考虑射孔方位的出砂预测模型

收稿日期:2000 01 09作者简介:王德新(1944-),男(汉族),山东益都人,副教授,硕士,从事钻井完井技术研究。

文章编号:1000 5870(2000)05 0017 03油层出砂预测模型研究王德新, 侯明勋(石油大学石油工程系,山东东营257061)摘要:分析了裸眼完成井和射孔完成井的油层出砂机理,以线弹性理论为基础,同时考虑垂直井眼围岩应力场对射孔孔道稳定性的影响,建立了一种新的射孔完井临界出砂模型,并编制了出砂预测系统的设计软件。

在辽河油田现场应用的实例表明,该模型的预测结果与现场工程实践中已有的油井出砂经验预测模型相吻合。

关键词:油井出砂;预测;岩石力学;抗压强度;孔眼稳定性中图分类号:T E 358+.1 文献标识码:A引 言引起油井出砂的主要因素有两个:一是流体的粘滞力和惯性力的综合作用使地层中的充填砂进入井眼引起油井出砂;二是由于岩石所受的应力超过其极限强度,导致岩石结构发生破坏而使骨架砂成为松散砂,被地层流体带入井中引起出砂。

目前,对油井出砂机理的研究一般都是采用Mohr Coulomb 准则和Drucker Prager 准则,也有的用井壁岩石的拉伸和破坏准则[1,2]。

适用于疏松砂岩储层的砂拱稳定模型也已有专文论述。

本文采用岩石力学的理论和方法,同时考虑垂直井眼围岩应力场对射孔孔道稳定性的影响,并将反映储层岩石材料胶结程度强弱的抗压强度作为岩石破坏的强度准则,建立一种新的射孔完井临界出砂模型。

1 垂直井眼围岩应力场分析假设地层岩石为均质、各向同性线弹性多孔介质,地层岩石受到原地应力场、地层孔隙压力和井内流体压力的共同作用,忽略构造应力场和温度场的影响,且井壁围岩处于平面应变状态(即井眼沿纵向不变形)。

根据以上假设建立了图1所示的垂直井眼围岩受力及计算简图。

根据弹性力学理论,可求得井眼围岩应力场分布为r =x + y 21-a 2r 2+ x - y 21+3a 4r 4-4a 2r2 cos2 +a 2r2p w ;= x + y 21+a 2r 2- x - y 21+3a 4r 4cos2 -a 2r2p w ;r =- x - y 21-3a 4r 4+2a 2r2sin2 .(1)式中,p w 为井眼液柱压力,MPa;r 为距井眼中心的径向距离,mm;a 为井眼半径,mm; x 和 y 为x 方向和y 方向的应力,MPa; r 为井眼岩石的剪切应力,MPa; r 为井眼岩石的径向应力,MPa; 为井眼岩石的切向应力,M Pa 。

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。

定方位射孔对出砂的影响分析胡延超【摘要】油气井开采过程中有的出砂问题十分严重.不仅会缩短油井的寿命、磨蚀地面及井下设备、造成桥堵或井眼堵塞,还会降低油井的产量严重时甚至会迫使油气井停产,严重影响了油田的正常生产.为保证油气井的开发进度及效果,必须控制出砂.出砂受到各种综合因素的影响,如何准确预测出砂并有效地加以预防是延长油气井生产年限和保证良好经济效益的关键所在.因此,有效地解决出砂问题是保证油气井开发效果的重要举措.定方位射孔沿着最大主应力方位进行射孔,从而避开了井筒内易出砂的方向,有效地防止出砂现象.由此可见,研究定方位射孔与出砂的关系有着十分重大的意义.分析了出砂的各种影响因素,以降低破裂压力和防止出砂为研究的出发点,开展定方位射孔对破裂压力和出砂的影响分析.通过对井下岩石和射孔孔道的应力分布的研究,建立井下破裂压力和出砂临界压差的计算模型.结论表明对于定方位射孔,最佳的射孔方位为沿着最大水平主应力方位.%The sand production so terrible when drilling and producing oil and gas wells that wells' service life would be shortened, surface and downhole equipments would be corrosived , and it results in bridge blinding, well clogging,reducing production even stopping production. So,sand production must be controlled so that the progress and effect of oil and gas wells ' drilling and producing can be guaranteed, All the factors impacting on sand production are analyzed. The study is on the threshold of reducing the formation fracture pressure and preventing sand production. By developing the effect analysis of oriented perforation to the formation fracture pressure and sand production and conducting the stressdistribution study of wellbore rocks and perforation channels, a calculation model of critical pressure of downhole fracture pressure and sand production is established. The conclusions show that the best perforation azimuth of oriented perforation is along the direction of the maximum horizontal principal stress.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)019【总页数】6页(P4620-4624,4633)【关键词】定方位射孔;最大主应力;出砂【作者】胡延超【作者单位】中海油天津化工研究设计院,天津300131【正文语种】中文【中图分类】TE358.11 油气井出砂概述油井出砂，是指在井下生产压差的作用下，储层中和井壁上松散砂粒随产出液流向井底的现象。

考虑射孔方位的出砂预测模型江朝;姜伟;刘书杰;何宝生;曾祥林【期刊名称】《断块油气田》【年(卷),期】2010(017)001【摘要】以往的射孔完井出砂预测模型都不能计算和分析不同方位角下的出砂临界压差.针对这一问题,采用岩石力学理论和分析方法,根据应力坐标转换理论和线-弹性力学基本理论,并将直井中的射孔孔道换位看作是特殊情况下的水平井(井眼半径极小),在分析射孔孔道受力的基础上,将Drueker-Prager强度准则作为出砂判断准则,建立了一种考虑射孔方位角、新的射孔完井出砂预测模型.实例计算和分析表明,在射孔完井的直井中,射孔孔道壁上各点的出砂临界压差各不相同,差异较大.出砂总是首先发生在孔道壁的最薄弱处,此处时应的出砂临界压差最小;方位角有规律地影响射孔孔道的出砂临界压差,而2个水平主应力的不均等是造成方位角影响射孔孔道出砂临界压差的最根本原因;水平地应力非均匀系数越大,射孔孔道出砂临界压差随方位角变化的趋势越明显.因此,应根据水平地应力非均匀系数的大小和它对射孔孔道出砂临界压差的影响程度,决定是否使用定向射孔技术.【总页数】4页(P98-101)【作者】江朝;姜伟;刘书杰;何宝生;曾祥林【作者单位】中国石化集团国际石油勘探开发有限公司,北京,100083;中海石油(中国)有限公司研究中心,北京,100027;中海石油(中国)有限公司研究中心,北京,100027;中海石油(中国)有限公司研究中心,北京,100027;中海石油(中国)有限公司研究中心,北京,100027【正文语种】中文【中图分类】TE257+.1【相关文献】1.射孔完井出砂量预测模型研究 [J], 匡韶华2.斜井射孔完井出砂预测模型的建立及应用 [J], 任宜伟;谢双喜;陈舟圣;崔刚;胡云亭;冯毅3.斜井射孔完井出砂预测模型的建立及应用 [J], 任宜伟;谢双喜;陈舟圣;崔刚;胡云亭;冯毅4.斜井套管射孔完井出砂预测模型的建立 [J], 杜丹阳;谢双喜;任宜伟5.斜井套管射孔完井出砂预测模型的建立 [J], 杜丹阳;谢双喜;任宜伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

高温高压天然气深井开采出砂预测模型优选姚先荣;杨成;晏凌;熊祖根;姚玮佳;王雪松【摘要】出砂使储层受到伤害导致生产任务无法正常运行,在油气开采过程中不仅会因为地层出砂磨蚀井下管柱和地面开采设备影响油气井开采周期,油气井产量也会因为储层生产井眼由于出现砂窟现象被封堵而受不同程度影响.因此准确预测出砂对于油气田正常生产及高效开发意义重大,优选合理的出砂预测模型是出砂预测准确性的前提.文章使用实验方法评价了常用临界井底流压预测模型,对工区典型出砂井储层进行了出砂预测分析,优选出D-P模型为库车克深区块的临界井底流压模型,为同类型生产井出砂问题提供了参考.【期刊名称】《钻采工艺》【年(卷),期】2018(041)003【总页数】4页(P37-40)【关键词】岩石力学;应力分析;出砂模型;油气开采;井底临界流压【作者】姚先荣;杨成;晏凌;熊祖根;姚玮佳;王雪松【作者单位】中国石油川庆钻探工程公司;中国石油川庆钻探工程公司;中国石油川庆钻探工程公司;中国石油川庆钻探工程公司;中国石油川庆钻探工程公司;中国石油塔里木油田分公司【正文语种】中文库车克深区块属于典型的高温、高压、超深气田。

研究区块目的层岩石类型以岩屑长石砂岩为主，含少量长石岩屑[1]，该区块白垩系巴什基奇克组压裂酸化改造层段，岩石强度会降低，井筒失稳几率增加，存在因地层出砂导致井下管柱和地面开采设备磨蚀的风险[2]。

油气井的出砂量影响因素有：油气开采流量过大导致井眼围岩拉伸破坏；生产井围岩过高引起的砂砾运移；地层含水率的上升以及地层空隙压力的减小[3-7]。

国内外学者对地层出砂模型开展了广泛的研究，M-C模型是部分学者Mohr-Coulomb准则作为剪切破坏模型的理论依据的延伸[8]。

不同于M-C模型，D-P模型通过在主应力空间假设破裂面的形状来建立屈服准则，以静水压力轴为轴线的圆柱体[9]从而得出临界出砂压力。

Hans Vaziri等人也提出过针对于砂岩油气层的最大临界生产压差确定模型[10]。

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。

2010年1月断块油气田在油气田开采过程中，出砂问题十分普遍［1］，如我国青海第四系气田、胜利稠油藏、新疆高温高压油气藏、渤海SZ36-1稠油藏等都遇到过严重的出砂问题。

因此，准确地预测出砂和确定出砂临界压差是减少油井出砂和制定合理工作制度的基础。

预测油气井出砂和确定出砂临界压差的理论模型来源于井壁稳定性分析，之后被逐渐扩展到射孔孔眼稳定性分析之中。

理论模型分析射孔孔眼稳定性应遵循下列步骤：1）计算岩石强度和地应力；2）计算井眼或炮孔周围的应力分布；3）利用强度准则判断射孔孔眼是否被破坏［2］。

Sand production prediction model considering perforation azimuthJiang Zhao 1Jiang Wei 2Liu Shujie 2He Baosheng 2Zeng Xianglin 2(1.International Petroleum Exploration and Development Corporation ，SINOPEC,Beijing 100083,China;2.Research Centre ofCNOOC,Beijing 100027,China)Abstract:The conventional sand prediction model for perforated completion wells could not calculate and analyze the critical drawdown in different azimuths.In order to solve this issue,the stress analysis for a perforated tunnel is derived by using the conception and analytical approach in field of rock mechanics,the stress coordinate transfer and the line-elasticity theory and by treating the perforated tunnel in a straight well as a special horizontal well.Based on this stress analysis,a new sand prediction model considering azimuth for perforated completion wells is established by taking the Drucker-Prager strength criteria as sanding criteria.The calculation and analysis on two cases indicate that azimuth can regularly influence the critical sanding drawdown of the perforated tunnel remarkably vary in a straight well and sanding always firstly occurs on the most weakness point where the minimal critical sanding drawdown has.Azimuth can regularly influence the critical sanding drawdown of the perforated tunnel and the primary reason induced this influence attributes to the difference of the two horizontal in suit stresses;the larger the anisotropic coefficient on two horizontal in suit stresses is,the bigger variation trend of critical sanding drawdown along with azimuth will be.Therefore,whether oriented perforating technology should be used depends on the size of anisotropic coefficient on two horizontal in suit stresses and its influence on critical sanding drawdown for a perforated tunnel.Key words:perforation,azimuth angle,sand prediction,critical drawdown,vertical well.考虑射孔方位的出砂预测模型江朝1姜伟2刘书杰2何宝生2曾祥林2（1.中国石化集团国际石油勘探开发有限公司，北京100083；2.中海石油（中国）有限公司研究中心，北京100027）摘要以往的射孔完井出砂预测模型都不能计算和分析不同方位角下的出砂临界压差。

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。

出砂率预测的新模型摘要在过去的十年中已经发现了很多确定出砂临界值的方法。

在确定当开始出砂，最近的研究工作主要集中在确定出砂一旦超出这些临界值时的出砂率。

本文描述了一种新的分析预测连续（稳态）出砂的模型。

这中出砂率模型和临界值的预测模型是一致的，并在其基础上利用了无量纲负荷因子的概念（近井地层压力归一化强度）和雷诺数（一个函数透气性，粘度，密度和流速）。

用这种方法，把实验室出砂的结果用于试验，得出一个关于负荷系数，雷诺数和出砂率之间的一个经验关系式。

第二个经验性出砂的推动因素结合了产水的影响。

把导出的模型和两个区域的六口井的实际数据相比，得到了大范围的流动条件。

该预测可以很好的匹配现场数据，通常只能高估4年之内的一个因素影响的现场实测数据。

然而，只有不断出砂时，这种高估程度在应用领域才被认为是可接受，因为它提供的一些短暂的瞬态出砂率高于稳态补偿模型值。

介绍在过去的10年中大量的研究努力都花费在开发高效预测开始出砂时间的方法，把他作为岩石强度，水位下降和储层压力的功能。

在这方面的工作Shell公司有着最大的贡献，参考文献1和2给这10年的努力做了一个很好的概括，近年来，人们的注意力现已集中在预测在出砂一旦超过临界值时的出砂率。

对这项工作的主要目的是，如果井下治砂需要，确定是否可以在地表进行出砂处理。

这两种方法各有利弊-管理与隔绝。

在砂层管理的情况下，最大的风险和挑战是能够可靠估计出砂的数量和出砂浓度。

这对粒度分析设备出砂处理能力以及确保油嘴和表面管道不超过限制很重要。

从HSE的角度来看，这在高速率的天然气井，以及在高速率油井，特别是在高气油比是特别重要。

从操作系统成本的角度来看，在海底油井，特别是在深水区，出砂严重后果和油嘴的侵蚀是非常花钱的。

从积极的一面看，通过选择性或优化射孔来管理下套管和射孔完井确实可以避免在易出砂层段出砂。

套管和射孔完井维持在接近生产层段切断水或者在另一个生产层段完井。

这已经允许全球各个领域显著着增加储量回收。