防砂设计

前言

出砂是困扰疏松砂岩油气藏正常开采的主要问题之一，而防砂是解决油气井出砂问题的主要途径之一。尽管从机械到化学的各种防砂技术为开采易出砂油气藏提供了多种技术支持，然而任何有效的防砂措施都是与储层岩石及流体性质和油气井生产方式相联系的。目前主要防砂工艺有机械、化学、复合防砂三类共十几种工艺技术，每种防砂工艺有各自的适应条件及施工参数设计方法。对于出砂油气井，首先应根据地质特征、生产情况、出砂程度等选择合理的防砂工艺类型，然后针对选定的防砂工艺设计施工参数，选择合理防砂方案及科学的施工设计是达到良好防砂效果的关键。

系统的防砂工作需要根据储层岩石特性、流体特性、生产条件等对出砂与防砂工作中各个环节做出必要的评判或决定，主要包括四方面内容：油气井系统出砂预测；防砂工艺方案评价与优选；防砂工艺施工参数设计和防砂井产能预测和评价。

通过这次课程设计已到达熟悉油气井出砂与防砂的基本知识，掌握基本的出砂预测方法与防砂设计理论与技术。通过综合设计熟练掌握出砂与防砂的主要设计理论与方法，并熟练应用相应的软件使用技巧。

第1章油气井的出砂的原因与出砂机理

1.1 油气井出砂原因分析

油气井出砂是由于井底附近地带的岩层结构破坏所引起，它是各种因素综合影响的结果，这些因素可以归结为两个方面，即地质条件和开采因素，其中地质条件是内因，开采因素是外因。

A. 内因—砂岩油气层的地质条件

（1）钻井前后的应力状态变化

砂岩油气层在钻井前处于应力平衡状态。钻开油气层后，井壁附近岩石的原始应力平衡状态遭到破坏，造成井壁附近岩石的应力集中。在其他条件相同的情况下，油气层埋藏越深，岩石的垂向应力越大，井壁的水平应力相应增加，所以井壁附近的岩石就越容易变形和破坏，从而引起在采油过程中油气层出砂，甚至井壁坍塌。

（2）岩石的胶结状态

油气层出砂与油气层岩石胶结物种类、数量和胶结方式有着密切的关系。油气层砂岩胶结方式主要有三种：基底胶结、接触胶结、空隙胶结。容易出砂的油气层岩石主要以接触胶结为主，其胶结物数量少，而且其中往往含有较多粘土胶结物。

（3）渗透率的影响

渗透率的高低是油气层岩石颗粒组成、空隙结构和孔隙度等岩石物理属性的综合反映。试验和生产实践证明，当其他条件相同时，油气层的渗透率越高，其

胶结强度越低，油气层越容易出砂。

（4）流体的性质

岩石的固结力还包括地层流体与颗粒之间的毛细管作用力。含有饱和度越高，则胶结较好；反之，胶结程度下降。此外，毛管作用力大小还受颗粒表面润湿性的影响。若强亲水，则易与水牢固结合，内聚力就增加。原油性质较差，在生产中，施加在岩石颗粒上的拖曳力大，易造成出砂。基于上述原因，稠油油藏一般容易出砂。

B. 外因—开采因素

（1）固井质量

由于固井质量差，使得套管外水泥环和井壁岩石没有黏在一起，在生产中形成高低压层的串通，使井壁岩石不断受到冲刷，粘土夹层膨胀，岩石胶结遭到破坏，因而导致油气井出砂。

（2）射孔密度

如果射孔密度过大，有可能使套管破裂和砂岩油气层结构遭到破坏，引起油气井出砂。

（3）油气井工作制度

油气井工作制度的变化，使得油气层岩石受力状况发生变化，容易引起地层出砂。

（4）地层压力下降

随着开采过程的进行，油气藏压力一般会下降，因上覆岩层压力不变，使得施加在岩石颗粒上的力越来越大，当其超过地层强度时，岩石骨架破坏，在液体流动条件下将地层颗粒携至井底，引起出砂。

（5）含水上升或注水对出砂的影响

含水对出砂的影响可归纳为：a.含水上升使地层颗粒间原始的毛细管力下降，导致地层强度降低；b.胶结物被水溶解，降低地层的强度；c.注水对地层的冲刷作用导致地层强度降低。另外，注水的反复冲刷，导致岩石发生拉伸破坏，加剧地层的出砂。

（6）蒸汽吞吐开采对出砂的影响

蒸汽的冲刷对岩石产生巨大的、持续的拉伸破坏：注蒸汽时的高压差对岩石造成剪切破坏，是岩石发生变形：蒸汽对岩石颗粒产生溶蚀作用，降低岩石的胶结强度；蒸汽中的水溶解了岩石颗粒的胶结物，降低了地层的毛细管力。

1.2 油气层出砂机理

油气层的出砂机理从力学角度分析有：a.剪切破坏机理 b.拉伸破坏机理。前者是炮孔周围应力作用的结果，与过低的井底压力和过大的生产压差有关；后者则是开采过程中流体作用于炮孔周围地层颗粒上的拖曳力所致，与过高的开采速度或过大的流体速度有关。此外还有微粒运移机理。

（1）剪切破坏机理

由于井筒及射孔孔眼附近岩石所受周向应力及径向压力差过大，造成岩石剪切破坏，离井筒或射孔孔眼的距离不同，产生破坏的程度也不同，从炮眼向外依次可分为：颗粒压碎区、岩石重塑区、塑性受损区及变化较小的未受损区。若岩石的抗剪强度底，抵抗不住孔周围的周向、径向应力差引起的剪切破坏，井壁附近岩石将产生塑性破坏，引起出砂。

（2）拉伸破坏机理

拉伸破坏是地层出砂的另一个机理。在开采的构成中，流体由油气藏渗流至井筒，沿程会与地层颗粒产生摩擦，流速越大，摩擦力越大，施加在岩石颗粒表面的拖曳力，即岩石颗粒前后的压力梯度越大。 实际上，剪切和拉伸两种机理将同时起作用且会相互影响，受剪切破坏的地层会对流体的拖曳力更加敏感。当剪切破坏的主要机理的情况下，流体流动对携带颗粒进入到井里也是很重要的。

第2章 油气井系统出砂预测

2.1 地层岩石力学参数获取

地层岩石力学参数是油气井出砂机理分析及系统出砂预测的基础和依据，目前求取岩石力学参数的方法主要有两种：一是在实验室对岩样进行实测，二是使用测井资料求取。由于岩心的获得比较困难， 因此利用室内试验法求取岩石力学参数有明显的局限性。为了获得全井段连续的力学参数需要借助于测井资料。 根据设计所给的数据并用油气井出砂与防砂软件可知结果如下：

根据自然伽马测井曲线个估算砂岩中的泥质含量：

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G G CL

G V •∆-=- min max min X X G X X -∆=-

式中 G —新地层取3.7，老地层取2.0；V CL —泥质含量，小数；