油井出砂機理分析及防砂措施研究

龔亞南 蔡雨濛

摘要：在油田開采過程中，隨著油田開采的不斷進行，地層能量也會隨之不斷下降，此時油井內部的壓差就會不斷增大，進而導致油井出砂的問題不斷嚴重，油井出砂會對其產能造成比較大的影響。地層出砂會進入到井筒中，可能會造成管線和設備堵塞情況的出現，或者對泵造成破壞，甚至可能會導致井壁坍塌的問題，造成套管變形損壞，最終使油井不能夠繼續生產，而且會影響后續開采和最終的采收率。鑒于此，文章結合筆者多年工作經驗，對油井出砂機理分析及防砂措施研究提出了一些建議，僅供參考。

關鍵詞：油井出砂;機理分析;防砂措施;研究分析

引言

油井出砂的原因是多方面的。油井的地質條件，如膠結強度和地層應力條件的變化，以及注水開發等生產因素，都與油井出砂有關。為了保證油井的生產，需要采取有效的防砂措施來處理油井，有效地發揮防砂作用。目前常用的防砂技術有化學防砂、機械防砂、復合防砂和高壓充填防砂。在選擇防砂技術時，需要根據油井的實際情況，選擇合適的防砂方法才能取得良好的效果。

1、油層出砂機理

一般來說，當地層應力超過地層強度時，就有可能出砂。從力學角度看，出砂機理可歸結為兩種巖石破壞機制：剪切破壞機制和拉伸破壞機制。剪切破壞的主要因素是儲層壓力衰減或生產壓差過大。如果儲層能量不能及時補充，注水效果差，或生產壓差超過巖石強度，地層應力平衡將不穩定，導致剪切破壞。拉伸破壞是地層出砂的另一種機制，與開采速度過快或過快有關。在生產過程中，流體從儲層流向井筒，并與地層顆粒發生摩擦。流速越大，摩擦力越大，施加在巖石顆粒表面的阻力越大，即巖石顆粒前后的壓力梯度越大。這兩種機制相互作用。一般來說，地層剪切破壞導致“突然大量出砂”，而拉伸破壞導致“細砂長流”。另外，疏松砂巖儲層中含有大量的游離顆粒，顆粒的運移也是其出砂機理之一。

2、油井出砂原因分析

2.1先天因素

先天成因是指砂巖地層的地質條件、類型、分布規律和地質時代。一般來說，膠結礦物數量多，類型好，分布均勻，地質時代早，砂巖油氣藏膠結強度大，否則膠結強度小。

2.2開發因素

由于人為開發因素造成的油井出砂、生產速度不當和生產速度突變、生產工藝落后、修井作業質量低、頻繁、酸化作業設計不合理、生產管理不科學等，都是可以避免的。

3、油井防砂措施分析

3.1化學防砂

化學防砂技術的主要原理是，利用化學方式來增強地層砂的膠結強度，從而使人工井壁的強度得到提升，進而防止地層砂進入井筒中。化學防砂具有多方面的優點，一方面其施工比較簡單，而且成本低，同時其對于粉砂層油藏的細分砂具有非常好的防砂效果，同時若油井含水率也比較高，其還能夠起到堵水的作用，從而更好地保障油井的產量。化學防砂的缺點在于，其有效期比較短，在經過長時間沖刷之后，化學膠體結構會再次被破壞，此時其就無法起到有效的防砂效果。因此，化學防砂方法主要被應用于開采初期或者是高含水的油井，能夠起到防砂控水的作用。在應用化學防砂方法時，應基于油井出砂的實際情況和地層壓力狀態、滲透率大小以及注采連通情況來確定施工方案和參數，對所需要的防砂半徑進行精確的計算，確保防砂方案可以得到落實，并且取良好的效果。

3.2高壓填充

當前，在國內使用的油井防砂工藝中，高壓充填防砂工藝具有最為廣泛的應用。高壓填充工藝利用了壓裂造縫形成高導滲流能力的支撐帶，通過在其中充填石英砂等礫石，可以建立一道分級分選過濾的人工井壁，通過這樣的方式可以對由于地層出砂及巖石結構破壞造成的壓力變化進行有效的平衡，從而使地層更加穩固，并且能夠起到良好的防砂、擋砂的作用。在充填防砂施工中最常用的擋砂工具有兩種，分別是割縫篩管和繞絲篩管，在實際的生產實踐中發現，應用這兩種篩管進行油井防砂，其利用了相同的機理，而且起到的效果也比較相似。兩種工具相比，割縫篩管具有一定的優勢，就是在后期其比較容易打撈，因此在成本上比較低。

3.3對鉆井的要求

為了防止和減少地層損害，必須控制鉆井液密度，保證近平衡壓力鉆井，防止鉆井液過多地漏入地層，并加入必要的失水控制劑，以減少失水。②鉆井液必須具有良好的造壁性能，以防止井眼坍塌破壞儲層條件，這對疏松流砂層和裸眼完井尤為重要;③鉆井液中應適當加入防膨劑和乳化劑，以控制粘土膨脹和油乳劑損害;④鉆井靜液應與儲層巖石和地層流體具有良好的化學相容性，防止沉積和堵塞。

3.4油井出砂判斷

（1）現場觀察法。1）核心觀察。常規取心工具對松動巖石的回收率較低，容易從取心筒中取出巖心或從取心筒中脫落;肉眼觀察、手摸等方法判斷，松動巖石或低強度巖石往往一次破碎，或停放數日后自行折斷，或用指甲在芯上劃傷;芯浸在水或鹽水中易折斷。如果出現上述現象，說明地層在生產過程中容易出砂。2）臨時油井狀態。在同一油氣藏中，臨井生產過程中會產生出砂，而該井出砂的可能性較大。（2）地層出砂的影響因素。地層出砂的影響因素1）井底壓降。由于井底壓力降的增大，孔腔周圍巖石發生剪切，剪切帶擴大，易造成剪切破壞和出砂。2）塑性區的滲透性。塑性區的滲透性由于遠處細砂的壓實和堵塞而降低，從而增大了塑性區內的流動壓力梯度，容易引起拉斷和出砂。3）看油井里的水。油井見水后，可能會突然出砂，或出砂比以前重。其原因是：①水侵使黏性顆粒的毛細力大大降低;②流阻增大，儲層壓力降低;③水侵后油井壓力降低;④見水后，必須降低井底壓力，才能維持原油產量。前兩者可引起拉伸破壞和出砂，后兩者可引起剪切破壞和出砂。

4 結束語

綜上所述，開采過程中壓差過大會導致出砂。對于膠結性好、強度高的地層，生產初期往往沒有出砂問題。但隨著生產的發展，由于地層壓力衰竭或水侵等多種因素的影響，這些油井有可能在中后期出砂。注入水可溶解部分水泥在砂粒之間，降低地層膠結強度，為出砂創造條件。

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