油井出砂预测方法研究进展

以声波时差为横轴 ,生产压差为纵轴 ,把数口井
的时差 、压差数据点绘在坐标图上 ,则出砂井数据点 形成一个出砂区 。要把预测井的数据点绘在同一坐 标图上 ,若落点在出砂区则该井出砂 ,否则不出砂 。 3. 7 多参数法
建立一个出砂井与深度 、开采速度 、生产压差 、 采油指数 、泥质含量 、含水率等的判别函数 ,用该函 数判别油井是否出砂 。
5 理论分析模型
理论分析模型需要涉及砂粒破坏机理的数学公
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文章编号 :1009 - 9603 (2002) 06 - 0055 - 03
引言
疏松砂岩油藏最突出的问题是生产过程中出 砂 。如何准确预测出砂 ,将其可能造成的危害减少 至最低已经成为一个迫切的问题 。油井出砂受多种 因素的综合控制 ,单项技术预测的准确度不高 ,国内 对这方面研究投入的精力较少 。
Morita 等的出砂预测参数解析方法 ,给出了有 限元模型 ,能定量预测潜在的出砂问题[15 ] 。
20 世 纪 90 年 代 初 , 阿 克 公 司 Weingarten 和 Perkins 提出一种预测气井出砂的数值计算方法[16] 。 近年来 ,许多专家学者提出了多种预测出砂的模型 , 例如王德新等提出的射孔完井临界出砂模型[17] 。
用测井资料和生产测试资料[7 ] 预测井的出砂是较 好的方法 。霍树义等利用测井资料对出砂层位进行 预测[8 ] ,利用声波时差和密度测井等获得岩石的强 度 ,据此预测油井生产时是否出砂 。 2. 4 试井法
对同一口井在不同时期进行试井测试 ,绘制渗 透率随时间的变化曲线 ,从渗透率的变化来判断油 井是否出砂 。
参考文献 :
1 Koojiman A P , Halleek P M , Kenter C J . Large - scale laboratory sand production test . SPE 24798 :325～338
2 Veeken C A ,Davies D R , Kenter C J . Sand production prediction review :Developing an intergrated approach. SPE 22792 :335～352
4 实验室试验法
4. 1 岩心实验模型 在模拟井下温度 、压力 、产液量 、生产压差下用
大 、小岩心进行模拟试验 。 大岩心实验所用的岩心直径为 102～245mm 、
长度为 204～506mm ,流体流量 200mL/ s 左右 。用 这种岩心进行破坏实验 ,可测定岩心破坏应力 。若 岩心破坏应力大于近井筒垂直有效应力 ,则地层出 砂 ,否则不出砂 。该方法考虑了射孔的影响 ,国内外 应用较多 ,典型的有厚壁圆柱筒简化模型[11 ] 。
油 气 地 质 与 采 收 率 2002 年 12 月 PETROL EUM GEOLO GY AND RECOV ER Y EFF ICIENC Y 第 9 卷 第 6 期
油井出砂预测方法研究进展
吕广忠1) 陆先亮2) 栾志安1) 陈 辉2)
1) 石油大学·东营 ; 2) 胜利油田有限公司孤岛采油厂
油层出砂与岩石胶结物种类 、数量和胶结方式 有着密切的关系 。砂岩的胶结物主要有粘土 、碳酸 盐 、硅质和铁质等 ,以硅质和铁质的胶结强度最大 , 碳酸盐次之 ,粘土最差 。对于同一类型的胶结物 ,其 数量越多 ,胶结强度越大 ,越不容易出砂 ,反之亦然 。
收稿日期 2002 - 07 - 01 ;改回日期 2002 - 09 - 17 。 作者简介 :吕广忠 ,男 ,1997 年毕业石油大学 (东营) 石油工程专业 ,2000 年获该校硕士学位 ,现为该校 2000 级油气田开发工程在读博士 生 。联系电话 : (0546) 8391215 ,通讯地址 : (257061) 山东省东营市北二路 271 号石油大学石油工程学院驱替机理研究室 。
出砂 预 测 的 方 法 很 多 , 常 见 的 有 现 场 预 测 法[6 ] 、经验公式及经验图表法 、实验室法 、理论分析 模型以及出砂预测的神经网络法等 。
2 现场预测法
2. 1 岩心观察 用肉眼观察 、手触摸等方法判断岩心强度 ,若存
在下列情况之一则属易于出砂 : ①一触即碎 ; ②停放 数日自行破裂 ; ③用指甲可以在岩心上刻痕 ; ④用水 或盐水浸泡 ,岩心松散破坏 。 2. 2 岩石胶结
式 。目前公认的出砂破坏机理主要有压缩破坏 、拉 伸破坏以及滑移次生破坏引起的出砂[9 ] 。
从目前的文献看 ,出砂预测理论模型可以定性 地认识不稳定出砂和突发性出砂 。但是 ,该模型无 法真实模拟地层流体的流动和准确反映岩石力学行 为 。为进一步研究出砂机理 ,需要高级的数值方法 与材料本构模型 。
6 数值模型
数值计算的对象是介于固结和疏松之间的地 层 。许多公司在理论模型和数值计算 、模拟研究方 面作了大量的工作 。研究范围覆盖了弹性力学 、渗 透力学 、有限元 、离散元 、实验室岩石特性测量和测 井数据的解释等 。
Morita 等采用了有限元数值模拟方法研究出砂 问题[13 ] 。Dusselt 和 Santarelli 认为需要用两种类型 的数值模拟来研究这一问题[14 ] 。对于年代较新的 非固相胶结油藏或近乎颗粒状集合体的砂岩油藏 , 采用三维的离散元颗粒体模型 ,以研究颗粒桥拱 、压 碎 、堆积密度 、水动力拖曳 、空穴的稳定 、颗粒连接强 度的变化 、颗粒尺寸的分布和表面粗糙度的影响 。 这一模型处于研究初期 ,尚无成熟的结果可以利用 。 对于一些弱胶结和胶结中等的油藏可以采用连续介 质的有限元模型 ,从应力场和流体流动的耦合评价 出砂问题 。
出砂预测模型的发展历史较短 。Stein 首先引 入了第一个重要的技术概念 ,他将地层的剪切强度 与油井出砂联系起来 ,利用声波测井及密度测井数 据建立出砂井与分析井生产状态之间的联系[2 ] 。 此法的局限性在于油井必须进行完井与试验 ,要求
大量地出砂后才能获得可靠的数据 ,而未考虑油藏 压力衰减及产水的影响 ,并假定不存在油层损害 ,故 其结果只能反映生产中的瞬时问题而无法预测油井 是否出砂 。Tixier 等人采用类似于 Stein 的方法 ,用 测井资料分析评价当前生产状态下的油井出砂[3 ] , 该方法的主要缺陷是只能判断油井是否出砂 ,不能 给出定量结果 ,故无法计算最大的无砂产油速度 。 后来 ,Coast 等人提出“砂岩强度”测井模型 ,它利用 莫尔圆应力分析的方法描述了出砂的可能性与井眼 应力状态之间的关系[4 ] ,可用于产水量不大的油井 出砂预测 。沈琛等利用三轴试验提出了弱胶结砂岩 油藏岩石破坏准则及出砂预测方法[5 ] 。
斯伦贝谢法主要考察剪切模量与体积模量乘 积 ,石油勘探开发科学研究院应用此方法 ,将二者的 乘积定为 5. 9 ×107 M Pa 作为判断是否出砂的定量 指标 (临界门限值) [10 ] 。 3. 3 斯伦贝谢比
斯伦贝谢比值越大 ,岩石强度大 、稳定性好 、不 易出砂 ,反之易出砂 。 3. 4 声波测井法
声波测井法测出的声波时差值同岩石的孔隙度 有良好的对应关系 。较小的声波时差 ,代表低孔隙 度 、坚硬 、高密度岩石 ;较大的声波时差值 ,代表高孔 隙度 、松软 、低密度岩石 。通过出砂井的对比 ,可以 得出其出砂临界值 。 3. 5 地层强度法
预测出砂应考虑地层岩石的强度 ,可以通过剪 切强度与生产压差比较来确定某井的临界生产压 差 。20 世纪 70 年代初 , Exxon 公司开始寻求二者 之间的关系 ,发现当生产压差是岩石剪切强度的 1. 7 倍时 ,岩石开始被破坏并出砂[10 ] 。 3. 6 双参数法
多学科 ,我国的出砂数值模型预测方法尚属起步阶 段 ,需要作大量的研究工作 。现场观测法 、经验法 、 实验室模拟法和数值计算法各有其优势和局限性 , 单凭一种预测方法远不能作出准确预测 。
目前 ,出砂预测的发展方向是从定性到定量化 , 但各种方法相辅相成 ,互相补充 。预测结果的可靠 程度依赖于对所用方法的研究程度 。
摘要 :油井出砂是石油开采过程中遇到的重要问题之一 。文章介绍了国内外出砂预测的各种方法 、动向及成果 ,总
结了这些方法的研究现状 、应用水平与存在的问题 ,在研究应用方面提出了建议 。
关键词 :出砂预测 ;室内试验法 ;现场预测法 ;经验法 ;理论分析模型
中图分类号 : TE358 + . 1
文献标识码 :B
在无法取得大岩心的条件下 ,可以采用常规小 岩心模拟出砂试验 。该方法的缺点在于未考虑射孔 的影响 ,预测结果不够准确 。 4. 2 室内模拟实验
王建等建立了预测油层出砂状况的模拟实验方 法[12 ] ,该方法的模拟对象是采油井井壁炮眼处的地 层小单元 ,实验样品为制作成圆柱型的油层实际岩 样 。模型有两种类型 ,一种适用于低压试验 ,便于反 映出砂状况 ;另一种适用于高压试验 ,可以模拟改变 各种生产工艺参数对出砂状况的影响 。该方法在埕 岛油田出砂预测中取得较好的结果 。 4. 3 三轴试验及破坏模型
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油 气 地 质 与 采 收 率 2002 年 12 月
2. 3 综合测井法 现代测井技术给出了丰富的井下地层信息 ,利
笔者将目前国内外所应用的出砂预测方法进行 了归纳总结 ,希望为防砂工作起到一定的借鉴作用 。
1 概述
出砂预测方法的研究走过了漫长的发展道路 。 初期是通过岩心 、初始动态等生产资料进行预测 ,这 是出砂预测方法发展的第一阶段 。经过对岩石性质 如弹性模量 、剪切模量等的认识 ,找出了一个地区不 出砂的岩石特性临界值来预测出砂 ,这是出砂预测 方法发展的第二个阶段 ,其较为著名的方法就是组 合模量法和斯伦贝谢法 。20 世纪 80 年代以后 ,出 砂预测向实验室模拟研究[1 ] 和数值计算方向发展 , 从前两个阶段的定性研究转向定量的研究 ,可以得 出油气井不出砂的产量或生产压差临界值 。这是出 砂预测的第三阶段 。