一、出砂原因分析

影響地層出砂的因素大體分為三大類(lèi):地質(zhì)因素、開(kāi)采因素和完井因素。

1.地層膠結(jié)性質(zhì)的影響。顆粒膠結(jié)程度是影響出砂的主要因素，膠結(jié)性能是否良好又與地層埋深、膠結(jié)物種類(lèi)、數(shù)量和膠結(jié)方式、顆粒尺寸情況密切相關(guān)。

2.構(gòu)造應(yīng)力的影響。砂巖油層在鉆井前處于應(yīng)力平衡狀態(tài)。鉆開(kāi)油層后，井壁附近原始的應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，井壁附近存在塑性變形地帶。由于在斷層附近或構(gòu)造高部位，地層強(qiáng)度最弱，塑性帶的穩(wěn)定性最易破壞，這些部位最易出砂。斷層附近或構(gòu)造頂部區(qū)域是出砂最劇烈的區(qū)域，遠(yuǎn)離斷層和構(gòu)造底部為區(qū)域出砂相對(duì)緩和。

3.原油性質(zhì)的影響。油層流體物理性質(zhì)對(duì)出砂有一定的影響，相同的流速條件下，高粘度流體比低粘度流體對(duì)巖石顆粒的拖拽力和攜砂能力更大，流體粘度越高的油層更容易出砂。

4.地層壓力下降的影響。當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆捣容^大時(shí)，作用在巖石上的應(yīng)力超過(guò)巖石的彈性極限時(shí)，巖石發(fā)生塑性變形，破壞巖石結(jié)構(gòu)，在液體流動(dòng)條件下將地層顆粒攜至井底，引起出砂。

5.含水上升的影響。含水上升使地層顆粒間原始的毛細(xì)管力下降，導(dǎo)致地層強(qiáng)度降低。同時(shí)膠結(jié)物被水溶解，特別是一些粘土礦物，遇水后發(fā)生膨脹和分散，大大降低了地層強(qiáng)度。注水開(kāi)發(fā)時(shí)對(duì)地層的沖刷作用也會(huì)導(dǎo)致地層強(qiáng)度降低。

6.流速的影響。當(dāng)油層內(nèi)流體流速低于臨界流速時(shí)，微粒運(yùn)移盡管發(fā)生，但會(huì)在彈孔入口處自然形成砂拱，可以進(jìn)一步阻止出砂。隨著流速增加，砂拱尺寸增大，穩(wěn)定程度降低，直至平衡完全破壞，砂粒自由流入井筒，開(kāi)始出砂。當(dāng)流體流速超過(guò)臨界流速時(shí)，出砂量隨流速增大而增加。

7.生產(chǎn)壓差的影響。生產(chǎn)壓差過(guò)大使得巖石顆粒剪切破壞增大，同時(shí)流體壓力低于飽和壓力后，使得原油中溶解氣析出，形成油氣兩相流，一方面脫氣使原油粘度提高，增大了油流阻力，另一方面使地層對(duì)油相的相滲透率顯著下降，欲保持產(chǎn)量就必須提高生產(chǎn)壓差，從而導(dǎo)致出砂加劇。

二、防砂方法簡(jiǎn)介

1.機(jī)械防砂工藝。機(jī)械防砂最近在國(guó)內(nèi)發(fā)展很快，根據(jù)不同區(qū)塊油層情況開(kāi)發(fā)出了數(shù)十種防砂工藝，主要包括:(1)繞絲篩管礫石充填防砂工藝。該防砂技術(shù)的基本原理是:在油層部位裝入不銹鋼繞絲篩管，并在篩管和套管環(huán)空充填高質(zhì)量、高滲透礫石，形成礫石阻擋地層砂、篩管阻擋礫石的多級(jí)防砂屏障。適用于常規(guī)井和熱采油、氣井的防砂。(2)雙層預(yù)充填繞絲篩管防砂工藝。雙層預(yù)充填繞絲篩管主要有兩種結(jié)構(gòu):一種是內(nèi)、外管均為繞絲篩管，另一種內(nèi)管是繞絲篩管，外層為鉆孔鋼管，二者均在內(nèi)、外管之間充填涂料砂并固結(jié)。主要適用于斜井、水平井或試油井防砂。(3)樹(shù)脂膠結(jié)砂粒濾砂管防砂工藝。該濾砂管采用耐油、水性能好，膠結(jié)性能強(qiáng)的樹(shù)脂膠結(jié)劑，與篩選好的石英砂按比例混合好，在一定條件下固結(jié)而成。主要適用于地層砂粒大于0.1㎜和原油粘度小于100mPa.s的油井防砂。(4)金屬粉末濾砂管防砂工藝。金屬粉末濾砂管主要有兩種結(jié)構(gòu)形式:整體式和鑲嵌式。就粉末材質(zhì)而言可分為鋼粉、鐵粉和不銹鋼粉三種，采用高溫?zé)Y(jié)而成，主要適用于常規(guī)井、熱采井、斜井和水平井防砂。(5)金屬棉濾砂管防砂工藝。金屬棉濾砂管也有兩種結(jié)構(gòu):一種是將金屬棉壓制成環(huán)形套，裝在鉆孔中心管和篩管套之間組裝而成;另一種是在鉆孔鋼管上鑲焊金屬棉過(guò)濾片制成。適用范圍與金屬粉末濾砂管相同。(6)陶瓷濾砂管防砂工藝。陶瓷濾砂管經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，與外保護(hù)管組裝使用，耐溫可達(dá)500℃以上。主要針對(duì)的情況是部分熱采井地層砂?？v向分布差異大，繞絲篩管礫石充填難以滿(mǎn)足。

2.化學(xué)防砂工藝。化學(xué)防砂最近幾年發(fā)展較快，可用于常溫、低溫和高溫井出砂。常用的有:(1)酚醛溶液地下合成防砂。主要以苯酚和甲醛為原料按比例配制，加適量固化劑混合均勻，形成低粘度的酚醛溶液，用泵擠入地層，固結(jié)疏松砂巖，防止地層出砂，該方法適用于早期防砂。(2)水帶干灰砂人工井壁防砂。以水為攜砂液，將混合好的水泥與砂帶入井下，使套管外堆積飽滿(mǎn)，凝固后形成具有一定強(qiáng)度和滲透率的人工井壁，防止油層出砂。該方法適用于多油層、高含水的油、氣井防砂，而且具有一定的堵水作用。(3)樹(shù)脂涂敷砂防砂。目前已開(kāi)發(fā)出兩種涂層礫石，一種是高溫涂敷砂，耐高溫達(dá)350℃以上，另一種是常溫涂敷砂，可在55℃井溫下固結(jié)，加入外固化劑后，可適用于35℃左右的低溫井防砂。

3.復(fù)合防砂工藝。該項(xiàng)防砂技術(shù)利用化學(xué)和機(jī)械防砂的雙重作用，進(jìn)一步提高了油、氣井防砂效果，而且適用于粉細(xì)砂、地層虧空嚴(yán)重、高含水、高采液強(qiáng)度油、氣井防砂。

4.壓裂防砂工藝。該技術(shù)主要適用于中低滲透、出砂嚴(yán)重、地層污染嚴(yán)重、產(chǎn)量低及粉細(xì)砂、特稠油井防砂施工。

參考文獻(xiàn)

[1]馮叔初.油氣集輸與礦場(chǎng)加工.山東:石油大學(xué)出版社，2006

[2]曲占慶，王衛(wèi)陽(yáng).采油工程.北京:石油工業(yè)出版社，2009