疏松砂巖適度出砂開采效果影響因素分析

【摘 要】適度出砂是提高油井產(chǎn)能的方法之一，本文對(duì)疏松砂巖油藏的適度開采，剖析了影響適度出砂開采效果的幾個(gè)因素，主要針對(duì)儲(chǔ)層微粒的運(yùn)移、粘土礦物、水侵、地層壓實(shí)、邊水和氣驅(qū)以及油水兩相流等幾個(gè)因素進(jìn)行了深入的分析。

【關(guān)鍵詞】適度出砂；防砂；開采；產(chǎn)能；疏松砂巖

油藏在開采過程中，有選擇的阻止大于或等于一定粒徑的油層砂隨原油運(yùn)移，通過這些粒徑的油層砂的堆積，形成濾砂屏障，而阻擋較小粒徑的油層砂隨原油運(yùn)移，最終實(shí)現(xiàn)改善近井眼地層的油層孔滲結(jié)構(gòu)，發(fā)揮油層產(chǎn)能的目的。適度出砂的實(shí)質(zhì)是對(duì)產(chǎn)出砂粒徑的一種控制和管理，影響其的因素較多。本文對(duì)這些影響因素進(jìn)行較為深入的分析。

1.儲(chǔ)層微粒運(yùn)移對(duì)產(chǎn)能的影響[1]

疏松砂巖油藏由于膠結(jié)疏松，地層微細(xì)粒處于疏松或半疏松狀態(tài)，油田開采過程中，高粘度地層油滲流時(shí)對(duì)微粒的拖曳力大，很容易造成地層微粒隨流體的流動(dòng)而發(fā)生運(yùn)移、沉積堵塞，造成地層滲透率降低，影響油井產(chǎn)能。

地層微粒運(yùn)移是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，受地層孔隙結(jié)構(gòu)特征、微粒形狀大小、流體的拖曳力、微粒的電位、潤(rùn)濕性以及微粒粒徑與孔喉匹配關(guān)系等諸多因素的影響。微粒粒徑與孔喉匹配關(guān)系也決定微粒在孔喉中運(yùn)移的距離及微粒對(duì)儲(chǔ)層的滲透能力。

2.儲(chǔ)層粘土礦物對(duì)產(chǎn)能的影響

弱固結(jié)儲(chǔ)層巖化程度差，粘土含量高，含有大量自生的如高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石和混層粘土礦物。當(dāng)發(fā)生水侵時(shí)，粘土膨脹是造成地層滲透率降低，影響產(chǎn)能的主要原因。

疏松砂巖油藏產(chǎn)生晶格膨脹的礦物主要是蒙脫石、伊/蒙間層，次為水化白云母和水化黑云母。蒙脫石、伊/蒙間層的遇水膨脹可促發(fā)其它與之共存地層微粒（如高嶺石、伊利石等）從孔壁脫落。由于蒙脫石、伊/蒙間層粒徑一般為1～2μm，且含量很高，孔喉粗大，就地膨脹和分散運(yùn)移的結(jié)果不是將孔喉堵死，而是一定程度上擴(kuò)大孔喉。蒙脫石、伊/蒙間層的膨脹作用對(duì)巖石穩(wěn)定性的影響也比較復(fù)雜。Degens[2]對(duì)沉積地層的各種自生粘土礦物引起的儲(chǔ)層問題作了描述，揭示了儲(chǔ)層泥巖粘土引起地層滲透率降低的機(jī)理，由于粘土膨脹，孔隙度減小而引起的多孔地層的滲透率降低。

3.水侵破壞孔隙中油流的連續(xù)性

當(dāng)巖樣中的水處于束縛水狀態(tài)時(shí)，油流在孔隙度內(nèi)部成連續(xù)狀態(tài)。這時(shí)少量的束縛水，一部分以水膜的形式包圍在砂粒的周圍，在水膜的外面形成油水界面，此時(shí)油水界面所產(chǎn)生的力起到保持砂粒穩(wěn)定的作用；另一部分水分布于細(xì)小孔隙，所產(chǎn)生的毛管力阻礙油流進(jìn)入，并把微小的自由顆粒固定下來，在相當(dāng)大的油流速度下也不會(huì)被沖走。當(dāng)含水飽和度增大時(shí)，流體的流動(dòng)由原油的單相流變?yōu)橛退畠上嗔鲃?dòng)。當(dāng)其中一相流體含量較大時(shí)，就會(huì)使另一相流體失去連續(xù)性，使之成為大小不等的液滴，當(dāng)這些液滴通過孔隙喉道時(shí)，由于油水界面變形，引起阻力增大，這種現(xiàn)象就是賈敏效應(yīng)。以上阻力的存在增加了產(chǎn)液對(duì)砂粒的拖拽力，也就使巖石中微粒更容易移動(dòng)。另外，當(dāng)水成流動(dòng)的連續(xù)相時(shí)，流動(dòng)的剪切面為砂粒表面，只要流速有所增加，就會(huì)把原來穩(wěn)定在砂粒表面的松散微粒沖走，并在適當(dāng)?shù)牟课话l(fā)生堆積，堵塞流動(dòng)孔隙，而嚴(yán)重降低滲透率。在流量保持不變的情況下，由于孔隙通道變窄，使生產(chǎn)壓差增大，因而進(jìn)一步加大巖石出砂的可能性。

根據(jù)以上分析可知，毛管力在抑制出砂和促進(jìn)出砂方面都起到了一定的作用。對(duì)親水巖石，在束縛水飽和度狀態(tài)下，毛管力對(duì)砂粒起到了穩(wěn)定作用，而當(dāng)兩相流體同時(shí)流動(dòng)時(shí)，賈敏效應(yīng)等由于油水界面而產(chǎn)生的附加阻力，增加了流體對(duì)砂粒的拖拽力，因此使出砂變得嚴(yán)重。

4.油氣兩相流動(dòng)增加了油流阻力

原始油層的氣體，有溶解氣和自由氣兩種狀態(tài)，自由氣聚集在氣頂稱為氣頂氣。溶解狀態(tài)的氣體均勻飽和在油內(nèi)，稱為溶解氣。油田在開發(fā)過程中，由于不斷消耗油蕆本身的能力，地層壓力不斷下降，當(dāng)井底壓力低于飽和壓力時(shí)，井底附近原來溶解在原油中的天然氣就分離出來，井底附近出現(xiàn)油氣兩相流。

氣體從油中分離出后，開始是游離小氣泡均勻分散在油中，隨著油層壓力的下降，氣泡不斷長(zhǎng)大。當(dāng)氣泡通過孔隙喉道時(shí)，由于油氣界面變形，引起阻力增大?？紤]到油流入井要經(jīng)過無數(shù)這樣的隘口，油中的氣泡又是不斷增多增大，氣泡會(huì)發(fā)生淤塞作用，增加了油氣運(yùn)移的阻力。

5.邊水和氣驅(qū)的影響

油井所處構(gòu)造部位不同，開采效果差異很大。位于構(gòu)造低部位或近氣頂?shù)挠途?，開采效果較差。當(dāng)蚯蚓洞與邊水或氣頂連通時(shí)，油井常被迫關(guān)井。

6.地層壓實(shí)的影響

當(dāng)油氣從地下深處采出時(shí)，邊水和氣驅(qū)對(duì)適度出砂有一定的影響。如果不補(bǔ)充能量，孔隙壓力將逐漸降低，并將導(dǎo)致巖石體積收縮，油藏將被壓實(shí)，油藏壓實(shí)被認(rèn)為是一種重要的驅(qū)油機(jī)理，但油藏壓實(shí)可能會(huì)造成儲(chǔ)層滲透率下降，導(dǎo)致油氣井產(chǎn)能損失，對(duì)適度出砂有不利影響。

油藏壓力的遞減將導(dǎo)致地應(yīng)力有方向的變化，這對(duì)于井周應(yīng)力的影響是較為復(fù)雜的，井周的應(yīng)力集中和巖石的非線性本構(gòu)關(guān)系更使其加劇，對(duì)于某些孔穴形狀，由于油藏壓力的降低所產(chǎn)生的較小的定向地應(yīng)力對(duì)其穩(wěn)定性反而有所改善。但總的說來對(duì)于抗剪切破壞的孔穴穩(wěn)定性由于油藏壓力的遞減而明顯降低。

7.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)適度出砂是疏松砂巖開采的一種有效方式，能夠?qū)崿F(xiàn)控制一定出砂前提下盡可能提高產(chǎn)能的目的。

2)影響適度出砂開采的因素較多，主要有儲(chǔ)層微粒的運(yùn)移、粘土礦物、儲(chǔ)層水侵程度、地層壓實(shí)程度、邊水和氣驅(qū)以及油水兩相流等幾個(gè)因素的影響。

【摘 要】適度出砂是提高油井產(chǎn)能的方法之一，本文對(duì)疏松砂巖油藏的適度開采，剖析了影響適度出砂開采效果的幾個(gè)因素，主要針對(duì)儲(chǔ)層微粒的運(yùn)移、粘土礦物、水侵、地層壓實(shí)、邊水和氣驅(qū)以及油水兩相流等幾個(gè)因素進(jìn)行了深入的分析。

【關(guān)鍵詞】適度出砂；防砂；開采；產(chǎn)能；疏松砂巖

油藏在開采過程中，有選擇的阻止大于或等于一定粒徑的油層砂隨原油運(yùn)移，通過這些粒徑的油層砂的堆積，形成濾砂屏障，而阻擋較小粒徑的油層砂隨原油運(yùn)移，最終實(shí)現(xiàn)改善近井眼地層的油層孔滲結(jié)構(gòu)，發(fā)揮油層產(chǎn)能的目的。適度出砂的實(shí)質(zhì)是對(duì)產(chǎn)出砂粒徑的一種控制和管理，影響其的因素較多。本文對(duì)這些影響因素進(jìn)行較為深入的分析。

1.儲(chǔ)層微粒運(yùn)移對(duì)產(chǎn)能的影響[1]

疏松砂巖油藏由于膠結(jié)疏松，地層微細(xì)粒處于疏松或半疏松狀態(tài)，油田開采過程中，高粘度地層油滲流時(shí)對(duì)微粒的拖曳力大，很容易造成地層微粒隨流體的流動(dòng)而發(fā)生運(yùn)移、沉積堵塞，造成地層滲透率降低，影響油井產(chǎn)能。

地層微粒運(yùn)移是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，受地層孔隙結(jié)構(gòu)特征、微粒形狀大小、流體的拖曳力、微粒的電位、潤(rùn)濕性以及微粒粒徑與孔喉匹配關(guān)系等諸多因素的影響。微粒粒徑與孔喉匹配關(guān)系也決定微粒在孔喉中運(yùn)移的距離及微粒對(duì)儲(chǔ)層的滲透能力。

2.儲(chǔ)層粘土礦物對(duì)產(chǎn)能的影響

弱固結(jié)儲(chǔ)層巖化程度差，粘土含量高，含有大量自生的如高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石和混層粘土礦物。當(dāng)發(fā)生水侵時(shí)，粘土膨脹是造成地層滲透率降低，影響產(chǎn)能的主要原因。

疏松砂巖油藏產(chǎn)生晶格膨脹的礦物主要是蒙脫石、伊/蒙間層，次為水化白云母和水化黑云母。蒙脫石、伊/蒙間層的遇水膨脹可促發(fā)其它與之共存地層微粒（如高嶺石、伊利石等）從孔壁脫落。由于蒙脫石、伊/蒙間層粒徑一般為1～2μm，且含量很高，孔喉粗大，就地膨脹和分散運(yùn)移的結(jié)果不是將孔喉堵死，而是一定程度上擴(kuò)大孔喉。蒙脫石、伊/蒙間層的膨脹作用對(duì)巖石穩(wěn)定性的影響也比較復(fù)雜。Degens[2]對(duì)沉積地層的各種自生粘土礦物引起的儲(chǔ)層問題作了描述，揭示了儲(chǔ)層泥巖粘土引起地層滲透率降低的機(jī)理，由于粘土膨脹，孔隙度減小而引起的多孔地層的滲透率降低。

3.水侵破壞孔隙中油流的連續(xù)性

當(dāng)巖樣中的水處于束縛水狀態(tài)時(shí)，油流在孔隙度內(nèi)部成連續(xù)狀態(tài)。這時(shí)少量的束縛水，一部分以水膜的形式包圍在砂粒的周圍，在水膜的外面形成油水界面，此時(shí)油水界面所產(chǎn)生的力起到保持砂粒穩(wěn)定的作用；另一部分水分布于細(xì)小孔隙，所產(chǎn)生的毛管力阻礙油流進(jìn)入，并把微小的自由顆粒固定下來，在相當(dāng)大的油流速度下也不會(huì)被沖走。當(dāng)含水飽和度增大時(shí)，流體的流動(dòng)由原油的單相流變?yōu)橛退畠上嗔鲃?dòng)。當(dāng)其中一相流體含量較大時(shí)，就會(huì)使另一相流體失去連續(xù)性，使之成為大小不等的液滴，當(dāng)這些液滴通過孔隙喉道時(shí)，由于油水界面變形，引起阻力增大，這種現(xiàn)象就是賈敏效應(yīng)。以上阻力的存在增加了產(chǎn)液對(duì)砂粒的拖拽力，也就使巖石中微粒更容易移動(dòng)。另外，當(dāng)水成流動(dòng)的連續(xù)相時(shí)，流動(dòng)的剪切面為砂粒表面，只要流速有所增加，就會(huì)把原來穩(wěn)定在砂粒表面的松散微粒沖走，并在適當(dāng)?shù)牟课话l(fā)生堆積，堵塞流動(dòng)孔隙，而嚴(yán)重降低滲透率。在流量保持不變的情況下，由于孔隙通道變窄，使生產(chǎn)壓差增大，因而進(jìn)一步加大巖石出砂的可能性。

根據(jù)以上分析可知，毛管力在抑制出砂和促進(jìn)出砂方面都起到了一定的作用。對(duì)親水巖石，在束縛水飽和度狀態(tài)下，毛管力對(duì)砂粒起到了穩(wěn)定作用，而當(dāng)兩相流體同時(shí)流動(dòng)時(shí)，賈敏效應(yīng)等由于油水界面而產(chǎn)生的附加阻力，增加了流體對(duì)砂粒的拖拽力，因此使出砂變得嚴(yán)重。

4.油氣兩相流動(dòng)增加了油流阻力

原始油層的氣體，有溶解氣和自由氣兩種狀態(tài)，自由氣聚集在氣頂稱為氣頂氣。溶解狀態(tài)的氣體均勻飽和在油內(nèi)，稱為溶解氣。油田在開發(fā)過程中，由于不斷消耗油蕆本身的能力，地層壓力不斷下降，當(dāng)井底壓力低于飽和壓力時(shí)，井底附近原來溶解在原油中的天然氣就分離出來，井底附近出現(xiàn)油氣兩相流。

氣體從油中分離出后，開始是游離小氣泡均勻分散在油中，隨著油層壓力的下降，氣泡不斷長(zhǎng)大。當(dāng)氣泡通過孔隙喉道時(shí)，由于油氣界面變形，引起阻力增大?？紤]到油流入井要經(jīng)過無數(shù)這樣的隘口，油中的氣泡又是不斷增多增大，氣泡會(huì)發(fā)生淤塞作用，增加了油氣運(yùn)移的阻力。

5.邊水和氣驅(qū)的影響

油井所處構(gòu)造部位不同，開采效果差異很大。位于構(gòu)造低部位或近氣頂?shù)挠途?，開采效果較差。當(dāng)蚯蚓洞與邊水或氣頂連通時(shí)，油井常被迫關(guān)井。

6.地層壓實(shí)的影響

當(dāng)油氣從地下深處采出時(shí)，邊水和氣驅(qū)對(duì)適度出砂有一定的影響。如果不補(bǔ)充能量，孔隙壓力將逐漸降低，并將導(dǎo)致巖石體積收縮，油藏將被壓實(shí)，油藏壓實(shí)被認(rèn)為是一種重要的驅(qū)油機(jī)理，但油藏壓實(shí)可能會(huì)造成儲(chǔ)層滲透率下降，導(dǎo)致油氣井產(chǎn)能損失，對(duì)適度出砂有不利影響。

油藏壓力的遞減將導(dǎo)致地應(yīng)力有方向的變化，這對(duì)于井周應(yīng)力的影響是較為復(fù)雜的，井周的應(yīng)力集中和巖石的非線性本構(gòu)關(guān)系更使其加劇，對(duì)于某些孔穴形狀，由于油藏壓力的降低所產(chǎn)生的較小的定向地應(yīng)力對(duì)其穩(wěn)定性反而有所改善。但總的說來對(duì)于抗剪切破壞的孔穴穩(wěn)定性由于油藏壓力的遞減而明顯降低。

7.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)適度出砂是疏松砂巖開采的一種有效方式，能夠?qū)崿F(xiàn)控制一定出砂前提下盡可能提高產(chǎn)能的目的。

2)影響適度出砂開采的因素較多，主要有儲(chǔ)層微粒的運(yùn)移、粘土礦物、儲(chǔ)層水侵程度、地層壓實(shí)程度、邊水和氣驅(qū)以及油水兩相流等幾個(gè)因素的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]Mohan， K.K.， Fogler， H.S.， “Colloidally Induced Smecticic Fines Migration: Existance of Microquakes，” AICHE J.， Vol.43 No. 3， March 1997， pp565-576

[2]Degens， E.T.， Geochemistry of Sediments (A Brief Survey)， Prentice-Hall， Inc.， Englewood Cliffs， New York， 1965， pp342