岩石力学讲义-出砂

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1、出砂预测技术Sandproductionprediction主要内容概述出砂的机理出砂预测技术问题及讨论出砂是指在油气开采过程中砂粒随流体从油层中运移至井底或携带出井口的现象。出砂是一个带有普遍性的复杂问题，而其中弱固结或固结砂岩油层的出砂现象尤为严重。由于这类岩石胶结性差，强度低，一般在较低的井底压力下，容易造成井周地层不稳，发生拉伸破坏或剪切破坏而出砂。一、概述Increasedeffectivestressesduetodrawdown/depletionfailrocksurroundingtheperforationtunnelFlo

2、wrateremovesloosesandfromtunnel(Noteloosesandlyingbelowtheentrancehole‘spillpoint’)FigurecourtesyofJohnCook,SchlumbergerCambridgeResearch出砂的危害减产或停产作业：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

3、决。恢复生产不久，又须重新作业。出砂的危害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。出砂的危害套管损坏，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

4、况严重时会导致油井报废。出砂的危害安全及环境问题：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。此外地层砂产出井筒，对环境会造成污染，尤其是海洋油、气田更为环境保护法规所制约，所以油、气井防砂不仅是油、气开采本身的需要，也是环境保护的需要。适度出砂对产能的影响适度出砂作为改善地层的孔渗结构，提高油井产量的开采方式，越来越受到油田的重视，对于疏松砂岩稠油油藏来说更是如此。出砂的三种类型不稳定出砂：由于某种原因使油气井产生激动而突然出砂，而且出砂量逐渐减少的一种出砂形式。通常出现在射孔或酸

5、化后的排液过程，出砂浓度与出砂量及其衰减时间等随时间的变化较大。连续性出砂：油气井生产过程中长时间稳定的连续出砂，生产参数、出砂浓度都较稳定，衰减时间变化较小。突发性大量出砂：短时间内大量出砂造成油气井突然砂堵或关闭。地层出砂砂粒来源充填砂：弱固结砂岩油藏在开发过程中，因地层本身胶结弱，储层中存在大量细小、弱胶结的微粒，这部分微粒的最大特点是易于启动，即使在产量很低的情况下也难以克服它们在储层中产生运移，这类出砂在疏松砂岩油藏开发中不可避免，但一般量很少，且在生产条件不变时递减很快，对生产的影响较小。地层出砂砂粒来源骨架砂：主要是由于岩石骨架破

6、坏后从骨架上剥离出的砂，这部分颗粒受钻井、完井，射孔等工艺措施的合理性和参数的选择。主要原因是施工过程中引起的压力、应变，造成地层变形、滑动，使岩石成为散砂，引起地层严重出砂，甚至井层不稳定。二、出砂的力学机理从力学机理上来看，弱固结砂岩油藏的出砂是一个流固耦合的过程，它包括应力作用产生的力学破坏、流体作用对砂粒的拖曳运移以及破坏区的扩展三个方面。很多文献将出砂的机理区分为拉伸破坏和剪切破坏机理。地层出砂的力学机理剪切破坏：井壁周围岩石所受的应力超过了岩石本身的强度，使地层造成剪切破坏。拉伸破坏：产出液在产出过程中对砂岩地层颗粒的拖曳力过大，当

7、大于岩石的拉伸强度时造成岩石拉伸破坏，脱落的砂粒形成岀砂。剪切失效可能造成灾难性的岀砂后果，拉伸破坏具有“自稳定”效应。发生拉伸破坏后，砂岩孔径增大，流速梯度降低，拖曳力降低，岀砂程度减小。地层出砂影响因素地质因素应力状态：通常在钻井前，油藏岩石在垂向应力和侧向应力的作用下处于平衡状态，钻开井眼后，井壁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，引起岩石变形和破坏，在开采过程中引起地层出砂。地层出砂影响因素地质因素岩石强度：油井出砂的根本原因与岩石强度有关，即岩石中胶结物种类、胶结物含量、胶结方式及成岩作用和压实作用有关。一般胶

8、结物含量少，埋藏浅、压实作用弱的砂岩油层易出砂，而胶结物含量高、压实作用强的油层不易出砂。在构造变化剧烈，断层多、裂缝发育、地层倾角大和边底水活跃的地