出砂机理及防砂

浅谈油井出砂机理及防砂工艺技术研究摘要：随着油田进入开发后期，开采的难度不断加大，含砂井越来越多。

这种现象已成为油田开发过程中的主要难题之一。

胜利油田孤东油区存在大量的高含砂井。

油井出砂的原因极其复杂，从开始钻井到采油、注水过程中，每一个环节对出砂都有影响。

而人为因素造成的油井出砂，应该尽量避免。

分析油井的出砂机理，应用更先进的防砂工艺技术，提高防砂效果显得尤为重要，下面着重分析油井的出砂机理及防砂措施。

关键词：油田开发出砂机理防砂措施随着油田的不断开发，地层能量不断下降，油井出砂问题日益突出，越来越多的高含砂井的出现，导致油田稳产的难度日益增大。

地层出砂进入井筒，会导致油砂卡等现象，造成泵的损坏，严重时会使油井停车。

出砂还会影响油井的后续生产，最终影响最终采收率。

1油井出砂因素分析1.1先天因素对于油井出砂来说，砂岩地层的地质条件、类型不同和分布规律、地质年代等共同构成油井出砂的先天因素。

通常情况下，胶结矿物多、类型好、分布均匀，这种地层的气藏的胶结强度较大，出砂量较小。

1.2开发因素油井出砂的开发因素主要指开采方法不恰当进而在一定程度上引发油井出砂。

通常情况下，开采速度突变、开采技术落后、修井作业质量低和修井频繁、酸化作业设计不良和管理不科学等，在一定程度上都可能造成油井出砂现象。

2 出砂机理的分析2.1地层的弱胶结出砂这类油气藏出砂发生在油气井生产初期，或关井后的第二个生产周期。

对于弱胶结地层，剪切破坏所导致的出砂量要比张应力作用所造成的出砂量大。

由于地层胶结性差，较小的采液强度就可以导致油气井出砂。

2.2中等胶结强度易出水地层这种中等强度定义在 3.45～6.8。

这种地层开始不出砂，地层出水后却开始出砂。

其主要原因是由于出水后使原来固结砂粒的毛管力消失，另外由于毛管力的消失，地层砂在地层内流动着流体作用下，剪切破碎增强，破碎的砂粒的运移增大了砂粒间的剪切力，从而使油气藏出砂加剧。

2.3油藏压力下降导致胶结性好的地层出砂由于油藏压力的降低，同时在主应力非常大的情况下，胶结强度高的地层易出砂，这种地层出砂状况较弱胶结地层差，同时也可能时断时续的发生。

浅谈地层出砂一、出砂的主要危害：1、砂埋油层或井筒砂堵造成油井停产；2、出砂使地面和井下设备严重磨蚀、砂卡；3、冲砂检泵、地面清罐等维修工作量剧增；4、出砂严重时还会引起井壁坍塌而损坏套管。

二、油层出砂机理：1、剪切破坏：剪切强度包括两部分：胶结力和摩擦力。

在射孔通道周围有一个压力场，而其附近的塑性变形会引起井眼内剪切破坏，岩石将产生弹性变形（硬地层）或屈服变形（软地层），因而在射孔通道形成了一个塑性地层。

一旦剪切破坏发生，大小固体颗粒纷纷被剥离，这地层将逐渐遭到破坏。

2、拉伸破坏：拉伸机理发生在射孔通道周围，（这里的径向压力是由井眼压力和油藏压力控制的）。

压力骤变能超过地层拉伸强度，从而形成出砂和射孔通道的扩大。

3、粘结破坏：这一机理在弱胶结地层显得十分重要。

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、剪切面或其它边界表面。

4、化学反应影响：岩石的强度由两部分组成：微粒之间的接触力和颗粒与胶结物之间的粘结力。

地层流体可能含有水、碱或酸，化学反应将溶蚀掉胶结物，从而破坏岩石强度。

三、油层出砂的具体原因：1、砂岩油层的地质条件（内因）：砂岩油层在钻井前处于应力平衡状态。

钻开油层后，井壁附近岩石的原始应力平衡状态遭到破坏，造成井壁附近岩石的应力集中。

其它条件相同时，油层埋藏越深，岩石的垂向应力越大，井壁的水平应力相应增加，井壁附近的岩石就越容易变形和破坏，引起在采油过程中油层出砂，甚至井壁坍塌。

2、开采因素（外因）：由于固井质量差，使得套管外水泥环和井壁岩石没有粘在一起，在生产中形成高低压层的串通，使井壁岩石不断受到冲刷，粘土夹层膨胀，岩石胶结遭到破坏，因而导致油井出砂。

四、冲砂：冲砂就是用高速液体将井底砂子冲散，并利用循环上返的液流将冲散的砂子带到地面的清砂方法。

1、冲砂原因：油井出砂后，如果井内的液流不能将砂全部带至地面，井内砂子逐渐沉积，砂柱增高，堵塞出油通道，增加流动阻力，使油井减产甚至停产。

油井出砂因素分析与防砂技术对策探讨油井出砂是指油井在生产过程中，地层中的砂颗粒进入井筒，导致生产井筒中的砂量增加。

油井出砂不仅会降低油井的产能，还会对油井设备造成损坏，影响油井的稳定性。

探讨油井出砂的因素分析和防砂技术对策非常重要。

油井出砂的主要因素可以归纳为地层力学性质、油井完井、地层流体动力学以及产层特征等四个方面的因素。

地层中的力学性质是导致油井出砂的重要因素之一。

地层中如果存在弱层、疏松层、脆性层等地质构造，容易发生砂粒脱离地层进入井筒。

地层中的水动力作用也是导致出砂的重要因素，水流对地层中的砂粒起到冲刷作用，使砂粒脱落进入井筒。

了解地层的力学性质，对油井出砂的预测和防治非常重要。

油井完井对油井出砂的影响也非常大。

完井中的水泥固井质量、套管完井质量等都会影响到油井的防砂效果。

如果完井质量不好，套管间存在裸眼区或存在裂缝，会使得地层中的砂粒从这些位置进入到井筒中。

提高完井的质量，采取防砂措施非常重要。

地层流体动力学也是导致油井出砂的重要原因之一。

地层中的流体动力学主要与地层渗透性、井底流速、井底流量等因素有关。

如果井底流速过大，会使地层中的砂粒被冲刷进入到井筒中。

控制井底流速、流量，合理管理油井的生产参数，可以有效减少油井出砂。

产层特征也对油井出砂起到重要影响。

一些产层细颗粒砂岩、脆性砂岩等，容易发生砂粒脱离地层进入井筒。

在选择油井开发方案时，要根据产层特征合理选择防砂技术。

为了有效防止油井出砂，可以采取以下防砂技术对策：1. 合理选择完井方案：在完井过程中，应严格按照设计要求进行套管的安装和水泥固井，避免存在裸眼区或存在裂缝，确保完井质量。

2. 使用防砂工具：如防砂套管、防砂滤管等，可以阻止地层中的砂粒进入到井筒中。

3. 调整井底流速：合理管理井底流速和流量，减小油井的生产参数，降低地层中的砂粒冲刷进入井筒的风险。

4. 人工增注剂：通过注入人工增注剂来改变地层渗透性或黏结砂粒，减少砂粒从地层中脱离的可能性。

==防砂技术==油气井出砂是疏松砂岩油气藏面临的重要问题之一，油井出砂会造成油气井减产或停产，严重的可导致油气井报废，因此防砂作业是油气井完井作业中的重中之重。

1、出砂危害油气井出砂是疏松砂岩油气藏面临的重要问题之一。

出砂的危害主要表现在以下三个方面：1）油井减产或停产2）地面及井下设备加剧磨蚀3）套管损坏，油井报废2、出砂机理地层是否出砂取决于颗粒的胶结程度—地层强度。

一般说来，地层应力超过过地层强度就可能出砂。

地层应力包括构造应力、上覆压力、流体对颗粒的摩擦力、生产压差的拖曳力等。

而地层强度由颗粒的胶结类型、胶结物含量、孔隙内流体内聚力、颗粒之间的摩擦力来决定。

3、出砂因素1）先天因素油气井出砂的先天因素指砂岩地层的地质条件，如胶结物含量及分布，胶结类型，成岩压实作用，地质年代等。

一般说，胶结物含量高，分布均匀，地质年代早，埋藏深，成岩强度就高，越不易出砂，反之亦然。

2）开发因素①采液速度突然发生变化或采油速度过高；②低质量（指对地层伤害严重）和频繁的修井作业；③不合理的生产及作业措施造成油层伤害；④地层压力持续下降，油井含水上升；⑤开发中、后期油井提液，加剧了对颗粒的冲刷，泥质胶结的地层防膨措施不当；4、防砂方法防砂方法分类按防砂机理及工艺条件，防砂方法大致分为机械防砂、化学防砂、砂拱防砂及其他方法。

1）机械防砂①第一类：仅下入防砂用的滤砂管柱，如割缝衬管、绕丝筛管、各类地面预制成型的滤砂器（如双层预充填筛管、树脂砂粒滤砂管、金属棉纤维滤砂管、多孔陶瓷滤砂管等）。

这种方法简单易行，施工成本低，但是滤砂器易堵塞，不能阻止地层砂进入井筒，只宜用于中、粗砂岩地层。

②第二类：在下入绕丝筛管（或其他滤管）后，再用高渗透砾石充填于筛管和井壁之间的油井环空，并部分挤入井筒周围地层，形成多级过滤屏障，阻止地层砂运移，是当今最流行的防砂方法，也就是大家常说得—砾石冲填防砂。

2）化学防砂化学防砂是通过向套管外地层中挤入一定数量的化学剂或化学剂与砂浆的混和物，达到充填、胶固地层之目的，提高地层强度，减缓出砂。

出砂过程与危害 出砂机理 出砂预测第十章油井出砂一、出砂过程与危害1.1 出砂过程油井出砂大体上可分为两个阶段：由骨架砂变成松散砂，这是导致出砂的必要条件； 松散砂的运移只有满足这两个条件后才会引起大规模出砂。

✓对于出砂的第一阶段来说，应力因素，如井眼压力、原地应力状态、岩石强度等是影响出砂的主要因素；✓液力因素，如流速、渗透率、粘度以及两相或三相流动的相对渗透率等的作用主要表现在出砂的第二阶段，即运移由于剪切破坏而形成的松散砂。

1.1 出砂过程1.2 油井出砂的影响因素影响因素可分为三大类：①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；②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、组成、颗粒尺寸和形状及压实情况等；③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）、生产工艺参数（流速、生产压差及流量）、油层损害（表皮系数增大）、放油或关井方案、人工举升技术、油藏衰竭、累计出砂量等。

一、出砂过程与危害设备磨损◆油管、阻流阀、泵筒◆地面管线、阀门 管柱堵塞◆油井管柱堵塞◆地面管线堵塞 增加作业次数 套管损害 需要其它处理装备1.3 出砂的危害出砂的好处：✓增加产量✓消除近井地带的储层伤害✓提高储层孔隙度和渗透率二、出砂机理2.1 流体流动所需的生产压差对于高渗油藏来说，提高产量意味着增加生产压差。

而生产压差的增加提高了地层的偏应力水平，若超过地层抗剪强度，会引起地层破坏，导致油井出砂。

除达西流动的能量损失外，生产压差必须克服如下流动伤害：（1）钻井过程近井地带应力场变化导致的渗透率伤害、径向流汇聚和动量作用。

（2）井眼流动伤害，如井底不完善、射孔和表皮伤害。

（3）钻井液固相伤害。

生产压差不仅对孔隙压力产生扰动，还导致近井地带产生应力集中。

油井出砂因素分析与防砂技术对策探讨油井出砂是指油井开采过程中，由于各种因素的影响，地层裂缝内的砂粒从原有位置脱离，经过油井井筒沉积在井底或沉积管道内，严重影响钻井作业和生产。

那么，导致油井出砂的因素有哪些？又如何进行防砂技术对策探讨呢？一、导致油井出砂的因素（一）地层因素1、砂岩岩性差：砂岩岩性差，孔隙度高，岩石组织结构不稳定，易于破坏，所以砂粒容易从岩石间脱落。

2、同层夹嵌：沉积体系复杂，在地质过程中容易引起变形，同层内发生夹层、夹冻、夹泥、夹石等现象，造成砂性岩石的不连续性。

（二）生产因素1、初始生产压差不当：短时间内，高的井底流压和低的地层压力差，容易使砂粒产生剪切力和振砂的力，影响孔隙和砂岩之间的粘附力和摩擦力，引起砂岩中的砂粒从原有位置脱离或沉积沿井筒运到沉积管道内。

2、卡塞现象：井筒砂堵导致产量下降，产生气锁现象，触发后效应引起剧烈振动，再加上流速下降容易形成沉积，堵塞更加严重。

（三）井控因素1、井口堵塞：井渣等杂物在井口形成堵塞，孔隙狭小，使流体流速增大，容易拖动砂粒导致井底沉积剧烈出现。

2、抽油机工作不正常：抽油机工作不正常是导致井底产生剪切力和振动力的原因之一，同时引起井流并阻碍油气的正常流动。

二、防砂技术对策探讨为了防止油井产生砂，需要综合考虑地质条件、油井控制、井筒维修等因素，并采取合理的措施防治油井出砂。

（一）地质投资1、加强勘探：通过深入的勘探，了解地质构造、岩性、结构、气水含量等详细信息，准确判断地质条件，提前设备和防砂措施，减少井口堵塞和产生砂的风险。

2、分层开采：通过分层开采措施，可将地下的砂和其他岩性分层开采，减少地下砂和岩石的折损破碎，减缓沉积物的堆积，减少井口砂堵。

（二）井口控制及维护1、井口清理：清理井口堵塞，及时清理井口积沙杂物，以降低井底剪切力和振动力，保证油井生产长期稳定。

2、防塞措施：通过采取防插器、串高断裂等措施防止油井卡塞，减少气锁现象的形成。

1998年 特　种　油　气　藏 第5卷第4期油层出砂机理与防砂方法综述王玉纯Ξ　顾宏伟　张晓芳油井出砂可加速设备腐蚀,严重时,可造成设备无法工作。

对于稠油油藏,由于稠油的长期作用,油层往往处于弱胶结状态。

当油井处于中后期且油层亏空较大或油井见水时,油井出砂会加剧。

本文在调研大量中外文献及结合现场实践经验基础上,对油井出砂机理及防砂方法进行综述。

油层出砂机理油层出砂机理很复杂。

从宏观上看,油层出砂是井筒不稳定和射孔孔眼不稳定造成的;从微观上看,其与岩石强度、胶结状况、变形特征、所受外力(地应力、孔隙中流体压力、毛管力等)及外力施加过程等因素有关。

射孔后,首先在井筒周围形成较细长的圆柱形孔眼。

根据材料力学理论,在孔眼周围的壁面上产生应力集中,且形成一层塑性变形区。

在流体力作用下,该区中单个颗粒开始脱落,并随流体带入井底。

随着单个颗粒脱落并带走,孔眼趋于变成一个较大且较稳定的球形[1]。

颗粒会在球形孔腔壁附近聚集并形成一层较稳定的砂拱,这与建筑上所用的拱形牢固原理相类似[2]。

若孔腔周围液体径向压力梯度较大(如流量较大)或地应力较大(如油藏亏空较大),都会引起该砂拱坍塌,且会产生新的塑变区[3,4],继而,又会形成一个扩大了的新砂拱。

砂拱的渗透率和孔隙度都较大,T1K1Perkins等[3]对其给出了定量描述。

油层出砂的影响因素11　岩石强度、岩石变形特性和地应力的影响Y Wang等[5]提出了出砂的两个准则:孔腔或井筒周围的有效压应力大于地层强度;井底压降大于临界井底压降(即可将脱落的颗粒带走时的井底压降)。

随着作用在岩石上外力的增加,岩石由弹性变形向塑性变形转化,塑变中,由于硬化作用,岩石变形加剧,且随作用力增大,塑变区中塑应变与弹应变之比加大,该比值大小与岩石固结强度有关,固结强度越大,该比值越小。

Y1Wang[6]给出了塑变区中弹应变和塑应变的解析分析。

结果表明,塑变区和弹变区的周向应力在二区交界处最大,且不连续,而径向应力连续。

油井出砂因素分析与防砂技术对策探讨
油井出砂是指在油井生产过程中，地层中的沙粒被带上井口，影响了油井的正常生产。

油井出砂的主要因素包括地层力学性质、井筒完整性、油井操作以及油井开发方式等。

针
对这些因素，可以采取一系列的防砂技术对策。

地层力学性质是油井出砂的主要因素之一。

在选择油井开采地点时，应充分考虑地层
的物理力学特性，包括地层的强度、孔隙度、饱和度等。

如果地层强度较低，会导致沙粒
容易从地层中脱落，引起油井出砂。

在选择井位时需要避开地层弱化区域，减少出砂的可
能性。

井筒完整性对防砂起着至关重要的作用。

完整的井筒能有效封堵出砂通道，减少沙粒
进入井口的可能性。

为了保持井筒的完整性，可以采取以下措施：合理选择井眼直径，避
免过大或过小导致井壁塌陷或堵塞；选择适当的壁厚；进行良好的井壁完井；定期检查井
筒完整性，及时修补井筒裂缝或漏洞。

油井操作也是影响油井出砂的重要因素。

在生产操作中，应尽量减少井口的压力变化，避免沉积物的松动和脱落；合理控制生产流量，避免过大的生产压力造成沙粒上升速度加快，进而引发油井出砂。

还应加强对井口设备的维护，及时清理井口的沉积物，防止其堵
塞井筒。

针对不同的油井开发方式，可以采取相应的防砂技术对策。

对于水驱油井，可通过控
制水压、掺入适量的聚合物等方式，增强水的粘度，减少沙粒的运移速度；对于气驱油井，可以通过调整气体的压力和流速，减少沙粒上升速度，控制出砂情况。