水期油井出砂原因分析

郭立娜

摘 要：JX45塊出砂比較嚴(yán)重，給油田生產(chǎn)帶來阻礙，本文點(diǎn)出該塊出砂現(xiàn)狀和重點(diǎn)分析形成出砂原因的幾大重要因素：微粒運(yùn)移、剪切破壞、、原油粘度、地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)因素影響，同時(shí)也有各種工藝增產(chǎn)措施的影響。

關(guān)鍵詞：油井出砂；微粒運(yùn)移；增產(chǎn)措施

前言

JX45塊是一個(gè)具有多種油藏類型、多種儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)、多種油品性質(zhì)的復(fù)雜油田，油層儲(chǔ)層巖性主要為灰褐色油斑細(xì)砂巖，區(qū)塊整體膠結(jié)程度較差，巖石較疏松，平均孔隙度34.2%，平均滲透率1.412mm2，屬高孔高滲型儲(chǔ)層。該塊目前總井109口，其中主力興隆臺(tái)油層98口，開井84口，日產(chǎn)液1545m3，日產(chǎn)油364噸。

從2014年開始，該塊投產(chǎn)的新井不斷增加，而新井在投產(chǎn)后出現(xiàn)了很多異常問題，其中最突出的就是該塊的新井出砂問題。目前JX45塊投產(chǎn)的新井中出砂井占78.4%，出砂現(xiàn)象較為嚴(yán)重。隨著開采時(shí)間的延長(zhǎng)該塊出砂井地層虧空嚴(yán)重、出砂分選性差異大，部分井出砂強(qiáng)度大而且細(xì)粉砂比例高。

1油井出砂現(xiàn)狀及機(jī)理原因分析

JX45塊砂礫巖層中的膠結(jié)物以泥質(zhì)成分為主，屬于弱膠結(jié)和松散膠結(jié)。泥質(zhì)成分中以高嶺石及伊-蒙混層為主，水敏感性強(qiáng)。受水浸泡，易膨脹、分散和運(yùn)移，造成砂礫巖中的砂粒失去膠結(jié)，在流體的攜帶下進(jìn)入井筒，形成出砂。當(dāng)砂礫巖中的含水量達(dá)到一定程度時(shí)，巖石強(qiáng)度明顯降低，對(duì)出砂的影響明顯增大，因此，砂礫巖膠結(jié)的好壞是出砂的直接因素。中高含水開發(fā)期由于含水量增大使產(chǎn)層物性發(fā)生變化，受水浸泡的影響，膠結(jié)物中的粘土礦物水化膨脹和運(yùn)移，損害膠結(jié)物，砂粒失去膠結(jié)，僅靠圍巖壓力和相互磨擦力難以限制其運(yùn)移。同時(shí)孔隙內(nèi)的滲流速度逐漸增大，對(duì)砂粒的拖曳力增加，使砂粒運(yùn)移明顯加快。油層在流體的常年沖蝕下，膠結(jié)剝離，部分骨架遭到破壞，而被液流帶入井筒，造成出砂。

1.1微粒運(yùn)移機(jī)理

處于多孔介質(zhì)孔道中的充填砂，當(dāng)流體的流動(dòng)速度不斷增加時(shí)，則砂粒受到的流體沖力會(huì)越來越大、當(dāng)達(dá)到某一流速時(shí)，水動(dòng)力與雙電層斥力就會(huì)克服各種阻力，推動(dòng)砂粒在孔道中隨流體運(yùn)動(dòng)，大砂粒會(huì)在孔道喉處聚集，降低滲透率、小砂粒則會(huì)通過孔喉，進(jìn)入油井，引起油井出砂。該塊油藏主要由礫石、砂粒及雜基和膠結(jié)物組成。存在雜基及未膠結(jié)的微粒，投產(chǎn)后這部分微粒運(yùn)移是不可避免的。在油井生產(chǎn)過程中，這些微粒容易被攜帶出引起早期出砂。

1.2剪切破壞機(jī)理

該塊油井均以射孔完井為完井方式，射孔使炮孔周圍往外的巖石依次可以分為顆粒壓碎區(qū)、巖石重塑區(qū)、塑形受損區(qū)及變化較小的未受損區(qū)（見下圖）。緊靠炮孔周圍的巖石在受到劇烈振動(dòng)被壓碎，部分水泥環(huán)也受到松動(dòng)損害。從力學(xué)角度分析，這種條件下的力學(xué)機(jī)理是近井地層巖石所受的剪應(yīng)力超過了巖石固有的抗剪切強(qiáng)度。

形成剪切破壞的主要因素是油藏壓力的衰減或生產(chǎn)壓差過大，如果油藏能量得不到及時(shí)補(bǔ)充或注水效果差或者生產(chǎn)壓差超過巖石的強(qiáng)度，都會(huì)造成地層的應(yīng)力平衡失穩(wěn)，形成剪切破壞。離井筒或射孔孔眼的距離不同，產(chǎn)生破壞的程度也不同。

儲(chǔ)層隨著開發(fā)進(jìn)行，地層壓力呈逐年下降趨勢(shì)，而上覆巖石壓力不變，導(dǎo)致骨架砂礫間接觸應(yīng)力增大，使砂礫的穩(wěn)定性變差，容易造成油井出砂。針對(duì)這兩個(gè)區(qū)塊油井出砂特點(diǎn)以及對(duì)油井出砂特點(diǎn)調(diào)查，油井出砂符合發(fā)生剪切破壞的井幾乎沒有。因此，地層壓力下降對(duì)油井出砂和影響有限，不是主要的因素。

（2）生產(chǎn)壓差的影響

在開采過程中由于注入水使產(chǎn)層的出液量增加，為了保證產(chǎn)量是必采取提液提排措施，使油井生產(chǎn)壓差增大，油層巖石受到的剪切應(yīng)力也越大，容易導(dǎo)致破碎的骨架砂大量逸出，造成嚴(yán)重出砂。有許多井由于轉(zhuǎn)抽降低了井底流壓，生產(chǎn)差壓放大，使油井出砂加重。如JX45-16-24轉(zhuǎn)抽前生產(chǎn)壓差為0.68Mpa，每年出砂量平均為7.5m，轉(zhuǎn)抽后壓差增加到2.61Mpa，轉(zhuǎn)抽后平均每年出砂量增加到13.4m。表明生產(chǎn)壓差與出砂速率的關(guān)系近似為一條直線，這也充分說明地層對(duì)生產(chǎn)壓差的敏感程度，巖石膠結(jié)程度越差就越敏感。

1.3拉伸破壞機(jī)理

產(chǎn)生拉伸破壞的主要因素為生產(chǎn)壓差變化及流體的沖刷作用。由于在開采過程中，流體由油藏滲流至井筒，沿程與砂礫產(chǎn)生孔穴壁的拉伸破壞層顆粒產(chǎn)生摩擦，流速越大，摩擦力越大，施加在巖石顆粒表面的拖拽力越大。流體對(duì)巖石的拉伸破壞在炮眼周圍非常明顯。由于過流面積小，流體在炮眼周圍形成匯聚流，流速遠(yuǎn)大于地層內(nèi)部。

1.4原油粘度的影響

近井地帶流體易脫氣，粘度增大，對(duì)巖石顆粒拖曳力也會(huì)增加，砂粒的穩(wěn)定性越差。隨著原油粘度增加，油井年出砂量也隨著增加。

1.5見水時(shí)間的影響

該塊見水時(shí)間平均為2年。根據(jù)油井見水時(shí)間、生產(chǎn)時(shí)間及年出砂速率對(duì)比，隨著油井見水后生產(chǎn)時(shí)間的增加，油井年出砂量有所增大。

1.6含水的影響

該塊稀油井屬注水開發(fā)，注水后使得儲(chǔ)層含水上升，使地層原始強(qiáng)度降低，即地層的內(nèi)聚力降低。另外，注水的反復(fù)沖刷，加劇地層出砂。

從區(qū)塊綜合含水逐年變化曲線中總結(jié)出，在早期開發(fā)階段油層見水較早，且含水率上升較快。

在采油的中后期，大量的注入水浸泡油層，油層含水上升，由于膠結(jié)物被水溶解、沖刷，大大降低了地層的強(qiáng)度導(dǎo)致油井出砂。如圖和表所示，隨著油井含水上升，油井出砂量隨之增加。當(dāng)油井含水小于40%時(shí)，油井出砂較緩，出砂輕微；當(dāng)油井含水在40～70%時(shí)，出砂量也明顯增加，出砂較重；當(dāng)含水大于70%時(shí)，油井出砂嚴(yán)重，甚至砂埋油層。

1.7地質(zhì)構(gòu)造的影響

兩個(gè)區(qū)塊均受構(gòu)造控制的砂礫巖油層，地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使巖石遭受較大破壞，且鉆井作用進(jìn)一步破壞了井壁附近的原始地應(yīng)力平衡狀態(tài)，使地層產(chǎn)生不平衡剪切應(yīng)力，油藏容易出砂。六中區(qū)克下組地應(yīng)力不平衡狀態(tài)非常嚴(yán)重，其周圍和內(nèi)部共存在6條小斷層。由于斷層破壞了地層原始結(jié)構(gòu)，油井出砂情況加重。

1.8增產(chǎn)措施的影響

由于各種入井液的侵入導(dǎo)致井底附近地層滲透率較低，因而對(duì)油層采取擠油、壓裂等增產(chǎn)措施。雖然能提高地層滲透率，但對(duì)油層傷害也較大，導(dǎo)致地層出砂。而且大部分油井經(jīng)過多次壓裂，生產(chǎn)一段時(shí)間后，壓裂砂反吐，造成油井出砂。如JX45-18-25井投產(chǎn)后，經(jīng)過4次壓裂，擠液4次，每次檢泵作業(yè)沖砂都沖出大量地層砂和壓裂砂，平均每年沉砂量為15.2m/a。從圖中可以看出隨著擠壓次數(shù)增加，油井出砂量加大。

2結(jié)論

（1）巖石膠結(jié)強(qiáng)度高低是砂礫巖油藏出砂的根本原因。

（2）油藏開發(fā)初期，以地層因素影響為主；開發(fā)到中后期，地層物性已發(fā)生很大變化，甚至已受較大破壞，以開發(fā)因素的影響為主。

（3）影響油藏出砂因素很多，各因素之間相互作用，共同使油井出砂現(xiàn)象明顯。目前兩個(gè)區(qū)塊出砂因素主要以含水變化的影響為主，生產(chǎn)壓差次之。