第8讲-岩石力学-出砂预测.pdf

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1、出砂预测卢运虎学习目标了解出砂现象、定义、危害；认识出砂机理；掌握不同出砂预测方法；通过实例探究出砂预测。提纲一、概述二、出砂的力学机理三、地层出砂的预测方法四、案例分析出砂的定义出砂是由于油气井开采和作业等综合因素造成井底附近地层破坏，导致剥落的地层砂随地层流体进入井筒，而对油气井生产造成不利影响的现象。骨架砂：由于岩石骨架破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

2、出砂，甚至井层不稳定。地层种类充填砂：因地层胶结弱，储层中存在大量细小、弱胶结的微粒，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。出砂所造成的问题岩心采出砂出砂所造成的问题出砂后岩心出砂所造成的问题（1）井下、井口采油设备的磨损和腐蚀产液中带砂使各种采油泵、管线受到磨损，大大缩短了它们的寿命。对于输油管线由于砂粒磨损加快了腐蚀速度。(2)井眼稳定(boreholestability)问题

3、由于出砂使井眼失稳而导致套管挤毁、油井报废。通过对胜利油田某疏松砂岩区块资料分析发现：随着出砂的加剧和原地层压力的降低，套损井逐年增加，疏松砂岩储层油井套管(casing)损坏严重，总数已占10％以上，个别区块已达30％以上。（3）出砂会导致减产或停产作业油井出砂磨损泵筒与柱塞，降低泵效，甚至损坏采油泵，造成油井减产或停产。（4）污染环境，尤其是海洋油气田。出砂所造成的问题不足之处是：1、沉砂空间小：若砂子沉降封隔器上，后期作业时解封封隔器困难；若砂子沉积在裸眼产层段，易砂埋产层，造成机采井欠载停产，同

4、时后期冲捞砂作业难度大，成本高。2、泵下悬挂的防砂管堵塞以后，会造成泵欠载停产。出砂所造成的问题除砂器滤砂管刺坏油嘴刺坏出砂所造成的问题(据Statoil)地面设备侵蚀出砂所造成的问题地面设备侵蚀(据Statoil)出砂所造成的问题滤网侵蚀出砂所造成的问题(BP,出砂管理论坛,2004)(据ResLink)(据ResLink)滤网侵蚀出砂所造成的问题分离器充填(Eclipse,出砂管理论坛,2004)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

5、松砂岩稠油油藏来说更是如此。出砂地层类型及出砂特征流砂地层：没有胶结的地层砂。流砂地层仅靠很小的流体附着力和周围环境圈闭的压实力来聚集。开井投产便连续不断出砂，产出液含砂量相对稳定。累计出砂量不断增大，但套管周围不会出现空穴，地层疏松。部分胶结地层：含胶结物量少，胶结力弱，地层强度低。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，堵塞炮管。其产出液含砂量变化很大。出砂地层类型及出砂特征脆性砂地层：易碎砂地层，较多胶结物，中等胶结强度砂岩。投产初期产砂，随后降低，

6、停止产砂，到一定时间可能重新出砂。套管外部地层冲蚀空穴突然增大，过流面积成倍增长，地层流体流速大幅下降，导致出砂量明显下降。当单位面积流体流速达到一定值时，又出现地层砂大块坍塌，过流面积倍增而停止出砂，出现另一个周期。周而复始任其发展，洞穴将越来越大，最终形成灾难性地层坍塌，使套管变形而报废。出砂地层类型及出砂特征提纲一、概述二、出砂的力学机理三、地层出砂的预测方法四、案例分析出砂的三个阶段储层的机械破坏将岩石视为多孔弹塑性材料，以便于分析地层的机械破坏。破坏受控于塑性应变的临界值。破坏材料的

7、流动毛细管力（趋向于使破坏材料停留于原地）与拖曳力（趋向于将破坏材料移入井筒）之间的相互作用。破坏材料从井筒输送至地表井筒中的多相流动（油、气、水、固体）决定破坏材料是否能移动至地表。出砂机理关键过程作用于井壁或射孔附近的应力必须克服围岩压力。毛细管力可能仍使破裂的岩石处于原来的位置。毛细管力的减小和流体流动使砂层运动。启示岩石可能破裂，但一开始不会观察到出砂现象。出水量的增加不会使岩石破裂，但这降低了毛细管力，从而触发了岩石的破裂。拉伸破坏机理随内外压差增大，流体流向井内的流速也增大，

8、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。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。炮眼周围地层剪切受损情况（弹塑性）流体流动对颗粒的拖曳力）破坏区的扩展破坏区扩展的蚯蚓洞网络模型颗粒的物理运移如果两种非混溶相流体共存于一种多孔介质中，其中的润湿相流体将试图延颗粒表面延展而