油井出砂预测及防砂设计宋仁喜

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1、 北京雅丹科技开发有限公司北京雅丹科技开发有限公司北京雅丹石油技术开发有限公司北京雅丹石油技术开发有限公司http:/油井出砂预测及防砂设计油井出砂预测及防砂设计指导：高 档演讲：宋仁喜时间：9/7/2012雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油阿塞拜疆阿塞拜疆墨西哥湾墨西哥湾英国北海英国北海委内瑞拉委内瑞拉尼日利亚尼日利亚罗马尼亚罗马尼亚洛杉矶盘洛杉矶盘地地挪威油区挪威油区加拿大加拿大阿尔伯达阿尔伯达巴西油区巴西油区印度尼西亚印度尼西亚中国胜利、辽河、中国胜利、辽河、大港、渤海湾等大港、渤海湾等雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油油水井出砂危害油水井出砂危害 2主要防砂工艺技术主要防砂工艺技术4导

2、致油水井的出砂因素分析导致油水井的出砂因素分析3 1油水井出砂预测方法油水井出砂预测方法3 3防砂工艺设计理论防砂工艺设计理论3 5v第一部分第一部分 导致油水井的出砂因素分析导致油水井的出砂因素分析雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油 油水井生产过程中产出的砂是地层岩石的一部分颗粒，对于疏松砂岩油气藏，在原始状态下，大部分的岩石颗粒被胶结物固结在一起，而部分砂粒则自由离散在多孔介质的空隙中形成游离砂。 在生产过程中流体的流速高且岩石基质的胶接强度较差时流体的“拖曳”作用会使原来固结状态差的颗粒剥落下来形成游离砂。一、产出砂的来源雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油 二、地层出砂机理1、拉伸破坏机

3、理 随内外压差增大，流体流向井内的流速也增大，对岩石的拖曳力增大，岩石承受拉伸力也增大，当该力超过岩石抗拉伸强度时，岩石就会遭受拉伸破坏。雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油2、剪切破坏 上覆岩层压力由孔隙压力与骨架应力共同平衡。随开采进行，油藏压力逐渐降低，施加在岩石骨架上的压力越来越大，当该力超过岩石的抗剪切应力，岩石就会被剪切破坏。雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油3、粘结破坏 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、微粒运移 出砂过程中，砂粒的运移会导致井底周围地层的渗透率下降，增

4、大地层的拖曳力可能诱发固相颗粒的产出。5、化学作用 流体流动过程中，各区域的酸碱度不同可能会导致流体的不配伍，化学反应可能会对胶结物产生溶蚀作用，从而破坏岩石强度。雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油三、出砂地层类型及其出砂特征地层类型地层类型地层特征地层特征出砂特征出砂特征流砂流砂地层地层流砂地层仅靠很小流砂地层仅靠很小的流体附着力和周的流体附着力和周围环境圈闭的压实围环境圈闭的压实力来聚集力来聚集这种地层一旦开井投产便连续不断出砂，但产出这种地层一旦开井投产便连续不断出砂，但产出液含砂量相对稳定，基本是一常数。虽然累计出液含砂量相对稳定，基本是一常数。虽然累计出砂量不断增大，但套管周围不会出

5、现地层空穴，砂量不断增大，但套管周围不会出现地层空穴，只是地层越来越松。只是地层越来越松。部分胶部分胶结地层结地层含胶结物量少，胶含胶结物量少，胶结力弱，地层强度结力弱，地层强度低低投产后地层砂会在炮眼附近剥落，逐渐发展成空投产后地层砂会在炮眼附近剥落，逐渐发展成空穴，剥落的地层砂进入井筒极易添满井底，堵塞穴，剥落的地层砂进入井筒极易添满井底，堵塞炮管。其产出液含砂量变化很大。炮管。其产出液含砂量变化很大。脆性砂脆性砂地层地层较多胶结物，胶结较多胶结物，胶结力较强，中等胶结力较强，中等胶结强度砂岩强度砂岩开始投产时出砂几天或几周，随后出砂量大减，开始投产时出砂几天或几周，随后出砂量大减，几乎无

6、砂产出，一段时间后重新出砂。周而复始几乎无砂产出，一段时间后重新出砂。周而复始雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油 四、影响出砂具体因素分析1、地质因素构造应力颗粒胶结类型流体性质渗透率2、开采因素地层压力流体速度含水率或注水地层伤害固井质量油井工作制度3、完井因素射孔孔道的充填物射孔参数雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油v第二部分第二部分 油水井出砂的危害油水井出砂的危害雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油油层出砂危害极大，主要表现在以下几方面：砂埋油层或井筒砂堵造成油水井不能正常生产或停产；出砂导致井下和地面设备冲砂检泵、地面清罐磨损加剧、砂卡；出砂导致井筒冲砂和地面设备清砂工作量增加，生产成

7、本增加；出砂还可能造成油层部位亏空、井壁坍塌、套变加剧乃至使油水井报废等；影响油井生产产量。雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油v第三部分第三部分 油水井出砂预测方法油水井出砂预测方法雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油一、定性经验出砂预测1、声波时差法 利用测试声波在地层中的传播时差来预测地层出砂情况一般采用纵波时差来预测出砂程度。2、组合模量法 根据声波测井和密度测井资料，计算岩石的弹性组合模量，进而进行出砂可能性预测的方法。312s/ m 345s/ m 不出砂可能出砂极易出砂2v81094. 9tErcEc值越小，地层出砂的可能性越差。雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油3、出砂指数法 根据

8、地层岩石的出砂指数判断地层出砂程度的方法。4、斯伦贝谢比法 计算岩石的斯伦贝谢比并依此判断地层出砂可能性。5、地层孔隙度法 反映的是地层的致密程度，利用测井和岩心室内试验求的孔隙度在井段纵向上的分布。20%30%不出砂可能出砂极易出砂4222)()1 (6)1)(21 (VBstCEERGKB342vtBr)21 (3EK雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油6、岩心观察法 用肉眼观察、手触摸等方法判断岩心强度，若一触即碎，或停放数日自行破裂，或可在岩心上用指甲刻痕，则该岩心疏松、强度低，生产过程中易出砂。7、DST测试法 若在DST测试期间油气井出砂，甚至严重出砂，则油气井生产初期就可能出砂。有

9、时DST测试未见出砂，但仔细检验井下钻具 和工具，发现在接箍台阶处富有砂粒，或DST测试后，下探砂面，发现砂面上升，该井易出砂。8、厚壁圆柱筒（TWC）试验法 采用岩心进行破坏试验，测得岩心的破坏应力。据此根据井筒周围地层的实际能力判断是否出砂。雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油二、出砂临界生产压差预测 根据近井地带弹性分布特征，垂向、切向和径向应力中的最大应力1（一般为切向应力）和最小应力3（一般为径向应力）差值在井壁上达到最大，根据莫尔-库仑破坏准则，差值越大，岩石越趋于破坏，故岩石破坏造成出砂往往从井壁上开始。计算特征位置r=rx处井壁引力分布求解得到特征位置r=rx处应力分布情况根据选

10、取的破坏准则计算临界生产压差塑性应变Durcker-PragerHoek-Brown雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油产层岩石坚固程度判别指数“C”公式法 根据熊友明的研究成果,垂直井井壁岩石所受的切向应力是最大张应力。对于任意角度的定向井，最大切向应力由下式表达： 根据岩石破坏理论，当岩石的最大切向应力大于其抗压强度时，将会引起岩石结构的破坏而出骨架砂。因此，防砂的判据为： 上式取等号可求得油井出砂的临界井底流压，进而转化得到出砂临界生产压差。cos)10(12sin)10(143)( 266ffffwfPgHPgHPPCCc雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油三、出砂半径和出砂速度预测出砂半

11、径预测 出砂总是从井壁岩石的破坏开始逐步向井筒远处延深，直到不满足岩石破坏条件为止，这个范围为塑性破坏区域（即出砂区）所谓出砂半径就是指在一定的生产条件下近井地带塑性出砂区的半径。出砂半径预测就是根据油气井的实际生产条件预测出砂情况，主要包括地应力分布预测和出砂半径的计算。 计算方法：根据选取的弹、塑性区应力分布计算模型计算应力分布，以弹、塑性边界径向应力相等作为连续条件，采用数值计算或试算法求解出砂半径。雅丹科技雅丹科技雅丹科技 服务石油出砂速度预测 出砂速度表征油气井出砂快慢或严重程度的大小，常用日出砂量、流体含砂浓度（率）等指标来衡量。出砂速度指根据生产条件、地层岩石及流体物性预测油气井