油井出砂機(jī)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(jìn)行，地層能量也會(huì)隨之不斷下降，此時(shí)油井內(nèi)部的壓差就會(huì)不斷增大，進(jìn)而導(dǎo)致油井出砂的問題不斷嚴(yán)重，油井出砂會(huì)對(duì)其產(chǎn)能造成比較大的影響。地層出砂會(huì)進(jìn)入到井筒中，可能會(huì)造成管線和設(shè)備堵塞情況的出現(xiàn)，或者對(duì)泵造成破壞，甚至可能會(huì)導(dǎo)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(xù)生產(chǎn)，而且會(huì)影響后續(xù)開采和最終的采收率。鑒于此，文章結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)油井出砂機(jī)理分析及防砂措施研究提出了一些建議，僅供參考。

關(guān)鍵詞：油井出砂;機(jī)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(zhì)條件，如膠結(jié)強(qiáng)度和地層應(yīng)力條件的變化，以及注水開發(fā)等生產(chǎn)因素，都與油井出砂有關(guān)。為了保證油井的生產(chǎn)，需要采取有效的防砂措施來處理油井，有效地發(fā)揮防砂作用。目前常用的防砂技術(shù)有化學(xué)防砂、機(jī)械防砂、復(fù)合防砂和高壓充填防砂。在選擇防砂技術(shù)時(shí)，需要根據(jù)油井的實(shí)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(jī)理

一般來說，當(dāng)?shù)貙討?yīng)力超過地層強(qiáng)度時(shí)，就有可能出砂。從力學(xué)角度看，出砂機(jī)理可歸結(jié)為兩種巖石破壞機(jī)制：剪切破壞機(jī)制和拉伸破壞機(jī)制。剪切破壞的主要因素是儲(chǔ)層壓力衰減或生產(chǎn)壓差過大。如果儲(chǔ)層能量不能及時(shí)補(bǔ)充，注水效果差，或生產(chǎn)壓差超過巖石強(qiáng)度，地層應(yīng)力平衡將不穩(wěn)定，導(dǎo)致剪切破壞。拉伸破壞是地層出砂的另一種機(jī)制，與開采速度過快或過快有關(guān)。在生產(chǎn)過程中，流體從儲(chǔ)層流向井筒，并與地層顆粒發(fā)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(jī)制相互作用。一般來說，地層剪切破壞導(dǎo)致“突然大量出砂”，而拉伸破壞導(dǎo)致“細(xì)砂長流”。另外，疏松砂巖儲(chǔ)層中含有大量的游離顆粒，顆粒的運(yùn)移也是其出砂機(jī)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(zhì)條件、類型、分布規(guī)律和地質(zhì)時(shí)代。一般來說，膠結(jié)礦物數(shù)量多，類型好，分布均勻，地質(zhì)時(shí)代早，砂巖油氣藏膠結(jié)強(qiáng)度大，否則膠結(jié)強(qiáng)度小。

2.2開發(fā)因素

由于人為開發(fā)因素造成的油井出砂、生產(chǎn)速度不當(dāng)和生產(chǎn)速度突變、生產(chǎn)工藝落后、修井作業(yè)質(zhì)量低、頻繁、酸化作業(yè)設(shè)計(jì)不合理、生產(chǎn)管理不科學(xué)等，都是可以避免的。

3、油井防砂措施分析

3.1化學(xué)防砂

化學(xué)防砂技術(shù)的主要原理是，利用化學(xué)方式來增強(qiáng)地層砂的膠結(jié)強(qiáng)度，從而使人工井壁的強(qiáng)度得到提升，進(jìn)而防止地層砂進(jìn)入井筒中?；瘜W(xué)防砂具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，一方面其施工比較簡單，而且成本低，同時(shí)其對(duì)于粉砂層油藏的細(xì)分砂具有非常好的防砂效果，同時(shí)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(chǎn)量?；瘜W(xué)防砂的缺點(diǎn)在于，其有效期比較短，在經(jīng)過長時(shí)間沖刷之后，化學(xué)膠體結(jié)構(gòu)會(huì)再次被破壞，此時(shí)其就無法起到有效的防砂效果。因此，化學(xué)防砂方法主要被應(yīng)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(yīng)用化學(xué)防砂方法時(shí)，應(yīng)基于油井出砂的實(shí)際情況和地層壓力狀態(tài)、滲透率大小以及注采連通情況來確定施工方案和參數(shù)，對(duì)所需要的防砂半徑進(jìn)行精確的計(jì)算，確保防砂方案可以得到落實(shí)，并且取良好的效果。

3.2高壓填充

當(dāng)前，在國內(nèi)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(yīng)用。高壓填充工藝?yán)昧藟毫言炜p形成高導(dǎo)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(jí)分選過濾的人工井壁，通過這樣的方式可以對(duì)由于地層出砂及巖石結(jié)構(gòu)破壞造成的壓力變化進(jìn)行有效的平衡，從而使地層更加穩(wěn)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(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用這兩種篩管進(jìn)行油井防砂，其利用了相同的機(jī)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(yōu)勢(shì)，就是在后期其比較容易打撈，因此在成本上比較低。

3.3對(duì)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(chǔ)層條件，這對(duì)疏松流砂層和裸眼完井尤為重要;③鉆井液中應(yīng)適當(dāng)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(yīng)與儲(chǔ)層巖石和地層流體具有良好的化學(xué)相容性，防止沉積和堵塞。

3.4油井出砂判斷

（1）現(xiàn)場(chǎng)觀察法。1）核心觀察。常規(guī)取心工具對(duì)松動(dòng)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(dòng)巖石或低強(qiáng)度巖石往往一次破碎，或停放數(shù)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(xiàn)上述現(xiàn)象，說明地層在生產(chǎn)過程中容易出砂。2）臨時(shí)油井狀態(tài)。在同一油氣藏中，臨井生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)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(fā)生剪切，剪切帶擴(kuò)大，易造成剪切破壞和出砂。2）塑性區(qū)的滲透性。塑性區(qū)的滲透性由于遠(yuǎn)處細(xì)砂的壓實(shí)和堵塞而降低，從而增大了塑性區(qū)內(nèi)的流動(dòng)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(huì)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(xì)力大大降低;②流阻增大，儲(chǔ)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(chǎn)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(jié)束語

綜上所述，開采過程中壓差過大會(huì)導(dǎo)致出砂。對(duì)于膠結(jié)性好、強(qiáng)度高的地層，生產(chǎn)初期往往沒有出砂問題。但隨著生產(chǎn)的發(fā)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(jié)強(qiáng)度，為出砂創(chuàng)造條件。

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