油井出砂原因治理措施论文

浅谈油井出砂原因及治理措施

摘要：国内疏松砂岩油藏分布广泛，油气开采过程中砂粒随流体从油层中运移出来是一个带有普遍性的复杂问题。孤岛疏松砂岩，如果不进行防砂管理，就无法正常生产。采用各种防砂工艺后，虽然能收到一定的防砂效果，但砂粒流动造成砂粒在井筒周围堆积，堵塞油层向井底流动的通道，使产量降低，既影响了油井的产油量，又增加了防砂工具的投人。因此，通过对出砂管理技术综合研究，在防砂生产和出砂生产之间确定最优的生产策略，即有选择地防砂，或者有限度地防砂，对于优化完井设计、制定合理的生产和开发方案、延长油气井经济开采周期等将具有十分重要的意义。

关键词：出砂原因分析防砂应对措施

【中图分类号】tg231.7

1 地层出砂的机理分析

出砂包括许多复杂的过程，如应力集中和重新分布、剪切膨胀、强度减低、水力冲蚀、固相运移、砂粒的重新聚集、应力成拱、炮孔堵塞、破坏区扩展等。整体上看，出砂包括岩石破坏、砂粒移动和砂拱的形成等几个必要过程。

1.1 岩石破坏

由于应力集中，在临近井眼的地层中剪切应力最大，使这些砂层最可能遭到剪切破坏和内聚力丧失（损害）。当达到临界应力后，材料将屈服，表现出塑性而非弹性。随着变形增加，材料强度将进一步降低，但仍能承受一定的载荷，限制部分砂粒向井流动，这样，

将有一个过渡区，其强度和刚度降低，渗透率发生改变。从微观上看，可能发生2种情况：一是压实，即孔隙或裂隙闭合或收缩（体积减小的过程）；二是剪切膨胀，是指孔隙或微裂缝张开（体积增加的过程）。剪切膨胀在岩石稳定性分析中的重要性一方面在于其降低了岩石强度，使岩石产生更大的变形；另一方面，使岩石孔隙度和渗透率增加，从而提高了流动效率和渗透力，加速了砂粒从岩石骨架上的脱离。人们逐渐认识到，剪切扩容发生在初始压缩后，随剪切应力增加，岩石完全破坏。首先，剪切扩容和压实可能同时发生，体积和强度变化是两者同时作用的结果；第二，剪切扩容取决于许多因素，如岩石类型、围压、孔隙度、含水饱和度、温度等。

1.2 砂粒移动

流体流动是砂粒移动的前提。砂岩破坏不等于出砂。砂岩由于剪切破坏失去内聚力后，由于摩擦阻力、残余强度或颗粒间流体弯月面的毛管力，可能仍会保持稳定。但如果流体教度较大并发生流动，则由于孔隙压力梯度产生的驱动力，即渗透力就会成为使砂粒脱离岩石骨架的主要动力。砂粒从岩石基质上脱离下来后，将由流体携带着向井眼运移。

1.3 砂拱的形成

出砂过程中另一个重要的过程是砂拱的形成。当砂粒通过或与多孔介质稳定的部分相互作用时，一些砂粒将会重新聚集，当孔喉直径小于砂浆中悬浮微粒的直径时，微粒将被堆积。另外砂粒向井筒运移的过程中如果流体流动无法使其悬浮，将会逐渐沉降下来，

以新的粒间接触沉积到基质中。随着流量增加，砂拱的稳定性也增加到某一程度，然后，由于扩容加剧，砂拱失稳、坍塌，砂粒就会随流体一起流人井内。之后，将形成更大的砂拱，并不断重复这一过程。除了流量，还有许多因素影响砂拱的稳定性，包括应力大小和分布、微粒尺寸和形状、流体饱和度、完井方法和完井污染、砂拱尺寸和炮孔直径等。砂拱坍塌—形成—再现塌的过程与实验室和现场观察到的“间歇出砂”现象非常符合。

2 疏松砂岩油藏实施出砂管理模式

综合国外出砂管理经验，出砂管理需要可靠的“地层砂生命周期分析”，即从预测引起出砂的地层条件开始，到产出物的地面最终处理结束。

2.1 油藏的可行性研究

国内疏松砂岩油藏分布广泛，油藏性质差异大，应对实施的区块进行对比分析，而不是满足1个或几个条件就认为可行，或认为1个或几个条件不满足就认为不行，需要根据整体情况，进行系统地综合分析。如渤海油藏实施适度出砂管理可选余地大，能满足实施要求，还要结合地质、油藏、工程等针对具体油藏进行综合的分析、判断。

2.2 广泛收集现场资料

不同油藏有不同的特点，其现场数据是最直接的，也是后续研究的依据，对油田开发的认识越广泛，资料越多，对于正确实施的指导意义越大。

2.3 相关物理过程的理论模型

预测出砂初始条件是传统的出砂预测。确定给定井眼和油藏压力下不同地层的出砂临界条件。出砂临界条件预测模型较多，有的模型尽管得到油田成功应用的报道，但需要具体情况具体分析。而出砂量预测模型可分为现场经验法、应力应变模型、虹蚓洞模型和冲蚀模型，这些模型要经过广泛的现场验证才能和油田实际结合起来。

2.4 生产数据的现行监测与跟踪

受可控因素和非可控因素的影响，地下的情况有其复杂性，而表现出来的问题（如生产数据）是工程人员判断井下情况的最直接最有效的手段，因此，实施适度出砂的油田大都非常重视对生产数据的监测与跟踪，如地层出砂的地面监测等。

2.5 试井优化产能

通过试井，对适度出砂地层进行油气藏评价和生产动态测试，从而获得油气藏的压力系统、储层物性、生产能力动态预测以及判断油气藏的边界和估算储量等。

2.6 完井设计优化

以油井产量为目标，根据地层特点和原油性质等优选井的类型（直井、定向井和水平井）；根据地层特点和开采技术要求，优选油井的完井方式；根据油田开发方案（配产要求，地层特点和原油特性，采油方式、增产措施等）优选油管和套管尺寸；以减少地层损害，提高油井产能为目标优化完井参数；进行适度出砂管理的技

人产出的综合经济分析，优化方案。

2.7 井筒携砂技术

根据地层产能、油管尺寸、井型、完井方式、开采方式、砂粒粒径、砂量浓度以及携砂开采风险评价等进行井筒携砂技术的综合研究，如国外有些井采用气举开采方式提高油井携砂能力。

2.8适度出砂生产条件下地面处理工艺

地面处理能力需要考虑在环境许可的情况下，地面允许的最大砂处理能力。当采用适度防砂措施后，产出液中含有一定量的油砂，为防止砂粒堵塞集输系统，产出液体不能直接进人管网，必须就地除砂。

3 结论与认识

（1）随着地质力学理论研究的不断成熟和工具（工艺）的改进，出砂管理技术在国外一些油田得到了应用并见到了效果，作为有效的开发方式正成为技术研究的热点。

（2）出砂管理的风险，就是如何将砂量控制在可允许的范围内，从而再进行合理的完井设计和油田开发的初期、中后期管理。因此，摸清油田出砂规律是油田实施出砂管理的关键。

（3）出砂管理是一项复杂的系统工程，贯穿于油藏开发始终，不同的油田出砂管理没有一成不变的开发模式。其主要特点是，根据当地油田的实际条件和面临的问题，加深地质力学研究、完井工艺技术配套等，并经过一个实践、认识、再实践、再认识的过程。

参考文献