泉241斷塊出砂原因分析及防治措施

黃海鴻，王秀影，趙昆，游子衛，邱愛民，廖娟

（中石油華北油田公司采油工程研究院，河北任丘062552）

泉241斷塊出砂原因分析及防治措施

黃海鴻*，王秀影，趙昆，游子衛，邱愛民，廖娟

（中石油華北油田公司采油工程研究院，河北任丘062552）

泉241斷塊是典型的高孔中高滲強水敏疏松砂巖油藏，隨著大規模的開發，油田出砂嚴重影響正常開采，通過對泉241斷塊地質情況的分析，結合目前的生產狀態，分析了造成泉241斷塊出砂嚴重的幾大主要因素，根據不同井別提出了出砂防治措施。研究得出：造成泉241斷塊出砂主要原因是地層埋藏淺、膠結物含量低、地層水敏性嚴重，同時不合理的生產參數加劇出砂；提出生產老井可采用高壓礫石充填的防砂工藝技術，注水井根據井況合理使用分層注水防砂技術，先期防砂井應合理選擇不同防砂方式及其工藝參數。

疏松砂巖；出砂；出砂原因；礫石充填；分層防砂

疏松砂巖地層出砂在油田開發過程中是較為常見的難題，出砂不僅導致檢泵頻繁，影響油井生產時效，同時也會導致套損套變的出現，嚴重時造成油井報廢。不同疏松砂巖油藏出砂情況也有所不同，因此，如何有針對性的制定防砂措施顯得尤為必要。近年來我國大港、勝利、遼河油田在防砂工藝措施優選及工具優化有長足進步。目前華北油田泉241斷塊處于開發中期，剩余油仍然富集，因此仍有必要有針對性的制定防砂治砂措施，以提高斷塊開發效率，保證長期有效穩產。

1　泉241　斷塊地質及出砂情況

渤海灣盆地冀中坳陷廊固凹陷泉241斷塊經過數十年勘探開發，目前仍處于儲量高峰階段，泉241斷塊位于河北省廊坊市曹家務鄉張莊村西北，構造位于冀中坳陷廊固凹陷固安—舊州構造帶中部，含油層位為Es3段，埋深1400～1950m。泉241斷塊主力生產油層地層巖性以粉砂巖、細砂巖為主，儲層屬于高孔中高滲透型。

泉241斷塊大部分生產油水井出現了因為地層出砂導致的砂埋油層、沖砂過程出現灰漿、套損變形等情況，嚴重影響了油井正常生產。截止到2014年12月，泉241斷塊共有油井49口，出砂井數為34口，出砂比例達到69.4%，注水井共有25口，出砂井數有22口，出砂比例達到88%。根據國內外疏松砂巖地層開發經驗，因此有必要針對泉241斷塊目的層出砂原因、不同井況的出砂問題開展防砂技術研究，尋求最佳防砂方案，提高防砂效果。

2　泉241　斷塊疏松砂巖地層出砂原因分析

疏松砂巖地層出砂的核心原因是井底地層巖石結構受到破壞，造成該結果是由各種因素綜合影響的，主要總結為兩方面：內因——地質因素和外因——開發因素［1-2］。

2.1斷層多巖石強度低

泉241斷塊北、西、南三面受斷層夾持、其內部受東西向多條斷層切割；受多條斷層影響，巖層內部產生局部天然節理和微裂隙，地層巖石強度降低，導致地層出砂，而遠離斷層的井出砂程度相對緩和。

2.2顆粒點接觸粘土膠結力弱

地層中含膠結物量少，膠結力弱，導致地層強度低。投產后地層砂會在炮眼附近剝落，逐漸發展成空穴，剝落的地層砂進入井筒極易填滿井底，堵塞炮眼。地層埋藏越淺，壓實作用越弱，地層巖石強度越低。由表1可見，兩主力生產斷塊埋深較淺，油層巖石以細粉砂巖為主，膠結物含量處于低位。

2.3高孔滲砂巖儲層巖石強度低

根據國內砂巖油藏開發經驗，滲透率愈高，砂巖強度愈低，愈容易出砂。泉241斷塊產層段6塊取芯樣，統計分析，孔隙度21.2%～29.7%，平均為24.8%，滲透率（32.2～362）×10-3μm2，平均為197.1×10-3μm2，泉241斷塊為高孔高滲儲層。

2.4儲層強水敏及頻繁停注

注水后，粘土吸水膨脹，膠結強度降低，在流體的帶動下容易出砂。根據巖樣敏感性試驗分析：由圖1可見，泉241區塊巖芯通淡水后，滲透率傷害率幾乎高達95%，屬于強水敏儲層。

表1　泉241斷塊產層巖石物性

同時該區由于電路老化，停注頻繁，平均停泵周期詳見表2，停注造成井壁的壓力梯度增大，破壞巖石結構出砂。

表2　泉241斷塊部分井停泵統計

2.5地層壓降及生產壓差過大

生產過程中，隨著地層的出水和含水率的上升，地層出砂的可能性增大。隨著地層孔隙壓力的下降，井壁巖石所受的應力就會增大，地層出砂的可能性就會隨著增大。生產壓差（或生產速度）越大，在流體拖曳力的作用下，砂巖內的膠結物可能斷裂，失去對砂粒的膠結能力，砂粒會被流體帶走，形成出砂［3］。

圖1　泉241斷塊水敏評價試驗

巖石內壓力的平衡關系用下式表述：

Ph=Pp+σ

式中：Ph——上覆巖層壓力；

Pp——地層孔隙壓力；

σ——巖石骨架應力。

如不能及時補充地層壓力的降低，即Pp下降，但砂巖所承擔的上覆巖層壓力不變，則σ變大，也就是說，孔隙壓力的降低使砂粒間的接觸應力增大。當σ超過巖石膠結物的極限強度時，膠結物被壓碎，骨架破裂。

從泉241-52井2014年生產曲線（圖2）中可以看出，泉241-52井2014年以后出砂嚴重，5～8月3個月間砂面上升65.04m，砂面上升速度21.7m/月。9月30日井卡，10月1日洗井開，10月6日再次井卡。隨著生產的進行，井內動液面深度有加深的趨勢，動液面深度增加，地層孔隙壓力也隨之下降，造成巖石骨架應力的增加，從而導致骨架破裂后地層出砂。

2.6含水上升，地層強度降低

水浸泡泥質的膠結物后，膠結物中的粘土粉化，強度降低，或是粘土吸水膨脹，從砂粒上脫離下來，也使膠結強度降低，在流體的帶動下容易出砂。強注、強采的工藝，加大了巖石孔隙中的流體速度，使砂粒受更大的拖曳力。在這種情況下，受水的浸泡膠結物強度已降低的砂巖更容易出砂［4］。

圖2　泉241-52井2014年動液面深度變化曲線

圖3表明：相同含水量下，驅替壓差越大，累積出砂量越大，說明生產壓差與地層出砂有密切關系。因為生產壓差越大，對巖石骨架應力越大，巖石骨架發生破壞，造成出砂；其次，在相同驅替壓差下，隨含水量升高，累積出砂量也增大，這說明含水率與出砂現象也有密切聯系，因為泉241斷塊巖石粘土含量高，膠結弱，容易被水溶蝕，造成出砂。

表3為泉241斷塊注水井參數，由表可見，油層綜合含水率達到67.78%；泉241斷塊已進入產量遞減階段，當大量水進入產層，膠結物參與水化反應，砂巖膠結強度降低，使產層較易出砂。因此，生產壓差和含水率也是造成地層出砂的主要因素之一。

圖3　不同含水率驅替壓差與出砂量的關系曲線

表3　泉241斷塊注水參數

地質原因作為影響地層出砂的內在因素，油藏內在因素決定了其出砂的必然性，其中地層出砂主要因素為：儲層多斷層分布，砂巖巖石強度低；儲層埋藏淺，壓實作用差，膠結疏松；儲層巖性為粉細砂巖且為泥質膠結，膠結物含量低；儲層為高孔中高滲儲層，有利于出砂。在生產過程中，不合理的生產壓差以及后期含水率上升，將會進一步加劇出砂。因此，泉241斷塊選用合理的先期防砂措施顯得尤為必要。

3　泉241斷塊地層出砂防治措施

對于膠結疏松、出砂嚴重的地層，主要采用礫石充填防砂、化學防砂及防砂壓裂等措施［5-7］。華北油田應用的礫石充填方式有2種：管外篩管礫石充填和套管內篩管礫石充填。根據泉241斷塊生產情況分析，應根據已生產的老井、注水井、新鉆調整井及側鉆井制定防砂、治砂措施，靈活運用不同的防砂方式，使得防砂效果好、有效期長并且施工成本較低。

3.1老井治砂

泉241斷塊老井治砂應根據“穩、固、擋、排”的基本原則，采取擠壓充填防砂工藝，提高斷塊開發效果，并將地層和井筒用石英砂一次充填壓實，形成一個高滲透的擋砂屏障，阻止地層砂向井筒運移，并實現增產穩產的目的。采取老井礫石充填防砂前，應充分結合地層出砂粒徑尺寸，做好充填砂尺寸、割縫管縫寬及縫數的確定，結合國內外成功防砂案例，模擬并優化施工工藝參數。

泉241-19井采用套管內篩管礫石充填防砂完井。泉241斷塊泉241-19井于2005年1月2日投產，生產層位為沙三段，生產井段為1797～1808m，該井投產不久后的2005年1月就發現出砂。該井于2005年11月9日至27日進行了割縫篩管礫石充填防砂施工。

本井成功的進行了管柱坐封、高壓充填、循環充填反洗井、解封及丟手等作業，主要作業參數如下：泵壓11.8～19.7MPa，排量0.71～3.54m3/min，井內油管深度1734.32m，控制砂比10%～15%～20%，累計連續施工105min，累計加砂14.1m3，累計用攜砂液130.4m3。當入口壓力升至19.7MPa時停泵，壓力迅速下降至5.5MPa。再用原配置的攜砂液30m3進行反循環洗井，循環深度：1732.30m，泵壓0～4MPa，排量15m3/h，返出液體直至進出口水質一致，結束充填砂作業。

進行防砂措施之后，日產液8.3t，日產油8.3t，含水率為0。防砂后正常生產，截止2014年5月仍有效，累計產油14500t；防砂一直有效，目前日產液12.3t，日產油2.4t，含水率80.4%。

3.2注水井治砂

注水井治砂的關鍵核心是防止或者減少地層水反吐，根據華北油田目前注水情況來看，注水井出現頻繁停注是不可避免的，易導致反吐出砂，嚴重影響注水作業。截止到目前，泉241斷塊注水井防砂均是以化學防砂的方式進行（見表4）。

從表4中可以看出：針對泉241斷塊水井防砂中，固砂劑防砂效果較好，但其防砂強度仍然較低，在頻繁停注的大壓力梯度下，固砂劑依靠化學固結形成的擋砂層會受到破壞。因此結合目前油田分層注水的需要，進行機械防砂，主要防砂裝置為分層防砂和配套工具。管柱結構：管柱主要由丟手插封、擋砂皮碗、防砂管、配水器、可洗井封隔器、支撐卡瓦和底篩堵等工具組成，如圖4所示。該措施不僅施工工藝簡單，還能滿足后期洗井、測試的需要，同時防砂有效期較長，可根據實際井況應用該項技術。

3.3先期防砂

先期防砂主要采用高壓充填防砂技術，將高精密濾砂管和充填裝置下至油層部位丟手后，下入填砂服務管柱，采用清潔性攜砂液攜帶礫石，通過壓裂車組將礫石攜帶到油層虧空處和濾砂管與套管的環形空間，在礫石的濾砂和濾砂管的擋砂作用下，形成高強度的防砂屏障，阻止地層砂向井筒內運移，從而保證油井的正常生產。

表4　泉241斷塊注水井化學防砂效果

圖4　分層防砂分層注水一體化管柱

圖5　泉2斷塊防砂井日產油量

泉241斷塊暫無先期防砂，2012～2014年在鄰區塊泉2斷塊進行了5口井的先期防砂，主要以高壓礫石充填為主，目前生產正常，其中3口井生產曲線見圖5。

泉2斷塊5口先期防砂井的成功，主要歸結于：先期防砂前詳細分析以細粉砂巖出砂的儲層埋藏淺，儲層水敏性嚴重的特性，結合泉2斷塊水平井防砂的施工難點，制定出先期高壓礫石充填防砂完井方案；優化防砂工藝參數，同時采用絲堵+油管短節（扶正器）+底部充填工具+油管短節+精密濾砂管+倒扣接頭+油管+水平井液壓丟手封隔器+油管短節+變扣+加厚油管的防砂管柱。

因此，先期防砂應根據油田儲層地層情況以及后期的生產需要，優選出合理的防砂方式；同時結合已有的先進防砂工具，優化防砂工藝參數，對泉241斷塊先期防砂的成功與否起到決定性的作用。

4　結論

（1）泉241斷塊儲層埋藏淺、巖石膠結弱、孔滲高、強水敏性是其出砂的地質因素；開采過程中地層壓力下降，含水率上升造成了出砂加劇。

（2）泉241斷塊老井治砂應根據“穩、固、擋、排”的基本原則，可采取擠壓充填防砂工藝；并且應充分結合地層出砂粒徑尺寸，做好充填砂尺寸、割縫管縫寬及縫數的確定，模擬優化施工工藝參數。

（3）在頻繁停注的大壓力梯度下，固砂劑依靠化學固結形成的擋砂層會受到破壞。結合目前油田不同井況分層注水的需要，進行機械防砂有利于長期有效注水作業。

（4）先期防砂應根據油田儲層地質情況以及后期的生產需要，優選出合理的防砂方式及工藝參數。

［1］萬仁溥.現代完井工程［M］.2版.北京：石油工業出版社，2000.

［2］王艷輝，劉希圣.油井出砂預測技術的發展與應用綜述［J］.石油鉆采工藝，1994，16（5）：79-86.

［3］朱德武.出砂預測技術進展［J］.鉆采工藝，1996，19（6）：23-27.

［4］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，2003：11-12.

［5］高健.勝利埕島油田防砂工藝技術研究［D］.西南石油學院，2005.

［6］王合林，鐘福海.華北油田水平井完井固井技術［J］.石油鉆采工藝，2009，31（4）：113-117.

［7］羅美娥，黃玉波，陳鳳.北布扎奇油田出砂原因分析及防砂技術對策［J］.大慶石油地質與開發，2005，24（2）：72-74.

TE343

A

1004-5716（2016）10-0033-04

2016-05-07

2016-05-12

黃海鴻（1988-），男（漢族），重慶人，助理工程師，現從事鉆完井設計及研究工作。