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油层出砂预测及其发展趋势研究刘新锋,楼一珊,朱 亮,李威明(长江大学石油工程学院,湖北荆州434023)摘 要:总结了不同完井方式下的出砂预测模型,对于弱胶结稠油油藏,广泛采用“稠油冷采”技术,允许一定量的砂砾随着流体流向井底,从而改善渗流条件,提高产量,结合蚯蚓洞模型出砂量预测和现实生产工矿特征,给出了研究适度出砂量的方法步骤。
随着科技的进步,人们逐渐认识到出砂是渗流场和应力场耦合作用的结果,所以,流固耦合成了出砂预测的一个研究方向。
关键词:出砂预测;蚯蚓洞模型;适度出砂量;流固耦合中图分类号:TE358.1 文献标识码:B 文章编号:1004—5716(2007)01—0056—03 在油气开采过程中,出砂是油田面临的严重问题,不但缩短油井的寿命,磨蚀井下、地面设备,桥堵或堵塞井眼,而且降低油井的产量或迫使油气井停产,严重影响了油田的正常生产。
出砂受多种因素的综合影响,准确预测并有效的加以防止,不仅能延长油井的生产年限,而且也可以产生良好的经济效益。
1 出砂预测发展概况出砂预测是一项复杂而又困难的工作,涵盖了岩石力学、弹塑性力学、流体力学、渗流力学等多学科领域理论,且受地层力学性质、流体性质、完井及开采工艺等多种因素的影响,所以,出砂预测是多学科的组合。
出砂预测方法大致经过以下发展历程:1972年Stein首次将地层出砂与岩石强度相联系,提出了预测出砂的理论模型,但他未考虑到油藏压力的衰减及含水的影响;1975年,Tixier等人提出了应用测井资料判断油井是否出砂,但该方法不能计算最大无砂产油速率;1981年Coates等人提出了应用莫尔圆应力分析法将出砂与井眼周围应力状态相联系;近年来,H oek(2000年)、Sam-suri(2000年)对出砂量与油井产液量间的关系进行了实验和理论研究,得到了一些可以借鉴的结果。
(3)钻探漂浮平台上的所有部件应连接稳固,无架空部件,平台四角用12.5mm的钢绳固定在岸上,用手拉葫芦绷紧。
适度防砂完井技术现状及其展望学生张恒学号2010050031摘要:疏松砂岩油藏分布范围广、储量大，这类油藏开采中的主要矛盾之一是油井出砂。
油气井出砂是石油开采遇到的重要问题之一。
每年都要花费大量人力物力进行防治和研究。
如果砂害得不到治理,油气井出砂会越来越严重,致使出砂油气田不能有效开发因此，油井防砂工艺技术的研究和发展对疏松砂岩油藏的顺利开发至关重要。
适度防砂技术也称适度出砂技术，国外称之为SandManagement。
1993-1994年间，该技术在北亚德里亚海油田进行试验，1996年在北海油田进行了试验并获得了很大的成功。
到1999年末，北海油田大约有200-300口油井采用了适度出砂生产，其他油田也在积极探索实验[1-2]。
本文综述了适度防砂技术在我国的发展和研究现状，重点介绍了适度防砂技术提出的理论前提和关键技术，并简单介绍了适度防砂完井技术的应用，对该技术的发展前景进行了展望。
1 适度防砂的概念与机理适度防砂技术就是在油层段下入特殊筛管并适度放大防砂粒径,生产过程中允许小于某一粒径下的地层砂进入井筒,并通过人工举升方式将砂粒举升到地面后再进行分离处理。
通过将近井筒带的细小砂粒产出,对地层进行“卸载”,引起井眼周围地层发生剪切膨胀直至剪切破坏,破坏钻完井过程中形成的损害带,在近井地带形成“蚯蚓洞”,疏通渗流通道,提高近井眼地层的渗透率。
在砂桥形成后,还可通过压力激动破坏砂桥,重新形成砂桥的过程中有利于细小砂粒的产出和“蚯蚓洞”向深部地层发展,使地层“渗透强化”[3]。
裸眼内下入特殊筛管适度防砂完井技术是指在水平分支井、水平井和常规定向井的油层段不下套管,不固井,而是直接下入特殊筛管进行防砂作业。
套管射孔简易防砂完井技术是适度防砂完井技术的灵活应用,即对油层套管进行射孔,然后下入特殊筛管进行适度防砂作业。
2适度防砂技术在我国的发展及其现状2．1适度防砂技术在我国的发展适度防砂就是尽可能挖掘各方面的潜能，在生产许可的范围内，允许较高比例的地层砂产出来，达到提高原油产量，得到最佳的投人和产出比的目的。
油层出砂机理研究调研油层出砂是油田开发过程中经常遇到的问题,不仅给采油工艺带来许多麻烦,而且影响储层采油速度及油气采收率,严重时甚至造成井壁坍塌、套管损坏,乃至油井报废.目前,国内外在防砂工艺方面均有长足发展,但在出砂机理方面研究成果相对较少.徐守余、王宁在研究大量文献基础上,对油层出砂机理进行了深入分析和总结,以期为更好地防砂、控砂及提高油井经济效益等提供保障.油层出砂影响因素,从大方面可分为地质因素和工程因素2大类.地质因素主要包括沉积相、构造应力、砂岩颗粒大小及形状、岩矿组成、储层敏感性、润湿性、压实情况、胶结物类型及胶结程度、油层压力、流体性质及分布等.在开发过程中,生产条件的改变会对地质因素产生不同程度的影响,从而改善或恶化出砂程度;工程因素包括开采因素和完井因素,这些因素在多数情况下受工程活动控制,包括生产压差、液体流动速度,多相流动及相对渗透率、毛细管作用力、含水变化、完井类型、井深结构、生产工艺等.这些因素相互作用、相互影响,只有深入研究油层出砂机理,找出这些因素与出砂之间的内在联系,才能达到防砂、控砂及出砂,提高油田开发效益.1 地质因素与出砂机理1.1 构造应力的影响在砂岩地层中钻井后,会在井壁附近形成一个塑性变形地带,由岩石力学理论可知,塑性带的稳定条件是:σ1−p0 =2S0tanβ式中:σ1——最大主应力,MPa；P0——地层孔隙压,MPa；S0——岩石固有剪切强度,MPa；β——破坏角.左端是岩石颗粒承受的有效径向应力.通常,若径向应力σ1>2 MPa,则会破坏其稳定条件,使塑性半径向外扩张,即骨架结构失去平衡,开始出砂。
断裂带及地层破碎带部位,受构造应力的影响较大,导致地层内部岩石骨架遭受破坏,降低S0,是最易出砂的部位或出砂最严重的地区,而远离断裂带及地层相对完整区域出砂程度相对缓和.因此,在油藏开采早期,应尽量避免油井靠近这些地区,或尽早采取防砂措施,以防止严重出砂情况的发生.1.2 砂岩性质通常,地层埋藏越深,压实作用越强,胶结程度越好,岩石压实紧密,地层不易出砂.砂岩胶结程度是影响出砂的主要因素.胶结性能与埋藏深度、颗粒大小及形状、胶结物类型和胶结方式等密切相关.钙质胶结为主的砂岩较致密,地层强度高,不易出砂;以泥质胶结为主的砂岩较疏松,强度低,较易出砂.砂岩颗粒接触关系是影响油层出砂的另一重要因素,研究表明:如果砂岩颗粒为点接触,油层压实作用较弱,地层则容易出砂. 出砂模拟实验表明:对于疏松砂岩,出砂过程的开始阶段是从胶结最弱处先开始出砂,然后出现砂体结构变化和破坏,使得渗流场变化,形成高渗区域,流体集中在高渗区域流动,使砂体结构破坏而大量出砂,形成出砂道,继而砂道进一步扩展增大形成砂窟.1.3 储层敏感性与流体性质1.3.1 储层敏感性储层中的自生矿物与原始油层中的流体通常处于平衡状态,当不同流体进入时,原始平衡会遭到破坏,对出砂产生影响.速敏性因流体变化而引起地层微粒运移,堵塞喉道,导致流体渗流阻力局部增大,增大了流体对岩石的拖拽力,未被阻挡的更细微粒随流体进入井筒造成出砂.酸(碱)敏性酸(碱)液进入储层后与某些敏感性矿物及流体发生反应产生沉淀或者颗粒,这些颗粒一方面作为地层砂被携带进入井底,另一方面堵塞喉道,造成流体对岩石的拖拽力增大,使更细微粒进入井筒造成出砂.水敏性地层中粘土矿物在接触低盐度流体时,可能产生水化膨胀、分散,大大降低地层强度,导致出砂.盐敏性盐液进入储层后,由于粘土矿物的水化和膨胀导致地层出砂。
一、出砂概况油井出砂是油气开采过程中由于储层胶结疏松、强度低、流体的冲刷而导致射孔孔道附近或井底地带砂岩层结构被破坏，使得砂粒随流体从油层中运移出来的现象[1].（李兆敏,林日亿,王渊,等.高含水期射孔井出砂预测模型的建立及应用[J].石油大学学报:自然科学版,2003,27,(4):58,61,65.）在我国,除了少数油田的油井是由于砂岩层胶结不好、砂粒疏松.在开采初期就有出砂现象之外,许多出砂现象都是发生在油井生产的中后期.油田的中后期出砂特点是出砂量大、时间持久且难预测何时发生、防治较为困难。
国外在出砂预测方面研究应用较早.开发出了大尺寸出砂试验模拟系统、多种出砂理论模型和软件.我国近几年也正在从小尺寸的出砂预测逐步向大尺寸的出砂预测过度。
二、出砂的危害(1)减产或停产作业：油、气井出砂最容易造成油层砂埋、油管砂堵，地面管汇和储油罐积砂。
沙子在井内沉积形成砂堵，从而降低油井产量，甚至使油井停产，因此，常被迫起油管清除砂堵、清洗砂埋油层，清理地面管汇和储油罐。
其工作量大，条件艰苦，既费时又耗资。
即使这样，问题也还没有最终解决。
恢复生产不久，又须重新作业。
(2)地面和井下设备磨蚀：由于油层出砂使得油、气井产出流体中含有地层砂，而地层砂的主要成分是二氧化硅（石英），硬度很高，是一种破坏性很强的磨蚀剂，能使抽油泵阀磨损而不密封，阀球点蚀，柱塞和泵缸拉伤，地面阀门失灵，输油泵叶轮严重冲蚀。
使得油、气井不得不停产进行设备维修或更换，造成产量下降，成本上升。
(3)套管损坏，油井报废：最严重的情况是随着地层出砂量的不断增加，套管外的地层孔穴越来越大，到一定程度往往会导致突发性地层坍塌。
套管受坍塌地层砂岩团块的撞击和地层应力变化的作用受力失去平衡而产生变形或损坏，这种情况严重时会导致油井报废。
(4)安全及环境问题：意料之外的由于出砂引起的管道渗漏或设备失效还会引起严重的安全问题和溢出事故，尤其是在海上或陆上有水的地方。
•研究背景及意义
•文献综述
•研究方法及技术路线
•实验结果与分析
•结论与展望目
•参考文献
录
研究背景
研究意义
出砂预测模型研究现状
基于物理模型的研究
基于数值模拟的研究
基于人工智能的研究
油井监测技术发展现状
基于数值模拟的监测技术
基于人工智能的监测技术
基于物理传感的监测技术
A
B
C
D
基于物理模型
模型选择与参数优化
模型验证与评估
数据采集与处理
出砂动态预测模型构建
监测方案制定根据油井出砂动态预测模型的需求，制定
相应的油井监测方案。
数据传输与处理设计数据传输和处理的流程，包括数据的收集、存储和分析等，以满足实时监测的监测设备选择
监测系统集成与调试
油井监测技术设计
03模型改进与优化
模型验证与优化
01
模型验证
02结果评估与讨论
出砂动态预测模型结果模型准确性
模型适用性
模型局限性
油井监测技术效果评估
监测设备可靠性
监测数据准确性
监测技术适用性
结果对比及分析
预测结果与实际出砂
情况对比监测技术与实际出砂
情况对比
结果对生产的指导意
义
010203
研究结论
研究不足与展望
参考文献1
书籍名称：《石油工程岩石力学》
作者：张金亮
参考文献。
准确预测出砂的一种实用方法 编译:袁永文(青海油田公司钻采工艺研究院)陈学民(青海油田公司边远油田开发公司)邢政才 徐海涛(青海油田公司钻采工艺研究院)审校:谢政(青海油田公司钻采工艺研究院) 摘要 针对国内一大型油田的出砂问题,利比亚一家石油公司与斯仑贝谢测井公司收集了大量的生产数据、测井资料与专业文献。
在对目前的几种出砂预测方法综合评价后,获得了一种新的出砂预测方法,并由此得出了与实际情况相吻合的理论预测结论。
这不仅解释了该油田的出砂现象,而且还对未开发层段的生产前景作了预测,并为下步的完井方案提供了合理的依据。
关键词 岩石参数 地层参数 生产数据 测井数据 出砂模型 出砂预测 参数修正1 概述本文对利比亚Messla油田的出砂分析方法进行了描述。
该油田已产油30多年,一些油井已严重出砂,另外一些油井则不出砂。
这一现象使该油田成为出砂分析与地质力学分析的一个理想对象。
开展这一研究工作的目的是:通过高时效的采集方法与模型建立方法优化完井方案与生产方案,大幅度降低出砂程度。
研究工作利用了易测量的实验室数据、测井数据、以及由一些经验方法(这些方法已通过其他计算结果得到了验证)得到的分析计算数据。
这一研究还利用岩石强度、地应力与砂粒尺寸等参数以获取下列结果:◇解释塑性效应,从而对井筒附近及射孔孔眼附近的砂粒强度数值进行修正;◇解释尺寸效应,不同的射孔孔眼尺寸与井筒尺寸产生不同的出砂现象;◇对一些简单的经验方法进行改进;◇利用简单的室内实验方法获取岩石力学特性,从而提高上述参数的准确度。
出砂预测结果与油田数据比较证实,这一研究方法很有效,能准确预测油井在哪年开始出砂。
本文内容有以下几点:研究方法、数据采集与处理方法;证明在研究过程中,通过对输入数据进行筛选,对某些不确定因素进行评价,并通过优选模型(这些模型不需要太复杂的测量与分析过程)最终可以得到准确的出砂预测结果。
Messla是一大型油田,由Agoco石油公司开发,至今已有30多年的生产历史。
油井出砂原因及防砂预测分析摘要：在油田开采过程中，随着油田开采的不断进行，地层能量也会随之不断下降，此时油井内部的压差就会不断增大，进而导致油井出砂的问题不断严重，油井出砂会对其产能造成比较大的影响。
地层出砂会进入到井筒中，可能会造成管线和设备堵塞情况的出现，或者对泵造成破坏，甚至可能会导致井壁坍塌的问题，造成套管变形损坏，最终使油井不能够继续生产，而且会影响后续开采和最终的采收率，因此加强对油井出砂机理的研究，针对油井出砂机理采取有效的防砂措施来对油井出砂问题进行预防，对于保证油田产能的稳定，提高最终采收率具有重要的意义。
关键词：油井；出砂机理；因素分析；防砂技术1、油井出砂及危害油井出砂是油田的油井在生产过程中，因为储油层的岩石较为脆弱，或是在开采过程中，因为不合理的操作，导致储油层的岩石结构遭到破坏，导致岩石脱落。
脱落后的岩石随着原油一起进入采油设备中。
因为岩石体积较大，最终导致采油设备的损坏。
岩石脱落严重时还会对油井内的岩石稳定结构被破坏，导致油井坍塌，最终停产。
常见的油井出砂会导致油井减产，只有当油井出砂越来越严重时才会发生油井停产现象。
2、油井出砂原因分析油井出砂的原因并不都是一样的，不同区域的油井在出砂原因方面可能有一定的差异，但是总的来说油井出砂主要是两类原因导致的，一方面原因是油藏本身的地质条件，另一方面则是开采因素，这两方面因素是导致油井出砂的主要原因，下面就对这两方面因素进行分别的分析：2.1地质条件的影响开采区域内岩层的自然因素是导致油井出砂的主要原因。
在进行石油开采的过程中，原油输出会导致开采区域土层外部压力不断增大，引起岩层的松动，严重时会导致区域内的岩层脱落，进而出现油井出砂问题。
在石油开采的过程中，开采区域内岩层应力的分布是导致油井出砂的内因，随着开采深度的增加，开采石油需要的压力不断加大，此时油井内开采区域内的岩层应力状态平衡状态被打破，破坏了开采区域内的结构，引起岩层脱落，产生油井出砂问题。
花土沟油田油井出砂现状及防砂措施探讨摘要：本文从地质因素和开采因素分析了花土沟油田出砂的原因，列出花土沟油田出砂的现状和危害，并对油田现有的防砂工艺进行了简单的评价。
最后提出应根据花土沟油田开采现状，采取适当的防砂措施。
关键词：出砂；防砂；危害；措施一、花土沟油田构造特征花土沟油田位于柴达木盆地西部坳陷尕斯库勒断陷亚区内狮子沟构造花土沟高点，地下构造是一个被断层复杂化的的不对称的短轴背斜。
地面构造为东翼缓而西翼陡近南北不对称短轴背斜构造。
构造遭受严重剥蚀，核部出露，断层相当发育。
油田受构造控制，形成了以背斜圈闭为主，断块圈闭为辅以及构造-岩性圈闭等三种圈闭类型。
属于层状边水油藏。
二、油井出砂原因及现状油井出砂是指在油气生产过程中砂粒随流体从地层中运移出来的现象，是影响油气井产能的一个重要因素，制约着油气田的高效开发。
油井出砂危害极大，主要表现为：使地面和井下设备严重磨蚀，甚至造成砂卡，砂埋油层或井筒砂堵造成油井停产，出砂严重时还会引起井壁坍塌而损坏套管。
这些危害既提高了原油的生产成本，又增加了原油的开采难度。
因而采取有效的防砂措施不仅可以降低生产成本，减少工作量，还可以快速高效地开发油气藏。
2.1油井出砂原因2.1.1储层岩石的性质花土沟油田砂岩储层属于泥质胶结，胶结方式为孔隙式胶结，此外储层由于成岩程度差，砂岩强度低，渗透率中等到差，这些决定了油层具有容易出砂的特点。
2.1.2地层应力状态地层应力的影响直接反映为钻井过程中由于地层应力场的局部破坏，造成井壁岩石的应力集中，而采油过程井壁岩石始终处于最大应力状态，从而导致相同条件下井壁及近井地带将首先发生破坏而造成油井出砂。
2.1.3开采因素1)地层压力下降。
地层压力下降使地层的胶结强度进一步下降，储层砂体颗粒承载砂粒的负荷逐渐增加，致使砂粒间的应力平衡状态遭到破坏，当地层应力超过砂岩地层承受强度时，岩石颗粒碎裂剥离而出砂。
2)油井工作制度的不合理。
中国油井出砂预测技术现状周林然,卢 渊,伊向艺(成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室,四川成都610059)摘要:油井出砂是砂岩油藏开采过程中所遇到的主要问题之一,对已进入开发中后期的油田而言,如何解决出砂问题显得更为重要。
通过对中国油田出砂预测技术的调研,在分析出砂预测技术发展趋势的基础上,介绍了目前出砂预测模型研究的理论基础、技术手段的新发展以及所取得的成果,指出了现有模型的局限性和在模拟条件方面的不足之处,提出了研究岩石骨架破坏的出砂预测的建模思想,为建立新的预测模型以及更有效地防砂提供依据。
关键词:出砂;预测;模型;岩石力学中图分类号:TE358.1文献标识码:A 文章编号:1009-9603(2006)02-0100-03 油井出砂是油气开采过程中由于储层胶结疏松、强度低、流体的冲刷而导致射孔孔道附近或井底地带砂岩层结构被破坏,使得砂粒随流体从油层中运移出来的现象[1]。
国外在出砂预测方面研究应用较早,开发出了大尺寸出砂试验模拟系统、多种出砂理论模型和软件。
在20世纪90年代初期,中国少数油田在编制完井方案前做了一些小尺寸的出砂预测试验,由此认识到出砂预测技术的重要作用,并从此对出砂预测技术开展了综合研究。
在借鉴国外出砂预测技术的基础上,中国出砂预测技术取得了很大的进展。
1 技术手段1.1 测井技术测井技术作为认识和识别油气层的重要手段,在出砂预测中具有重大意义。
声波测井资料获取方便,是广泛应用的出砂预测方法[2-3]。
21世纪初的10a 内,测井领域重点发展的关键技术有成像测井、核磁共振测井、超声多参数工程测井、井间声波/电磁成像测井、随钻测井、过套管测量地层电阻率测井以及仪表化油田技术与测井信息处理和解释一体化技术等。
中国自1947年玉门油矿自制第一台半自动测井仪以来,至今已开发了电磁波传播测井仪、自然伽马能谱测井仪和超声成像测井仪等高科技测井仪器。
1.2 数据挖掘技术数据挖掘技术是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的和随机的实际应用数据中,提取隐含在其中的、事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程[4];它是通过预测未来趋势及行为,做出前摄性的、基于知识的决策;其目标是从数据库中发现隐含的、有意义的知识,主要具有自动预测趋势和行为、关联分析、聚类、概念描述和偏差检测5类功能。
目前,该技术常用的方法有人工神经网络、决策树、遗传算法、近邻算法和规则推导等。
1.3 试验模拟技术中国关于研究和预测油井出砂的工作起步于20世纪90年代初,在防砂工艺研究方面取得了较大成绩,但在试验预测研究方面却无大的突破。
胜利油田的王建等以采油井井壁炮眼处的地层小单元作为室内出砂模拟试验的对象,建立了适用于低压试验且便于直观地反映出砂状况的模型Ⅰ,以及适用于高压试验并可模拟各种生产工艺参数的改变对出砂状况的影响的模型Ⅱ;同时考虑了含水率、过液量、过液强度和环压改变等因素对样品出砂状况的影响,并通过岩石力学分析来判断出砂类型(自由砂或骨架砂)[5]。
2 建立模型的基础理论随着研究的深入,出砂预测技术利用数学方法收稿日期2005-11-29;改回日期2006-01-10。
作者简介:周林然,男,2003年毕业于石油大学(华东)石油工程专业,现为成都理工大学能源学院2003级油气田开发工程专业在读硕士研究生,主要从事完井方面的研究工作。
联系电话:(028)66161206,E -mail:zhlr257061@yahoo 。
油 气 地 质 与 采 收 率 2006年3月 PETROLE UM GE OLOGY AND RECOVERY EFF I C I E NCY 第13卷 第2期将岩石力学和渗流(流体)力学等学科有机地结合在一起。
在地层压力的作用下,岩体出砂主要是由于岩石发生塑性变形破坏后引起的,岩体超过一定的塑性变形后,砂体脱落流出并被带入井筒。
判断岩石屈服的常用准则有Mohr-Coul omb准则和D rucker -Prager准则[6-8]。
Mohr-Coul o mb准则是假设地层最大原地剪应力是由地层的抗剪切强度决定的。
在假设地层处于剪切破坏临界状态的基础上,给出了地应力的计算模式[7],此模式适合于松软的泥页岩和砂岩地层,但其地层处于剪切破坏的临界状态的假定具有很大的局限性。
D rucker-Prager准则是在Mohr-Coul omb准则和塑性力学中著名的M ises准则[7]基础上的扩展和推广[8],它不仅考虑了中间主应力的影响,还考虑了静水压力的作用,克服了Mohr-Coul omb准则的主要弱点,已在国内外岩土力学与工程的数值计算分析中获得了广泛的应用。
塑性应变破坏准则[6,9]是建立疏松砂岩油藏的出砂预测模型的常用力学准则之一。
由于地层出砂与地下流体有着密切的关系,如地下流体的流动对地层砂粒的冲刷作用和地层(流体)压力的变化等,因此,加大渗流力学的研究力度也是今后出砂预测研究的努力方向。
数学是建立各种模型必不可少的手段。
目前常用的数学方法有有限元、数值分析、概率统计和回归分析等。
郑书通等利用模糊数学理论建立了防砂方法综合评价模型[10],把出砂和防砂有机地结合在一起。
此外,计算机技术的发展使得许多大型的数值计算成为可能。
3 出砂预测模型和监测技术中国出砂预测技术的发展主要表现在针对不同井况和地层条件下的预测模型的建立,为下一步制订防砂措施提供理论指导。
在国外其发展过程主要经历3个阶段[11]:第一阶段是通过观察岩心和初始生产动态资料预测是否出砂;第二阶段是利用岩石性质(如弹性模量、剪切模量等)确定岩石特性临界值来预测出砂与否;第三阶段是实验室模拟研究和数值计算预测阶段。
中国出砂预测技术虽然起步较晚,取得的进展却很大,主要表现在实验室模拟研究和数值技术方面。
三轴试验及破坏模型 用三轴试验对弱胶结地层的变形破坏性质进行研究,建立了极限塑性变形破坏准则。
通过流体—固体力学耦合计算建立炮孔出砂的预测模型[12]。
裸眼井预测模型 采用裸眼完井的油井,其地层一般具有较高的强度,只有在地层发生破坏后,才会引起出砂,对于这类地层,防砂的关键在于防止地层发生剪切破坏。
目前常见有2种模型[13-15],一种模型是采用D rucker-Prager准则,考虑了中间主应力,并引入稳定性指数(S),对地层稳定性进行判断:当S大于0时地层稳定,当S为0时地层处于临界状态,当S小于0时地层屈服;另一种模型则采用Mohr-Coul omb准则,建立模型并推导出油井出砂时临界井底流压的计算公式。
2种模型的建立者皆对不同条件(储层压力、生产压差、原始地应力状态和岩石抗压强度等)下地层稳定性和临界井底流压进行了探讨。
射孔完井预测模型 张建国等在假设沿2种特殊方向射孔,即沿最大水平地应力和最小水平地应力方向条件下,通过对射孔孔道周围的地应力分布的研究,建立了油井出砂预测模型,模型中同样引用了地层稳定性指数作为判断标准;该模型的可靠性在胜利油区河50和河51断块的出砂井中得到了验证[16]。
张广清等基于弹塑性有限元方法研究气藏三维出砂的预测方法,建立了高压气层出砂预测模型;探讨了三维远场地应力、孔隙压力和井底压力等因素对出砂的影响,从而得到具体出砂地层的临界生产压差[17]。
人工神经网络模型 该类模型是一种预测出砂的新方法。
人工神经网络技术能很好的解决其他数学方法中的某些参数难求及地层复杂等多因素的非线性问题。
张勇斌等将出砂程度分为轻微、中等和严重出砂3种情况,利用BP模型和聚类分析模型将原油粘度、地层渗透率、粒度中值、地层压力、地层孔隙度、含水饱和度、泥质含量、气油比、生产压差和采液强度等参数量化后作为网络的输入并以泛化方式输出结果,判断出砂情况[14,18],取得了良好的效果。
连续出砂预测模型 该模型是以声波测井资料为基础,结合密度、井径、自然电位和自然伽马等测井资料进行地层强度连续预测,然后计算地层的出砂指数,进而计算地层的极限生产压差和临界产量,并开发了连续出砂预测系统软件[19]。
该软件包括测井资料数字化模块、出砂指数计算模块和极限生・11・第13卷 第2期 周林然等:中国油井出砂预测技术现状 产压差及临界产量计算模块3个部分。
其他预测模型 油井中后期出砂预测技术是用岩石力学试验方法、测井及试井资料分析等确定临界值来判别是否出砂[20]。
曾流芳等通过分析疏松砂岩油藏出砂发生和发展的机理,设计了出砂预测的数学模型,在此基础上,用Monte-Carl o法模拟了疏松砂岩油藏出砂的发生和发展[21]。
李兆敏等建立了球形、圆柱形2种方式的射孔孔道模型;应用岩石破坏准则研究了井眼围岩应力场对射孔孔道稳定性的影响,确定了射孔完井方式下油井出砂的临界生产压差和临界产量[1];并首次建立了油层砂岩岩石抗压强度与井深、声波时差的回归关系式。
该项研究成果在胜坨油田现场应用122井次,预测准确率大于82%。
监测技术 监测技术采用加速度传感器感受出砂信号,运用功率谱、概率密度函数的方差等数理统计方法,综合地识别出砂信号,采取动态信号处理方法,并研制了相应的实验装置[22]。
该系统可以很好地对出砂情况进行连续监测,并可预测出砂趋势。
4 结束语油井出砂包括自由砂和骨架砂。
随着技术的进步和认识的加深,对防砂的观点在不断的变化。
现有的模型主要是针对地层中的游离砂,近几年,特别是国外技术人员对出砂的看法有了较大的变化,认为地层出一定的游离砂有利于疏通地层孔隙喉道,有利于提高油井的产能。
真正要防的是地层骨架砂的产出,一旦有骨架砂产出,就可能导致地层坍塌,油井报废。
到目前为止,专门针对地层岩石骨架的破坏情况的研究尚未见报道,因此,笔者认为应该研究在什么样的条件下(生产压差、地层流体粘度以及流速、含水率等)岩石骨架开始破坏。
目前的模拟试验大都是在地表条件下进行的,这使得试验结果精度降低,因此,应该加强对模拟试验装置的研究开发。
预测模型一方面在一定范围内给如何有效的防砂提供了指导,另一方面由于地区差异使得每一模型的使用具有很大的局限性。
但是,就目前所建立模型的基本思想、方法和手段而言,大抵相同,因此,笔者认为可以尝试分类编程并可选择性的输入相关参数以提高模型的适用范围。
出砂预测是一门复杂的综合性课题,覆盖了许多学科,中国的出砂数值模型预测方法尚属起步阶段,还须进行大量的研究工作。
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