油井出砂因素分析與防砂技術(shù)對策探討

【摘 要】隨著油田進(jìn)入開發(fā)后期，開采的難度不斷加大，含砂井越來越多，嚴(yán)重降低油井生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，對油田的生產(chǎn)與開發(fā)帶來諸多不利影響。分析油井的出砂機(jī)理，應(yīng)用更先進(jìn)的防砂工藝技術(shù)，提高防砂效果顯得尤為重要。本文在著重分析油井出砂因素和出砂機(jī)理的基礎(chǔ)上，闡述了相關(guān)防砂技術(shù)措施對策。

【關(guān)鍵詞】油井;出砂機(jī)理;因素分析;防砂技術(shù)

隨著油田的不斷開發(fā)，地層能量不斷下降，油井出砂問題日益突出，越來越多的高含砂井的出現(xiàn)，導(dǎo)致油田穩(wěn)產(chǎn)的難度日益增大。地層出砂進(jìn)入井筒，會導(dǎo)致油砂卡等現(xiàn)象，造成泵的損壞，嚴(yán)重時會使油井停車。出砂還會影響油井的后續(xù)生產(chǎn)，最終影響最終采收率。

1.油井出砂因素分析

1.1先天因素

對于油井出砂來說，砂巖地層的地質(zhì)條件、類型不同和分布規(guī)律、地質(zhì)年代等共同構(gòu)成油井出砂的先天因素。通常情況下，膠結(jié)礦物多、類型好、分布均勻，這種地層的氣藏的膠結(jié)強(qiáng)度較大，出砂量較小。

1.2開發(fā)因素

油井出砂的開發(fā)因素主要指開采方法不恰當(dāng)進(jìn)而在一定程度上引發(fā)油井出砂。通常情況下，開采速度突變、開采技術(shù)落后、修井作業(yè)質(zhì)量低和修井頻繁、酸化作業(yè)設(shè)計不良和管理不科學(xué)等，在一定程度上都可能造成油井出砂現(xiàn)象。

2.油井出砂機(jī)理的分析

2.1地層的弱膠結(jié)出砂

這類油氣藏出砂發(fā)生在油氣井生產(chǎn)初期，或關(guān)井后的第二個生產(chǎn)周期。對于弱膠結(jié)地層，剪切破壞所導(dǎo)致的出砂量要比張應(yīng)力作用所造成的出砂量大。由于地層膠結(jié)性差，較小的采液強(qiáng)度就可以導(dǎo)致油氣井出砂。

2.2中等膠結(jié)強(qiáng)度易出水地層

中等膠結(jié)強(qiáng)度地層開始不出砂，地層出水后卻開始出砂。其主要原因是由于出水后使原來固結(jié)砂粒的毛管力消失，由于毛管力的消失，地層砂在地層內(nèi)流動著流體作用下，剪切破碎增強(qiáng)，破碎的砂粒的運移增大了砂粒間的剪切力，從而使油氣藏出砂加劇。

2.3油藏壓力下降導(dǎo)致膠結(jié)性好的地層出砂

由于油藏壓力的降低，同時在主應(yīng)力非常大的情況下，膠結(jié)強(qiáng)度高的地層易出砂，這種地層出砂狀況較弱膠結(jié)地層差，同時也可能時斷時續(xù)的發(fā)生。比較而言，弱膠結(jié)地層的出砂量將達(dá)到油井總產(chǎn)量的10%到20%。

2.4地層具有高水平構(gòu)造應(yīng)力膠結(jié)性好的地層出砂

兩個水平主構(gòu)造應(yīng)力在出砂層位沒有明顯的區(qū)別，如果地層由于孔隙度的減小使地層強(qiáng)度變得很高，此時地層有較小的運動，將導(dǎo)致該方向上的應(yīng)力很高，這種較高的應(yīng)力差能導(dǎo)致井眼破碎，這種作用的結(jié)果使油氣井出砂。

2.5油井出砂判斷

油井生產(chǎn)過程中地層出砂的判斷就是要解決油井是否需要采用防砂完井的問題。其判斷方法有以下幾種：

（1）現(xiàn)場觀測法。巖心觀察。疏松巖石用常規(guī)取心工具收獲率低，很容易將巖心從取心筒中拿出或巖心易從取心筒中脫落;用肉眼觀察、手觸等方法判斷時，疏松巖石或低強(qiáng)度巖石往往一觸即碎、或停放數(shù)日自行破碎、或在巖心上用指甲能刻痕;對巖心浸水或鹽水，巖心易破碎。如有上述現(xiàn)象，則說明生產(chǎn)過程中地層易出砂。（2）臨井狀態(tài)。同一油氣藏中，臨井生產(chǎn)過程中出砂，本井出砂的可能性大。

（2）地層出砂的影響因素。井底壓降。由于井底壓降增大后，孔腔周圍巖石受剪加劇且剪切區(qū)擴(kuò)大，從而易造成剪破壞出砂。（塑變區(qū)滲透率。塑變區(qū)滲透率由于壓實及來自遠(yuǎn)處細(xì)砂的堵塞而減小，從而增大該區(qū)的流動壓力梯度，進(jìn)而易造成拉破壞出砂。油井見水。油井見水后，或突發(fā)出砂，或出砂比以前加重。其原因為：①水侵使粘結(jié)顆粒的毛管力大大降低;②增加了流動的阻力，通常油藏壓力下降;③見水后，通常油井壓力下降。

3.油井常用防砂技術(shù)對策

3.1高壓充填防砂技術(shù)

高壓充填方法技術(shù)所運用到的防砂管柱主要由安全接頭、篩管、FS封隔器、可溶性扶正器、絲堵等構(gòu)成，借助大排量的攜砂液將礫石—石英砂攜帶到油氣井生產(chǎn)層套管外部的空洞位置，礫石—石英砂被攜帶到繞絲館和套管的環(huán)形空間，借助高壓作用對其實施壓實處理，進(jìn)而形成密實的防砂屏障。高壓填充防砂技術(shù)在實際應(yīng)用中可實施地層和繞絲管外部實施填砂處理，以此充填成形，最大限度縮短鉆井施工作業(yè)的周期，降低油井防砂作業(yè)的應(yīng)用成本;高壓填充防砂技術(shù)在油井中的應(yīng)用，可在油井井筒內(nèi)部形成一個密度較高的滲透帶，最大限度降低油氣井中的流體對地層砂礫帶來沖擊，使靠近井筒流體所具備的流動壓力梯度能夠小于原始地層所具備的壓力梯度，進(jìn)而降低油井出砂率;高壓充填防砂技術(shù)能夠?qū)τ蛯赢a(chǎn)生壓裂作用，增強(qiáng)地層滲透率，并在井筒周圍形成一個高滲透連續(xù)地段，緩解油井堵塞現(xiàn)象，保證油井作業(yè)能夠順利開展，提升油井作業(yè)生產(chǎn)效率，保證油井作業(yè)質(zhì)量。

3.2應(yīng)用濾砂管防砂工藝技術(shù)

在運用濾砂管防砂工藝技術(shù)時，無論選用何種濾砂管均是將濾砂管與防砂封隔器等設(shè)備進(jìn)行配置并下放到井內(nèi)，使濾砂管能夠?qū)?zhǔn)油層部位，最后坐封丟手。油井生產(chǎn)作業(yè)過程，油流將砂從底層攜帶到濾砂管的外部，比濾砂管濾體空間大的地層砂與油流分離，以此達(dá)到防砂的目的。與高壓充填防砂技術(shù)相比，操作簡單，作業(yè)經(jīng)費更低，能夠同時對油井初期與后期實施防砂處理。

（1）雙層預(yù)填充繞絲篩管。雙層預(yù)填充繞絲篩管主要由內(nèi)層篩管、外層篩管、中心管、預(yù)填充礫石層構(gòu)成，擁有較高的抗壓強(qiáng)度、良好的滲透率、較大的流通面積，能夠?qū)崿F(xiàn)對井筒內(nèi)部流體的分級過濾，避免地層砂流入到生產(chǎn)油筒內(nèi)，該材料適合被運用到小斜度僅和直井中。

（2）不銹鋼金屬棉濾砂管。不銹鋼精梳棉濾砂管主要由內(nèi)管、外管、不銹鋼絲壓制而成的金屬棉片構(gòu)成，能夠形成一個具有擋砂功能的屏障，擁有良好的滲透性、較大的流通面積以及較強(qiáng)的抗壓能力。因不同生產(chǎn)壓力環(huán)境能夠形成不同的孔喉通道，不同大小的地層砂在通過孔喉時被引流到井筒內(nèi)，由不銹鋼絲壓制而成的精梳棉擁有良好的彈性，切實保證金屬棉的擋砂能力。

（3）金屬氈濾砂管。金屬氈濾砂管是將鋼絲網(wǎng)纏繞到帶孔中心管的外部，使金屬絲能夠均勻的分布到鋼絲網(wǎng)的外部，使其能夠在鋼絲網(wǎng)的外部形成一種氈狀，將其套入到帶孔套管的內(nèi)部，然后對套管兩端實施密封處理，借助金屬氈與不銹鋼絲網(wǎng)對地層砂實施阻擋處理，以此達(dá)到防砂的目的。由于濾砂管孔徑相對比較大，擁有較大的滲流面積，滿足大注入量的各項要求。

（4）陶瓷濾砂管。陶瓷濾砂管是借助燒結(jié)而成的陶瓷管對地層砂實施阻隔處理，根據(jù)地層滲透率與擋砂精度的各項要求合理選擇陶粒尺寸，防止陶瓷管在井下作業(yè)過程出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。陶瓷濾砂管擁有較強(qiáng)的滲透性、耐酸堿性以及耐高溫性能，適合被運用到注蒸汽熱采井防砂中。

（5）可膨脹篩管。可膨脹防砂篩管由可擴(kuò)展割縫中心管、過濾層和可擴(kuò)張式保護(hù)外套三部分構(gòu)成。由附在割縫管本體上的特制的金屬絲網(wǎng)組成過濾層。在擴(kuò)張過程中，重疊式滲濾隔膜中間層發(fā)生徑向滑移，另外兩層則發(fā)生軸向滑移，直到防砂篩管達(dá)到理想的直徑。具有過流面積大，可提高單井壽命以及油氣藏的采收率，與管外封隔器配合可實現(xiàn)分層開采等優(yōu)點。

4.結(jié)論

隨著油田開發(fā)不斷深入，油井出砂現(xiàn)象越來越多，對油井正常生產(chǎn)帶來不利影響。油井出砂對油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)造成的影響越來越大。本文分析了油井出砂機(jī)理，找到了幾種影響因素，并提出了防砂技術(shù)工藝，有助于油井防砂，降低出砂造成的設(shè)備耗損，提高油井開發(fā)的效果和效益。

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作者簡介：范鈺瑋（1989—），女，助理工程師，從事防砂工藝技術(shù)工作。