油井出砂的危害及防砂技术分析

陈同骁

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300459）

石油资源作为当下重要的能源，是国家经济建设和发展中必不可少的资源。随着社会高效发展，社会大众生活质量不断提升，石油开采过程经常出现各类问题，其中油井出砂便是常见情况，这对油井正常使用极为不利，破坏作用突出。据统计，每年因油井出砂导致的油井损害、油井减产问题高达20%，造成不可低估的经济损失。经过石油工作者的长期努力，石油油井出砂问题已经得到了有效遏制，借助技术性措施进行防范，可有效控制油井出砂导致的减产问题。

1 油井出砂概述

1.1 油井出砂的概念及危害

油田生产期间，油井出砂一般是因储油层岩石过于脆弱、开采期间岩石不合理等引发的。由于操作不合理，进而引发储油层区域的岩石结构易受损害，进而导致岩石脱落。脱落后的岩石会随着原油进入采油设备中。由于岩石一般体积大，极易导致设备故障。岩石脱落严重的情况下，还会导致油井内部的岩石稳定性大打折扣，进而引发油井坍塌、停产等问题。常见的油井出砂后果主要包括减产，更严重的情况下油井会发生停产事故。

1.2 陆地和海上油井出砂生产压差的区别

对于陆地油田、海上油田而言，油井出砂的主要差异原因是岩石结构不同、油质不同导致。陆地油田中，储层岩包括细砂岩时，其结构方面主要是点线接触，结构形式上为胶结物、岩层结构方面多为方解石结构，同时岩石结构的孔隙较多、孔隙密度高达30%。孔隙内部存在较好的连通效果，胶层间的缝隙极大，在地壳运动下易受影响。海上油田方面，油井出砂时主要是以稠油形式为主，稠油田中，受地质条件影响，岩层区域经常发生地层出砂现象，进而引发海上油田油井的出砂生产压差存在较大差异。上述现象的原因：①高温蒸气作用下，岩层发生明显破坏。海上油田的油井与陆地区域相比，深度大、承压大，同时海上岩层结构相对而言活动更为频繁，其成岩能力相对较低，胶质层更薄弱，易出现岩层出砂问题。②油井出砂情况方面，海上油田与陆地油田相比，生产的压差更大，原因在于陆地油田的岩层结构更加坚固、更加稳定，含泥量相对更低。此外，海上油田油井的深度更大，因此对架构技术的要求更高，上述差异都会导致海上油田油井的生产压差更高。

2 油井出砂影响因素分析

2.1 地质因素

地质因素，即油田的地质条件，包括油田外部区域的胶结形式、地质年代等信息。一般情况下，油田地质年代过晚情况下，地层内部的胶结矿物的含量将会更少，砂粒之间的胶结能力相对薄弱，此时在油井生产作业中，出砂问题相对严重。另一方面，油井出砂问题主要是由于地层胶结作用、颗粒摩擦导致，为此从地层胶结情况出发，可将地层分为三大类：流砂地层、胶结地层、脆性砂地层。第一种地层下，地层内部无胶结能力，地层中的砂石之间没有胶结物，砂石可自主进行流动，在进行这一类地层的处理期间，一般会发生相对严重的出砂问题。此外，钻井工程施工期间还易发生卡钻的情况。部分胶结地层内，胶结物的含量较低，砂石处于胶结形式但是黏结力薄弱，强度低，这类油井也会发生出砂问题。对于脆性砂地层，胶结物的比例相对较高，砂石内部的胶结作用强大，地层强度比较高，此时油井作业期间出砂几率会明显下降，一般不会发生出砂问题。

2.2 开采因素

该因素主要是指在进行原油开采期间，开采速度、速度变化方面的影响。原油开采作业中，液体的渗流能力必须引起足够重视，这一参数会对地层内部的砂石拖曳力产生影响，进而会对出砂结果产生影响。如果生产条件大体一致，地层内部的生产压差相对较高，则此时地层液体便会存在较高的渗流能力，地层液体将会不可避免地对地层进行冲刷，冲刷力越高导致出砂问题越严重。另一方面，生产作业期间，地层一旦发生出水现象，地层内部的黏土在水作用下便会发生松散问题，进而对砂石内部的胶结作用产生不利影响，砂石之间的胶结作用力下降，颗粒内部的相对位移增加，此时油井出砂几率将会明显提升。此外，油井开采速度的快速变化，也会破坏油层，进而增加出砂几率。

2.3 人为因素

人为因素作用下，低渗透油田出砂会受到严重影响。对低渗透油田而言，它们自身并未存在产能，这种油田应及时进行压裂改造，这种状况下的油井方可具有较高的生产能力。在进行油田改造过程中，井壁岩石在外力作用下会发生较为严重的破坏作用，同时压裂作业期间，诸多油井可能在裂缝并未完全闭合的情况下便进行排液，此时裂缝中的砂石便会随着排液进入井底，导致油井内部发生较为严重的出砂情况。

3 油井防砂技术分析

3.1 机械防砂技术

一般情况下，油井防砂工作中较为常见的包括两种形式：①防砂管柱技术，该技术落实中需要考虑在采油泵下端安置防砂设备，如绕丝筛管、多层筛管等，从而降低地层砂的影响，保证砂都隔离在采油泵外部。该技术应用难度小、操作方便，可有效防止中粗砂岩层出砂问题，但是在细砂情况下易发生堵塞，严重时还会导致采油泵的使用寿命、性能等下降。②在第一种技术基础之上进行的改进优化。首先将防砂管柱置于油井内部，然后进行填充处理，形成一个多级滤砂屏障，从而达到防止出砂的功效。一般填充物为砾石、陶粒等，该项技术应用起来效果良好，在热采井、垂直井、细砂岩层中均有所应用。

3.2 化学防砂技术

该项技术的核心是向地层中注入一定比例的化学试剂、化学试剂混合砂浆，从而保证地层强度有所提升，达到固结作用，使得地层密实度增强。这项防砂技术应用期间，主要分为两种方法，包括人工胶结地层法、人工井壁法。前者主要是向地层内部添加树脂等化学试剂，起到防砂功效，固结地层；后者则是在井筒周边区域注入泥砂浆、乳化水泥、灰砂等物质，固结后便会形成渗透性良好、强度较高的井壁，进而起到防砂功效，这一方法不会受外界套管的束缚，同时会在出砂亏空的井中获得良好的防砂效果。化学防砂处理期间，必须确保固井质量较高，满足实际需求。要有效避免套管外串问题，在均匀渗透的薄层地段需采用合适的化学防砂技术。一般化学方法不会在井内留下过多的杂物，同时在异常高压的井层范围内也可应用，但是该方法的缺点是会对地层渗透率产生影响。

3.3 复合防砂技术

该技术应用中，有效结合了机械防砂技术、化学防砂技术。首先，应用化学防砂技术，可在油井地层周边形成人工井壁，该井壁具有较高的渗透效果，然后借助机械防砂技术可形成一个二次阻砂的屏障，进而达到双层保护的功效。上述防砂技术应用中，防砂效果良好，使用时间长，具有较为广泛的适用性，可在复杂化的油井中有所应用，一般将其称为复合防砂技术。但是复合防砂技术与单一的机械防砂、化学防砂方法相比，具有成本昂贵的不足，工艺相对复杂。因此，一般首选机械、化学防砂方法，防砂效果不满足实际需求的情况下才会建议采用复合防砂技术。

3.4 新时期应用广泛的新型防砂技术

（1）压裂充填防砂技术。一般情况下，这一防砂技术主要在高渗透疏松岩层中有所应用，这类油藏一般具有开发时间长的特点，在外界连续冲刷、溶蚀油层胶结的作用下，油层胶结强度必然会逐渐下降。当油藏进入中后期时，从提高油田产量、稳定性出发，必须提高开采速度，此时油层出砂问题将会更加严峻。为了保证油田稳定生产，同时还要从防砂角度出发，必须将压裂、砂石填充防砂方式进行有效结合。具体工作原理为：人工压裂的方法在油层区域形成一个高导流的裂缝，降低流体阻力，增产后可对出砂问题进行有效遏制。裂缝内部进行砾石填充后，也会逐步形成人工井壁，进而便会达到过滤、多级分选的效果。压裂填充防砂技术中，有效兼容了滤砂、挡砂等功能，包括两种工艺方法：随着压裂施工进行的地层尾追涂层砾石、套管砾石填充。

（2）防排技术。治砂技术发展期间，由于国内科学技术水平的提升，业内专家在防砂理念方面也发生了较大的转变。现阶段，油井防砂工作正朝着防砂、排砂结合的方向发展。出砂井的地层一般包括地层骨架砂、游离砂两大类。其中，游离砂可明显提升油井产量。近些年来，国内港东油田在稀油油藏排量选取、地层供液匹配的螺杆泵排砂处理中发现，这一类螺杆泵具有较高耐磨性、携砂能力强、运行平稳。同时与其他地层细粉砂油藏相比，也具有较高参考价值。一般化学防砂技术不能进行上述油藏的渗透率控制，而采用机械防砂，可能还会导致管柱发生堵塞问题。

4 新时期油井出砂治理方法分析

4.1 构建出砂模型

为了有效解决出砂问题，首先，需要建立合适的出砂模型，进而预测油井出砂情况。预测出砂问题后，方可根据要求制定防砂方案。构建上述模型期间，相关人员必须了解油藏安全情况，并对其进行全面分析，目标在于充分考虑油藏内部地质条件、油藏情况等方面的胶结情况。此外，经过全面合理的油藏分析还可为后续原油开采奠定良好基础。油藏分析之后，相关工作人员要结合油田的现场资料进行油藏特殊性的分析，收集现场资料利于工作人员对现场情况有更加清晰的认知。一般情况下，收集资料越全面，对应后续出砂模型将会越加合理。最后，相关工作人员应结合收集到的资料对出砂情况进行预测。现阶段，最为常见的出砂模型包括三大类：应力应变模型、冲蚀模型、虹蚓洞模型。现场工作人员可结合实际情况选择相应模型。

4.2 生产情况监控

从上述分析中可以看出，油井出砂问题的影响因素较多，部分因素为可控因素，但是部分因素为不可控因素，因此，油井生产期间，必须及时对生产状况进行全面分析、严格监控，这一操作十分重要。地层情况十分复杂，正是由于这种复杂性，导致工作人员可能无法掌握地层所有信息，进而无法经由生产状况进行全面监控管理。相关工作人员可能无法进行井下状况的全面判断，为此，应及时进行监控，确保判断依据的及时性、有效性，从而避免出砂问题，这也是当下降低油井发生出砂问题的根本方法。现阶段，在进行出砂问题分析中，油田管理人员都十分重视油井的监控工作，应保证对油井出砂问题的有效控制。

4.3 试井完井技术的优化

为了降低油井出砂几率，现代企业也逐步加强了试井完井技术的优化。经过试井操作可对出砂地层进行全面合理的分析与评价，并可对油田的生产状态进行动态监测和处理，进而获取地层压力、储层物性等信息，利于相关人员及时制定合理的防砂方案。在进行完井作业及油田作业中，要结合油井产量进行种类的区分。根据地层特点进行分析可发现，完井方案应该保证最优化，以完井操作对地层损害最低为首要目标。此外，还要考虑开发方法，及时进行油管尺寸、套管尺寸的有效选择。

4.4 两步法进行防砂

油井发生防砂问题时，可采取两步法进行防砂处理。首先，要及时在油层上方区域进行封隔器的安装，保证防砂效果，同时，在油井周边地区还要注入一定量的石英砂，一般选用高密度的石英砂，力求有效提升相关区域的充实度，避免周边地层的砂石进入到油层内部。其次，需在防砂层内部进行绕私筛管的安装，筛管内需要填充陶粒砂。这一方法可有效避免地层内部的砂石发生迁移现象。在采用两步法防砂处理期间，必须合理落实下述三大原则：①在考虑防砂效果基础之上确定最为合理的防砂技术，并及时进行油井工艺、参数化分析等操作。②防砂施工必须选择最优化的工艺条件，有效避免防砂问题对油井作业的负面作用。③必须充分考虑经济效益的作用，最大程度提升防砂施工的质量、防砂施工的成功率。

5 结语

油井出砂防砂技术并非短期工程，必须将其看作一项复杂化、长期性的工作。近年来，国内出砂防砂技术已经取得了良好效果，但是在油田开采期间仍然存在不足之处。为此，必须提高油井防砂工作的分析，及时进行出砂危险因素的分析，找到油井出砂的主要机理，结合实际情况制定科学合理的油井防砂措施，以提高油井开采质量、开采效率，促进油田企业的长期可持续发展。