油层出砂机理与各种防砂方法对比

张诚成（北京市昌平区中国石油大学，北京 102200）

油层出砂机理与各种防砂方法对比

张诚成（北京市昌平区中国石油大学，北京 102200）

在油田开发过程中，出砂对于一个油田的产能具有重要影响，因此了解油层出砂机理对有效控制出砂以及合理选择防砂方法具有重要意义。本文在研究大量的文献基础上，对油层出砂机理进行了深入分析。此外，本文还分析了目前国内各油田所使用的防砂方法，为选取防砂方法提供了一定的参考。研究成果对进一步研究油层出砂机理及优选防砂方法具有重要意义。

油层出砂；出砂机理；防砂方法

油层出砂是油田开发过程中经常遇到的问题，油层出砂不仅给采油工艺带来许多麻烦，导致油田稳产的难度增大。地层砂进入井筒，会导致管线和设备的堵塞，造成泵的损坏，严重时还可引起井壁坍塌，使套管壁受挤压而变形损坏，致使油井停产，甚至报废，最终影响到油田后续开发和采收率。因此，了解油层出砂机理十分必要。

1 油层出砂机理

1.1 拉伸破坏机理

油井生产时，随压差增大流速增大，对岩石拖曳力增大，岩石承受拉伸力也增大。，炮眼周围由于过流面积减小，流体形成汇聚流，流速远大于地层内部，因此流体对岩石的拉伸破坏在此处非常明显。另外，近井地带流体易脱气，粘度增大，对岩石颗粒的拖曳力也会增加。当该力超过岩石抗拉伸强度时，岩石就会遭受拉伸破坏，从而出砂。

1.2 剪切破坏机理

未打开油层之前，上覆岩层压力由孔隙压力与骨架应力共同平衡，地层内部应力系统是平衡的。打开油层后，在近井地带，地层应力平衡状态被破坏。随开采进行，油藏压力逐渐降低，施加在骨架上压力越来越大，当该力超过岩石抗剪切应力，岩石就会被剪切破坏。在地层流体产出时，地层砂就会被携带进入井底，造成出砂。

1.3 粘结破坏机理

粘结强度是任何裸露的地层表面被侵蚀的一个控制因素。这样的位置主要包括：射孔通道、裸眼完井的井筒表面、水力压裂的裂缝表面或其它边界表面。当流体通过时，对岩石颗粒的拖曳力超过其粘结强度，岩石就会发生粘结破坏，造成出砂。

1.4 微粒运移机理

出砂过程中，砂粒的运移会导致井底周围地层的渗透率下降，增大地层的拖曳力可能诱发固相颗粒的产出。

1.5 化学作用机理

流体流动过程中，各区域的酸碱度不同可能会导致流体的不配伍，化学反应可能会对胶结物产生溶蚀作用，从而破坏岩石强度。

2 各种防砂方法对比

我国防治砂工艺开始于1960年左右，随着科学技术的飞速进步，到目前已经形成机械防砂、化学防砂、砂拱防砂和其它的一些防砂技术。但是各种防砂方法都有各自的适用范围，因此本文对各种防砂方法进行了对比分析。

2.1 机械防砂

机械防砂技术是在我国使用比较成熟的一种防砂技术，常见的机械防砂的方法主要有砾石充填防砂和滤砂管防砂。砾石充填工艺技术比较成熟，适应性强，应用普遍，但是其防砂周期较长，充填的效率较低；滤砂管防砂工艺比较简单，而且成本比较低廉，但强度比较低，与砾石充填防砂相比，其有效期短，防治细砂的性能也比较差。

2.2 化学防砂

化学防砂包括人工井壁和人工胶结地层两种。其主要是利用化学药剂把游离的砂体胶结起来，以稳定地层结构，具有一定的渗透率和一定的强度，从而达到固结流砂防止出砂的目的。其特点为后期作业比较简单，而且不会留工具在井筒中，不需要打捞工具，这种防砂工艺更适合细粉砂油层和出砂严重的老井。

2.3 砂拱防砂

油井生产时，油气流速低于临界流速时，地层砂粒或充填砂粒在炮眼周围构成的圆拱结构即形成稳定砂桥，从而起到防砂作用。但是为了保证沙桥稳定性，应该将产量控制在临界流速以下。在一定采液流速下，可增大出油面积，降低生产压差，如增大射孔密度，增大孔径，甚至裸眼完井。

2.4 其他防砂

例如端部脱砂和砾石充填技术的结合—水力压裂砾石充填防砂。利用水力压裂的前置液造缝，并使缝长达到设计要求，以高砂比泵注，使支撑剂在裂缝端部脱砂沉积，使裂缝长度延伸减缓或停止，而裂缝宽度继续增大，最终形成宽而短的高导流能力的砾石充填裂缝，从而防砂。

除了上述防砂方法之外，若油井的地质条件复杂，则还可以采用复合防砂方法。复合防砂就是针对油井的特性，采取两种或两种以上的防砂方法（主要是机械防砂和化学防砂）。一方面能在近井地带形成一个渗透性较好的人工井壁，另一方面利用机械防砂管柱形成二次挡砂屏障，所以防砂效果更好，防砂周期也更长。

复合防砂技术比单一防砂技术难度更大，所以在出砂较少的油井使用成本过高。复合防砂主要针对于地质条件复杂，出砂非常严重的老井，因为这种类型油井长期生产，在地层造成较大的亏空，单一防砂很难起到作用。

3 总结

（1）油藏出砂机理主要为地层坍塌及剥落出砂，以拉伸破坏出砂、剪切破坏和粘结破坏为主。

（2）目前我国油田主要的防砂方法有机械防砂、化学防砂以及砂拱防砂和其它的一些防砂技术，根据各油田出砂程度可选用不同的防砂方法。

（3）对于出砂严重的油井可以使用复合防砂技术来进行防砂。

4 结语

在油藏开发过程中应该注意加强油井的生产管理，控制好油井生产压差与油藏注采比，避免人为因素对储层造成拉伸与剪切破坏而导致油层出砂。对于易出砂井，设计人员应该在设计之前获得岩石强度、地应力等参数，以便弄清出砂原因，在完井设计中优选防砂方法。

［1］徐守余，王宁.油层出砂机理研究综述［J］.新疆地质，2007，03：283-286.

［2］李霖洲.油井出砂机理及防砂技术研究［J］.化工管理，2015，10：184.

［3］杨晨.简论油井出砂的危害及防砂技术［J］.科协论坛，2013，02：42-43.

张诚成（1994-），男，汉族，陕西省咸阳市人，中国石油大学（北京）本科在读，主要从事石油工程方向研究（钻完井）。