出砂基础知识.docx

第一节概述

石油工业中，油井生产出砂(sandproduction)是个普遍性问题，而且油井生产出砂问题的研究十分困难，原因是：

无法直接观测出砂过程。油田开发在地层深处进行，在地面无法直接观测；

岩石力学性质(rockmechanicalproperties)复杂。地层岩石的力学性质可能在较大范围内变化，地层深部取心不但花费昂贵，而且也有一定的偶然性、局限性，如地层深部的含水率、温度和压力条件在地面上难以保持，而这些因素对地层岩石的力学性质有很大影响；

储层条件复杂。随着生产的进行和各种增产措施的实施，使储层变得十分复杂，这也给研究出砂机理带来困难。

油井出砂影响因素多。油井出砂受许多复杂因素的影响，如；地质条件、岩石力学性质、生产参数等；

在一口井最终完成之前以及在其生产过程中，准确地预测其是否出砂是至关重要的，因为无论采取何种防砂(sandcontrol)措施费用都会很高，所以不必要的采取防砂措施，不仅使生产费用增加，而且污染油气层，降低生产效率。

但是对那些因出砂而被放弃或不能继续开发的井，采取防砂措施又是使油井成为有开采价值的唯一方法。

第二节油井出砂的过程及危害

一、 油井出砂的基本过程

地层砂可分为两种：充填(松散)砂和骨架砂(frameworksand)。

当流体的流速达到一定值时，首先使得充填于油层孔道中的未胶结的砂粒发生移动，油井开始出砂，这类充填砂的流出是不可避免的，而且起到疏通地层孔隙通道的作用；反之，如果这些充填砂留在地层中，有可能堵塞地层孔隙，造成渗透率下降，产量降低。因此充填砂不是防治的对象。

当流速和生产压差达到某一数值时，岩石所受的应力达到或超过它的强度，造成岩石结构损坏，使骨架砂变成松散砂，被流体带走，引起油井大量出砂。防砂的主要对象就是骨架砂，上述情况是在生产过程中应尽量避免的。

根据以上情况可以把油井出砂过程分为两个阶段：

第一阶段是由骨架砂变成自由砂，这是导致出砂的必要条件；

对于出砂的该阶段来说，应力因素：如井眼压力(boreholepressure)、原地应力状态(insitestressesstate)及岩石强度(rockstrength)等是影响出砂的主要因素。

第二阶段是自由砂的运移。

要运移由于剪切破坏而形成的松散砂，液力因素是主要影响因素：如流速、渗透率(permeability)、粘度以及两相或三相流动的相对渗透率等的作用等。

生产过程中，只要满足以上两方面条件，油井就会出砂。

因此，对于具有一定胶结强度(cementationstrength)的地层而言，要实现有效的防砂(sandcontrol)，首先要防止地层发生破坏，即不让出砂的必要条件得到满足，这主要通过控制应力因素：如保持储层压力、减小生产压差(draw-down)等来实现。

但是，随着生产的进行，储层压力衰减，岩石强度降低都是必然要发生的，那么，岩石不可避免要发生破坏。这样，过程就由出砂的第一阶段过渡到第二阶段，这时主要通过控制流速来阻止自由砂的运移达到防砂(sandcontrol)的目的，即控制产量(流速)。

同样，对于弱胶结和未胶结储层而言，出砂第一阶段的条件很容易满足，这样防砂(sandcontrol)的关键在于不让出砂第二阶段所需要的条件得到满足，即可通过控制流速和生产压差来达到防砂的目的。

二、 出砂的危害

油、气井出砂是石油开采遇到的重要问题之一。每年要花费大量人力物力进行防治和防砂(sandcontrol)研究。出砂给生产带来的危害可概括为以下三类：

井下、井口采油设备的磨损和腐蚀

产液中带砂使各种采油泵、管线受到磨损，大大缩短了它们的寿命。对于输油管线由于砂粒磨损加快了腐蚀速度；

井眼稳定(boreholestability)1问题

由于出砂使井眼失稳而导致套管挤毁、油井报废。通过对胜利油田某疏松砂岩区块资料分析发现：随着出砂的加剧和原地层压力的降低，套损井逐年增加，疏松砂岩储层油井套管(casing)损坏严重，总数已占10%以上，个别区块已达30%以上。

出砂会导致减产或停产作业

油井出砂磨损泵筒与柱塞，降低泵效，甚至损坏采油泵，造成油井减产或停产。

三、 油井出砂的影响因素

影响油井出砂的因素很多，概括起来可分为三大类：

地质力学因素，包括：原地应力状态(垂直地应力与原始水平地应力)、孔隙压力、原地温度、地质构造等；

砂岩储层的综合性质：井深、砂岩的强度和变形特征、孔隙度、渗透率、泄流半径、流体的组成(油、气、水的含量及分布等)、粘土含量、岩石组成、颗粒尺寸和形状及压实情况等；

工程因素，包括完井类型、井身结构参数(井深.井斜、方位、井径)、完井液的性能、增产措施(压裂、酸化等X生