浅谈压裂气井出砂机理研究及防治

苏东41-33区块气井合理控砂配产研究苏东区块上古天然气气属河流相砂岩储层，具有低渗、低压、低丰度等特点。

也是苏里格气田的主要地层特征。

其中苏东41-33区块单井控制储量较低、其稳产能力不足，并且非均质性也比较强、部分储层动用率较低。

在苏东区块开发过程中主要采用大型水力压裂技术手段。

水平井开发成为苏东区块开发的主力。

然而气井在后续生产运行中，由于配产不合理等问题导致气井出砂，氣流裂缝闭合等不利现象的出现进一步影响了气井的生产开发。

并且，气井较大的出砂导致管线冲蚀、井下工具或阀门砂卡。

本文主要探讨气井出砂机理及控砂措施，研究建立气井固体颗粒在裂缝和井筒中临界出砂产量公式，从而确定保持压裂裂缝导流能力的最大生产产量，并利用此方法优化合理气井配产制度。

标签：非均质性出砂砂卡产量公式一、研究目的及意义近年来苏东41-33区块部分气井出现吐砂情况，通过调研，气井吐砂主要有井筒堆积、裂缝支撑剂回流和井底堆积3种主体情况，苏东41-33区块主要属于第一种情况，即气井出砂造成套管破损、采气设备及管线冲蚀、刺漏、井下工具或阀门砂卡及压裂增产效果下降、影响安全增加成本，主要反应在新井上。

因此，为减少气井出砂对工艺管线造成的冲蚀、刺漏，对气井出砂情况进行研究，推导气井理论出砂公式，为后续的控砂合理配产及管理措施提供有效论证。

二、气井出砂机理分析（1）气井裂缝支撑剂回流临界流量压裂气井在生产过程中，若压后气井产量过大，高速气流的冲击力会使得裂缝中的支撑剂回流到井底，裂缝就会失去支撑而发生闭合，这会导致裂缝宽度变窄从而失去其高导流能力。

如图1所示，以b砂粒和c砂粒接触点E作为研究点，那么要使砂粒c滚动，必定有：GH根据动量定律，流体作用在砂粒c 上的冲击力F为：得砂粒不动的最大流速为：气井裂缝支撑剂回流临界流量为：因此，气井产量应小于裂缝支撑剂回流临界流量Qsc，从而使裂缝保持高导流能力。

（2）井筒出砂临界流量以向下为正方向，根据流动条件建立砂粒的受力分析模型，着重研究砂粒在井筒中的垂直运动，忽略一些力，着重考虑重力、浮力、压力差、拖曳力以下4种力，砂粒在井筒运动中的合力公式：当砂粒速度达到一定值之后，砂粒受到的向上和向下的力达到平衡，砂粒将在井筒中作匀速运动，反之砂粒则向下作加速运动，以期达到新的力平衡。

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，地层中的砂粒被带上来并随着产出的油一起流出井口。

油井出砂不仅会造成生产设备的磨损和损坏，还会影响油井生产的稳定性和效率。

分析油井出砂的因素并探讨相应的防砂技术对策，对于提高油田开发的经济效益和生产效率具有重要意义。

一、油井出砂的主要因素分析1. 地层的力学性质油井出砂的主要原因之一是地层内在的力学性质。

地层中岩石颗粒有大小不一的孔隙空间，当油井生产时，地层中的砂粒会随着产油液一起流出井口。

这种现象通常发生在地层的疏松砂岩和砾岩中，这些岩层的孔隙结构比较复杂，容易存在砂化现象。

2. 油藏流体的性质油藏中的流体性质也是导致油井出砂的重要因素之一。

当油井生产时，油藏中的油、水和天然气会随着压力的变化而混合流出井口。

在油藏中，这些流体常常伴随着一定量的固体颗粒，这些颗粒在流动过程中会随着流体一起被带上来，导致油井出砂的现象。

3. 井筒结构和操作方式油井的井筒结构和操作方式也会对油井出砂产生影响。

井筒的设计和施工质量直接影响着井筒的稳定性和完整性，如果井筒的结构不合理或者工艺不当，容易引起井底发生砂化现象。

操作方式也会影响油井生产的稳定性，不当的操作容易导致井底压力变化剧烈，加剧砂化现象。

二、油井出砂的防砂技术对策探讨1. 地层工程技术地层工程技术是油井出砂的重要防治手段之一。

通过对油藏地层的调查和分析，了解地层的力学性质和岩石结构分布，可以合理选择井眼位移和井口周围的封隔材料，从而减少地层砂化带来的影响。

2. 井口系防砂技术在油井井口周围，可以采用井口系防砂技术来减少油井出砂现象。

比如通过设置适当的井口防砂装置，合理利用固控技术，控制井口的流体压力和流速，避免砂粒的被带上来。

3. 井底环境改造技术井底环境改造技术也是防治油井出砂的重要手段。

可以通过注入固化剂、封堵剂等化学材料，改善井底环境，减轻地层砂化的程度，从而减少油井出砂现象。

4. 提高油井生产管理水平提高油井生产管理水平也是防治油井出砂的关键。

压裂防砂技术研究张静(大庆油田井下作业二大队)摘要压裂防砂技术是一项新技术,具有防砂和增产的双重作用。

详细介绍了胶液充填压裂防砂和盐水充填压裂防砂2种压裂防砂技术,其中着重论述盐水充填压裂防砂技术。

通过表皮因子统计分析比较2种技术的现场应用效果,并从导流能力、油层特征及施工限制角度确定选井条件,最后阐明2种压裂防砂技术具有同样良好的生产效果,一般来说胶液充填压裂防砂适用于低渗透率油层和射孔段大于15 m的薄砂页岩层序油层;盐水充填压裂防砂适用于油层接近油水、油气界面,大斜度长井段和高温油藏。

因此,科学选井是其施工成功的关键之一。

主题词压裂防砂胶液充填盐水充填表皮因子导流能力最早将压裂与防砂2种工艺结合起来应用于中、高渗透疏松砂岩的想法出现在20世纪60年代的委内瑞拉,但由于常规压裂技术在应用于中、高渗透性油藏时受到限制,直到1984年才首次出现了以充填宽缝为主要目的的端部脱砂压裂技术,使中、高渗油藏的压裂防砂进入一个新时期,近10年来得到不断完善和发展。

从发展趋势看,今后中高渗透层压裂防砂作业量比低渗油层增长要快。

1 技术原理1.1 防砂机理均质未压裂地层井底流体的流入模式为标准径向流,不同等压线为以井底为圆心的大小不等的同心圆。

油井压裂以后,地层中形成具有高导流能力的裂缝,地层流体流入井底不再是径向流动,而是简化为垂直于裂缝的直线流和沿裂缝直线流入井底的直线流,又称为双线性流动模式。

流体沿着具有高导流能力裂缝的方向流动,流动阻力非常小。

压裂防砂目的是形成裂缝,穿透污染带并加砂,在形成挡砂屏障的同时,增加泄油面积,降低流速,控制出砂并提高油井产能。

而管内砾石充填尽管是最广泛的应用方法,但油井产量低,无法减少炮眼以外的地层伤害。

1.2 施工工艺该技术利用压裂车组将压裂液高泵压大排量正挤入地层中,在地层中形成人工裂缝。

然后携砂液将砾石携带进入人工裂缝,在裂缝内形成高渗透率的人工砂桥,防治油层细粉砂。

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。

油井出砂因素分析与防砂技术对策探讨1. 引言1.1 背景介绍油井是石油工业的重要设施，其稳定运行对于石油开采具有至关重要的意义。

在油井生产过程中，可能会产生出砂现象，给油井的正常运行带来一系列问题和危害。

油井出砂不仅会导致设备损坏，增加生产维护成本，还有可能造成油层污染，影响油气生产效率及开采周期。

出砂现象的出现是由于地层中的砂粒被生产流体冲蚀或者地层压力下降引起，随着地层深度加深和压力下降，这种现象可能进一步加剧。

深入研究油井出砂的原因和对策具有重要的理论和实践意义。

通过总结分析油井出砂的原因，制定有效的防砂措施，可以提高油井的运行稳定性和生产效率。

本研究旨在深入探讨油井出砂的原因和影响，分析防砂技术对策及其有效性，为今后的油井生产提供科学依据和技术支持。

希望通过本研究，能够为油井出砂问题的解决提供参考和借鉴，推动油气田开发工作的顺利进行。

1.2 研究意义油井出砂是在石油钻采过程中常见的问题，导致油井设备磨损加剧、生产效率下降、生产工艺受限等一系列严重后果。

针对油井出砂问题进行深入研究具有重要的意义。

油井出砂问题直接影响着油田的开采效率和经济效益。

油井出砂后，砂粒会随着油体进入管道系统，造成管道磨损、堵塞等问题，影响油田生产的正常进行。

研究油井出砂因素并采取有效的防砂技术措施，可以提高油田的开采效率，减少生产成本，增加经济效益。

油井出砂问题也涉及到环境保护和安全生产。

砂粒的堆积和磨损会对设备和工作环境造成损坏和安全隐患，甚至可能引发事故。

研究油井出砂因素并采取相应的防砂技术对策，可以保障油田的安全生产，减少环境污染，维护生态平衡。

深入研究油井出砂因素及其防治技术对策具有重要意义，不仅可以提高油田的经济效益和安全生产水平，还有利于环境保护和资源可持续利用。

本研究对于探讨油井出砂因素分析与防砂技术对策具有重要的科学价值和实际应用意义。

1.3 研究目的研究目的是为了深入探讨油井出砂的原因和影响，找出有效的防砂技术对策，从而提高油井的生产效率和运行稳定性。

项目名称：压裂防砂技术研究与实验负责单位：吐哈油田分公司开发事业部承担单位：吐哈油田分公司吐鲁番采油厂吐哈石油勘探开发指挥部钻采工艺研究院2003年9月负责单位负责人：金志鹏承担单位负责人：周自武刘建伟承担单位具体负责人：王宇宾刘兆江目录一、问题的提出 (3)二、油井出砂状况机理分析与评价 (6)三、压裂防砂技术原理及特点 (8)四、国内外技术状况 (10)五、压裂防砂工艺技术研究 (11)六、适合压裂防砂的支撑剂优选 (17)七、低伤害压裂液的研究与优选 (18)八、前期压裂防砂现场试验总结分析 (22)九、压裂防砂试验下部工作安排 (25)一、问题的提出吐哈油田雁木西油田和鲁克沁稠油油田都存在一个共同的问题，即油井出砂严重，影响了正常生产。

雁木西油田储层中孔低渗，岩性以细砂岩为主，中孔细喉道，平均孔径58.2mm，孔吼直径均值8.04mm，胶结疏松。

投产初期油井自喷产能低，出砂较严重，储层出砂造成了严重的地层伤害。

采用烧结防砂筛管防砂后，见到了较好的防砂效果，但不能完全满足防砂稳产要求。

同时，采用防砂管防砂其有效期一般都不长，粉细砂在井筒中逐渐堆积，使油井产量越来越低。

鲁克沁稠油油田表现更加突出，由于地层出砂的影响，油井采油时率低，检泵周期很短，采用TBS防砂管有效期短，地层产能下降快。

以鲁2井为例，鲁2井是鲁克沁区块的一口探井，试油时曾大量出砂，其中目前生产层（2341～2377m）共出砂0.56m3，日产稠油23.3m3/d。

而其上层（2290～2320m）出砂达4.3m3，日产稠油13.8m3/d，日产水16.4m3/d。

试油时累计出砂5.0m3。

1998年挤水泥封堵（2290～2309.37m），1998年9月投产2341～2377m，产量一直在18m3/d以上，不出砂。

生产15个月之后，掺稀泵泵压偏高，于1999年12月25日进行第一次检泵作业。

发现单流阀入口4孔中有3孔被胶皮、碎石、油泥等杂质严重堵塞。

290压裂施工过程中，砂赌情况是一种经常发生的现象，主要受到施工地质特点和一些不确定因素的影响。

如果施工过程中出现砂堵的现象，就会造成压裂液等物质材料严重的浪费，提高施工成本；还会造成相关管线和设备的损坏，影响正常的施工；严重的情况还会造成地层渗透状况的破坏，压裂施工失败。

1 砂堵的机理及原因分析在压裂施工过程中，砂堵现象指的是因为裂缝的产生造成的脱砂或者支撑剂等引起的压裂施工压力上升，造成压裂被迫停止的现象。

压裂施工过程中出现的砂堵现象主要分为两种，分别为脱砂和桥堵。

脱砂现象发生的原因是因为支撑剂提前形成沉淀，造成堵塞，这种情况出现的砂堵过程十分的缓慢，一般受到沉降速度的影响；桥堵发生的原因是因为支撑剂在比较窄的裂缝中通过的时候，很容易在裂缝的内表面形成架桥，造成堵塞，桥堵形成的速度比较快。

压裂施工过程中造成砂堵出现的原因有很多，主要包括地层因素、设计因素、压裂液因素、施工因素等。

1.1 地层条件容易出现断层的地层比较容易造成砂堵；在一些过渡带和油藏的边缘位置，因为油层的砂体非均质性产生的裂缝，也会造成砂堵情况的出现；岩石的弹性摸比较高，但是人工产生的裂缝比较窄；施工地层裂缝的发育和施工过程中造成的微裂缝比较多，因此容易出现砂堵；裂缝形状比较复杂；地层储层水敏性；1.2 压裂设计压裂施工设计时没有相应的针对性，不能很好的反映出地层的特点；前期液量比较少，裂缝产生的数量不够，后期就可能导致加砂困难；施工中选择的压裂液稳定性不强，滤失性强；施工中选择的支撑剂颗粒比较大，在进入到裂缝中后容易出现砂堵；砂比的提升速度不能太快，否则也容易出现砂堵。

1.3 压裂液质量裂缝的几何尺寸会因为压裂液的滤失性强达不到设计的要求，造成前置液大幅度的下降，造缝的效果不理想；压裂液的稳定性和抗剪切力直接影响了压裂车大泵剪切和高温情况下的携砂能力，很容易造成井筒附近的支撑剂在裂缝内形成桥堵；压裂液在井筒内流动时候具有很好的摩擦阻力，我们要保障压裂设备的安全，因此就要有效的控制施工排量，这种情况就容易造成裂缝比较窄，在高砂比进入后容易出现砂堵的现象。