对油井出砂规律和防砂问题的认识

对萨中地区油井出砂规律和

防砂问题的认识

景岚翠何光中莫淑杰张新民

（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

摘要随着开发时间的延长，油田出砂问题不可避免。出砂井的分布范围越来越广、有成片出现的倾向、出砂往往伴随着套损、偏磨等复杂现象的发生、压裂加剧出砂倾向是萨中油田出砂的特点。发生出砂的主要因素是压差、化学剂等因素的影响。防砂一是要减少游离砂产生的机会；二是要防止砂的产出；三是尽量减少已经产出的砂造成的危害。要从管理上采取措施。筛选了一种化学防砂方法在现场应用，证明是一种行之有效的好方法，应该在适合的井上扩大推广应用，以减少出砂机会和出砂造成的危害。同时，随压裂规模的扩大，压裂后出砂造成卡泵的井数逐渐增加，为此开展了电泵机械防砂装置研制和尾追核桃壳压裂防砂工艺试验，取得较好效果。

主题词出砂防砂防砂剂

最近几年，我厂在现场作业和正常生产过程中发现的出砂井数越来越多。这给生产带来了严重的危害，使得生产管理难度加大，作业工作量增大，生产成本上升。本文试就这一问题产生的原因和预防方法做一分析。

1萨中地区出砂井的特点

这几年，在生产和井下作业过程中，萨中地区每年大约要发现60口以上的出砂井。这种现象严重影响原油生产，造成卡泵、烧电机、作业返工，使生产成本上升，效益下降；严重的迫使油井停产。在这些出砂井中，有约一半井是压裂后出砂，另一半井则是地层出砂。下面重点讨论地层出砂。从现场发现的出砂井情况看，地层出砂表现出以下几个特点。

1.1出砂井的分布范围越来越广

目前萨中地区各个矿（大队）都发现有出砂井；不仅水驱井有，聚驱井也有；不仅抽油机井有，电泵井也有；不仅采油井有，注水井也有；从开发层系来讲，不仅萨葡井有，高台子井也有。

1.2出砂井有成片出现的倾向

根据调查了解，虽然出砂井分布在全厂的各个地区，但在某些地区有成片出砂的倾向，例如二矿北八队的高111-54、高107-52井组,北六队的高112-40、高112-41井组，四矿中十二队的高113-51、高113-55井组,北十一队东3-新1、东3-新2、东3-新3等区块，都是同时发现若干口井出砂。出现区块性出砂，可能是与地层性质和区块措施有关。

1.3出砂往往伴随着套损、偏磨等复杂现象的发生

例如西丁4-5井，该井出砂严重，同时伴随的是多次作业发现抽油杆严重偏磨。又

如高1133-24井，该井多次因砂卡检泵，2002年6月管杆断脱作业，结果发现套管变形。

1.4压裂加剧了某些井的出砂倾向

例如高107-52井，2001年11月作业时冲砂，砂柱高45.62m，随后压裂，2002年3月砂卡，作业时发现砂柱高85.3m。又如北1-61-斜521井， 1999年5月检泵，探砂面无砂，2000年1月压裂，自2000年9月发生卡泵至2002年6月共因砂卡检泵9次。这说明，对某地层，压裂、转强抽和其他外力很可能成为出砂的诱因。

2萨中地区出砂原因探讨

根据现场调查资料，结合文献资料分析，发生出砂的主要原因是压差、化学剂等因素的影响。

研究表明，油层出砂可分为充填砂和骨架砂。当流体的流速达到一定值时，首先使得油层孔道中的未胶结的砂粒发生移动，井开始出砂，这时的流速称为油层的门限流速V S。随着流速的增加，井的受力发生变化，出砂量增加。当流体的流速达到某一个值时，对油层发生剪切破坏，造成岩石结构损坏，使骨架砂变为自由砂，被流体带着移动引起出砂，这时的流速称为临界流速V L。因此，近几年油井出砂现象明显多于以前，主要原因是：（1）生产压差放大，流速增大。油田开发经过了自喷转抽，三次采油等重大措施的转变。自喷转抽，生产压差是一次显著的增加；三次采油的实施，由于粘度增加的原因，也使生产压差进一步加大。生产压差的显著增加，都使得V S和V L有可能降低，出砂机会增加。（2）化学剂的应用使得地层骨架破坏。酸化、三元液、解堵剂等化学剂的普遍应用，不可避免地使得油层骨架有一定程度的破坏，自由砂增加。这已为许多井的取样分析资料所证实。（3）其它原因的影响。如配制聚合物使用低矿化度的清水，长期注入地下，使得油层中水的矿化度降低，而注入聚合物溶液又使油层中水的粘度升高，这些因素都使V S和V L有可能降低，产出液的携带能力增强。

3 防止采油井出砂的措施探讨

如上文所述，油层出砂首先是油层中有游离砂，在此基础上，由于门限流速V S的降低和实际流速的升高，使得砂产出。

理论上，门限流速V S的计算公式如下：

R2S（D G+F A-F D）COSα

V S= ——————————————————————--——————————

9πμR S A S（H+1）[F1（H）sinθsinαR S+R（H+1）F2（H）COSθCOSα]

式中，V S——门限流速；

R S——岩石骨架半径；

F A——范德华力；

F D——双电层斥力；

A S——常数；

R——充填砂半径；

D G、F1、F2——砂粒所受的重力、推力和浮力。

当油层液体的流速大于门限流速V S时就会引起出砂。油层中的砂粒主要的受力是范德华力F A，双电微粒与孔壁之间的双电引力F D，重力F G和水动力F K。从上式我们可以总结出以下规律：（1）砂粒越大，则越容易产出；（2）流体的矿化度越低，越容易出砂；（3）流体的粘度越高，越容易出砂；（4）油层的孔喉半径越小，越容易出砂；（5）孔隙度越小，越容易出砂。

从以上的理论分析我们知道，防砂一是要减少游离砂产生的机会；二是要防止砂的产出；三是尽量减少已经产出的砂造成的危害。具体来讲，就要尽量提高门限流速V S和减小水动力F K，同时，要采取措施减少游离砂的产生。

在管理方面，主要是要合理设计生产压差，采用适当的采液速度；合理选择压裂层位和合理设计施工参数，减少对油层骨架的破坏机会；合理使用化学品，防止地下流体矿化度的降低和粘度的提高。

但是，许多措施都是油田生产所必须采取的。在这种情况下，我们只能按实际条件选择防砂方法。采取化学固砂就是减小F A和F D，使砂粒不能成为自由砂。

4地层出砂的治理

化学防砂方法是国内外许多油田都采用的一种有效的防砂措施，为此，结合萨中油田实际，优选了一种化学防砂剂并用于地层出砂的治理。

4.1防砂剂的筛选

防砂剂的防砂效果按下述方法评价：将规定粒径的石英砂与高岭土混合均匀，用该混合物添装岩心管，将岩心管装入流程（图1），用所选防砂剂样品按一定浓度和体积注入岩心管，然后放置10min。再次将岩心管装入流程，按一定流速注水，并将通过岩心管的水用称重的滤纸过滤，滤纸烘干称重，计算通过岩心管的水所携带出的砂量。同时对岩心管通同样体积、同样流速的水，做空白试验，计算防砂剂的防砂率。

图1 防砂剂实验流程