油井出砂的危害及防砂技術分析

陳同驍

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300459）

石油資源作為當下重要的能源，是國家經濟建設和發(fā)展中必不可少的資源。隨著社會高效發(fā)展，社會大眾生活質量不斷提升，石油開采過程經常出現各類問題，其中油井出砂便是常見情況，這對油井正常使用極為不利，破壞作用突出。據統計，每年因油井出砂導致的油井損害、油井減產問題高達20%，造成不可低估的經濟損失。經過石油工作者的長期努力，石油油井出砂問題已經得到了有效遏制，借助技術性措施進行防范，可有效控制油井出砂導致的減產問題。

1 油井出砂概述

1.1 油井出砂的概念及危害

油田生產期間，油井出砂一般是因儲油層巖石過于脆弱、開采期間巖石不合理等引發(fā)的。由于操作不合理，進而引發(fā)儲油層區(qū)域的巖石結構易受損害，進而導致巖石脫落。脫落后的巖石會隨著原油進入采油設備中。由于巖石一般體積大，極易導致設備故障。巖石脫落嚴重的情況下，還會導致油井內部的巖石穩(wěn)定性大打折扣，進而引發(fā)油井坍塌、停產等問題。常見的油井出砂后果主要包括減產，更嚴重的情況下油井會發(fā)生停產事故。

1.2 陸地和海上油井出砂生產壓差的區(qū)別

對于陸地油田、海上油田而言，油井出砂的主要差異原因是巖石結構不同、油質不同導致。陸地油田中，儲層巖包括細砂巖時，其結構方面主要是點線接觸，結構形式上為膠結物、巖層結構方面多為方解石結構，同時巖石結構的孔隙較多、孔隙密度高達30%。孔隙內部存在較好的連通效果，膠層間的縫隙極大，在地殼運動下易受影響。海上油田方面，油井出砂時主要是以稠油形式為主，稠油田中，受地質條件影響，巖層區(qū)域經常發(fā)生地層出砂現象，進而引發(fā)海上油田油井的出砂生產壓差存在較大差異。上述現象的原因：①高溫蒸氣作用下，巖層發(fā)生明顯破壞。海上油田的油井與陸地區(qū)域相比，深度大、承壓大，同時海上巖層結構相對而言活動更為頻繁，其成巖能力相對較低，膠質層更薄弱，易出現巖層出砂問題。②油井出砂情況方面，海上油田與陸地油田相比，生產的壓差更大，原因在于陸地油田的巖層結構更加堅固、更加穩(wěn)定，含泥量相對更低。此外，海上油田油井的深度更大，因此對架構技術的要求更高，上述差異都會導致海上油田油井的生產壓差更高。

2 油井出砂影響因素分析

2.1 地質因素

地質因素，即油田的地質條件，包括油田外部區(qū)域的膠結形式、地質年代等信息。一般情況下，油田地質年代過晚情況下，地層內部的膠結礦物的含量將會更少，砂粒之間的膠結能力相對薄弱，此時在油井生產作業(yè)中，出砂問題相對嚴重。另一方面，油井出砂問題主要是由于地層膠結作用、顆粒摩擦導致，為此從地層膠結情況出發(fā)，可將地層分為三大類：流砂地層、膠結地層、脆性砂地層。第一種地層下，地層內部無膠結能力，地層中的砂石之間沒有膠結物，砂石可自主進行流動，在進行這一類地層的處理期間，一般會發(fā)生相對嚴重的出砂問題。此外，鉆井工程施工期間還易發(fā)生卡鉆的情況。部分膠結地層內，膠結物的含量較低，砂石處于膠結形式但是黏結力薄弱，強度低，這類油井也會發(fā)生出砂問題。對于脆性砂地層，膠結物的比例相對較高，砂石內部的膠結作用強大，地層強度比較高，此時油井作業(yè)期間出砂幾率會明顯下降，一般不會發(fā)生出砂問題。

2.2 開采因素

該因素主要是指在進行原油開采期間，開采速度、速度變化方面的影響。原油開采作業(yè)中，液體的滲流能力必須引起足夠重視，這一參數會對地層內部的砂石拖曳力產生影響，進而會對出砂結果產生影響。如果生產條件大體一致，地層內部的生產壓差相對較高，則此時地層液體便會存在較高的滲流能力，地層液體將會不可避免地對地層進行沖刷，沖刷力越高導致出砂問題越嚴重。另一方面，生產作業(yè)期間，地層一旦發(fā)生出水現象，地層內部的黏土在水作用下便會發(fā)生松散問題，進而對砂石內部的膠結作用產生不利影響，砂石之間的膠結作用力下降，顆粒內部的相對位移增加，此時油井出砂幾率將會明顯提升。此外，油井開采速度的快速變化，也會破壞油層，進而增加出砂幾率。

2.3 人為因素

人為因素作用下，低滲透油田出砂會受到嚴重影響。對低滲透油田而言，它們自身并未存在產能，這種油田應及時進行壓裂改造，這種狀況下的油井方可具有較高的生產能力。在進行油田改造過程中，井壁巖石在外力作用下會發(fā)生較為嚴重的破壞作用，同時壓裂作業(yè)期間，諸多油井可能在裂縫并未完全閉合的情況下便進行排液，此時裂縫中的砂石便會隨著排液進入井底，導致油井內部發(fā)生較為嚴重的出砂情況。

3 油井防砂技術分析

3.1 機械防砂技術

一般情況下，油井防砂工作中較為常見的包括兩種形式：①防砂管柱技術，該技術落實中需要考慮在采油泵下端安置防砂設備，如繞絲篩管、多層篩管等，從而降低地層砂的影響，保證砂都隔離在采油泵外部。該技術應用難度小、操作方便，可有效防止中粗砂巖層出砂問題，但是在細砂情況下易發(fā)生堵塞，嚴重時還會導致采油泵的使用壽命、性能等下降。②在第一種技術基礎之上進行的改進優(yōu)化。首先將防砂管柱置于油井內部，然后進行填充處理，形成一個多級濾砂屏障，從而達到防止出砂的功效。一般填充物為礫石、陶粒等，該項技術應用起來效果良好，在熱采井、垂直井、細砂巖層中均有所應用。

3.2 化學防砂技術

該項技術的核心是向地層中注入一定比例的化學試劑、化學試劑混合砂漿，從而保證地層強度有所提升，達到固結作用，使得地層密實度增強。這項防砂技術應用期間，主要分為兩種方法，包括人工膠結地層法、人工井壁法。前者主要是向地層內部添加樹脂等化學試劑，起到防砂功效，固結地層；后者則是在井筒周邊區(qū)域注入泥砂漿、乳化水泥、灰砂等物質，固結后便會形成滲透性良好、強度較高的井壁，進而起到防砂功效，這一方法不會受外界套管的束縛，同時會在出砂虧空的井中獲得良好的防砂效果。化學防砂處理期間，必須確保固井質量較高，滿足實際需求。要有效避免套管外串問題，在均勻滲透的薄層地段需采用合適的化學防砂技術。一般化學方法不會在井內留下過多的雜物，同時在異常高壓的井層范圍內也可應用，但是該方法的缺點是會對地層滲透率產生影響。

3.3 復合防砂技術

該技術應用中，有效結合了機械防砂技術、化學防砂技術。首先，應用化學防砂技術，可在油井地層周邊形成人工井壁，該井壁具有較高的滲透效果，然后借助機械防砂技術可形成一個二次阻砂的屏障，進而達到雙層保護的功效。上述防砂技術應用中，防砂效果良好，使用時間長，具有較為廣泛的適用性，可在復雜化的油井中有所應用，一般將其稱為復合防砂技術。但是復合防砂技術與單一的機械防砂、化學防砂方法相比，具有成本昂貴的不足，工藝相對復雜。因此，一般首選機械、化學防砂方法，防砂效果不滿足實際需求的情況下才會建議采用復合防砂技術。

3.4 新時期應用廣泛的新型防砂技術

（1）壓裂充填防砂技術。一般情況下，這一防砂技術主要在高滲透疏松巖層中有所應用，這類油藏一般具有開發(fā)時間長的特點，在外界連續(xù)沖刷、溶蝕油層膠結的作用下，油層膠結強度必然會逐漸下降。當油藏進入中后期時，從提高油田產量、穩(wěn)定性出發(fā)，必須提高開采速度，此時油層出砂問題將會更加嚴峻。為了保證油田穩(wěn)定生產，同時還要從防砂角度出發(fā)，必須將壓裂、砂石填充防砂方式進行有效結合。具體工作原理為：人工壓裂的方法在油層區(qū)域形成一個高導流的裂縫，降低流體阻力，增產后可對出砂問題進行有效遏制。裂縫內部進行礫石填充后，也會逐步形成人工井壁，進而便會達到過濾、多級分選的效果。壓裂填充防砂技術中，有效兼容了濾砂、擋砂等功能，包括兩種工藝方法：隨著壓裂施工進行的地層尾追涂層礫石、套管礫石填充。

（2）防排技術。治砂技術發(fā)展期間，由于國內科學技術水平的提升，業(yè)內專家在防砂理念方面也發(fā)生了較大的轉變。現階段，油井防砂工作正朝著防砂、排砂結合的方向發(fā)展。出砂井的地層一般包括地層骨架砂、游離砂兩大類。其中，游離砂可明顯提升油井產量。近些年來，國內港東油田在稀油油藏排量選取、地層供液匹配的螺桿泵排砂處理中發(fā)現，這一類螺桿泵具有較高耐磨性、攜砂能力強、運行平穩(wěn)。同時與其他地層細粉砂油藏相比，也具有較高參考價值。一般化學防砂技術不能進行上述油藏的滲透率控制，而采用機械防砂，可能還會導致管柱發(fā)生堵塞問題。

4 新時期油井出砂治理方法分析

4.1 構建出砂模型

為了有效解決出砂問題，首先，需要建立合適的出砂模型，進而預測油井出砂情況。預測出砂問題后，方可根據要求制定防砂方案。構建上述模型期間，相關人員必須了解油藏安全情況，并對其進行全面分析，目標在于充分考慮油藏內部地質條件、油藏情況等方面的膠結情況。此外，經過全面合理的油藏分析還可為后續(xù)原油開采奠定良好基礎。油藏分析之后，相關工作人員要結合油田的現場資料進行油藏特殊性的分析，收集現場資料利于工作人員對現場情況有更加清晰的認知。一般情況下，收集資料越全面，對應后續(xù)出砂模型將會越加合理。最后，相關工作人員應結合收集到的資料對出砂情況進行預測。現階段，最為常見的出砂模型包括三大類：應力應變模型、沖蝕模型、虹蚓洞模型。現場工作人員可結合實際情況選擇相應模型。

4.2 生產情況監(jiān)控

從上述分析中可以看出，油井出砂問題的影響因素較多，部分因素為可控因素，但是部分因素為不可控因素，因此，油井生產期間，必須及時對生產狀況進行全面分析、嚴格監(jiān)控，這一操作十分重要。地層情況十分復雜，正是由于這種復雜性，導致工作人員可能無法掌握地層所有信息，進而無法經由生產狀況進行全面監(jiān)控管理。相關工作人員可能無法進行井下狀況的全面判斷，為此，應及時進行監(jiān)控，確保判斷依據的及時性、有效性，從而避免出砂問題，這也是當下降低油井發(fā)生出砂問題的根本方法。現階段，在進行出砂問題分析中，油田管理人員都十分重視油井的監(jiān)控工作，應保證對油井出砂問題的有效控制。

4.3 試井完井技術的優(yōu)化

為了降低油井出砂幾率，現代企業(yè)也逐步加強了試井完井技術的優(yōu)化。經過試井操作可對出砂地層進行全面合理的分析與評價，并可對油田的生產狀態(tài)進行動態(tài)監(jiān)測和處理，進而獲取地層壓力、儲層物性等信息，利于相關人員及時制定合理的防砂方案。在進行完井作業(yè)及油田作業(yè)中，要結合油井產量進行種類的區(qū)分。根據地層特點進行分析可發(fā)現，完井方案應該保證最優(yōu)化，以完井操作對地層損害最低為首要目標。此外，還要考慮開發(fā)方法，及時進行油管尺寸、套管尺寸的有效選擇。

4.4 兩步法進行防砂

油井發(fā)生防砂問題時，可采取兩步法進行防砂處理。首先，要及時在油層上方區(qū)域進行封隔器的安裝，保證防砂效果，同時，在油井周邊地區(qū)還要注入一定量的石英砂，一般選用高密度的石英砂，力求有效提升相關區(qū)域的充實度，避免周邊地層的砂石進入到油層內部。其次，需在防砂層內部進行繞私篩管的安裝，篩管內需要填充陶粒砂。這一方法可有效避免地層內部的砂石發(fā)生遷移現象。在采用兩步法防砂處理期間，必須合理落實下述三大原則：①在考慮防砂效果基礎之上確定最為合理的防砂技術，并及時進行油井工藝、參數化分析等操作。②防砂施工必須選擇最優(yōu)化的工藝條件，有效避免防砂問題對油井作業(yè)的負面作用。③必須充分考慮經濟效益的作用，最大程度提升防砂施工的質量、防砂施工的成功率。

5 結語

油井出砂防砂技術并非短期工程，必須將其看作一項復雜化、長期性的工作。近年來，國內出砂防砂技術已經取得了良好效果，但是在油田開采期間仍然存在不足之處。為此，必須提高油井防砂工作的分析，及時進行出砂危險因素的分析，找到油井出砂的主要機理，結合實際情況制定科學合理的油井防砂措施，以提高油井開采質量、開采效率，促進油田企業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展。