油井出砂预测概论

第一章疏松砂岩油藏出砂机理及出砂预测方法判断油层是否出砂，对于选择合理的完井方式、对经济有效地开采油田是非常重要的。

要判断生产过程中是否出砂，必须对影响出砂的因素、出砂机理、出砂预测方法的准确性有比较清楚的认识。

通过室内实验和理论研究，搞清油层出砂机理和规律，制订合理的生产制度和防范措施也就显得非常有意义。

1.1油气层出砂原因影响地层出砂的因素大体划分为三大类，即地质因素、开采因素和完井因素。

第一类因素由地层和油藏性质决定（包括构造应力、沉积相、岩石颗粒大小、形状、岩矿组成，胶结物及胶结程度，流体类型及性质等），这是先天形成的，当然在开发过程中，由于生产条件的改变会对岩石和流体产生不同程度的影响，从而改善或恶化出砂程度；第二、三类因素主要是指生产条件改变对出砂的直接影响，很多是可以由人控制的，包括油层压力及生产压差，液流速度，多相流动及相对渗透率，毛细管作用，弹孔及地层损害，含水变化，生产作业及射孔工艺条件等。

通过寻找这些因素与出砂之间的内在关系，可以有目的地创造良好的生产条件来避免或减缓出砂。

地层砂可以分为两种，即：骨架砂和填隙物。

骨架砂一般为大颗粒的砂粒，主要成分为石英和长石等，填隙物是环绕在骨架砂周围的微细颗粒，主要成分为粘土矿物和微粒。

在未打开油层之前，地层内部应力系统是平衡的；打开油层后，在近井地带，地层应力平衡状态补破坏，当岩石颗粒承受的应力超过岩石自身的抗剪或抗压强度，地层或者塑性变形或者发生坍塌。

在地层流体产出时，地层砂就会被携带进入井底，造成出砂。

图1-1 炮眼周围地层受损情况图1-1是射孔造成弱固结的砂岩破坏的示意图。

射孔使炮孔周围往外岩石依次可以为分颗粒压碎、岩石重塑、塑性受损及变化较小的较小受损区。

远离炮孔的A区是大范围的弹性区，其受损小，B1~B2区是一个弹塑性区，包括塑性硬化和软化，地层具有不同程度的受损，C区是一个完全损坏区，岩石经受了重新塑化，近于产生完全塑性状态的应变。

旅大6―2油田储层出砂预测分析研究旅大6―2油田储层出砂预测分析研究【摘要】出砂是油田开采过程中沙粒随流体从油层中运移出来的现象，是油井生产中所面临的一大难题。

出砂不仅会导致油井减产，严重时会造成套管损毁最终导致油井报废，因此在正式开采前对储层进行出砂预测对于今后的生产具有重要意义。

本文以储层的出砂原理为根底，结合旅大6-2油田的工程实例，分析了该油田出砂的可能性，并对出砂临界生产压差进行了预测。

研究成果能够为该地区今后的钻井作业提供科学依据和技术指导，从而保证海上油田生产的平安与高效。

【关键词】出砂预测；临界生产压差1 引言在油井开采和作业过程中，由于储层附近的岩层破坏，导致局部脱落的砂粒随油层流体一起流进井筒，造成油井出砂，对油井正常生产造成一系列不利的影响。

储层出砂的危害性大，一方面会腐蚀井下管材、平安阀和机械采油设备，造成管道的渗漏和设备的失效，引发严重的平安问题和溢出事故；另一方面，砂体在井内形成砂堵，会导致产量下降，甚至使油井停产。

为了油田的顺利开采，对储层出砂的预测分析方法进行研究是非常必要和迫切的。

2 储层特性分析旅大6-2油田的储层孔隙发育，以粒间孔隙为主。

砂岩非常发育，叠置连片分布，岩性组合为“砂包泥〞特征，平均砂岩百分含量67.6%。

已钻井在各油组发育1-8个砂体，单砂体厚度范围1.1-98.4m，平均值为3.3-98.4m，各油组砂岩总厚度6.8-98.4m。

已钻井在各油组内发育1-18个隔夹层，油组内单隔夹层厚度范围0.5-13.8m，油组内隔夹层平均厚度3.8m；油组间隔层厚度2.2-35.6m，油组间隔层平均厚度9.6m。

油组底部的泥岩隔层分布稳定，厚度大，可以追踪描述；油组内夹隔层分布不稳定、厚度薄，横向变化快，不宜追踪描述。

旅大6-2含油层段储层物性以高孔高渗为主。

4/6井区旅大6-2-4井平均孔隙度为32.3%，平均渗透率为1215mD ；旅大6-2-6井平均孔隙度为30.7%，平均渗透率为1278mD。

油井出砂预测概论
邹伟豪
【期刊名称】《中国井矿盐》
【年(卷),期】2012(000)003
【摘要】地层出砂对油气田开发危害较大,轻者会导致油、气井减产、水井减注,重者会导致油气水井报废。

科学有效地进行出砂预测对于指导油田高效开发具有重要意义。

【总页数】3页(P23-25)
【作者】邹伟豪
【作者单位】四川盐业地质钻井大队,四川自贡643000
【正文语种】中文
【中图分类】TS32
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1.疏松砂岩油藏油井出砂量预测模型及应用 [J], 丛洪良;盛宏至
2.文昌低渗疏松砂岩油井出砂预测及生产策略技术研究 [J], 薛国庆;任超群;付强
3.油井出砂预测模型研究 [J], 刘文博;李亭
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5.碎屑岩油藏油井出砂预测技术研究 [J], 姜国庆
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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。

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。

出砂预测⼀、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。

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。

第一节出 砂 预 测多数疏松或较疏松的油层有出砂现象。

油气井出砂会造成磨蚀井下、地面设备和工具(如泵、分离器、加热器、管线等)，桥堵或堵塞井眼，降低油气井产量或迫使油气井停产。

我国海上发现的疏松或较疏松油气藏较多。

科学地进行出砂预测，为防砂提供了可靠的决策依据。

出砂预测研究回答的问题是：（1）油气水井在其生命期内(包括投产及小产后期)是否出砂?（2）何时出砂？一、出砂机理及影响因素1.出砂机理—般来说，地层应力超过地层强度就有可能出砂。

地层强度决定于胶结物的胶结力、流体的粘着力、地层颗粒之间的摩擦力以及地层颗粒本身的重力。

地层应力包括地层结构应力、上覆压力、流体流动时对地层颗粒施加的推力，还有地层孔隙压力和生产压差形成的作用力，因此地层出砂是由多种因素决定的。

2.出砂的影响因素1)岩石强度低。

此为最重要的影响因素。

—般认为单轴抗压强度低于7.0MPa的岩石为弱固结岩石，有可能出砂。

胶结物的种类性质和数量，对岩石的强度起着至关重要的作用。

地层岩石遭到破坏而出砂，其本质是胶结物被破坏，形成分散的砂粒。

胶结物的破坏，除了剪切和拉伸等机械力的作用外，还受到液体的溶蚀、电化学作用的伤害，有些本来不出砂的井在酸化或产水、注水后出砂，就是这个道理。

2)地层压力的衰减。

地层压力的衰减相对增大了岩石的有效应力。

3)生产压差或生产速度过大。

4)地层流体粘度大易出砂。

5)油气井含水量的增长，出砂的可能性增大。

某气田的产层段砂岩，当岩石含水后，其强度降低80％～95％。

6)不适当的增产措施(酸化和压裂)。

7)操作管理措施不当，例如造成井下过大的压力激动等。

二、出砂预测方法和系统出砂预测方法有四类，分别为现场观测法、经验法、实验室模拟法和数值计算法。

从目前的研究水平来看，很难用单一方法准确预测一口井在生产全过程中是否出砂和何时出砂，只有通过多种预测方法才能使预测结果比较可靠。

1.现场观测法(1)岩心观察疏松岩石用常规取心工具收获率低，很容易将岩心从取心筒内拿出或岩心易从取心筒中脱落，有时其不需使用胶皮取心筒或海棉取心筒。

出砂指数法
出砂指数法是一种评估油井出砂风险的方法，它通过综合考虑多种因素，如地层砂粒度、地层强度、井筒条件等，来预测油井出砂的可能性。

该方法将出砂风险分为五个等级，分别为极高、高、中、低和极低。

根据出砂指数法，当油井出砂风险为极高或高时，需要采取相应的防砂措施，以避免油井出砂对生产造成不利影响。

在出砂指数法的评估过程中，需要采集地层砂样进行砂粒度分析，并收集地层强度和井筒条件等相关数据。

根据这些数据，可以计算出油井的出砂指数，从而确定出砂风险等级。

此外，还可以通过分析历史数据和现场监测数据，对出砂指数法的准确性和可靠性进行验证和改进。

出砂指数法在石油工业中得到了广泛应用，它不仅可以帮助工程师评估油井出砂风险，还可以指导油井设计和生产管理。

然而，由于地质条件和工程条件的复杂性，出砂指数法也存在一定的局限性。

因此，在实际应用中，需要结合具体地质和工程情况，对出砂指数法进行适当调整和完善。