油氣藏防砂技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要：針對(duì)疏松砂巖油氣藏普遍出砂，出砂嚴(yán)重的問題，調(diào)研國(guó)內(nèi)外的有關(guān)疏松砂巖油氣藏防砂工藝技術(shù)，分析出砂機(jī)理，重點(diǎn)介紹目前主要的防砂工藝技術(shù)，與特定的油氣田相結(jié)合，進(jìn)行適用范圍條件的試驗(yàn)分析，效果比較評(píng)價(jià)，優(yōu)選出更適合指定油氣田的防砂方法。

關(guān)鍵詞：疏松砂巖 防砂 適應(yīng)性研究

引言

國(guó)內(nèi)油氣井防砂先后采用了繞絲篩管礫石充填、陶瓷濾砂管防砂、酸化固砂和直接固砂等防砂工藝，但是防砂效果沒有達(dá)到預(yù)期效果。之后逐漸摸索出從單一方法防砂向復(fù)合防砂轉(zhuǎn)變，先后實(shí)施了纖維復(fù)合、高壓充填、端部脫砂、CS-2固結(jié)劑等防砂工藝技術(shù)試驗(yàn)研究，并在典型多層、薄層、氣水層間互氣藏的出砂井中取得了一定的效果。同時(shí)對(duì)防砂材料和防砂工藝進(jìn)行了改進(jìn)和完善，逐步形成了較為適合疏松砂巖油氣藏的防砂的工藝技術(shù)，即端部脫砂、高壓充填、纖維復(fù)合三種防砂工藝技術(shù)。

國(guó)外油氣井防砂主要采用管內(nèi)繞絲篩管礫石充填，其次是預(yù)充填繞絲篩管、樹脂膠結(jié)、涂層預(yù)包砂充填等工藝技術(shù)。對(duì)于疏松砂巖油氣藏，目前主要是繞絲篩管礫石充填、雙層預(yù)充填繞絲篩管防砂工藝。對(duì)于砂粒粒度中值相對(duì)較粗、分選性較好的地層，防砂效果比較理想，對(duì)于砂粒粒徑較細(xì)的地層，采用過樹脂砂漿人工井壁化學(xué)防砂工藝，取得過不同程度的防砂效果。

1 疏松砂巖出砂機(jī)理分析

油氣井出砂通常是由于井底附近地帶的巖層結(jié)構(gòu)遭受破壞引起的，其中弱膠結(jié)或者中等膠結(jié)地層的出砂現(xiàn)象較為嚴(yán)重。由于這類巖石膠結(jié)性差、強(qiáng)度低，一般在較大的生產(chǎn)壓差時(shí)，就容易造成井底周圍地層發(fā)生破壞而出砂。

1.1滲流砂的流動(dòng)

疏松砂巖油氣藏在開發(fā)過程中，因地層本身膠結(jié)弱，儲(chǔ)層中存在大量細(xì)小、弱膠結(jié)微粒，這部分微粒的最大特點(diǎn)是易于啟動(dòng)，即使產(chǎn)量很低的情況下也難以克服它們?cè)趦?chǔ)層中產(chǎn)生的運(yùn)移，這種原始地層微粒稱為“滲流砂”[1]。不同類型巖石中“滲流砂”顆粒的含量不同，相對(duì)于泥質(zhì)粉砂巖和細(xì)砂巖中高，主要原因是這類巖石中不僅雜基含量高，而且物性好，為顆粒啟動(dòng)提供了足夠的空間;相反其它類型的巖石中盡管有足夠的雜基顆粒含量，但是由于泥質(zhì)含量過高，粘土間相互作用，易于呈集合狀產(chǎn)狀，且單個(gè)孔隙體積小，不利于顆粒的啟動(dòng)。

1.2弱膠結(jié)附粉顆粒

這部分顆粒絕大多數(shù)屬于填隙物，包括雜基和膠結(jié)物，產(chǎn)狀呈分散狀和粒間充填;其次是弱膠結(jié)的骨架顆粒。這類疏松的填隙顆粒在孔隙中呈連續(xù)分布，當(dāng)顆粒填隙物從骨架表面脫落，隨流體產(chǎn)出之后，地層中將形成“蛆蝴”洞，同時(shí)地層骨架顆粒的穩(wěn)定性降低。疏松填隙物對(duì)儲(chǔ)層傷害的機(jī)理為速敏，通過控制氣層的產(chǎn)量是可以防止其對(duì)儲(chǔ)層的傷害和出砂。如再遇到與地層不配伍的工作液、堿液或酸液等，勢(shì)必破壞填隙物的微觀結(jié)構(gòu)，以及它們與骨架顆粒間的附著力，變?yōu)橐子谶\(yùn)移的砂粒，所以也稱為填隙物破壞型出砂。

1.3砂穴崩落型出砂

對(duì)于裸眼井，地層出砂后形成洞穴，其頂部由于失去支撐，且形不成穩(wěn)定砂拱，塊狀脫落造成流砂。對(duì)于套管井，地層首先沿射孔孔眼出砂后，形成蚯蚓洞，然后形成小的崩落型洞穴。預(yù)防這種類型出砂的辦法是減輕弱膠結(jié)和骨架顆粒的出砂量，避免它們引起質(zhì)的變化，形成崩落型出砂。

1.4骨架破壞型出砂

這部分顆粒受制于鉆井、完井、射孔等工藝措施的合理性和參數(shù)的選擇。主要原因是施工過程中外來(lái)壓力所引起的應(yīng)力、應(yīng)變，造成地層變形、滑動(dòng)，使巖石成為散砂，引起地層嚴(yán)重出砂，甚至井壁不穩(wěn)定。

2 防砂工藝技術(shù)分析與認(rèn)識(shí)

統(tǒng)計(jì)近幾年A氣田氣井作業(yè)（硬探）和軟探砂面的資料，統(tǒng)計(jì)的每口井都有砂面存在，有的井筒內(nèi)氣層甚至砂埋，嚴(yán)重影響了氣田氣井的正常生產(chǎn)。通過不斷嘗試，反復(fù)摸索和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)出砂原因，機(jī)理及影響因素等有了更進(jìn)一步的了解，從而也對(duì)疏松砂巖油氣藏防砂方式[2]有了一個(gè)比較全面的認(rèn)識(shí)。

2.1高壓一次填充防砂

封隔高壓一次充填防砂是通過攜砂液以大排量將礫石帶到氣井產(chǎn)層管外地層和篩管與套管的環(huán)形空間，經(jīng)高壓作用形成沉積、壓實(shí)高效能擋砂屏障帶，達(dá)到防止氣井出砂的作用。經(jīng)過分析和總結(jié)大量的現(xiàn)場(chǎng)防砂試驗(yàn)，采用高壓充填工藝技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯、防砂適應(yīng)性強(qiáng)，管外充填砂體在高壓下一體化形成，防砂半徑大，充實(shí)程度高，砂體連續(xù)穩(wěn)定，防砂有效期長(zhǎng)，對(duì)氣層薄、氣水層間互的A氣田疏松砂巖氣藏具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

2.2端部脫砂壓裂防砂

端部脫砂壓裂通過控制施工的加砂量和排量，可以獲得較寬的裂縫和較高的砂濃度，達(dá)到提高地層導(dǎo)流能力的目的，較短的支撐裂縫不僅減少了壓裂液的濾失，而且可減少對(duì)地層的傷害。端部脫砂防砂后，由于裂縫的存在，改變了流體滲流方式，防砂效果明顯，該工藝可在突破地層破裂壓力下的情況下，大砂量、高砂比施工，可有效改善近井地帶的滲透率和導(dǎo)流能力，從而達(dá)到既防砂又增產(chǎn)的目的，而且可進(jìn)行二次充填，確保環(huán)空和近井地帶充填完整，保證防砂的成功率和有效期。

2.3纖維復(fù)合防砂

纖維復(fù)合防砂技術(shù)，其防砂思路是解、穩(wěn)、固、防、增、保，即首先采用壓裂技術(shù)解除近井砂劑地帶的傷害，穩(wěn)軟纖維將儲(chǔ)層的細(xì)粉砂通過電荷吸附，固結(jié)為一定粒徑的較大顆粒，使細(xì)粉砂的臨界流速增大，即增加了細(xì)粉砂的啟動(dòng)速度。其次，采用特制硬纖維的彎曲、卷曲和螺旋交叉，互相勾結(jié)形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將砂粒束縛于其中，形成較為牢固的過濾體，達(dá)到與防砂篩管同樣的擋砂目的采用壓裂技術(shù)改變滲流狀態(tài)、降低井底流速、增強(qiáng)導(dǎo)流力，達(dá)到防砂增產(chǎn)效果利用清潔壓裂液，有效地保護(hù)了儲(chǔ)層。

纖維復(fù)合壓裂充填防砂的主要增產(chǎn)機(jī)理一是解除儲(chǔ)層原有的傷害，端部脫砂壓開的短縫也遠(yuǎn)大于其傷害半徑，能夠穿透其傷害帶，消除由于傷害帶來(lái)的近井地帶污阻壓降，能夠改善其滲流條件;二是改善原有滲流條件，使用端部脫砂壓裂技術(shù)將儲(chǔ)層壓開裂縫，使原來(lái)徑向流改善為擬線形流，減小近井壓力梯度，降低了近井地帶壓降，大大降低井眼周圍的氣體流動(dòng)速度，改善氣體的流動(dòng)條件。減小近井壓力梯度和解除近井地帶無(wú)阻壓降，大大降低氣體流動(dòng)速度，從而達(dá)到增產(chǎn)與防止地層出砂的雙重目的。

3 主體防砂工藝技術(shù)對(duì)比分析

從目前收集的A氣田防砂井資料分析，適用該氣田的主體防砂工藝技術(shù)[3]主要是高壓一次充填防砂、纖維復(fù)合防砂和割縫篩管壓裂防砂三種工藝技術(shù)，下面對(duì)這三種防砂工藝進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1主體防砂工藝適應(yīng)性分析

對(duì)于割縫篩管壓裂防砂工藝，適用于防砂間段內(nèi)或上下10m內(nèi)無(wú)水層或氣水同層的井，選井難度大;氣水層間互地層適應(yīng)性差。

優(yōu)點(diǎn)為：下丟篩管雙重?fù)跎靶Ч?壓裂改造地層，消除近井地帶的污染，增加導(dǎo)流能力。

缺點(diǎn)為：增產(chǎn)效果差，有效率低;施工復(fù)雜，難度大;篩管井下時(shí)間長(zhǎng)，存在打撈問題;縫高控制難度大，有可能壓開水層。

對(duì)于高壓一次充填防砂工藝，對(duì)于氣水層間互地層有較強(qiáng)的適應(yīng)性;套管變開井和防砂層段上部漏或已射開井不能用;一層系井適應(yīng)性差。

優(yōu)點(diǎn)為：操作簡(jiǎn)單，施工成本低;增產(chǎn)效果好，有效期長(zhǎng);施工排量小、砂比小、易控制;下掛濾砂管雙重?fù)跎靶Ч?不壓開地層進(jìn)行擠壓充填。

缺點(diǎn)為：對(duì)于一層系易漏地層，最后環(huán)空有可能充填不實(shí);反洗井時(shí)，充填孔關(guān)閉不嚴(yán)，存在反吐砂可能;濾砂管井下時(shí)間長(zhǎng)，存在打撈問題。

對(duì)于纖維復(fù)合防砂工藝，適用于防砂間段內(nèi)或上下10m內(nèi)無(wú)水層或氣水同層的井，選井難度大;氣水層間互地層適應(yīng)性差。

優(yōu)點(diǎn)為：井底不留管柱，便于后期作業(yè);增產(chǎn)效果好，成功率高;纖維可以穩(wěn)和擋粉細(xì)砂;涂料砂重塑人工井壁，增加井簡(jiǎn)附近地層的穩(wěn)定性;壓裂改造地層，消除近井地帶的污染，增加導(dǎo)流能力。

缺點(diǎn)為：有效期受涂料砂質(zhì)量的影響;加纖維過程中，易造成加砂堵塞;攜砂液復(fù)雜，配液難度大;縫高控制難度大，有可能壓開水層。

3.2主體防砂工藝應(yīng)用效果對(duì)比

從2015年起共進(jìn)行了310井次的防砂試驗(yàn)，分析了其中生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)的204口井，截止目前共有55口井無(wú)效，42口井效果較好，產(chǎn)量增幅仍保持在15%以上，防砂后產(chǎn)水量急劇增大的井有53口井，平均有效期707天，如表1。

從防砂效果來(lái)看，纖維復(fù)合防砂有效率高于高壓一次充填防砂，高壓一次充填防砂有效率高于割縫篩管壓裂防砂。從增產(chǎn)效果來(lái)看，高壓一次充填防砂增產(chǎn)效果高于纖維復(fù)合防砂，纖維復(fù)合防砂增產(chǎn)效果高于割縫篩管壓裂防砂。從有效期來(lái)看，高壓一次充填防砂有效期高于纖維復(fù)合防砂，纖維復(fù)合防砂有效期高于割縫篩管壓裂防砂，并且隨生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，各種工藝防砂增產(chǎn)效果逐漸變差。

4 總結(jié)

A氣田主要形成了以高壓一次充填防砂、纖維復(fù)合壓裂防砂和割縫篩管壓裂防砂為主的工藝技術(shù)，防砂纖維形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)牢固的過濾復(fù)合體，可實(shí)現(xiàn)無(wú)篩管防砂需要，便于后期處理和進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，而高壓一次充填不壓開地層進(jìn)行擠壓充填，使得它在氣水層間互的A氣田具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，它們和端部脫砂防砂共同進(jìn)一步完善了防砂工藝體系，初步解決了A氣田粉細(xì)砂巖地層的出砂問題。A氣田長(zhǎng)井段疏松粉細(xì)砂巖地層的出砂問題不但能夠解決，而且可以通過防砂措施進(jìn)一步提高氣井的單井產(chǎn)能。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 何生厚，張琪.油井防砂理論及應(yīng)用[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003

[3] 黃輝才.疏松砂巖油藏排砂采油工藝研究[D].中國(guó)石油大學(xué)，2011

作者簡(jiǎn)介：

楊行軍（1982-），男，2006年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，工程師，長(zhǎng)期從事勘探開發(fā)地質(zhì)研究工作