压裂防砂技术项目总结

项目名称：压裂防砂技术研究与实验

负责单位：吐哈油田分公司开发事业部

承担单位：吐哈油田分公司吐鲁番采油厂

吐哈石油勘探开发指挥部钻采工艺研究院

2003年9月

负责单位负责人：金志鹏

承担单位负责人：周自武建伟承担单位具体负责人：王宇宾兆江

目录

一、问题的提出 (3)

二、油井出砂状况机理分析与评价 (6)

三、压裂防砂技术原理及特点 (8)

四、国外技术状况 (10)

五、压裂防砂工艺技术研究 (11)

六、适合压裂防砂的支撑剂优选 (17)

七、低伤害压裂液的研究与优选 (18)

八、前期压裂防砂现场试验总结分析 (22)

九、压裂防砂试验下部工作安排 (25)

一、问题的提出

吐哈油田雁木西油田和鲁克沁稠油油田都存在一个共同的问题，即油井出砂严重，影响了正常生产。雁木西油田储层中孔低渗，岩性以细砂岩为主，中孔细喉道，平均孔径58.2m m，孔吼直径均值8.04m m，胶结疏松。投产初期油井自喷产能低，出砂较严重，储层出砂造成了严重的地层伤害。采用烧结防砂筛管防砂后，见到了较好的防砂效果，但不能完全满足防砂稳产要求。同时，采用防砂管防砂其有效期一般都不长，粉细砂在井筒中逐渐堆积，使油井产量越来越低。鲁克沁稠油油田表现更加突出，由于地层出砂的影响，油井采油时率低，检泵周期很短，采用TBS防砂管有效期短，地层产能下降快。

以鲁2井为例，鲁2井是鲁克沁区块的一口探井，试油时曾大量出砂，其中目前生产层（2341～2377m）共出砂0.56m3，日产稠油23.3m3/d。而其上层（2290～2320m）出砂达4.3 m3，日产稠油13.8m3/d，日产水16.4m3/d。试油时累计出砂5.0m3。1998年挤水泥封堵（2290～2309.37m），1998年9月投产2341～2377m，产量一直在18m3/d以上，不出砂。生产15个月之后，掺稀泵泵压偏高，于1999年12月25日进行第一次检泵作业。发现单流阀入口4孔中有3孔被胶皮、碎石、油泥等杂质严重堵塞。投产后由于某些原因不能正常生产，1月28日该井再次上修。检查抽油泵被卡死，油井口袋沉地层砂约32升。从开始作业至此，共产液18.72m3，折算采油砂比0.17%。试抽出液后开井生产48h后由于抽油杆不下行，光杆再次变形。此间产液37.76m3。

2月14日起原井杆柱，在1300m处发现断脱。改起油管，起完管柱检查发现泵座以上有5根油管被砂堵死，取砂样为细粉砂，砂量约200L。抽油泵被卡死，拉杆不能推入泵。下冲砂管柱探得砂面深

度：2379.37m，已接近油层下界（2377m），冲砂总进尺12.74m，砂量约253L，加上油管地层砂共453L。而此间共产液37.76m3，折算采油砂比1.2%。29日下入防砂管柱，接在管脚下部。3月1日开井，出油量偏少，2日不出油停井，两天合计出产稠油8.8 m3。

3月3日起管杆柱，检查发现泵被砂卡，防砂管柱未起到好的防砂作用。冲砂后下入防砂管式泵生产。15日光杆突然不下行，被迫再次停井。冲砂作业冲出地层砂约500L，折算采油砂比0.9%。

2000年4月6日在油管尾部接75m金属球烧结防砂筛管完井，并调小冲程至4m，开井初期产量14-15m3/d，后逐步降为5m3/d，功图测试表明供液不足，但液面测试显示液面在500-600m，可见，防砂管存在堵塞，渗流能力下降，导致油管供液不足。为增大防砂管外压差，改善防砂管渗流能力，5月份又将冲程调回到5m，结果并不理想。产量仍徘徊在5-6m3/d。至5月23日，空心抽油杆突然堵塞，关井。这一阶段开井31天，生产稠油277.66m3，未发生卡泵现象。

2000年8月冲砂检泵，下入TBS防砂管40m，但生产不到一天发生砂卡泵停井，最下部4根防砂管被砂子堵死，油井停产。出砂情况统计见表1。

鲁2井自2000年4月采用粉末冶金防砂筛管防砂失败后基本没有生产。2000年8月采用TBS筛管防砂，但生产不到1天，又发生砂卡泵，最后4根防砂管被堵死，再一次关井停产。分析认为，鲁2井这次防砂失败的主要原因是封隔器悬挂位置太低，上层出砂进入防砂管及抽油泵引起。

表1 鲁2井出砂情况统计表

因此，研究试验新的防砂方法，在防砂的同时尽量不降低地层产能，保持这类油田的高效开采。压裂防砂是把水力压裂的增产效果与防砂充填的工艺优点结合起来，同时完成水力压裂与砾石充填作业。其技术成功的关键在于采用“端部脱砂”（Tso：Tip Screenout）技术。此项技术的作业实施可以概括为两个阶段：①形成水力裂缝并促使其发生端部脱砂；②裂缝扩展并进行再充填。压裂防砂不仅有明显的增产作用，同时，压裂防砂井的情况与单一防砂井不同，由于渗流速度较低，按相同产率而言，压裂防砂井可在压差较小情况下生产，而且在投产后地层应力并不释放，所以压裂防砂在增产的同时实现了防砂；另外，压裂防砂把增产措施与防砂作业结合在一体进行，与压裂增产措施和防砂作业比较不仅缩短了占井时间，同时降低了作业费用，提高了经济效益。

雁木西油田雁6块油藏具第三系储层岩性以细砂岩为主，占50.5%，粉砂岩占24.8%。岩石类型为长石岩屑砂岩。碳酸盐胶结物含量9.7%，泥质胶结物含量7.2%。胶结方式为孔隙式胶结（58%）和基底胶结（42%），点式接触为主，胶结程度较弱，地面岩心用手稍微

加压即粉碎，预测认为地层极易出砂。储层渗透率8.1—300×10-3μm2，空隙度22%，为中孔中渗油藏。吐玉克油田自然产能低，玉东2井和玉东101井压裂后裂缝导流能力低，增产效果不明显，鲁2井采用涂层陶粒防砂试验，措施后地层仍然出砂，没有取得预期防砂效果。端部脱砂是水力压裂提高裂缝导硫能力有效办法，吐玉克油田地层渗透率较高，胶结疏松，通过压裂防砂既能实现压裂增产目的，又可达到防砂效果。

二、油井出砂状况机理分析与评价

油层出砂是由于井底附近地带的岩石结构破坏所引起，与岩石的胶结强度及开采条件等有关。岩石的胶结强度主要取决于胶结物的种类、数量以及胶结方式，通常砂岩的胶结物主要为粘土、碳酸盐和硅质三种，以硅质胶结物的强度最大，碳酸盐胶结次之，粘土胶结最差。对于同一类型胶结，胶结物含量愈多、胶结强度越大，储层越不易出砂。

吐哈已开采油田均为低渗透砂岩储层，以粘土胶结为主，胶结物含量一般为15%左右。各油田在开采过程中油井不出砂。鲁克沁和雁目西油田储层声波时差340～370μs/m，在地层出砂临界声波时差295～395μs/m的围之，地层存在出砂的可能性。尤其是油层见水后，由于部分胶结物的溶解，岩石胶结强度降低，会造成油层出砂。

用于预测储层出砂的方法及经验公式较多，采用常用的出砂指数法、斯伦贝谢比法、声波时差法等经验方法分析预测油井出砂状况。

①出砂指数法