庫車前陸盆地致密砂巖氣藏出砂預測及防治

彭芬，袁學芳，張楊（中石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆 庫爾勒841000）

婁爾標，曹獻平 （中石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆 庫爾勒841000）

庫車前陸盆地地質構造非常復雜、地應力強（最小水平主地應力梯度21MPa／km）、地層壓力系數1.8，氣井目的層系為古近系和白堊系砂巖，目的層埋藏近7000m［1］，屬于典型的超深、超高壓、低孔、低滲儲層，且單井建井成本高，只有在較高的生產壓差下才能獲得經濟配產，生產壓差過大會增加地層出砂的風險，庫車前陸盆地多口氣井在測試中出現了不同程度的出砂現象（見表1）。儲層出砂，產出的砂粒堵塞測試管柱，增加了破壞井筒完整性的風險，影響氣井生產的經濟效益［2］。根據現場大量油氣井生產資料得出［3］，傳統臨界值不適用于庫車前陸盆地致密砂巖氣藏的出砂預測。筆者通過氣井試氣出砂情況分析，修正了B指數法和聲波時差法的臨界值，應用德魯克－普拉格準則計算生產壓差臨界值，將出砂井的生產壓差控制在臨界生產壓差內，使出砂情況得到了明顯改善。

表1 試氣生產中的出砂情況

1 修正的出砂預測法

1.1 修正的B指數法

B指數法（出砂指數法）［4］是基于儲層段的巖石力學特性來預測出砂：

表2 不同B指數臨界值預測的出砂情況

式中，E為彈性模量，Pa；μ為泊松比，1。傳統經驗認為，當B＞2×104MPa時，生產過程中不易出砂，且B值越大，潛在出砂風險越小。

基于式（1），筆者利用測井資料計算了庫車前陸盆地4口井（DX1、DX2、WX1和WX2）的B指數值，該4口井儲層段B指數值均大于經驗B指數臨界值2×104MPa，預測試氣過程中地層不會出砂，而實際試氣中有出砂現象，將B指數值修正到4×104MPa時，小于該修正值的層段會出砂，符合測試情況（見表2）。

1.2 修正的聲波時差法

聲波時差［5］能夠反映巖石成巖效果及其力學性能，聲波時差值越低，巖石越致密，力學穩定性越佳，經驗認為聲波時差值小于90μs／ft時，生產過程中出砂的潛在風險越小。

庫車前陸盆地儲層特點是低孔、低滲，巖石強度高，聲波時差值偏低，均小于經驗臨界值90μs／ft，預測試氣中地層不會出砂，與實際情況不符，若將聲波臨界值修正到75μs／ft，大于該臨界值的層段會出砂，與試氣過程出砂現象相符合（見表3）。

表3 不同聲波時差臨界值預測的出砂情況

2 臨界生產壓差的計算

臨界生產壓差指地層在不出砂的情況下承受的最大壓降，氣井臨界生產壓差計算中不僅要考慮巖石強度，同時要兼顧構造應力及地層孔隙壓力的影響［6］。

氣井井壁圍巖應力狀態方程：

依據德魯克 －普拉格準則，臨界生產壓差為［7］：

其中：

式中，B為出砂指數，MPa；σr為儲層基巖受到的徑向應力，MPa；σθ為儲層基巖受到的周向應力，MPa；σz為儲層基巖受到的垂向應力，MPa；σH為儲層最大水平主應力，MPa；σh為儲層最小水平主應力，MPa；σv為儲層上覆地層壓力，MPa；θ為井周角，（°）；pw為井底流壓，MPa；pp為地層孔隙壓力，MPa；α為Biot系數；φ為巖石內摩擦角，（°）；σc為巖石抗壓強度，MPa。

試氣中制定的生產壓差低于臨界生產壓差時，地層出砂現象能得到有效預防。

3 現場實例

采用修正的出砂預測方法對DX3和DX4井進行出砂預測，并計算2口井的臨界生產壓差，通過調整生產壓差來改善出砂情況（見表4）。

表4 出砂預測和生產壓差制定

由表4可知，DX3井儲層段B指數值大于修正值，聲波指數值小于修正值，預測試氣過程中不會出砂，DX4井試氣段（5900～5950m）B指數值小于修正值，聲波時差值大于臨界值，預測地層有出砂現象，符合實際情況。

基于式（3），利用2口井儲層段的巖石力學和測井資料，得到了其儲層段的臨界生產壓差（見表4），DX3試氣生產壓差小于臨界生產壓差，試氣中沒有出砂現象，而DX4儲層段（5900～5950m）的試氣生產壓差大于臨界生產壓差，將生產壓差降低到15MPa后，該井儲層段沒有出砂現象。

4 結論

1）常規的經驗出砂預測方法不能準確對庫車前陸盆地氣井出砂情況進行判斷，說明傳統經驗值不適用庫車前陸盆地裂縫性致密砂巖儲層，若將B指數法的臨界值修正到4×104MPa，聲波時差法的臨界值修正到75μs／ft，修正后的經驗方法預測結果與實際生產出砂情況相符合。

2）庫車前陸盆地氣井目的層巖石強度較高，試氣的生產壓差大，通過計算臨界生產壓差公式調整生產壓差后，能有效地防止地層出砂。

［1］ 周新源，皮學軍，廖濤 .塔里木盆地庫車坳陷油氣聚集模式 ［J］.中國石油勘探，2000，5（2）：18－20.

［2］ 何生厚，張琪 .油氣井防砂理論及其應用 ［M］.北京：中國石化出版社，2003：57－58.

［3］ 朱德武 .出砂預測技術進展 ［J］.鉆采工藝，1996，19（6）：23－26.

［4］ 楊志彬 .砂巖油藏出砂預測技術 ［J］.南方油氣，2003，16（2）：58－60.

［5］ 張錦宏 .利用聲波測井資料預測油井出砂的問題研究 ［J］.江漢石油學院學報，2003，3（2）：48－50.

［6］ 趙彩庭，鄧金根，王利華 .砂巖氣藏出砂臨界壓差預測方法 ［J］.長江大學學報（自科版），2011，8（6）：44－46.

［7］ 婁一珊，金業權 .巖石力學與石油工程 ［M］.北京：石油工業出版社，2006：154－162.