨架结构失去平衡,开始出砂[1].断裂带及地层破碎带部位,受构造应力的影响较大,导致地层内部岩石骨架遭受破坏,降低S 0,是最易出砂的部位或出砂最严重的地区,而远离断裂带及地层相对完整区域出砂程度相对缓和.因此,在油藏开采早期,应尽量避免油井靠近这些地区,或尽早采取防砂措施,以防止严重出砂情况的发生. 1.2 砂岩性质通常,地层埋藏越深,压实作用越强,胶结程度越好,岩石压实紧密,地层不易出砂.砂岩胶结程度是影响出砂的主要因素.胶结性能与埋藏深度、颗粒大小及形状、胶结物类型和胶结方式等密切相关.钙质胶结为主的砂岩较致密,地层强度高,不易出砂;以泥质胶结为主的砂岩较疏松,强度低,较易出砂.砂岩颗粒接触关系是影响油层出砂的另一重要因素,研究表明:如果砂岩颗粒为点接触,油层压实作用较弱,地层则容易出砂.出砂模拟实验表明:对于疏松砂岩,出砂过程的开始阶段是从胶结最弱处先开始出砂,然后出现砂体结构变化和破坏,使得渗流场变化,形成高渗区域,流284新疆地质体集中在高渗区域流动,使砂体结构破坏而大量出砂,形成出砂道,继而砂道进一步扩展增大形成砂窟.1.3储层敏感性与流体性质1.3.1 储层敏感性储层中的自生矿物与原始油层中的流体通常处于平衡状态,当不同流体进入时,原始平衡会遭到破坏,对出砂产生影响.速敏性因流体变化而引起地层微粒运移,堵塞喉道,导致流体渗流阻力局部增大,增大了流体对岩石的拖拽力,未被阻挡的更细微粒随流体进入井筒造成出砂.酸(碱)敏性酸(碱)液进入储层后与某些敏感性矿物及流体发生反应产生沉淀或者颗粒,这些颗粒一方面作为地层砂被携带进入井底,另一方面堵塞喉道,造成流体对岩石的拖拽力增大,使更细微粒进入井筒造成出砂.水敏性地层中粘土矿物在接触低盐度流体时,可能产生水化膨胀、分散,大大降低地层强度,导致出砂.盐敏性盐液进入储层后,由于粘土矿物的水化和膨胀导致地层出砂[2].鉴于储层敏感性对油层出砂的影响,在油气开采过程中,要严格控制入井液中的固相颗粒入侵.尽量采用较低的注采速度,对注水井采取防膨措施,可选用有机聚合物类防膨剂.酸化时慎重选择用酸,入井液的pH值应控制在8.5以下,达到防止出砂的目的.1.3.2流体性质流体粘度王凤清等通过实验模拟流体粘度与出砂量的实验表明,油层开始出砂的临界流速随流体粘度的升高而下降.也就是说,流体粘度越大,越容易出砂[3].当流速高于出砂临界流速时,在相同流速下,流体粘度越大,出砂量越大.流体的粘滞性在出砂过程中表现出2种机制:一是悬砂、携砂;二是携砂流体对砂体的冲刷和剥蚀.流体粘度升高,携砂、悬砂能力增强,流动过程中的拖拽力也就增大,对砂体的冲刷和剥蚀就更加严重,最终导致出砂加剧.由此可见,在油藏开采过程中,应尽量保持地层压力高于饱和压力,防止由于脱气改变原油性质,流体粘度增大,导致出砂.流体pH值汪伟英等通过实验研究表明,注入流体的pH值对出砂有一定的影响,pH值增大,临界出砂流速减小[4].当pH值达到14时,出砂量急剧增大.出现这种现象的原因是pH值的升高,使岩石粘土矿物中晶层间斥力增大,导致粘土矿物更易分散、脱落,随流体的流动而运移,造成出砂.另外,pH值同样会改变非粘土颗粒表面的电荷分布,使颗粒与基质间的范氏力减弱,那些胶结基质不好或非胶结的颗粒将被释放到流体中去,导致自由颗粒的数目增多,出砂可能性增大.因此,在钻井、完井以及井下作业过程中,应注意控制入井流体的pH值,以防由于pH值过高造成油井严重出砂.2 油田开发与出砂机理2.1地层压降及生产压差对出砂的影响地层压力是原油从地层流向井底的动力.上覆岩层压力是靠孔隙内流体压力(即地层压力)和岩石本身的强度(有效应力)来平衡的.即:σ+=pPP式中:P0——上覆岩层压力;P p——地层压力或地层孔隙压力;σ——骨架之间受到的接触应力.当油层未打开时,P p保持不变,岩层处于稳定状态.随着开采进行,地层压力P p下降.若为衰竭式开采方式,地层压力会急剧下降.因上覆岩层压力不变,地层压力的下降将导致岩石颗粒上的有效应力越来越大,当大到超过地层强度时,岩石骨架就会遭受破坏,地层颗粒被流体携带至井底,引起出砂.朱彩虹等人在对胜利油田永八块油层出砂机理的研究中,通过岩心驱替流动出砂实验,在模拟油藏及井眼周围岩石性质的情况下,对不同生产压差下的出砂量进行了预测,得出的结论是:在其他条件相同的情况下,生产压差越大,出砂量越多[5].所以在实际的油藏开采过程中,要将生产压差控制在临界生产压差之内,以防止生产压差过大导致出砂.2.2流速对出砂的影响流体导致出砂的关键是流体拖拽力能否克服砂岩基质的阻力.流体流经砂岩时,拖拽力主要是粘滞力(体积力).砂岩基质的阻力基本上是面积力,表现为胶结力、吸附力和接触力.这些面积力结合起来与体积力抗衡.出砂机理研究中将使充填砂运动的流速定义为门限流速,而将使骨架砂变为自由砂的流速定义为临界流速.当流速大于临界流速时,其后果只能是加剧出砂.通过对埕岛油田馆上段油层出砂和流速的关系模拟实验可以看出(图1),随着流速的增加,出砂量也随之增大[6].因此,在油藏的开采过程中,要尽量将流速控制在临界之内,从而在一定程度上减小出砂的机率.2.3含水饱和度或注水对出砂的影响①含水饱和度上升使支持砂粒粘合的毛细管力图1 流速与阶段出砂量柱状图Fig.1 Phase sand producing bar chart at different flow rate下降,导致地层强度降低,引起出砂;②矿化水与某些矿物间的化学反应产生沉淀堵塞喉道,加剧出砂;③胶结物被水溶解,特别是一些粘土矿物,如蒙脱石遇水膨胀、分散,岩石结构被破坏,导致地层强度降低,颗粒运移,加剧出砂;④注水对地层的冲刷作用导致地层强度的降低,引起或加剧出砂.在对胜利油田东辛采油厂出砂因素的研究中,分析了地层含水饱和度对油层出砂的影响(图2).由图可见,含水饱和度对油层出砂的影响存在一个饱和度的临界值区间.低于该饱和度条件下,射孔眼的扩展半径随饱和度的增加而降低,而一旦含水饱和度超过此临界值,孔眼半径几乎线性地增大,累积出砂量也加速地增大.因此,在油藏开采的实际工作中,为防止含水饱和度上升所带来的出砂问题,应提早采取措施将含水饱和度控制在临界饱和度以下,并配合防砂堵水一体化工艺,减小出砂的机率.图2 含水饱和度与射孔眼扩展半径关系曲 Fig.2 The rating curve about water saturation andexpanded radius of perforating eyehole2.4 完井因素射孔孔道充填物对出砂的影响 弹孔尺寸对油流阻力会产生巨大的影响.弹孔内压降表达式为:2)(131.9888.0Aql E kA q L p βρµ−+=∆ 由上式,弹孔流动阻力与弹孔尺寸及孔内充填物之渗透率K 有密切关系:弹孔内充填物渗透率是决定弹孔压降的关键因素,若其渗透率高,压降就小.对于极限情况,若弹孔畅通无阻(K =∞)则阻力最小,若其渗透率K →0,则阻力最大,弹孔完全堵塞.射孔参数对油层出砂的影响 弹孔流道面积直接影响弹孔压降.对每个弹孔而言,要提高孔径;对整个井段而言,是要增加孔密.增大孔径、提高孔密的综合效果是提高了有效流动面积,降低了流动阻力,也降低了流速,从而有利于减缓出砂.井斜的影响 当井斜倾角小于45°时,仍可把它当作垂直井,不会对出砂产生重大影响.只有当井斜大于45°时,对高倾角斜井,甚至水平井,由于与油层段接触面大大增加,在保持相同产量的条件下,将使出砂减缓.这就是为什么超长的水平井出砂轻微的原因.射孔相位角 研究表明90°时最好,这是由于地层流线以井轴为中心,相对对称,减少了流线的弯曲和收缩,阻力最小,有利于减少出砂[7].总之,为防止油井中后期出砂,应该在早期钻井阶段和完井阶段进行预防,如尽量采用大套管、高密度射孔完井,用较小的流速和压差采油.同时可利用包括现场预测法、经验公式及经验图表法、实验室法、理论分析模型、数值模型、数值计算以及神经网络法等一系列出砂预测方法对油井出砂进行预测,针对油井的地层条件、井身结构及施工因素,综合考虑出砂的原因,选择具体的防砂工艺,从而达到防砂的目的.3 油层出砂力学机理油层出砂通常是由于井底附近岩层结构遭受破坏引起的.从力学角度分析,油层出砂有2个基本机理:剪切破坏机理和拉伸破坏机理.前者与地层压力和生产压差有关,后者与流体性质和开采速度有关.剪切破坏机理 破坏是大多数现场出砂的基本原因.它是由于炮孔或井眼周围岩石所受应力超过岩石本身强度,使岩石产生剪切破坏而出砂.主要原因是油藏压力的衰减或生产压差的过大.剪切破坏将造成大量突发性出砂,严重时砂埋井眼,造成油井报废.拉伸破坏机理 流动作用于炮孔周围地层颗粒上的拖拽力过大,使炮孔壁岩石所受径向应力超过其本身的抗拉强度,脱离母体而导致出砂.这与过大的286新疆地质开采流速与流体性质有关.拉伸破坏引起的油层出砂量小,出砂使孔穴通道增大,而孔穴增大又导致流速降低,从而使出砂有“趋停”趋势,具有稳定效应[8].微粒运移机理是一个单独的砂粒或者砂的集合体从砂的骨架上脱离,运移到一个流动的流体中的过程.一方面,在流体流动拖拽力作用下产生移动进入井眼造成出砂;另一方面,导致井底周围地层的渗透率降低,增大流体的拖拽力,加剧出砂.砂拱稳定出砂机理力学理论认为,射孔后在井眼附近形成一塑性变形区.在流体压力作用下,该区单颗粒开始脱落,并随流体进入井底,孔眼变成一较大且稳定的球形,颗粒在球形孔腔壁附近聚集形成砂拱[9].研究表明,当润湿相浓度小于某个临界值时,砂拱将保持稳定;如果润湿相浓度达到某个临界值时,砂拱将被破坏[10].另外,砂拱的稳定能力与砂拱的尺寸、润湿相大小有关,围绕在孔眼周围的砂粒必须具有一定的润湿相才能形成砂拱,稳定砂拱必须具有一定的外界应力和自身的凝聚力.润湿相浓度与砂拱稳定性的关系如下:①单相浓度的砂粒构成不了稳定的砂拱;②强烈的引力使孔眼增大;③两相环境下的砂拱稳定性好,在实验条件下:S w大于3%形成稳定的砂拱(S w为润湿相饱和度);S w小于20%有出砂的迹象;当S w大于20%而小于32%时,连续出砂;当S w大于32%有大量流砂产生;④在两相区环境下,仅润湿相携带砂粒;⑤在润湿相饱和度较小的环境下,液流速增加,砂拱尺寸也随之增加,随流速的降低砂拱保持稳定;⑥润湿相浓度超过某一临界值时,砂拱将发生坍塌破坏.4 总结(1) 油层出砂是多种因素综合作用的结果.(2) 油层出砂通常是因井孔附近地带的岩层结构破坏引起的.笔者认为,油层出砂的2大主控因素是地层压力和多相流体的作用.(3) 从力学角度分析,油层出砂机理可分为剪切破坏机理和拉伸破坏机理.参考文献[1] 何生厚,张琪.油气井防砂理论及其应用[M].北京:中国石化出版社,2003,4-5.[2] 孙焕泉,曲岩涛,房会春,等.胜利油区砂岩储集层敏感性特征研究[J].石油勘探与开发,2000,27(5):72-75.[3] 王凤清,秦积舜.疏松砂岩油层出砂机理室内研究[J].石油钻采工艺,1999,21(4):66-67.[4] 汪伟英,王尤富,王孝忠,等.流体性质对出砂的影响及控制[J].特种油气藏,2003,10(5):79-80.[5] 朱彩虹,吴建平,衣春霞,等.胜利油田永八块油层出砂机理及预测[J].石油钻探技术,2002,30(2):66-67.[6] 王建,吕成远,李奋,等.预测油层出砂状况室内模拟实验方法的建立与应用[J].西北地质,2000,33(2):10-11.[7] 何生厚,张琪.油气井防砂理论及其应用[M].北京:中国石化出版社,2003,9-10.[8] 沈琛,邓金根.胜利油田弱胶结稠油藏岩石破坏准则及出砂预测[J].断块油气田,2001,8(2):19-22.[9] 李占军,杨芳,等.官195断块出砂机理与防砂技术[J].石油钻采工艺,2002,24(6):64-65.[10] 范兴沃,李相方.国内外出砂机理研究现状综述[J].钻井工艺,2004,27(3):57-59.RESEARCH ON RESERVIOR SAND PRODUCTION MECHANISMXU Shou-yu,WANG Ning(China University of Petroleum, College of Geo-Resources and Information, Dongying ,Shandong,257061 China) Abstract: Sand production is an important factor affecting productivity of reservoir exploitation. Understanding the mechanism of sand production is meaningful to sand control effectively and choose the rational methods. Through summarizing many examples and literature both home and abroad, the two factors of sand production are geo-factor and engineering factor, further more, in the view of mechanics, the factors can be included shear damage and tension damage. This research has important meaning to further studies on sand production mechanics and improving the craft measure of sand prevention.Key word:Sand production; mechanism; sandstone; reservoir; review。
疏松砂岩油藏出砂机理微观可视化实验研究
田为代表 。这部分油藏原油黏度高 、 胶结疏松 ， 地
层 微粒 运 移 和地 层 出砂 ， 以及 防砂 造成 的油 井 产能 低 是此 类 油 田开 采 过 程 中 的主 要 矛 盾 【 Ｊ ｌ 。针 对 疏 松 砂 岩油 藏 出砂 的机理 ， 内外 很 多学 者进 行 了 国
研究 ， 储层内微粒运移的物理模拟实验方法大都研
①选择一定 的驱替压差 、 一定的挡砂筛网进行 驱替实验 ； ②记录流量及 出砂量并用显微摄像机配
合记 录实 验 中夹 板模 型 中砂 的变 化 ， 录 流量 数据 记
收稿 日期 ：０ １ ４９ 改回 日期 ： １０ ２ ２ １０ １ ： ２ １９ ８ ０ 基金项 目 ： 十一五 ” “ 国家重大专项课题“ 多枝导流适度 出砂技 术” ２０ Ｚ ０ ０４— ０ ） （ ０ ８ Ｘ ５ ２ ０ ３ 作者简 介 ： 房茂军 （９ ０一） 男 ， １８ ， 工程 师 ， ０ ２ ２年毕业于中国石油大学 （ ０ 北京 ） 油工程专业 ， ０ 石 ２ ５年毕业于该校油气 田开发工程 专业 ， ０ 获硕士学 位 ， 主要 现 从事油气 田开发研究工作 。
夹板 模 型是 核心 部件 ， ２块 钢化 玻 璃组 合 而 由 成， 一侧 有集 流 嘴 ， 外 一 侧 底 板 中 间 留有通 道 ， 另 ２ 块 钢化玻 璃 黏合 通 道 处 的空 隙缝 宽 为 ２ｍｍ， 板 夹 模 型 内部 根 据实 验 的不 同设置 不 同 的砂 粒 ， 以模 用 拟 油藏 近井 地带 的粒 度组 成 ， 底板 与挡 板 之 间安放 钢丝 ， 钢丝 直径 为 １ｉｍ， 用 平 行 排 列 模 式 ， 丝 ｎ 采 钢
差 、 层砂 粒度 、 地 挡砂 筛 网尺寸有 关。粒度越 均 匀， 分级 出砂 范围就越 窄 ， 出砂 阶段越 集 中； 若
应用物理解堵技术提高防砂井产能
３ 针 对 储 层 注 水 存 在 的 水 敏 伤 害 ， 验 研 制 ． 试 成 功 ＡＳ —２注 水 增 注 处 理 剂 和 复 合 粘 土 稳 定 剂 Ｃｌ Ａ Ｃ２ 现 场 进 行 了增 注 ＋粘 土稳 定 剂 技 术试 验 ， Ｓ ， 取 得 初 步 效 果 。 参 考 文 献
影 响 供液 能 力 的主 要 因素 分析
要解决供 液能 力差 的 问题 ， 必须分 析研究 影 响
油井 供液 的主要 因素 。
１ 阻 力 产 生 的 原 因分 析
较细 ． 质含 量 较 高 ， 别 是 Ｎ ｌ 泥 特 ｇ ＋２油 层 更 为 典
型 。 Ｎｇ ｌ＋２油 层 由 粉 细 砂 岩 和 细 粉 砂 岩 组 成 ， 粒
尹 强 工 稃 帅 ．９ ９年毕 业 于 西 南 石 油学 院地 质 勘 查专 ・ 现 事 防 砂 工 程 ． 『８ ． 已在 国家 公 开 刊物 上 发表 论 文 ５篇
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２０ ０ ２年 ５ 月
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３８ ・
第２ 卷 ３ 第 ２期
大 。 要 减 少 阻 力 ， 低 近 井 地 带 的 原 油 粘 度 、 加 降 增 射 孔 孔 道 充 填 物 渗 透 率 和 增 加 射 Ｌ 流 面 积 是 解 渗
而产生 不 同的振动加速 度 和振 幅 ， 两种 相态 的物 使
质 界 面 产 生 相 对运 动 ， 相 对 运 动 达 到 一 定 强 度 时 当 原 油与岩 层的 亲 和 力减 弱 ， 原 油脱 离 岩 石 表 面 ， 使
决 问题 的关键 另外 据 油层平 面径 向流的 计算 根
方 法可知 ， 底 流 动 压 力 除 与 地层 能 量有 关 外 ， 井 还
艺 ， 防 砂 矛 盾 得 到 了 一 定 的 缓 解 ， 仍 存 在 着 防 使 但
浅论疏松砂岩长效防砂优化技术
浅论疏松砂岩长效防砂优化技术摘要：近年来加强油藏适应性及热采工艺技术配套，形成筛管砾石充填为主导工艺的防砂模式。
但近1/4井防砂后产量下降快，防砂周期短，现场解剖发现防砂管堵塞及出砂现象均存在，导致这种情况的原因是砾石设计不合理。
合理的砾石设计，应保证有好的防砂效果，必须使砾石层本身有高的渗流能力，以保证油井有高的产量。
影响砾石层渗流能力的因素包括砾石尺寸、砾石粒度均匀、圆度、球度以及地层中进入砾石层中的砂粒和粘土。
通过研究砾石直径、砾石层厚度、粘土含量对砾石层渗流能力的影响，筛选出具有好的防砂效果和高的渗流能力的防砂砾石显得尤为必要。
合理确定挡砂精度或选择防砂方式，对疏松砂岩油藏快速、高效的开发有广泛借鉴作用。
关键词：油田开发；疏松砂岩；挡砂精度；防砂方式；参数匹配油田位于构造是一比较完整背斜，稠油区位于背斜构造侧翼。
由于油层胶结疏松，开采过程中油井出砂严重，防砂是热采井生产需解决的最突出的矛盾之一。
疏松砂岩油层出砂程度加剧、治砂难度大，通过开展油水井后期长效防砂技术优化研究及应用。
主体工艺优选、油层保护、技术参数匹配和施工过程的实时监测等措施，实现了防砂有效期的延长和出砂井产能的稳定。
疏松砂岩油藏分布较广，在开采中占有重要地位，采用筛管完井防砂，往往由于泥质含量高而导致产能下降严重，一般认为，粘土含量小于5%时防砂筛管都不容易堵塞，高于10%时，致密过滤结构的筛管不适合使用。
1 目前所用的充填材料有复合陶粒砂、固结剂、包覆石英砂等，各类充填材料的渗透率及各出砂油田的地层渗透率见表1：曲线可以看出，当 Kg/Kf ＜100时PR随着 Kg/Kf 的增大而明显上升，当图1砾石与地层渗透率比值对产能比的影响＞100后 PR 上升趋势变得缓慢，因此一般取Kg/Kf ＞100便可满足防砂后产能保持的需要。
1.2 工艺优选严重出砂油田的地层渗透率在1μｍ2左右，由以上图、表中数据对比可以看出，石英砂与地层的渗透率比值大于100最有利于防后产量的保持，因此充填材料优选石英砂砾石，同时为了炮眼充填的稳定和防止充填砂的回流，最终优选机械筛管（割缝管）＋砾石充填工艺为油田防砂的主体技术。
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第１５卷第６期李邦超等：疏松砂岩油层防砂机理物理模拟
度通过岩心筒，测量两端的压力及通过流体的流量，并记录相应时刻流体的累积流量直至压力稳定。
１．２模拟结果
在不同的压实程度下对２种砾石的渗透率进行了测定。
在压力高于１５ＭＰａ时，粗砾石的渗透率明显低于细砾石的渗透率，主要原因是粗砾石颗粒的抗压程度低，破碎严重，经压实作用，使渗透率大大降低；而细砾石在１５～３０ＭＰａ压力下，无明显的破碎，故渗透率较高。
若外加压力很小，则粗砾石的渗透率明显高于细砾石。
利用５种粒度中值比的砾石与地层砂的组合模拟测定了砾石的挡砂能力。
让粘度较高的流体（≥ｌＯｍＰａ・ｓ）以较高的渗流速度（≥１ｃｍ／ｍｉｎ）通过地层砂及砾石，测定砾石层渗透率随流体累积流量的变化（图１）。
图１砾石层渗透率与流体注入量的关系
在砾石与地层砂粒度中值比为５．０５的组合中，开始时砾石层渗透率缓慢降低，之后很快趋于稳定（图１ａ）。
在形成砂桥前因部分细砂进入砾石层而使砾石层渗透率降低。
因砾砂直径比较小，故很快形成稳定的砂桥，渗透率与初始渗透率之比稳定为０．８７左右。
在砾石与地层砂粒度中值比为６．０和８．０的组合中，随着流体注入量增加，开始时砾石层渗透率快速降低，当注人２０倍左右的流体时，因形成砂桥，砾石层渗透率降低幅度缓慢（图１ｂ，１Ｃ）。
在砾石与地层砂粒度中值比为１０的组合中，因砾石孔隙太大，很难形成稳定的砂桥，地层砂不断侵入砾石层，砾石层渗透率不断降低（图１ｄ）。
当砾石与地层砂粒度中值比大于１５时，砾石层渗透率逐渐降低，经过一段时间后趋于稳定，岩心出口端不断有地层砂产出，即砾石层不起挡砂作用（图１ｅ）。
用柴油对该模拟条件进行重复模拟，发现砾石层的渗透率基本不降低，表明流体的粘度对地层砂的运移起着重要的作用。
１．３模拟的主要认识
砾石层渗透率的降低与砾石和地层砂的粒度中值比、流体粘度和累积产液量等有关；若流体粘度与流速足够大，砾石层的渗透率仅与砾石和地层砂的粒度中值比有关；所有砾石充填井砾石层的渗透率都小于砾石层的初始渗透率；若砾石和地层砂的粒度中值ｔＬｓ］，于６，生产初期渗透率有所降低，但很快能形成稳定的砂桥，故渗透率不再降低；若砾石和地层砂的粒度中值比为６～１０，生产初期渗透率降低很快，但之后缓慢降低；若砾石和地层砂的粒度中值比为１０～１５，随着生产时间的延长地层砂不断向砾
石层内运移，砾石层渗透率不断降低；砾石和地层砂粒度中值比大于１５时，地层砂能自由通过砾石层，砾石层不起挡砂作用。
对于不同的地层砂，砾石层渗透率降低曲线与上述不完全相同，但趋势一致。
２滤砂管防砂机理物理模拟
２．１模拟条件及流程
防砂模拟评价试验装置中实验主体装置外径为６８．５ｍｍ，长为３００ｍｍ，模拟井筒长度为１７７．８ｍｍ，模拟砂样为粒度中值０．２ｍｍ的地层砂。
供液泵为高压大排量三缸柱塞泵，模拟排量为０～８０Ｌ／ｍｉｎ，设计压力为１２ＭＰａ。
压力和流量数据通过计算机控制的数据采集系统自动采集。
模拟实验步骤包括：①测定滤砂管原始渗透率；
②在模拟装置内加入一定粒度中值的地层砂并混合‘粘土，配成不同的砂泥比，进行滤砂管堵塞模拟；③取水样进行滤砂管挡砂粒度分析。
２．２模拟结果和认识
经纬网金属布滤砂管初始渗透率平均值为７００ｌｘｍ２，挡砂精度为０．１５ｍｍ；斜网金属布滤砂管初始渗透率平均值为６００１ｘｍ２，挡砂精度为０．１２ｍｍ。
２种滤砂管都具有很高的渗透能力，但过滤精度低，对泥质含量高或地层砂细的地层不适应。
加砂后，２种金属布滤砂管渗透率都有所降低。
经纬网滤砂管在砂泥比为３％时，有一定的堵塞，但能够自疏通（图２ａ），砂泥比为８％时，渗透率降低幅度较大，由７００ｌｘｍ２降为１００ｔｘｍ２（图２ｂ）。
斜网金属布滤砂管
在砂泥比为４．５％时，渗透率降低１／３（图２ｃ）。
而
油气地质与采收率２００８年１１月
金属棉滤砂管初始渗透率平均值为５５¨ｍ２，挡砂精度为４３．１仙ｍ，具有较好的抗堵塞能力，４次加砂、加
３绕丝管防砂机理物理模拟粘土和浸泡６昼夜后，未能堵死滤砂管，具有一定的自疏通能力（图２ｄ）。
图２滤砂管加砂后渗透率曲线
３．１模拟条件及流程
将地层砂装入地层箱，捣实并加压ＩＯＭＰａ以模拟井下上覆压力。
在井筒内安装绕丝管样件。
实验流程同滤砂管。
实验步骤包括：①非挤压充填实验，在筛一套环空内充填砾石（自然沉降），采用清水循环，采集流量、压力等参数并绘出这些参数与时间的关系曲线；②挤压砾石充填实验，将砾石挤入炮眼，并适量进入地层箱，同时补充砾石缺量，仍采用清水循环，采集流量、压力等参数并绘出这些参数与时间的关系曲线；③用粘土稳定剂处理地层砂。
３．２模拟结果和认识
在非挤压砾石充填模拟中，地层砂由液体携带进入炮眼，炮眼被地层砂完全充填。
因地层砂的渗透率低，造成液体排量小，炮眼压力高。
这种现象将影响油井的产能，在短时间内造成炮眼堵塞。
在挤压砾石充填试验中，炮眼中的地层砂被砾石顶替，使得炮眼的渗透率大幅度提高，液体排量大，炮眼压力小，能提高油井的产能。
此对比实验证明，炮眼充填物的渗透率是影响油井产能的关键。
地层砂经粘土稳定剂处理后，渗透率大大提高。
排量小时，流速慢，地层砂运移迟缓，细砂侵入砾石问孔喉的速度较慢。
在相当一段时间内，炮眼中的砾石层不容易被堵死，使得炮眼长期处于压力低、渗透率高的水平上。
随着排量的加大，地层砂运移速度加快，细砂快速侵入砾石层，在短期内，炮眼砾石层被堵塞造成炮眼压力急剧上升，而渗透率逐渐下降。
因此，液体流速也是影响油井长期稳产、高产的重要因素。
４结论
在压力高于１５ＭＰａ时，细砾石层渗透率明显好于粗砾石层，渗透率降低与砾石和地层砂的粒度中值比、流体的粘度、累积产液量等有关。
砾石和地层砂粒度中值比大于１５时，砾石层不起挡砂作用。
经纬网金属布滤砂管和斜网金属布滤砂管过滤精度低，对泥质含量高或地层砂细的地层不适应，而金属棉滤砂管挡砂精度高，具有较好的抗堵塞能力和一定的自疏通能力。
井筒内安装有绕丝管样件时，将砾石挤入炮眼并适量进入地层，使得炮眼的渗透率大幅度提高，有助于提高油井的产能。
地层砂经粘土稳定剂处理后，液体的流速也是影响油井长期稳产、高产的重要因素。
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编辑刘北羿。