岩石力学参数与地层出砂预测
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版社， ２００３：１２－１３． ［ ４］ 张锦宏．利用声波测井资料预测油井出砂的问题研究［Ｊ］．江汉石
油学报， ２００３， ２５（ ３） ： １２２．
（ 责任编辑 周永红）
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摘 要 ： 地 层 出 砂 对 油 气 田 开 发 危 害 较 大 ， 轻 者 会 导 致 油 、气 井 减 产 、水 井 减 注 ， 重 者 会 导 致 油 气 水 井 报 废。获取岩石力学参数后， 可以进行出砂预测， 尽早知道地层在开发过程中是否会出砂， 从而可以尽早采取防砂 措施， 保持油井稳产。
（ ３）
式中
Ｋ— ——体积模量， １０４ＭＰａ； Ｇ— ——剪切模量， １０４ＭＰａ； Ｂ— ——出砂指数， １０４ＭＰａ。
Ｂ 的值越小， 越容易出砂。胜利油田大量现场实验证明， 当 小于 ２×１０４ＭＰａ 时， 油气井趋于出砂。
根据测井资料， 计 算 的 埕 北 ２３４、２４５ 井 出 砂 指 数 曲 线 见
一、地层出砂与岩石力学关系
钻井后， 由于应力的集中， 井壁岩石的应力状态发生了 很大的变化， 两个水平主应力受井筒的影响最大， 近似于平 板上圆孔周围的应力状态。在后来的开发过程中， 含水的上 升、过大的生产压差及流速等都会对岩石结 构 造 成 一 定 的 破 坏。油层的出砂就是井壁岩石结构遭到破坏所引起的［１］， 井壁 岩石的应力状态和岩石的抗张强度是油层出砂的内因。
产压差 ６．３ ＭＰａ 超过该极限压差， 在生产过程中极易出砂。
２． 从测井资料中获取岩石力学参数， 进行出砂预测
（ １） 出砂指数法
研究表明， 地层的岩石强度同岩石的动静态弹性模量如
剪切模量 Ｇ、体积模量 Ｋ 有良好的相关性。Ｇ、Ｋ 都为声波速
度、密度、井径、泥质含量的函数， 定义岩石的出砂指数 ［４］为：
从力学角度分析油层出砂机理， 主要是剪切破坏机理和 拉伸破坏机理。剪切破坏是出砂的基本机理： 炮孔及井眼周围 的岩石所受的应力超过了岩石本身的强度， 使地层产生剪切 破坏， 从而产生了破裂面； 破裂面降低了岩石的承载能力， 使 岩石进一步破碎和向外扩张； 由于产液流动的拖曳力， 将破裂 面上的砂子携带出来。剪切破坏将造成大量突发性出砂， 严重 时将砂埋井眼， 造成油井报废。剪切破坏的机理和严重程度， 与生产压差的高低密切相关。拉伸破坏的作用机理为： 流体的 流动， 使作用于炮孔周围地层颗粒上的水动力拖曳力过大， 炮 孔壁岩石所受径向应力超过其本身的抗拉强度， 部分颗粒脱 离母体而导致出砂。拉伸破坏的机理和严重程度， 与开采流速 及液体粘度的高低有关， 并具有自稳定效应。
库 仑— ——摩 尔 破 坏 准 则 是 目 前 岩 石 力 学 最 常 用 最 简 单 的一种准则。该准则认为岩石沿某一面发生破坏。不仅与该 面上剪应力大小有关， 而且与该面上的正应力有关。岩石并 不沿最大剪应力作用面产生破坏， 而是沿剪应力与正应力达 到 最 不 利 组 合 的 某 一 面 产 生 破 坏 ［３］。 即
（ ５）
式中 Ｑｃ— ——极限产量， ｍ３／ｓ； Ｋ — ——岩芯渗透率， ｍ２； Ｃ— ——岩芯内聚力， Ｐａ； Ｒ — ——炮孔半径， ｍ φ— ——岩芯内摩擦角， ０； μ— ——流体粘度， Ｐａｏｓ。
３） 应用实例 将测井数据计算出的岩石力学参数代入上述公式， 即可 获 得 极 限 生 产 压 差 、临 界 产 量 随 井 深 变 化 的 剖 面 。
５１
用如图 １ 所示的一条直线来表示， 直线的上方为应力破坏区。
图 １ 库仑－ 摩尔破坏准则数 直线与 τ 轴的交点处的剪应力， 为该组岩样的内聚力 τ０ ， 直线的斜率为内摩擦系 ｆ。 （ ２） 应用实例 郑王庄沙 ３ 段岩心钻取了三块标准试验岩心。对此组岩 心在不同围压条件下进行了三轴实验 ， 记 录 其 轴 向 应 变 、径 向应变随轴向载荷的变化规律， 即得到岩心的全应力 － 应变 曲线。对每块岩心的全应力应变曲线进行处理， 可得出岩石 弹 性 模 量 、泊 松 比 和 峰 值 强 度 见 表 １； 对 于 每 一 组 岩 心 ， 由 围 压和峰值强度， 可确定出岩心的内聚力和内摩擦角见表 ２。
（ １）
（ ２）
式中
│τｆ│— — — 岩 石 抗 剪 强 度 ； τ０— — — 岩 石 固 有 的 剪 切 强 度 ； σｎ — ——剪切面上的正应力；
ｆ — ——内摩擦系数；
α— — — 内 摩 擦 角 。
得 到 了 岩 石 破 坏 时 的 σ１、σ３ 值 后 ， 在 σ— ——τ 坐 标 系 中可画出一个破坏应力圆， 用相同的岩样进行不同的侧向压
第 ２１ 卷 第 ５ 期 ２００７ 年 １０ 月
胜利油田职工大学学报 ＪＯ Ｕ ＲＮＡＬ Ｏ Ｆ ＳＨ ＥＮＧＬＩ Ｏ ＩＬＦＩＥＬＤ ＳＴ ＡＦＦ Ｕ ＮＩＶＥＲＳＩＴ Ｙ
Ｖｏｌ． ２１ Ｎｏ ． ５ Ｏｃｔ ． ２００７
岩石力学参数与地层出砂预测
衣春霞， 邓广渝， 姜 静
（ 胜利油田采油工艺研究院， 山东 东营 ２５７０００）
（ ４） 通过测井数据获得单轴抗压强度后， 即可求出极限生产 压差随井深变化的剖面， 如图 ７ 所示。
图 ７ 临界生产压差计算曲线 通过上图可以看出， 在井段很多部位， 临界生产压差小 于 ２ＭＰａ， 为满足产量的需求， 实际生产通常都大于 ２ＭＰａ， 因 而生产过程中极易出砂， 须提前做好防砂措施。 ２） 极限产量的连续预测 极限产量预测的理论依据是： 炮孔周围流体的压力梯度 过高， 在炮孔周围产生诱导拉伸应力， 使岩石颗粒从炮孔表 面剥落下来， 造成出砂。
表 １ 岩心的峰值强度、弹性模量、和泊松比
表 ２ 岩心的内聚力和内摩擦角
ＥＳ３ 段岩心的摩尔园及应力— ——应变曲线见图 ２、３ 。
图 ４ 郑王庄区块临界产量、极限生产
压差与内聚力的关系（Ｓ３）
试 验 得 到 层 系 Ｅｓｈ、Ｋ１ 极 限 生 产 压 差 分 别 为 ３．１ＭＰａ 和
Leabharlann Baidu
３．４ ＭＰａ、临 界 流 量 为 ０．８５ ｍ３／ｄ．ｍ 和 １．４６ ｍ３／ｄ．ｍ， 而 其 实 际 生
二、岩石力学参数获取方法
根据地层的岩石力学性质， 可进行油层出砂情况的预 测。获取岩石力学参数的方法主要有两种， 一种是通过岩芯 力学试验直接获取， 一种是通过测井资料间接获取。
通过岩芯的力学试验直接获取力学参数的主要方法是 应 用 三 轴 岩 石 力 学 试 验 设 备 ， 在 模 拟 地 层 应 力 场 、通 过 测 量 在不同应力状态下岩心的应变程度， 得出岩石的杨氏模量、 泊 松 比 、内 聚 力 以 及 内 摩 擦 角 等 参 数 。
关键词： 应力； 出砂预测 ； 岩石力学； 临界生产压差； 极限产量 中图分类号： Ｐ６３４．１ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００８－ ８０８３（ ２００７） ０５－ ００５１－ ０３
地层出砂对油、气、水井造成的危害极大 ， 不 仅 会 导 致 油 井减产或停产及地面和井下设备的磨损， 严重时会使套管损 坏 、油 井 报 废 ， 因 而 分 析 地 层 出 砂 机 理 、进 行 准 确 的 出 砂 预 测， 尽早采取防砂措施， 在油气田开发中十分重要。近年来， 出砂预测理论发展较快， 由过去的定性的经验预测逐渐发展 到 用 软 件 计 算 定 量 得 到 表 征 地 层 出 砂 的 参 数 。而 无 论 哪 种 出 砂预测方法， 从根本上讲都是利用地层岩石的力学特性来进 行 预 测 的 ， 从 岩 心 试 验 测 定 或 测 井 资 料 获 取 杨 氏 模 量 、泊 松 比、内聚力、抗压强度等岩石力学参数后， 利用 开 发 的 软 件 可 以进行出砂预测， 判断油井是否出砂， 以便及早采取防砂措 施， 防止油、气井停产， 水井减注情况的发生。
５２
图 ６ 埕北 ２４５ 出砂指数与井深关系曲线 从埕 ２４３ 和埕 ２４５ 井计算结 果 来 看 ， 馆 陶 组 出 砂 指 数 在 很多部位低于 １．４×１０４ＭＰａ。初期生产会轻微出砂， 但是随着 含水的上升， 地层的岩石特性会发生根本的变化， 导致出砂 加剧。 （ ２） 极限生产压差、临界流量计算 １） 极限生产压差的连续预测 极限生产压差预测的理论依据是： 随着井底压力的降 低， 炮孔周围岩石的塑性变形量超过岩石的极限变形量， 岩 石颗粒将从炮孔表面脱落下来， 造成出砂。 为了对一口井的整个油层进行出砂预测， 采用了单轴抗 压强度法。单轴抗压强度法认为， 当生产压差超过岩石单轴 抗压强度 的 １／２ 时， 油气井开始出砂， 即极限生产压差为：
下图：
图 ２ １＃ 岩心全应力应变曲线
图 ５ 埕北 ２４３ 出砂指数与井深关系曲线
图 ３ ２＃ 岩心全应力应变曲线 从表 １ 、２ 中沙 ３ 段岩心试 验 结 果 分 析 看 ， 岩 心 的 内 聚 力仅为 ０．２５９ ＭＰａ， 岩石具有比较弱的抗剪切能力， 当岩 石 破 裂面上的剪应力 τ 大于等于材料本身的抗剪切强度和作用 于该破裂面上的有正应力引起的内摩擦力之和时， 岩石将发 生剪切破环， 导致出砂。 从图 ２ 、３ 看， 岩心在较小 的 轴 向 应 力 与 径 向 应 力 差 作 用下， 产生了很大的轴向和径向变形， 没有出现一般岩石的 弹 性 阶 段 。造 成 此 种 情 形 的 主 要 原 因 是 因 为 岩 心 主 要 靠 原 油 胶结， 在压力作用下极易变形。 对于沙 ３ 段油层， 在试验所得内聚力 、内 摩 擦 角 条 件 下 ， 计算出： 临界流量为 ０．０２６ｍ３／（ｄ．ｍ）； 极 限 生 产 压 差 为 １．８ＭＰａ。 如图 ４ 所示。
通过测井资料间接获取的方法是利用测井资料， 获得储 层参数， 计算获得的岩石的杨氏模量 、泊 松 比 、内 聚 力 等 岩 石 力学参数， 是对地下岩石特性的综合反映。比如测井资料中 的声波、密度可间接反映岩石强度； 泥 质 含 量 、井 径 则 与 岩 石 胶 结 强 度 具 有 相 应 对 应 关 系 ［２］。
参考文献： ［ １］ 朱彩虹． 胜利油田永八块地层出砂机理及预测［Ｊ］．石油钻探技
术， ２００２， ３０（ ２） ： ６６． ［ ２］ 王德新 吕从容． 油井中后期出砂预测及防砂对策［Ｊ］．石油钻采
工艺，１９９７，１９（ ３） ： ８３． ［ ３］ 何 生 厚，张 琪． 油 气 井 防 砂 理 论 及 其 应 用［Ｍ］．北 京 ： 中 国 石 化 出
图 ８ 埕北 ２４３、２４６ 井出砂临界采液强度 从临界产量曲线来看， 凡是油层的临界产量均较低， 主 要原因是地层胶结疏松， 原油粘度较高， 在极小的流速下地 层就会破裂而出砂。 四、结 论 通过研究岩石力学与油气层出砂的内在联系， 可以初步 预 测 油 、气 、水 井 的 出 砂 情 况 ， 已 经 胜 利 油 田 疏 松 砂 岩 油 藏 、 大港油田、青海涩北气田、中原油田、新 疆 雁 木 西 等 油 田 进 行 了 广 泛 的 应 用 ， 经 预 测 的 出 砂 井 在 以 后 的 采 油 、注 水 过 程 绝 大部分都出现了出砂现象， 理论出砂预测与油田实际出砂吻 合 率 达 到 ９０％以 上 ， 由 于 及 时 采 取 了 相 应 的 防 砂 措 施 ， 实 现 了 油 气 田 的 稳 产 、稳 注 。
试验数据与测井资料相结合可以利用有限岩心最大限 度获取岩石强度数据。取得岩石力学参数后， 可根据出砂预 测 理 论 进 行 以 下 出 砂 临 界 参 数 的 计 算 ： 出 砂 指 数 、临 界 生 产 压差； 临界出砂流量等。
三、岩石力学参数进行出砂预测 １．试验测定岩石力学参数进行出砂预测 （ １） 库仑－ 摩尔破坏准则
力 σ３ 及垂直压力 σ１ 的破 坏 实 验 ， 可 以 得 到 一 系 列 不 同 的 σ１、σ３ 值， 可画出一组破坏应力圆。这组破坏应力圆的包络
线， 即为岩石的抗剪强 度 曲 线 。 库 仑— ——摩 尔 破 坏 准 则 可 以
作者简介： 衣春霞（ １９７１－ ） ， 女， 山东栖霞人， 胜利油田采油研究院防砂中心工程师。
油学报， ２００３， ２５（ ３） ： １２２．
（ 责任编辑 周永红）
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摘 要 ： 地 层 出 砂 对 油 气 田 开 发 危 害 较 大 ， 轻 者 会 导 致 油 、气 井 减 产 、水 井 减 注 ， 重 者 会 导 致 油 气 水 井 报 废。获取岩石力学参数后， 可以进行出砂预测， 尽早知道地层在开发过程中是否会出砂， 从而可以尽早采取防砂 措施， 保持油井稳产。
（ ３）
式中
Ｋ— ——体积模量， １０４ＭＰａ； Ｇ— ——剪切模量， １０４ＭＰａ； Ｂ— ——出砂指数， １０４ＭＰａ。
Ｂ 的值越小， 越容易出砂。胜利油田大量现场实验证明， 当 小于 ２×１０４ＭＰａ 时， 油气井趋于出砂。
根据测井资料， 计 算 的 埕 北 ２３４、２４５ 井 出 砂 指 数 曲 线 见
一、地层出砂与岩石力学关系
钻井后， 由于应力的集中， 井壁岩石的应力状态发生了 很大的变化， 两个水平主应力受井筒的影响最大， 近似于平 板上圆孔周围的应力状态。在后来的开发过程中， 含水的上 升、过大的生产压差及流速等都会对岩石结 构 造 成 一 定 的 破 坏。油层的出砂就是井壁岩石结构遭到破坏所引起的［１］， 井壁 岩石的应力状态和岩石的抗张强度是油层出砂的内因。
产压差 ６．３ ＭＰａ 超过该极限压差， 在生产过程中极易出砂。
２． 从测井资料中获取岩石力学参数， 进行出砂预测
（ １） 出砂指数法
研究表明， 地层的岩石强度同岩石的动静态弹性模量如
剪切模量 Ｇ、体积模量 Ｋ 有良好的相关性。Ｇ、Ｋ 都为声波速
度、密度、井径、泥质含量的函数， 定义岩石的出砂指数 ［４］为：
从力学角度分析油层出砂机理， 主要是剪切破坏机理和 拉伸破坏机理。剪切破坏是出砂的基本机理： 炮孔及井眼周围 的岩石所受的应力超过了岩石本身的强度， 使地层产生剪切 破坏， 从而产生了破裂面； 破裂面降低了岩石的承载能力， 使 岩石进一步破碎和向外扩张； 由于产液流动的拖曳力， 将破裂 面上的砂子携带出来。剪切破坏将造成大量突发性出砂， 严重 时将砂埋井眼， 造成油井报废。剪切破坏的机理和严重程度， 与生产压差的高低密切相关。拉伸破坏的作用机理为： 流体的 流动， 使作用于炮孔周围地层颗粒上的水动力拖曳力过大， 炮 孔壁岩石所受径向应力超过其本身的抗拉强度， 部分颗粒脱 离母体而导致出砂。拉伸破坏的机理和严重程度， 与开采流速 及液体粘度的高低有关， 并具有自稳定效应。
库 仑— ——摩 尔 破 坏 准 则 是 目 前 岩 石 力 学 最 常 用 最 简 单 的一种准则。该准则认为岩石沿某一面发生破坏。不仅与该 面上剪应力大小有关， 而且与该面上的正应力有关。岩石并 不沿最大剪应力作用面产生破坏， 而是沿剪应力与正应力达 到 最 不 利 组 合 的 某 一 面 产 生 破 坏 ［３］。 即
（ ５）
式中 Ｑｃ— ——极限产量， ｍ３／ｓ； Ｋ — ——岩芯渗透率， ｍ２； Ｃ— ——岩芯内聚力， Ｐａ； Ｒ — ——炮孔半径， ｍ φ— ——岩芯内摩擦角， ０； μ— ——流体粘度， Ｐａｏｓ。
３） 应用实例 将测井数据计算出的岩石力学参数代入上述公式， 即可 获 得 极 限 生 产 压 差 、临 界 产 量 随 井 深 变 化 的 剖 面 。
５１
用如图 １ 所示的一条直线来表示， 直线的上方为应力破坏区。
图 １ 库仑－ 摩尔破坏准则数 直线与 τ 轴的交点处的剪应力， 为该组岩样的内聚力 τ０ ， 直线的斜率为内摩擦系 ｆ。 （ ２） 应用实例 郑王庄沙 ３ 段岩心钻取了三块标准试验岩心。对此组岩 心在不同围压条件下进行了三轴实验 ， 记 录 其 轴 向 应 变 、径 向应变随轴向载荷的变化规律， 即得到岩心的全应力 － 应变 曲线。对每块岩心的全应力应变曲线进行处理， 可得出岩石 弹 性 模 量 、泊 松 比 和 峰 值 强 度 见 表 １； 对 于 每 一 组 岩 心 ， 由 围 压和峰值强度， 可确定出岩心的内聚力和内摩擦角见表 ２。
（ １）
（ ２）
式中
│τｆ│— — — 岩 石 抗 剪 强 度 ； τ０— — — 岩 石 固 有 的 剪 切 强 度 ； σｎ — ——剪切面上的正应力；
ｆ — ——内摩擦系数；
α— — — 内 摩 擦 角 。
得 到 了 岩 石 破 坏 时 的 σ１、σ３ 值 后 ， 在 σ— ——τ 坐 标 系 中可画出一个破坏应力圆， 用相同的岩样进行不同的侧向压
第 ２１ 卷 第 ５ 期 ２００７ 年 １０ 月
胜利油田职工大学学报 ＪＯ Ｕ ＲＮＡＬ Ｏ Ｆ ＳＨ ＥＮＧＬＩ Ｏ ＩＬＦＩＥＬＤ ＳＴ ＡＦＦ Ｕ ＮＩＶＥＲＳＩＴ Ｙ
Ｖｏｌ． ２１ Ｎｏ ． ５ Ｏｃｔ ． ２００７
岩石力学参数与地层出砂预测
衣春霞， 邓广渝， 姜 静
（ 胜利油田采油工艺研究院， 山东 东营 ２５７０００）
（ ４） 通过测井数据获得单轴抗压强度后， 即可求出极限生产 压差随井深变化的剖面， 如图 ７ 所示。
图 ７ 临界生产压差计算曲线 通过上图可以看出， 在井段很多部位， 临界生产压差小 于 ２ＭＰａ， 为满足产量的需求， 实际生产通常都大于 ２ＭＰａ， 因 而生产过程中极易出砂， 须提前做好防砂措施。 ２） 极限产量的连续预测 极限产量预测的理论依据是： 炮孔周围流体的压力梯度 过高， 在炮孔周围产生诱导拉伸应力， 使岩石颗粒从炮孔表 面剥落下来， 造成出砂。
表 １ 岩心的峰值强度、弹性模量、和泊松比
表 ２ 岩心的内聚力和内摩擦角
ＥＳ３ 段岩心的摩尔园及应力— ——应变曲线见图 ２、３ 。
图 ４ 郑王庄区块临界产量、极限生产
压差与内聚力的关系（Ｓ３）
试 验 得 到 层 系 Ｅｓｈ、Ｋ１ 极 限 生 产 压 差 分 别 为 ３．１ＭＰａ 和
Leabharlann Baidu
３．４ ＭＰａ、临 界 流 量 为 ０．８５ ｍ３／ｄ．ｍ 和 １．４６ ｍ３／ｄ．ｍ， 而 其 实 际 生
二、岩石力学参数获取方法
根据地层的岩石力学性质， 可进行油层出砂情况的预 测。获取岩石力学参数的方法主要有两种， 一种是通过岩芯 力学试验直接获取， 一种是通过测井资料间接获取。
通过岩芯的力学试验直接获取力学参数的主要方法是 应 用 三 轴 岩 石 力 学 试 验 设 备 ， 在 模 拟 地 层 应 力 场 、通 过 测 量 在不同应力状态下岩心的应变程度， 得出岩石的杨氏模量、 泊 松 比 、内 聚 力 以 及 内 摩 擦 角 等 参 数 。
关键词： 应力； 出砂预测 ； 岩石力学； 临界生产压差； 极限产量 中图分类号： Ｐ６３４．１ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００８－ ８０８３（ ２００７） ０５－ ００５１－ ０３
地层出砂对油、气、水井造成的危害极大 ， 不 仅 会 导 致 油 井减产或停产及地面和井下设备的磨损， 严重时会使套管损 坏 、油 井 报 废 ， 因 而 分 析 地 层 出 砂 机 理 、进 行 准 确 的 出 砂 预 测， 尽早采取防砂措施， 在油气田开发中十分重要。近年来， 出砂预测理论发展较快， 由过去的定性的经验预测逐渐发展 到 用 软 件 计 算 定 量 得 到 表 征 地 层 出 砂 的 参 数 。而 无 论 哪 种 出 砂预测方法， 从根本上讲都是利用地层岩石的力学特性来进 行 预 测 的 ， 从 岩 心 试 验 测 定 或 测 井 资 料 获 取 杨 氏 模 量 、泊 松 比、内聚力、抗压强度等岩石力学参数后， 利用 开 发 的 软 件 可 以进行出砂预测， 判断油井是否出砂， 以便及早采取防砂措 施， 防止油、气井停产， 水井减注情况的发生。
５２
图 ６ 埕北 ２４５ 出砂指数与井深关系曲线 从埕 ２４３ 和埕 ２４５ 井计算结 果 来 看 ， 馆 陶 组 出 砂 指 数 在 很多部位低于 １．４×１０４ＭＰａ。初期生产会轻微出砂， 但是随着 含水的上升， 地层的岩石特性会发生根本的变化， 导致出砂 加剧。 （ ２） 极限生产压差、临界流量计算 １） 极限生产压差的连续预测 极限生产压差预测的理论依据是： 随着井底压力的降 低， 炮孔周围岩石的塑性变形量超过岩石的极限变形量， 岩 石颗粒将从炮孔表面脱落下来， 造成出砂。 为了对一口井的整个油层进行出砂预测， 采用了单轴抗 压强度法。单轴抗压强度法认为， 当生产压差超过岩石单轴 抗压强度 的 １／２ 时， 油气井开始出砂， 即极限生产压差为：
下图：
图 ２ １＃ 岩心全应力应变曲线
图 ５ 埕北 ２４３ 出砂指数与井深关系曲线
图 ３ ２＃ 岩心全应力应变曲线 从表 １ 、２ 中沙 ３ 段岩心试 验 结 果 分 析 看 ， 岩 心 的 内 聚 力仅为 ０．２５９ ＭＰａ， 岩石具有比较弱的抗剪切能力， 当岩 石 破 裂面上的剪应力 τ 大于等于材料本身的抗剪切强度和作用 于该破裂面上的有正应力引起的内摩擦力之和时， 岩石将发 生剪切破环， 导致出砂。 从图 ２ 、３ 看， 岩心在较小 的 轴 向 应 力 与 径 向 应 力 差 作 用下， 产生了很大的轴向和径向变形， 没有出现一般岩石的 弹 性 阶 段 。造 成 此 种 情 形 的 主 要 原 因 是 因 为 岩 心 主 要 靠 原 油 胶结， 在压力作用下极易变形。 对于沙 ３ 段油层， 在试验所得内聚力 、内 摩 擦 角 条 件 下 ， 计算出： 临界流量为 ０．０２６ｍ３／（ｄ．ｍ）； 极 限 生 产 压 差 为 １．８ＭＰａ。 如图 ４ 所示。
通过测井资料间接获取的方法是利用测井资料， 获得储 层参数， 计算获得的岩石的杨氏模量 、泊 松 比 、内 聚 力 等 岩 石 力学参数， 是对地下岩石特性的综合反映。比如测井资料中 的声波、密度可间接反映岩石强度； 泥 质 含 量 、井 径 则 与 岩 石 胶 结 强 度 具 有 相 应 对 应 关 系 ［２］。
参考文献： ［ １］ 朱彩虹． 胜利油田永八块地层出砂机理及预测［Ｊ］．石油钻探技
术， ２００２， ３０（ ２） ： ６６． ［ ２］ 王德新 吕从容． 油井中后期出砂预测及防砂对策［Ｊ］．石油钻采
工艺，１９９７，１９（ ３） ： ８３． ［ ３］ 何 生 厚，张 琪． 油 气 井 防 砂 理 论 及 其 应 用［Ｍ］．北 京 ： 中 国 石 化 出
图 ８ 埕北 ２４３、２４６ 井出砂临界采液强度 从临界产量曲线来看， 凡是油层的临界产量均较低， 主 要原因是地层胶结疏松， 原油粘度较高， 在极小的流速下地 层就会破裂而出砂。 四、结 论 通过研究岩石力学与油气层出砂的内在联系， 可以初步 预 测 油 、气 、水 井 的 出 砂 情 况 ， 已 经 胜 利 油 田 疏 松 砂 岩 油 藏 、 大港油田、青海涩北气田、中原油田、新 疆 雁 木 西 等 油 田 进 行 了 广 泛 的 应 用 ， 经 预 测 的 出 砂 井 在 以 后 的 采 油 、注 水 过 程 绝 大部分都出现了出砂现象， 理论出砂预测与油田实际出砂吻 合 率 达 到 ９０％以 上 ， 由 于 及 时 采 取 了 相 应 的 防 砂 措 施 ， 实 现 了 油 气 田 的 稳 产 、稳 注 。
试验数据与测井资料相结合可以利用有限岩心最大限 度获取岩石强度数据。取得岩石力学参数后， 可根据出砂预 测 理 论 进 行 以 下 出 砂 临 界 参 数 的 计 算 ： 出 砂 指 数 、临 界 生 产 压差； 临界出砂流量等。
三、岩石力学参数进行出砂预测 １．试验测定岩石力学参数进行出砂预测 （ １） 库仑－ 摩尔破坏准则
力 σ３ 及垂直压力 σ１ 的破 坏 实 验 ， 可 以 得 到 一 系 列 不 同 的 σ１、σ３ 值， 可画出一组破坏应力圆。这组破坏应力圆的包络
线， 即为岩石的抗剪强 度 曲 线 。 库 仑— ——摩 尔 破 坏 准 则 可 以
作者简介： 衣春霞（ １９７１－ ） ， 女， 山东栖霞人， 胜利油田采油研究院防砂中心工程师。