油層出砂機(jī)理與各種防砂方法對比

張誠成（北京市昌平區(qū)中國石油大學(xué)，北京 102200）

油層出砂機(jī)理與各種防砂方法對比

張誠成（北京市昌平區(qū)中國石油大學(xué)，北京 102200）

在油田開發(fā)過程中，出砂對于一個(gè)油田的產(chǎn)能具有重要影響，因此了解油層出砂機(jī)理對有效控制出砂以及合理選擇防砂方法具有重要意義。本文在研究大量的文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，對油層出砂機(jī)理進(jìn)行了深入分析。此外，本文還分析了目前國內(nèi)各油田所使用的防砂方法，為選取防砂方法提供了一定的參考。研究成果對進(jìn)一步研究油層出砂機(jī)理及優(yōu)選防砂方法具有重要意義。

油層出砂；出砂機(jī)理；防砂方法

油層出砂是油田開發(fā)過程中經(jīng)常遇到的問題，油層出砂不僅給采油工藝帶來許多麻煩，導(dǎo)致油田穩(wěn)產(chǎn)的難度增大。地層砂進(jìn)入井筒，會(huì)導(dǎo)致管線和設(shè)備的堵塞，造成泵的損壞，嚴(yán)重時(shí)還可引起井壁坍塌，使套管壁受擠壓而變形損壞，致使油井停產(chǎn)，甚至報(bào)廢，最終影響到油田后續(xù)開發(fā)和采收率。因此，了解油層出砂機(jī)理十分必要。

1 油層出砂機(jī)理

1.1 拉伸破壞機(jī)理

油井生產(chǎn)時(shí)，隨壓差增大流速增大，對巖石拖曳力增大，巖石承受拉伸力也增大。，炮眼周圍由于過流面積減小，流體形成匯聚流，流速遠(yuǎn)大于地層內(nèi)部，因此流體對巖石的拉伸破壞在此處非常明顯。另外，近井地帶流體易脫氣，粘度增大，對巖石顆粒的拖曳力也會(huì)增加。當(dāng)該力超過巖石抗拉伸強(qiáng)度時(shí)，巖石就會(huì)遭受拉伸破壞，從而出砂。

1.2 剪切破壞機(jī)理

未打開油層之前，上覆巖層壓力由孔隙壓力與骨架應(yīng)力共同平衡，地層內(nèi)部應(yīng)力系統(tǒng)是平衡的。打開油層后，在近井地帶，地層應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞。隨開采進(jìn)行，油藏壓力逐漸降低，施加在骨架上壓力越來越大，當(dāng)該力超過巖石抗剪切應(yīng)力，巖石就會(huì)被剪切破壞。在地層流體產(chǎn)出時(shí)，地層砂就會(huì)被攜帶進(jìn)入井底，造成出砂。

1.3 粘結(jié)破壞機(jī)理

粘結(jié)強(qiáng)度是任何裸露的地層表面被侵蝕的一個(gè)控制因素。這樣的位置主要包括：射孔通道、裸眼完井的井筒表面、水力壓裂的裂縫表面或其它邊界表面。當(dāng)流體通過時(shí)，對巖石顆粒的拖曳力超過其粘結(jié)強(qiáng)度，巖石就會(huì)發(fā)生粘結(jié)破壞，造成出砂。

1.4 微粒運(yùn)移機(jī)理

出砂過程中，砂粒的運(yùn)移會(huì)導(dǎo)致井底周圍地層的滲透率下降，增大地層的拖曳力可能誘發(fā)固相顆粒的產(chǎn)出。

1.5 化學(xué)作用機(jī)理

流體流動(dòng)過程中，各區(qū)域的酸堿度不同可能會(huì)導(dǎo)致流體的不配伍，化學(xué)反應(yīng)可能會(huì)對膠結(jié)物產(chǎn)生溶蝕作用，從而破壞巖石強(qiáng)度。

2 各種防砂方法對比

我國防治砂工藝開始于1960年左右，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，到目前已經(jīng)形成機(jī)械防砂、化學(xué)防砂、砂拱防砂和其它的一些防砂技術(shù)。但是各種防砂方法都有各自的適用范圍，因此本文對各種防砂方法進(jìn)行了對比分析。

2.1 機(jī)械防砂

機(jī)械防砂技術(shù)是在我國使用比較成熟的一種防砂技術(shù)，常見的機(jī)械防砂的方法主要有礫石充填防砂和濾砂管防砂。礫石充填工藝技術(shù)比較成熟，適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用普遍，但是其防砂周期較長，充填的效率較低；濾砂管防砂工藝比較簡單，而且成本比較低廉，但強(qiáng)度比較低，與礫石充填防砂相比，其有效期短，防治細(xì)砂的性能也比較差。

2.2 化學(xué)防砂

化學(xué)防砂包括人工井壁和人工膠結(jié)地層兩種。其主要是利用化學(xué)藥劑把游離的砂體膠結(jié)起來，以穩(wěn)定地層結(jié)構(gòu)，具有一定的滲透率和一定的強(qiáng)度，從而達(dá)到固結(jié)流砂防止出砂的目的。其特點(diǎn)為后期作業(yè)比較簡單，而且不會(huì)留工具在井筒中，不需要打撈工具，這種防砂工藝更適合細(xì)粉砂油層和出砂嚴(yán)重的老井。

2.3 砂拱防砂

油井生產(chǎn)時(shí)，油氣流速低于臨界流速時(shí)，地層砂?；虺涮钌傲Ｔ谂谘壑車鷺?gòu)成的圓拱結(jié)構(gòu)即形成穩(wěn)定砂橋，從而起到防砂作用。但是為了保證沙橋穩(wěn)定性，應(yīng)該將產(chǎn)量控制在臨界流速以下。在一定采液流速下，可增大出油面積，降低生產(chǎn)壓差，如增大射孔密度，增大孔徑，甚至裸眼完井。

2.4 其他防砂

例如端部脫砂和礫石充填技術(shù)的結(jié)合—水力壓裂礫石充填防砂。利用水力壓裂的前置液造縫，并使縫長達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以高砂比泵注，使支撐劑在裂縫端部脫砂沉積，使裂縫長度延伸減緩或停止，而裂縫寬度繼續(xù)增大，最終形成寬而短的高導(dǎo)流能力的礫石充填裂縫，從而防砂。

除了上述防砂方法之外，若油井的地質(zhì)條件復(fù)雜，則還可以采用復(fù)合防砂方法。復(fù)合防砂就是針對油井的特性，采取兩種或兩種以上的防砂方法（主要是機(jī)械防砂和化學(xué)防砂）。一方面能在近井地帶形成一個(gè)滲透性較好的人工井壁，另一方面利用機(jī)械防砂管柱形成二次擋砂屏障，所以防砂效果更好，防砂周期也更長。

復(fù)合防砂技術(shù)比單一防砂技術(shù)難度更大，所以在出砂較少的油井使用成本過高。復(fù)合防砂主要針對于地質(zhì)條件復(fù)雜，出砂非常嚴(yán)重的老井，因?yàn)檫@種類型油井長期生產(chǎn)，在地層造成較大的虧空，單一防砂很難起到作用。

3 總結(jié)

（1）油藏出砂機(jī)理主要為地層坍塌及剝落出砂，以拉伸破壞出砂、剪切破壞和粘結(jié)破壞為主。

（2）目前我國油田主要的防砂方法有機(jī)械防砂、化學(xué)防砂以及砂拱防砂和其它的一些防砂技術(shù)，根據(jù)各油田出砂程度可選用不同的防砂方法。

（3）對于出砂嚴(yán)重的油井可以使用復(fù)合防砂技術(shù)來進(jìn)行防砂。

4 結(jié)語

在油藏開發(fā)過程中應(yīng)該注意加強(qiáng)油井的生產(chǎn)管理，控制好油井生產(chǎn)壓差與油藏注采比，避免人為因素對儲層造成拉伸與剪切破壞而導(dǎo)致油層出砂。對于易出砂井，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在設(shè)計(jì)之前獲得巖石強(qiáng)度、地應(yīng)力等參數(shù)，以便弄清出砂原因，在完井設(shè)計(jì)中優(yōu)選防砂方法。

［1］徐守余，王寧.油層出砂機(jī)理研究綜述［J］.新疆地質(zhì)，2007，03：283-286.

［2］李霖洲.油井出砂機(jī)理及防砂技術(shù)研究［J］.化工管理，2015，10：184.

［3］楊晨.簡論油井出砂的危害及防砂技術(shù)［J］.科協(xié)論壇，2013，02：42-43.

張誠成（1994-），男，漢族，陜西省咸陽市人，中國石油大學(xué)（北京）本科在讀，主要從事石油工程方向研究（鉆完井）。