08 出砂问题
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选择砾石充填是为了把地层砂挡在砾石的外部边缘，否则地层砂 进入充填物后会降低砾石充填的渗透率，导致产能降低。因此选择合 适的砾石尺寸尤为重要，有关研究表明用以充填砾石颗粒尺寸直径为 地层砂颗粒直径的5－6 倍较合适。
化学防砂是将化学药剂注入地层，把疏松的砂岩颗粒或充填到地 层的砾石胶结起来，从而稳定地层结构，达到防砂的目的。
2、 部分胶结地层
这种地层含有胶结物数量少，胶结力弱，地层强度低。投产以后地层 砂会在炮眼附近剥落，逐渐发展成空穴，这些剥落的地层砂进入井筒极易 添满井底，堵塞炮管。其产出液含砂量变化很大，每天都不一样，时时少。
8.2 防砂方法的分类
按照油藏性质的不同，油井可以是自然完井、防砂完井，或者是 用酸化、水力压裂等油层增产措施完井。
油井出砂量有时较小， 每吨产出液大约含几十克砂； 出砂量有时会很大，在油管 或套管中形成砂桥，对井内 流体流动造成障碍形成砂堵。
8.1 固相产出
一、出砂的危害
出砂的危害主要表现在以下三个方面：
1、 地面和井下设备磨蚀。 由于油、气井产出流体中含有地层砂，而地层砂的主要成分是二
氧化硅，它是一种硬度很高破坏性很强的磨蚀剂，能使抽油泵阀座磨 损而不密封，柱塞和泵缸拉伤，地面阀门失灵。
一般通过控制施工参Hale Waihona Puke Baidu诸如生产压力差（井底压力与地层压力之差）、 采油速率等来预防出砂。
8.2 防砂方法的分类
按照防砂机理的不同，第二种防砂方法又分为机械防砂、化学防 砂、砂拱防砂、热焦力防砂四类。
机械防砂又分为两类，一类是下入防砂管挡砂，还有一种是下入 防砂管后，充填材料用以防砂。
最常用的充填材料是砾石，即砾石充填防砂法。而砾石充填又分 为管内砾石充填和裸眼井砾石充填。
炮眼的扩大 和相互贯通过程 与以下即将介绍 的油、气井出砂 问题有着密切的 联系。
8.2 防砂方法的分类
针对有出砂危险的油井，可采取多种有效的措施进行防砂。防砂方法大 致分为两类:
一类是通过自然完井防砂，
另一类是通过采取了有效措施的完井防砂。
所谓自然完井是指下套管射孔完井后不再下入任何机械防砂装置或充填 物，也不注入化学药剂的防砂方法。
8.1 固相产出
二、出砂地层的类型及出砂特征
出砂地层根据地层砂胶结强度的大小可分成三种类型，每一类型 又有各自的出砂特征。
1、 流砂地层 2、 部分胶结地层 3、 脆性砂地层
8.1 固相产出
1、 流砂地层
流砂是指没有胶结的地层砂。流砂地层仅靠很小的流体附着力和周围 环境圈闭的压实力来聚集。这种地层一旦开井投产便连续不断出砂，但产 出液含砂量相对稳定，基本是一常数。虽然累计出砂量不断增大，但套管 周围不会出现地层空穴，只是地层越来越松。
第8章 出砂问题
8.1 固相产出 8.2 防砂方法的分类 8.3 预测出砂机理 8.4 数学模型概念
8.1 固相产出
油井出砂是指在生产压 差的作用下，储层中松散砂 粒随产出液流向井底的现象。 由于在白垩层和煤层也会发 生类似现象，因而用固相产 出这一概念来描述上述现象 更具有普遍意义(Dussealt and Santarelli(1989))。
2、 套管损坏、油井报废。 随着地层出砂量的不断增加，套管外的地层空穴越来越大，到一
定程度会导致突发性的地层坍塌。套管受坍塌地层砂岩团块的撞击和 地层应力变化的作用，受力失去平衡产生变形造成损坏，这种情况严 重时会导致油井报废。
3、 对钻机中的地层砂进行处理时，会造成环境污染，尤其是海洋油、 气田。
2、 拉伸破坏。 主要是由于过高的采油率导致井壁岩石所受周向应力超过岩石的拉 伸强度，地层流体的拖曳力将地层中的颗粒带入井中造成出砂。
8.4 数学模型
1、三维粒子模型 2、FEM 连续模型
8.3 预测出砂机理
一、出砂的力学机理
从力学的角度来说，出砂机理主要有两种情况：
1、 切破坏。 这主要是由于井内液柱压力较低，使得井壁周围岩石所受应力超过 岩石本身的强度而产生剪切破坏所造成。 一旦发生这种情况，井壁附近的地层性能和应力状态也随之改变。 Dussealt 和Santarelli 的研究结果表明，相对很小的剪应力就会使 靠粘聚力胶结在一起的材料发生破坏而形成颗粒状物质，而这些颗粒状 物质自身的性能也发生了变化。
8.2 防砂方法的分类
8.2 防砂方法的分类
套管通过水泥环与地层 固接，使用射孔枪射穿套管， 从而地层中的油、气通过所 射炮眼流入井底。
这样完井方式使得套管 及套管外的地层都有炮眼。 而炮眼的具体形状与射孔枪 的型号和尺寸以及储层岩石 的性能有关。
开始时炮眼的形状是细 长的，随着施工的进行，这 些炮眼逐渐变大最后发展成 洞穴。
化学防砂适用于渗透率相对均匀的薄油层，特别是在粉细砂岩地 层的防砂效果优于机械防砂。缺点是影响地层渗透率，降低油井产能。
8.2 防砂方法的分类
如果松散砂层中的砂 粒在炮眼入口处形成一个 稳定的、半球状的砂拱， 则带有射孔炮眼的套管外 松散砂层对流动有一种自 然的阻力，如图所示。而 砂拱的稳定性与砂层基体 中颗粒堆砌的密切程度有 关，因而有必要使这些砂 粒承受压力，造成必要的 颗粒堆砌。这就是稳定砂 拱防砂机理。稳定砂拱防 砂是指用泵对一个很长的 膨胀式封隔器元件加压， 提高井筒周围的径向应力， 把松散砂粒堆砌在一起， 稳定砂拱预防出砂。
对于单一油层、厚度大、无气、水夹层等要求较高的油层，一般 采用下套管射孔完井再进行砾石充填防砂，简称管内砾石充填。
裸眼井砾石充填防砂工艺用于油井先期防砂，适用的条件是油层 较单一，不含气、水层，地层渗透率较差，且地层结构有一定的强度。
裸眼井砾石充填防砂具有渗流面积大，渗流速度低等优点。
8.2 防砂方法的分类
化学防砂是将化学药剂注入地层，把疏松的砂岩颗粒或充填到地 层的砾石胶结起来，从而稳定地层结构，达到防砂的目的。
2、 部分胶结地层
这种地层含有胶结物数量少，胶结力弱，地层强度低。投产以后地层 砂会在炮眼附近剥落，逐渐发展成空穴，这些剥落的地层砂进入井筒极易 添满井底，堵塞炮管。其产出液含砂量变化很大，每天都不一样，时时少。
8.2 防砂方法的分类
按照油藏性质的不同，油井可以是自然完井、防砂完井，或者是 用酸化、水力压裂等油层增产措施完井。
油井出砂量有时较小， 每吨产出液大约含几十克砂； 出砂量有时会很大，在油管 或套管中形成砂桥，对井内 流体流动造成障碍形成砂堵。
8.1 固相产出
一、出砂的危害
出砂的危害主要表现在以下三个方面：
1、 地面和井下设备磨蚀。 由于油、气井产出流体中含有地层砂，而地层砂的主要成分是二
氧化硅，它是一种硬度很高破坏性很强的磨蚀剂，能使抽油泵阀座磨 损而不密封，柱塞和泵缸拉伤，地面阀门失灵。
一般通过控制施工参Hale Waihona Puke Baidu诸如生产压力差（井底压力与地层压力之差）、 采油速率等来预防出砂。
8.2 防砂方法的分类
按照防砂机理的不同，第二种防砂方法又分为机械防砂、化学防 砂、砂拱防砂、热焦力防砂四类。
机械防砂又分为两类，一类是下入防砂管挡砂，还有一种是下入 防砂管后，充填材料用以防砂。
最常用的充填材料是砾石，即砾石充填防砂法。而砾石充填又分 为管内砾石充填和裸眼井砾石充填。
炮眼的扩大 和相互贯通过程 与以下即将介绍 的油、气井出砂 问题有着密切的 联系。
8.2 防砂方法的分类
针对有出砂危险的油井，可采取多种有效的措施进行防砂。防砂方法大 致分为两类:
一类是通过自然完井防砂，
另一类是通过采取了有效措施的完井防砂。
所谓自然完井是指下套管射孔完井后不再下入任何机械防砂装置或充填 物，也不注入化学药剂的防砂方法。
8.1 固相产出
二、出砂地层的类型及出砂特征
出砂地层根据地层砂胶结强度的大小可分成三种类型，每一类型 又有各自的出砂特征。
1、 流砂地层 2、 部分胶结地层 3、 脆性砂地层
8.1 固相产出
1、 流砂地层
流砂是指没有胶结的地层砂。流砂地层仅靠很小的流体附着力和周围 环境圈闭的压实力来聚集。这种地层一旦开井投产便连续不断出砂，但产 出液含砂量相对稳定，基本是一常数。虽然累计出砂量不断增大，但套管 周围不会出现地层空穴，只是地层越来越松。
第8章 出砂问题
8.1 固相产出 8.2 防砂方法的分类 8.3 预测出砂机理 8.4 数学模型概念
8.1 固相产出
油井出砂是指在生产压 差的作用下，储层中松散砂 粒随产出液流向井底的现象。 由于在白垩层和煤层也会发 生类似现象，因而用固相产 出这一概念来描述上述现象 更具有普遍意义(Dussealt and Santarelli(1989))。
2、 套管损坏、油井报废。 随着地层出砂量的不断增加，套管外的地层空穴越来越大，到一
定程度会导致突发性的地层坍塌。套管受坍塌地层砂岩团块的撞击和 地层应力变化的作用，受力失去平衡产生变形造成损坏，这种情况严 重时会导致油井报废。
3、 对钻机中的地层砂进行处理时，会造成环境污染，尤其是海洋油、 气田。
2、 拉伸破坏。 主要是由于过高的采油率导致井壁岩石所受周向应力超过岩石的拉 伸强度，地层流体的拖曳力将地层中的颗粒带入井中造成出砂。
8.4 数学模型
1、三维粒子模型 2、FEM 连续模型
8.3 预测出砂机理
一、出砂的力学机理
从力学的角度来说，出砂机理主要有两种情况：
1、 切破坏。 这主要是由于井内液柱压力较低，使得井壁周围岩石所受应力超过 岩石本身的强度而产生剪切破坏所造成。 一旦发生这种情况，井壁附近的地层性能和应力状态也随之改变。 Dussealt 和Santarelli 的研究结果表明，相对很小的剪应力就会使 靠粘聚力胶结在一起的材料发生破坏而形成颗粒状物质，而这些颗粒状 物质自身的性能也发生了变化。
8.2 防砂方法的分类
8.2 防砂方法的分类
套管通过水泥环与地层 固接，使用射孔枪射穿套管， 从而地层中的油、气通过所 射炮眼流入井底。
这样完井方式使得套管 及套管外的地层都有炮眼。 而炮眼的具体形状与射孔枪 的型号和尺寸以及储层岩石 的性能有关。
开始时炮眼的形状是细 长的，随着施工的进行，这 些炮眼逐渐变大最后发展成 洞穴。
化学防砂适用于渗透率相对均匀的薄油层，特别是在粉细砂岩地 层的防砂效果优于机械防砂。缺点是影响地层渗透率，降低油井产能。
8.2 防砂方法的分类
如果松散砂层中的砂 粒在炮眼入口处形成一个 稳定的、半球状的砂拱， 则带有射孔炮眼的套管外 松散砂层对流动有一种自 然的阻力，如图所示。而 砂拱的稳定性与砂层基体 中颗粒堆砌的密切程度有 关，因而有必要使这些砂 粒承受压力，造成必要的 颗粒堆砌。这就是稳定砂 拱防砂机理。稳定砂拱防 砂是指用泵对一个很长的 膨胀式封隔器元件加压， 提高井筒周围的径向应力， 把松散砂粒堆砌在一起， 稳定砂拱预防出砂。
对于单一油层、厚度大、无气、水夹层等要求较高的油层，一般 采用下套管射孔完井再进行砾石充填防砂，简称管内砾石充填。
裸眼井砾石充填防砂工艺用于油井先期防砂，适用的条件是油层 较单一，不含气、水层，地层渗透率较差，且地层结构有一定的强度。
裸眼井砾石充填防砂具有渗流面积大，渗流速度低等优点。
8.2 防砂方法的分类