油層出砂機理與各種防砂方法對比

張誠成（北京市昌平區中國石油大學，北京 102200）

油層出砂機理與各種防砂方法對比

張誠成（北京市昌平區中國石油大學，北京 102200）

在油田開發過程中，出砂對于一個油田的產能具有重要影響，因此了解油層出砂機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基礎上，對油層出砂機理進行了深入分析。此外，本文還分析了目前國內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。研究成果對進一步研究油層出砂機理及優選防砂方法具有重要意義。

油層出砂；出砂機理；防砂方法

油層出砂是油田開發過程中經常遇到的問題，油層出砂不僅給采油工藝帶來許多麻煩，導致油田穩產的難度增大。地層砂進入井筒，會導致管線和設備的堵塞，造成泵的損壞，嚴重時還可引起井壁坍塌，使套管壁受擠壓而變形損壞，致使油井停產，甚至報廢，最終影響到油田后續開發和采收率。因此，了解油層出砂機理十分必要。

1 油層出砂機理

1.1 拉伸破壞機理

油井生產時，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，流速遠大于地層內部，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增加。當該力超過巖石抗拉伸強度時，巖石就會遭受拉伸破壞，從而出砂。

1.2 剪切破壞機理

未打開油層之前，上覆巖層壓力由孔隙壓力與骨架應力共同平衡，地層內部應力系統是平衡的。打開油層后，在近井地帶，地層應力平衡狀態被破壞。隨開采進行，油藏壓力逐漸降低，施加在骨架上壓力越來越大，當該力超過巖石抗剪切應力，巖石就會被剪切破壞。在地層流體產出時，地層砂就會被攜帶進入井底，造成出砂。

1.3 粘結破壞機理

粘結強度是任何裸露的地層表面被侵蝕的一個控制因素。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。當流體通過時，對巖石顆粒的拖曳力超過其粘結強度，巖石就會發生粘結破壞，造成出砂。

1.4 微粒運移機理

出砂過程中，砂粒的運移會導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固相顆粒的產出。

1.5 化學作用機理

流體流動過程中，各區域的酸堿度不同可能會導致流體的不配伍，化學反應可能會對膠結物產生溶蝕作用，從而破壞巖石強度。

2 各種防砂方法對比

我國防治砂工藝開始于1960年左右，隨著科學技術的飛速進步，到目前已經形成機械防砂、化學防砂、砂拱防砂和其它的一些防砂技術。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行了對比分析。

2.1 機械防砂

機械防砂技術是在我國使用比較成熟的一種防砂技術，常見的機械防砂的方法主要有礫石充填防砂和濾砂管防砂。礫石充填工藝技術比較成熟，適應性強，應用普遍，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，但強度比較低，與礫石充填防砂相比，其有效期短，防治細砂的性能也比較差。

2.2 化學防砂

化學防砂包括人工井壁和人工膠結地層兩種。其主要是利用化學藥劑把游離的砂體膠結起來，以穩定地層結構，具有一定的滲透率和一定的強度，從而達到固結流砂防止出砂的目的。其特點為后期作業比較簡單，而且不會留工具在井筒中，不需要打撈工具，這種防砂工藝更適合細粉砂油層和出砂嚴重的老井。

2.3 砂拱防砂

油井生產時，油氣流速低于臨界流速時，地層砂粒或充填砂粒在炮眼周圍構成的圓拱結構即形成穩定砂橋，從而起到防砂作用。但是為了保證沙橋穩定性，應該將產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的結合—水力壓裂礫石充填防砂。利用水力壓裂的前置液造縫，并使縫長達到設計要求，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，而裂縫寬度繼續增大，最終形成寬而短的高導流能力的礫石充填裂縫，從而防砂。

除了上述防砂方法之外，若油井的地質條件復雜，則還可以采用復合防砂方法。復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（主要是機械防砂和化學防砂）。一方面能在近井地帶形成一個滲透性較好的人工井壁，另一方面利用機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。

復合防砂技術比單一防砂技術難度更大，所以在出砂較少的油井使用成本過高。復合防砂主要針對于地質條件復雜，出砂非常嚴重的老井，因為這種類型油井長期生產，在地層造成較大的虧空，單一防砂很難起到作用。

3 總結

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

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

（3）對于出砂嚴重的油井可以使用復合防砂技術來進行防砂。

4 結語

在油藏開發過程中應該注意加強油井的生產管理，控制好油井生產壓差與油藏注采比，避免人為因素對儲層造成拉伸與剪切破壞而導致油層出砂。對于易出砂井，設計人員應該在設計之前獲得巖石強度、地應力等參數，以便弄清出砂原因，在完井設計中優選防砂方法。

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

［2］李霖洲.油井出砂機理及防砂技術研究［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［J］.科協論壇，2013，02：42-43.

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