（油气田开发工程专业论文）闵桥油田出砂机理和防砂治砂方法研究.pdf

m e c h a n i s mo fs a n dp r o d u c t i o na n ds a n dc o n 拄o lm e t h o di n m i n q i a o 0 i lf i e l d p o s t g r a d u a t e ：h uw e i q i n gs u p e r v i s o r ：l im i n g z h o n g s p e c i a l t y ：o i la n dg a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g s c h o o l ：u n i v e r s i t yo f p e t r o l e n m a b s r a c t m i n q i a o o i lf i e l di sl i t h o l o g i c a it e c t o n i cr e s e r v o i r a n di t sp r o d u c t i o n l a y e r i s n o tv e r yd e e p ，c e m e n t a t i o ni sl o o s ea n dt e n d st op r o d u c es a n d s a n dp r o d u c t i o n c a r le n g e n d e rs a n dp l u g g i n gi nw e l lo rs a n dc o v e r i n gl a y e r , a n dc a u s e st or e d u c e d e e p l yo u t p u t i ft h i s c o n d i t i o ni ss e r i o u s ，i tc a r lc a u s et o s t o pp r o d u c t i o no r d a m a g e t h ec a s i n g , e v e nc a u s et od i s c a r dt h eo i lw e l l 。a c c o r d i n gt ot h ep r o d u c t i o n c o n d i t i o n ，a l l m e t h o d so fi n t e r v a la c o u s t i c t r a n s i tt i m e m e t h o d ，m o d u l u s c o m b i n a t i o nm e t h o d ，s a n dp r o d u c t i o ni n d e xm e t h o d ，f o r m a t i o nh o l ef o r e c a s t m e t h o d ，f o r m a t i o np r e s s u r ec o n t r o lm e t h o da n dp r o d u c t i o nd i f f e r e n t i a lp r e s s u r e c o n t r o lm e t h o da r eu s e dt of o r e c a s tt h es a n d p r o d u c t i o n l i m i to f m i n q i a oo i lf i e l d ； m e a n w h i l e ，o nt h e b a s i so ft h er e l a t i v e g u i d e l i n e o ff o r m a t i o n p r o t e c t i o n ， e x p e r i m e n t i sd o n et os t u d yt h em e c h a n i s mo fs a n dp r o d u c t i o n a c c o r d i n gt ot h e p r o p e r t y o f g e o l o g y , s a n dp r o d u c t i o np a t t e m ，c o r ea n a l y s i s ，e x p l o i t a t i o nc o n d i t i o n a n do t h e rr e l a t i v ed a t a ，t h ec a u s a t i o na n d p a t t e r no f s a n dp r o d u c t i o ni sa n a l y z e d l a s t l y , o i l t h eb a s i so ft h ep r o p e r t yo ff o r m a t i o nr o c ka n df l u i d ，p r o p e r t yo f r e s e r v o i r , e x p e r t se x p e r i e n c e ，p r a c t i c a li n v e s t i g a t i o na n di n d o o re x p e r i m e n t ，t h e f o r e c a s t i n gp a t t e m o fs a n d p r e v e n t i o n i se s t a b f i s h e 6 , a n dt h es y n t h e s i z e dp r o j e c ti s p r e s e n t e d k e y w o r d s ：m i n q i a o o i lf i e l dm e c h a n i s mo f s a n d p r o d u t i o n s a n dc o n t r o l f o r m a t i o n p r e v e n t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石油大学或其它教 育机构的学位或证书雨使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究新傲的 任 哥贡献均e j 在论文中作了明礁的说明并表示了 褰l 意。 签名：拗幽m 寺年，月，。日 关于论文使用授权的说明 本人完企了解石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论 文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其纯复帝4 手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守诧规定) 缈毒年，7 月t o 困 ，喇年 月砷日 石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 第1 章前言 疏松砂岩油藏在我国分布范围广、 占有十分重要的地位，如我国的胜利、 油田，其疏松砂岩油藏储量非常丰富。 储量大，其油井产量在原油总产量中 辽河、华北、大港以及渤海、南海等 疏松砂岩油藏开采中的主要矛盾之一是油层出砂。油层出砂可分为游离 砂和骨架砂，现场实践与室内试验均表明：游离砂随流体进入井内的程度取 决于井底压差、储集层物性和采出液的物理性质，并随压差线性增大，这种 类型的出砂在疏松油藏开发中不可避免地存在，一般属于不稳定出砂，量少 且其它生产条件不变时递减很快，对生产的影响较小。 而骨架砂破坏后成为自由砂是油气井出砂的重要来源，这是防砂治砂的 主要对象。由于油藏岩石的疏松程度以及油藏的温度、压力、流体性质、钻 井完井措施等不同，各油藏及油井的出砂情况也不一样，有的油井只要一开 井生产就会出砂；而有的油井只是在作业强度、生产压差、地层压力、含水 程度等参数超过某一限值时才出砂。 因此，各个区块或油藏都有其各自的出砂原因，只有有针对性地进行相 应的研究，开展出砂机理和出砂原因的研究和分析，找出各区块或油藏的出 砂原因、出砂规律，确定防砂原则，进行防砂方法优化选择，从而在此基础 上拟定切实可行的防砂措施。 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章国内外防砂技术方法及现状 第2 章国内外防砂技术方法及现状 国外油气井防砂工艺技术研究起步较早，最初采用限产的办法来控制油 气井出砂，1 9 3 2 年开始采用砾石充填方法。目前国外在油气井防砂方面主要 以机械防砂为主，约占防砂作业的9 0 ，其中绕丝筛管砾石充填经过不断的 完善和发展，到八十年代已发展成为一项较为成熟的技术。 随着油田的进一步开发，为满足其复杂性和多样性的要求，减少油井作 业成本和修井费用，现在又相继研究开发出各种类型的滤砂管、可膨胀性割 缝筛管和压裂防砂、过油管防砂等防砂工艺技术。进入九十年代后，性能较 好的固砂剂不断出现，化学防砂的前景又趋看好。目前，国外化学防砂主要 有树脂防砂、树脂深层砾石防砂、焊接玻璃固砂及四氯化硅固砂【16 】等方法， 基本可满足特殊出砂井的防砂需要。 目前国内已形成机械防砂工艺、化学防砂工艺和复合防砂工艺三大体系 的油气井防砂工艺技术。国内机械防砂工艺技术发展较快，相继研究开发、 发展了绕丝筛管砾石充填工艺、树脂滤砂管防砂工艺、金属棉滤砂管防砂工 艺、双层预充填筛管防砂工艺、金属毡滤砂管防砂工艺等多种防砂工艺技术， 可适用于常规井、热采井等不同类型油气水井防砂。化学防砂 4 1 近几年发展 也很快，常用化学防砂工艺技术有：酚醛溶液合成防砂、水带干灰砂人工井 壁防砂、水泥砂浆人工井壁防砂、酚醛树脂核桃壳人工井壁防砂、脲醛树脂 核桃壳人工井壁防砂、树脂涂层砂防砂等。化学防砂由于其施工简单，防砂 后井内无异物而受到现场欢迎。复合防砂工艺是近几年研究开发的一类新工 艺，它是针对地层亏空的老井或地层砂较细的井而采用的一种综合防砂工艺， 是将化学防砂和机械防砂结合起来的一种复合防砂方法。由于机械防砂和化 学防砂的方法、种类繁多，由此而形成的复合防砂方法也多种多样。 根据防砂技术出现的先后以及不同的类型，将防砂工艺技术方法作如下 划分： 2 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章国内外防砂技术方法及现状 图2 - 1 防砂工艺技术分类图 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章国内外防砂技术方法及现状 2 1 机械防砂工艺技术 机械防砂按防砂原理大体可分为两类：一类是下入滤砂管后进行砾石充 填，这种防砂方法是将滤砂管及配套井下机具下入到油层部位，利用地面防 砂泵车和井下工具配套，使环空内充填高质量、高渗透率的砾石( 或陶粒) ， 形成砾石阻挡地层砂，滤砂管阻挡砾石的多级挡砂屏障，它能有效地把地层 砂控制在地层内，确保地层具有稳定的原始力学结构，防砂效果好，有效期 长：另一类是只下入滤砂管挡砂，防砂管柱与套管间不进行充填，在生产过 程中油流携带地层砂至滤砂管外缘，使大于滤砂管滤体孔喉的地层砂被阻挡 在滤砂管外，形成自充填的挡砂层；小于滤砂管滤体孔喉的地层砂随油流进 入油管内，随原油采出。这类防砂方法工艺简单，操作方便，但有局限性， 特别不适合粉细砂岩油藏防砂。 相对而言，机械防砂对地层的适应能力较强，无论产层厚薄，地层渗透 率高低，夹层大小都能有效地进行防砂作业，对于地层亏空严重的老油井还 可以起到恢复地层应力作用，防砂有效期长，旖工成功率高，因此该工艺目 前在国内外应用十分广泛，占总防砂工作量的9 0 以上。 2 1 1 绕丝筛管砾石充填防砂工艺技术 绕丝筛管砾石充填防砂嘲是目前国内外使用最广泛的防砂方法之一，其 基本原理是：在油层部位下入不锈钢绕丝筛管，并在筛管与套管环空充填高 质量、高渗透砾石，形成砾石阻挡地层砂、筛管挡砾石的多级防砂屏障，达 到防砂的目的，该方法按先期完井方式又可分为管内砾石充填和管外砾石充 填。 2 1 2 滤砂管防砂工艺技术 由于滤砂管防砂【1 2 1 施工工艺简单，不进行砾石充填作业，无需大型防砂 设备以及施工成功率高，因此目前国内外这类技术发展很快，新产品新技术 不断涌现，以适应不同地质条件和不同类型油井防砂的需要。 滤砂管防砂虽然不能对粉细砂进行有效的防治，且有效期较砾石充填短， 但由于其工艺简单，作业费用低，可进行油井先期和后期防砂。特别对于大 斜度井、水平井、以及侧钻小井眼水平井，砾石充填工艺还不成熟，设备还 不完善，而滤砂管防砂则成为其主要的防砂方法之一。该方法又可分为：双 4 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章国内外防砂技术方法及现状 层预充填绕丝筛管防砂工艺、树脂胶结砂粒滤砂管防砂工艺、金属粉末滤砂 管防砂工艺、不锈钢金属棉滤砂管防砂工艺、陶瓷滤砂管防砂工艺、烧结塑 料滤砂管防砂工艺。 2 2 化学防砂工艺技术 化学防砂是利用化学药剂把疏松砂岩地层的砂粒或充填到地层的砾石 胶结起来，从而稳定地层结构或形成具有一定强度和渗透率的人工井壁，达 到防止地层出砂的目的。 但是到了七十年代，由于防砂井段增加和开发层系的增多，绕丝筛管砾 石充填防砂工艺的不断完善和发展，化学防砂的地位逐渐下降，虽然这样， 化学防砂仍然是一种重要的防砂手段。因为： a 进行过化学防砂的井，井筒内可不留任何的机具，这就有利于多层完 井作业和层系的调整； b 后期处理作业简单，无须进行套铣、打捞等复杂工艺程序： c 施工工艺简单，安全可靠，防砂后渗透率高，生产效果好( 尤其是井段 短，层间差异不大的井) ； d 粉细砂岩防砂效果优于机械防砂效果。 正因为如此，化学防砂自8 0 年代至今里较强劲的发展势头。可用于常温、 低温和高温井防砂。化学防砂最常用的有两类工艺技术： a 树脂固砂工艺技术 b 人工井壁防砂工艺技术 2 2 1 树脂固砂工艺技术 树脂固砂【1 6 1 就是将液态的、易 流动的树脂液泵入地层，使之较均 匀地分布在地层孔隙中，然后逐渐 固化，在砂粒间接触点形成胶结状 态( 见图2 - 2 ) ，从而阻止地层出砂。 用于油井防砂的树脂有环氧 树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、呋哺 图2 _ 2 砂粒被胶结示意图 凝固树脂 石湎人学t 华东) 硕士论文第2 苹国内外防砂扳术万法及现状 树脂以及它们的混合物，但以呋喃树脂为最好。树脂在2 6 6 7 时是一种液 体，粘度为0 0 5 。2 m p a s 。 树脂固砂最常用的工艺是：酚醛溶液地下合成防砂工艺。酚醛溶液地下 合成防砂工艺是将加有适量固化剂的苯酚和甲醛溶液，按比例配料混合均匀， 并混入等体积的柴油增孔，将混合液挤入地层，在地层温度下，苯酚和甲醛 发生反应，逐步形成树脂沉积在地层表面，树脂固化后把地层砂牢固地结合 在一起，而柴油为连续相充满在地层砂孑l 隙空间，使胶结后的砂能够保持良 好的渗透性，从而起到防砂的效果。该方法适用于先期和早期防砂，到目前 为止，该工艺国内累计防砂施工1 0 0 0 余井次，成功率6 9 5 。 最近几年，为解决低温、高含水油井出砂问题，又研究开发出了脲醛树 脂溶液防砂，并已应用现场，见到良好的防砂效果。 2 2 2 人工井壁防砂工艺技术 人工井壁防砂 e l 就是将可胶结的充填材料，挤注到防砂井的出砂部位， 固结后形成一个强度高、渗透性良好的挡砂屏障。该项防砂工艺技术主要特 点是施工简单、防砂后井内无遗物、后期处理方便。 人工井壁防砂包括：树脂涂层砂、树脂果壳、水泥砂浆和乳化水泥等防 砂方法，但近几年国内应用较普遍的是树脂涂层砂防砂。 2 2 3 化学防砂综合效果分析 疏松砂岩油田进入后期开发，随着含水的升高以及高强度提液开采使油 井出砂加剧，井况变得复杂，导致防砂难度越来越大，目前，在这些油田主 要采用的化学防砂工艺是树脂涂层砂防砂工艺、水带干度砂防砂工艺及树脂 地下合成防砂工艺，现阱这些化学防砂工艺闭为例，以防砂成功率、防砂后 采液强度及有效期三项指标分析其综合防砂效果，分析结果见表2 - 1 。 表2 - 1 化学防砂效果统计表 防砂方法防砂成功率( )防砂后采液强度( m 3 m d )平均有效期( d ) 树脂涂层砂 7 1 47 62 1 5 水带千灰砂 5 8 49 81 9 4 地下合成 7 6 66 31 9 7 6 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章国内外防砂技术方法及现状 从表2 1 可以看出，水带干灰砂的防砂成功率最低，地下合成防砂后采 液强度最低，综合评价树脂涂层砂防砂效果最好。 2 3 复合防砂工艺技术 所谓复合防砂是将机械防砂和化学防砂结合起来，以控制油气井出砂的 一种防砂工艺技术。该方法综合运用了化学与机械二者所具有的防砂固砂挡 砂的原理，阻止地层砂随生产油气流采出而堵塞井筒，达到防砂目的。 复合防砂【2 0 】一般首先在射孔段的出砂油层部位，通过树脂固砂或向射孔 孔眼内挤注涂层砾石、形成具有高渗透性和高强度的人工井壁；然后在油气 井内下入机械滤砂管或进行滤砂管砾石充填，利用化学与机械防砂的结合， 形成一套多级挡砂屏障，从而有效地防止油气层出砂、保证油气井正常生产。 复合防砂工艺主要是针对粉细砂岩油气层，单纯用化学或机械防砂方法 不能有效地防砂以及为满足采液强度高、生产压差较大的井况而研究出来的。 目前已在胜利、青海、大港等油田获得大面积推广应用。 鉴于目前国内外机械防砂方法和化学防砂方法的种类繁多，因此，化学 和机械防砂方法的组合也多种多样。但具体的复含防砂方法只能根据地层特 性、油藏物性特点、井简条件以及生产、作业条件来选定。 目前常用的复合防砂工艺主要是涂料砂加滤砂管和涂料砂加滤砂管砾石 充填两大类，应用较多的有： a 涂料砂+ 双层预充填筛管 b 涂料砂+ 激光割缝衬管 c 涂料砂+ 金属棉滤砂管 d 涂料砂+ 绕丝筛管+ 砾石充填 e 涂料砂+ 割缝衬管+ 砾石充填 2 4 压裂防砂工艺技术 中高渗透油藏压裂防砂技术是国内近几年发展起来的一项新技术。该技 术的优势是砂比高、用量少，节省材料费用及作业费用，可形成“短宽裂缝”， 是一项有较好发展前途的技术。 壬i 油大学( 华东) 硕士论文第2 章国内外防砂技术方法及现状 压裂防砂技术“适用于中低渗透、出砂严重、地层污染严重、产量低及 粉细砂、特稠油井防砂施工。在高压下使地层产生微裂缝，并挤入涂料砂或 砾石，增大油井的充填半径，解除近井地带污染，改善近井地带流入状态， 提高渗流能力。该项防砂技术不仅大大提高了防砂效果，同时使油井产液量 大幅度提高。目前该项技术已在胜利、大港、辽河及江苏等油田试验应用， 见到了良好的效果，具有广阔的应用前景。 2 5 过油管防砂工艺技术 过油管防砂工艺m 1 是为提高疏松砂岩油藏油井中后期生产能力，延长油 井生产周期，在不起出原生产管柱或原井下筛管的情况下，利用连续油管或 钢丝绳进行过油管防砂作业的一项工艺技术。 在油井生产中后期，由于自然递减和开采制度的原因，油藏特性和地层 结构发生变化，致使储层砂粒间的应力平衡遭到破坏；边水和底水的侵入使 砂粒间的胶结强度进一步降低，造成油井大量出砂，严重影响油井生产，所 以相对于先期防砂来说，过油管防砂是针对油井中后期生产而提出的，是一 种后期防砂工艺技术。 对于一些储量较低而且出砂的边界井，采用修井设备重新完井的常规防 砂方法，从经济上来说是不合算的。而某些补救措施，包括用钢丝绳捞砂或 连续油管冲砂也仅是一种权易之举，并不能很好地解决油井出砂，最大限度 地恢复油井产能。 随着连续油管、携砂液、新型滤砂管及井下工具技术的进步，以及高压 流体喷射泵与连续油管技术的发展，目前过油管防砂工艺技术得到了广泛应 用，作业成本大幅度下降，成为低产井、套变井、尤其海上中后期油井防砂 的一项重要措施。 与常规防砂方法分类相同，过油管防砂大体上可分为过油管机械防砂和 过油管化学防砂，具体来说有以下四种： a 过油管砾石充填防砂： b 过油管小直径滤砂管防砂； c 过油管树脂固砂； 石油大学( 华东) 硕士论文第2 章国内外防砂技术方法及现状 d 过油管树脂涂敷砂防砂。 总体来说，过油管防砂并不是一项新工艺，但是地面和井下设备以及流 体系统的优点和进步，便该工艺成为一种替代大规模修井作业的、颇受欢迎 的方法。 尽管从机械到化学的各种防砂技术为开采易出砂油藏提供了多种技术手 段，然而，任何有效的防砂措施是与储层岩石及流体性质和油井生产方式相 联系的。如何根据储层岩石和流体性质选择防砂方法和建立适宜的油井生产 方式，则是有效地发挥各种防砂技术潜力，获得趣好的防砂效果和经济效益 的前提。目前某些防砂工艺的确立建立在尚未经过科学总结的局部经验的基 础上，由于缺乏科学的设计和施工，存在着盲目性，使得某些防砂方法不能 有效地发挥作用。因此，针对各个油藏的具体情况，开展出砂机理和出砂原 因的研究和分析，确定防砂原则，进行防砂方法优化选择势在必行。它将为 开采易出砂油藏确定对策、选择防砂方法和进行工程设计提供科学手段。 石油大学( 华东) 硕士论文第3 章阂桥油田开发概况及出砂状况 第3 章阂桥油田开发概况及出砂状况 闵桥油田阜三段砂岩油藏是江苏油田试采二厂的主力油藏，到t f l 前为止， 阂桥油田e 1 f 3 砂岩油藏共探明地质储量4 8 1 1 0 4 t ，含油面积7 2 8 k m 3 ，动用 地质储量4 6 5 1 0 4 t ，累计动用面积5 6 8 k m 3 ，注水储量2 7 3 9 1 0 4 t 。油藏埋 深1 2 0 0 1 5 0 0 m ，该油藏断块破碎，地下情况异常复杂，断块密度为4 8 个k r l l 2 。 至2 0 0 2 年3 月底，闵桥油田阜三段油藏油水井总数7 6 口，油井开井5 0 口。 根据各个断块的岩心分析统计，各断块e l f 3 油藏的矿物成分和储层物性 接近，储层岩石类型以长石岩屑石英粉砂岩为主，胶结物含量8 2 5 。胶 结物以泥质为主，云质次之，胶结方式为接触一孔隙式、孔隙式、孔隙接 触式，胶结疏松。 各砂体平均孔宽3 1 6 2 - - 4 5 5 6 1 tm ，平均喉宽5 0 8 1 1 2 5um ，具高孔喉 比、低配位数特征。尽管喉道中等，但相对孔隙来说仍然偏小，并且连通性 差。e 1 f 3 油藏以中孔、中低渗储层为主，各断块平均孔隙度为2 4 2 7 ，平 均渗透率( 3 0 - 9 5 ) 1 0 。3 um 2 。泥质含量为1 3 - 2 8 ，平均为1 8 8 。 据闵1 8 1 2 井6 3 块岩样全井段分析，闵桥e l f 3 油藏粘土矿物的主要成分 高岭石含量为3 4 0 0 - - 4 2 ，平均3 8 5 ；绿泥石含量7 9 ，平均8 ；伊利 石含量2 0 o - - 4 ，平均2 8 ；伊蒙混层含量4 8 0 o - - 6 3 ，平均5 4 8 ；粘土总 量为8 1 7 ，平均1 3 。 敏感性实验分析结果表明，e 1 f 3 储层岩石水敏性极强，水敏指数达o 9 4 2 ， 弱速敏，损害率为0 2 8 ，一定生产流速下可能会导致油层出砂，另外油层浸 泡时间越长，膨胀率越高，对油层伤害越大，根据实验分析临界盐度为 1 3 5 7 6 4 3 r a g 1 。 闵桥油田阜三段油藏类型为受岩性构造控制的断块层状油藏，具有统一 的油水界面，地层温度为5 6 6 1 ，地层压力为1 3 5 0 1 4 6 9 m p a ，压力系数 为o 9 4 8 1 0 1 6 ，属正常压力系统。 原油总体来说具有中等粘度( 2 6 7 l 4 4 4 3 m p a s ) ，中等凝固点( 2 8 3 6 。c ) 的特点。原油性质较好，地面原油密度主要变化范围o 8 6 9 6 - - 0 8 8 2 0 9 c m 3 。地 层水型为m g c h 、n a h c 0 3 和n a 2 s 0 4 型，地层水矿化度主要变化范围 1 1 8 2 4 9 1 7 3 4 8 7 m g l ，c i 含量6 8 6 8 6 9 9 2 9 5 m g 1 。溶解气油比较小，为 石油大学( 华东) 硕士论文第3 章闵桥油田开发概况及出砂状况 1 2 5 m 3 t 。油藏饱和压力为2 6 8 m p a 。 由于闵桥油田属岩性构造油藏，油藏埋深较浅，胶结疏松易于出砂，到 2 0 0 2 年底，闵桥油田砂岩油藏共有2 1 口井发现不同程度出砂。随着油田地 层压力逐年降低，含水进一步上升，出砂将越来越严重。 目前闵桥油田e 1 f 3 油藏存在的主要问题为： 出砂井虽不多，但潜伏的出砂危机严重； 随着累计注水量和综合含水的升高，出砂日益严重： 细砂所占比例较高，防砂措施圃难； 由于地质条件差，采液强度高，部分油层结构遭到破坏，单纯的防砂 措施不能改善油层产能状况。 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章出砂理论模型及出砂预测研究 第4 章出砂理论模型及出砂预测研究 国外从8 0 年代开始以n s t e i n ，t k p e r k i n k s 和r j ，s e l b y 等为代表，从 理论和实验两方面进行了油井出砂影响因素和油井出砂预测的研究。而国内 关于出砂理论研究和预测油井出砂的工作则起步予9 0 年代初，并在防砂工艺 研究方面取得了较大成绩，但在理论研究和预测研究方面却无大的突破。因 此出砂模型和出砂预测方面都是采用国外的成果。 目前，出砂预测的方法有3 种类型，即矿场出砂监测、室内出砂实验 研究及出砂预测研究瑚l 。砂岩储层近井地带的稳定性将影响完井方式的选 择，一般采用储层测井特性参数评价及岩心强驱替试验评价来预测储层可 能的出砂程度。利用三轴向岩石力学测试系统测定力学参数，对井壁周围 产层岩石进行力学分析，判断岩石骨架的稳定性。 本节和下一节分别以出砂预测研究和出砂实验研究手段来了解阂桥油田 e f 3 油藏储层出砂的性质、原因和界限。 出砂预测主要是指通过测井数据处理资料和岩石力学实验相关资料， 采用有关出砂预测理论模型来确定某一特定油藏的出砂界限，由于出砂预 测方法都是建立在对出砂现场观察、出砂实验室试验或对出砂进行理论模 拟基础上的，随着人们对出砂机理和出砂规律的研究不断深入，国内外用 来进行出砂预测的方法较多。但无论哪种方法由于受到测试及实验资料的 精度、解释水平的高低、数学模型的适应性及边界条件的设定等各种因素 影响，都存在各自的局限性。因此以出砂预测方法来判断一个油藏是否出 砂仅是从某一个侧面来考察该油藏是否出砂。下面以闵3 5 - 2 井和闵2 0 6 井的组合测井曲线以及油井的相关资料，采用国内外几种常用的方法来预 测相关断块是否出砂以及出砂的界限。这些方法主要有：声波时差法、组 合模量法( m o b i l 公司法) 、出砂指数法、地层孔隙预测法、油层压力控制法 及生产压差控制法。 4 1 出砂预测理论模型 ( 1 ) 声波时差法 该法采用声波【1 1 1 在地层中的传播时差( t c ) 进行出砂预测。研究表明，对 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章出砂理论模型及出砂预测研究 于砂岩油藏，当t e 一2 9 5us m ( 8 9 9us f t ) 时，正常生产时油井便能出砂。但 应当指出的是：砂岩油藏是由于胶结疏松和孔隙度大而表现为声波时差大， 但除此之外，象泥岩、泥质灰岩、疏松粘土以及近井地带的泥浆泥饼等都能 表现出很高的声波时差，另外由于井径、厚层、薄层及薄交互层等对声波测 井曲线有很大的影响，因此，单从声波测井曲线来判断是否出砂是不够的。 ( 2 ) m o b i l 组合模量法 它是m o b i l 石油公司的经验方法，m o b i l 组合模量法【l 采用声波时差及岩 石密度测井资料来计算求得，由于该判断方法在声波时差法基础上又引入了 砂岩油藏的敏感参数一密度，用声波时差和岩石密度所确定的岩石弹性组合 模量e c 来判断油藏是否出砂。弹性组合模量e 。用下式计算： 9 9 4 1 0 8 d e 2 了产 ( 4 - 1 ) 凸f c 式中：e c _ 岩石弹性组合模量，m p a ； p r - 一地层岩石体积密度，g ，c m 3 ： t 。一声波纵波时差，“s m 。 根据以往测井资料、岩石特性及出砂分析结果，e c 值越小，地层出砂的 可能性越大。美国墨西哥湾地区的作业经验表明，当e 。值大于2 0 6 8 x1 0 4 m p a 时，油井不出砂，英国北海地区也用了这个判别值。胜利油田防砂中心用该 法在一些井中进行出砂预测，准确率在8 0 以上，研究人员在对现场大量出 砂统计结果分析后认为： e 。 2 0 1 0 4 m p a正常生产时油井不出砂； 1 。5 1 0 4 m p a e 。 2 9 5us m 时，油井在生产过程中会出砂，应采取防砂措施。闪3 5 2 和闵 2 0 6 两口井油层砂岩声波时差见表3 1 、表3 2 。从表中可以看出：两口井含 油层位的声波时差t c 都已超出2 9 5 1 1s m 的界限。闵3 5 - 2 井e l f 3 五个小层的 平均声波纵波时差为：3 3 4 2 t ts m 、3 4 1 8us m 、3 6 4 01 ts m 、3 5 8 61 1s m 和 3 8 6 11 1s m 。闵2 0 6 井e l f 3 五个小层的平均声波纵波时差为：3 6 9 7 us m 、 3 5 4 4 弘s m 、3 4 9 8 us m 、3 5 6 1us m 和3 5 7 6 ps m 。两口井的油层平均声波 时差分别为：3 5 6 9 us m 和3 5 7 5 1 1s m 。从这两个数值可以看出：闵桥油田 1 6 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章出砂理论模型及出砂预测研究 各断块物性资料接近，声波时差大，储层岩石胶结疏松，在生产过程中会出 砂。因此闵桥油田e l f 3 油藏在开发过程中应考虑防砂措施。 ( 2 ) m o b i l 组合模量法和出砂指数法出砂预测结果分析 从表4 1 和表4 2 计算数据以及图4 1 和图4 2 的曲线可以看出，m o b i l 组合模量法和出砂指数法进行出砂预测，其数值的变化及曲线的走势都基 本一致。阂3 5 2 井油层m o b i l 指数介于1 4 3 3 - 2 4 6 1 x 1 0 4 m p a 之间；其出 砂指数介于1 3 6 2 2 1 5 5 1 0 4 m p a 之间。按这两种出砂指数判别值，闵3 5 2 井的出砂程度处于正常生产时轻微出砂类别，但也有个别的数据点表明： 闵3 5 2 井正常生产时还存在严重出砂的小井段，且从各层的出砂指数和平 均值来看，闵3 5 2 井上层段不易出砂。 闵2 0 6 井油层m o b i l 指数介于1 6 7 8 - - - 2 0 9 1 1 0 4 m p a 之间：其出砂指数 介于1 5 7 4 - 2 0 4 4 1 0 4 m p a 之间。按两种出砂指数判别值，闵2 0 一6 井的出砂 程度完全处于正常生产时轻微出砂类别，与阂3 5 2 井相比，其计算数值变化 幅度不大，说明岩层力学稳定性比较一致，有利于确定相应的防砂方法。 f 3 ) 地层孔隙法出砂预测结果分析 闵桥主要由闵北、闵中、闵南三个断块区组成，圈闭3 4 个，从有关资料 分析可知，闵桥油田e l f 3 油层孔隙度介于2 0 3 0 之间，如：阂2 0 一8 、闵 1 8 1 2 和闵2 0 三口井3 8 块岩样的分析统计表明平均孔隙度为2 6 3 ：e l a n p l u s 模块测井解释闵2 0 断块平均孔隙度为2 5 2 ；阂2 4 断块平均孔隙度为2 4 3 ； 在下一节的实验研究中也测定了闵1 4 井和闵3 5 3 井的两块岩心的孔隙 度分别为2 8 1 和2 4 7 。因此，从闵桥油田e t f 3 油层的中等孔隙度情况来 看，正常生产时地层就会出砂，因此必须考虑防砂问题。 f 4 1 地层压力临界值预测结果分析 地层压力临界值是根据实际储层条件下岩石力学参数和生产参数计算出 储层岩石稳定性的界限，也就说油层下降的界限值，否则会由于油层压力的 进一步下降，加载在岩石外围的有效压力上升，导致储层岩石破碎，骨架砂 堵塞油层，渗透率下降。 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章出砂理论模型及出砂预测研究 表4 一l 闵3 5 2 井出砂预测综合数据表 井深声放时差 段渊蕊 出砂指歙临界油层雎力 f m 、 ( i ts m )f 1 0 4 m p 曲 ( m p a ) 1 2 2 0 04 0 7 51 4 6 31 3 7 64 0 2 9 1 2 2 1 04 2 5 01 3 5 21 2 8 33 7 0 3 1 2 2 2 03 6 00l _ 8 7 8l7 7 252 7 l 1 2 2 3 03 9 001 5 8 514 7 4 4 4 0 7 1 2 2 4 03 8 80l5 9 8 14 8 64 4 4 8 1 2 2 503 9 5 01 5 4 5 14 3 74 2 9 7 1 2 2 604 0 5 ，01 4 7 513 7 3 4 1 0 2 1 2 2 7 04 1 6 0l4 0 6 13 1 03 9 0 0 1 2 2 8 04 2 4 0i3 5 7 1 2 6 53 7 5 3 1 2 2 9 03 8 0 01 6 5 6 i 5 3 946 2 4 1 2 3 0 03 9 0 01 5 8 5 l _ 4 7 444 4 7 1 2 3 1 o3 3 5 020 0 5 l8 5 953 5 4 1 2 3 2 03 4 50 l8 9 71 7 9 3 50 9 4 1 2 3 303 7 2517 2 0l6 7 248 2 7 1 2 3 403 8 5 01 6 2 0 15 0 64 5 6 0 1 2 3 5 03 4 50l9 0 5 1 8 8 65 1 5 1 1 2 3 603 6 5 01 7 2 l1 5 9 8 4 7 0 1 1 2 3 7 03 7 7 51 6 8 21 5 6 34 7 5 3 1 2 3 8 04 0 5 01 4 7 51 3 8 64 1 6 6 1 2 3 9 03 5 5 01 9 2 41 _ 7 4 8 5 4 9 0 1 2 4 003 7 5 01 7 0 115 8 048 1 9 1 2 4 1 o3 5 0 0 19 8 1l ，8 3 75 6 5 6 1 2 4 2 o3 8 0 01 6 6 31 5 6 94 7 3 4 1 2 4 3 04 0 2 5l4 9 i13 8 8 4 2 3 5 1 2 4 4 03 7 0 01 6 7 41 5 5 54 6 1 3 1 2 4 5 03 8 5 01 5 6 61 4 5 64 3 4 2 1 2 4 6 04 0 501 4 3 31 3 5 53 9 7 6 1 2 4 7 03 7 7 51 6 1 81 5 0 44 4 8 9 1 2 4 8 03 7 5 01 7 0 11 5 8 04 8 6 6 1 2 4 9 03 8 2 01 “115 2 54 7 0 2 1 2 5 0 04 1 3 01 4 2 31 3 2 54 0 8 4 1 2 5 104 0 0 015 0 61 4 0 14 3 2 l 1 2 5 2 03 9 5 01 5 4 514 3 74 4 4 7 1 2 5 3 04 1 0 01 4 4 01 3 4 l4 1 3 2 1 2 5 4 04 0 7 51 4 6 01 3 5 94 2 1 l 1 2 5 5 04 1 5 01 4 l l1 3 3 44 0 6 2 1 2 5 6 03 7 0 0i 7 8 416 5 65 2 3 5 t 2 5 7 04 1 0 01 4 4 01 3 4 l4 1 5 3 1 2 5 8 03 9 7 51 5 2 81 4 2 24 4 3 6 1 2 5 9 03 8 5 01 6 2 01 4 8 64 7 0 3 1 2 6 0 03 8 0 01 6 5 61 5 1 04 8 0 3 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章出砂理论模型及出砂预测研究 表4 - 2 闵2 0 一6 井出砂预测综台数据表 井深声波时差m o b i l 指数出砂指数临界地层压力 ( m )( 1 , ts m )f 1 0 4 m p a )( 1 0 4 m p a )( m p a l 1 4 6 0 03 7 3 01 7 9 5 l6 7 050 4 2 1 4 6 1 03 9 30l7 2 11 5 1 l4 4 8 4 1 4 6 2 03 6 5 01 7 6 416 4 24 7 l l 1 4 6 303 7 5 016 9 41 5 7 84 5 4 7 1 4 6 404 0 0 0 15 6 31 4 5 842 9 3 1 4 6 503 9 3 01 6 2 li5 l l4 5 0 5 1 4 6 6 04 2 0 0 l4 2 21 3 2 93 8 1 1 1 4 6 7 04 0 2 5l5 4 7i4 4 342 6 2 1 4 6 8 03 2 5 023 2 62 1 1 065 6 6 1 4 6 903 9 5 0l6 0 7i 4 9 84 4 8 7 1 4 7 0 03 8 251 7 0 81 6 1 34 7 4 4 1 4 7 l03 5 0 02 0 2 21 9 7 85 7 6 8 1 4 7 2 03 5 0 01 8 9 2 l8 2 8 5 1 0 l 1 4 7 303 6 2 5i 7 8 41 6 6 04 8 2 4 1 4 7 4 03 5 3 51 8 6 01 7 3 050 3 1 1 4 7 5 03 6 0 01 9 2 01 5 8 85 5 0 4 1 4 7 6 03 6 7 5l8 5 517 2 553 3 4 1 4 7 7 03 7 001 8 3 41 7 0 632 8 3 1 4 7 8 04 0 251 5 4 71 4 4 34 3 1 8 1 4 7 9 03 8 5 01 6 9 0l _ 5 7 44 8 1 4 1 4 8 0 03 6 5 0 i8 7 617 4 55 4 1 5 1 4 8 103 5 25l _ 8 9 31 7 6 05 2 1 9 1 4 8 2 03 5 251 8 6 91 7 3 85 0 9 8 1 4 8 3 03 7 5 01 7 7 9 l6 5 65 1 2 6 1 4 8 403 9 5 01 6 0 7 15 5 74 5 6 4 1 4 8 503 6 0 01 9 2 81 7 9 256 0 4 1 4 8 603 6 0 01 9 2 0 1 7 8 55 5 6 8 1 4 8 703 5 751 9 5 11 8 1 35 6 7 6 1 4 8 8 03 5 501 9 7 4l _ 8 3 55 7 4 4 1 4 8 9 03 6 301 8 9 4 17 6 l5 5 1 4 1 4 9 0 03 6 2 0 19 0 3i 7 4 855 4 4 1 4 9 1 03 6 7 51 8 5 5 l7 2 55 4 2 1 4 9 2 03 7 7 51 7 6 0i 6 3 851 2 1 1 4 9 3 04 0 0 01 5 6 3 1 4 盯4 4 4 0 1 4 9 4 04 0 0 01 2 6 31 4 5 84 4 4 5 1 4 9 5 04 0 0 01 5 6 31 4 5 8 4 4 5 0 1 4 9 603 5 401 8 5 61 7 0 6 5 1 4 l 1 4 9 7 03 6 0 01 8 3 5 1 7 0 75 1 7 5 1 4 9 803 5 0 02 ，0 2 21 8 5 35 9 3 1 1 4 9 9 03 4 7 0 2 0 6 i1 8 9 l60 5 8 1 5 0 003 5 75 l9 5 1 18 3 557 5 3 1 9 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章出砂理论模型及出砂预测研究 图4 - 1 闵3 5 2 井出砂预测综合曲线图 石油大学( 华东) 硕士论文第4 章出砂理论模型及出砂预测研究 图4 - 2 闵2 0 6 井出砂预测综合曲线图 石油大学( 华尔) 硕士论文第4 章出砂理论模型及出砂预测研究 以阔3 5 - 2 和阂2 0 6 两口井的组合测井资料和油井相关资料，采用式( 4 0 ) 计算，获得如表4 1 和表4 2 所列的数值，并绘制成如图4 - 1 和图4 - 2 所示的 曲线图，从这些图表可以看出，闵3 5 2 井的临界油层压力在3 9 7 6 - 6 9 3 0 m p a 之间，且也呈现从上到下的五小层临界油层压力逐渐降低的状况， e l f 3 卜1 - e l f 3 1 。5 五小层的临界油层压力平均值分别为：5 4 2 2 m p a 、5 1 3 9 m p a 、 5 1 7 5 m p a 、4 9 0 6 m p a 、4 3 2 8 m p a ，全井各层临界油层压力总平均值为： 4 9 9 4 m p a 。 闵2 0 6 井的临界油层压力在4 5 4 7 5 8 6 7 m p a 之间，与闵3 5 2 井相比， 闵2 0 6 井的临界油层压力上下波动不大，表现为岩石物性一致性好，其全井 各层临界油层压力总平均为：5 1 6 9 m p a ，这一数值与阂3 5 2 井差不多。这些 数值表明阂桥油田e l f 3 油藏地层压力下降到6 m p a 以下后，储层的骨架砂就 会遭到破坏。 ( 5 ) 合理生产压差预测结果分析 由以上分析可知，当油层压力降低到临界值以下