油氣藏防砂技術研究與應用

摘要：針對疏松砂巖油氣藏普遍出砂，出砂嚴重的問題，調研國內外的有關疏松砂巖油氣藏防砂工藝技術，分析出砂機理，重點介紹目前主要的防砂工藝技術，與特定的油氣田相結合，進行適用范圍條件的試驗分析，效果比較評價，優選出更適合指定油氣田的防砂方法。

關鍵詞：疏松砂巖 防砂 適應性研究

引言

國內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到預期效果。之后逐漸摸索出從單一方法防砂向復合防砂轉變，先后實施了纖維復合、高壓充填、端部脫砂、CS-2固結劑等防砂工藝技術試驗研究，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。同時對防砂材料和防砂工藝進行了改進和完善，逐步形成了較為適合疏松砂巖油氣藏的防砂的工藝技術，即端部脫砂、高壓充填、纖維復合三種防砂工藝技術。

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

1 疏松砂巖出砂機理分析

油氣井出砂通常是由于井底附近地帶的巖層結構遭受破壞引起的，其中弱膠結或者中等膠結地層的出砂現象較為嚴重。由于這類巖石膠結性差、強度低，一般在較大的生產壓差時，就容易造成井底周圍地層發生破壞而出砂。

1.1滲流砂的流動

疏松砂巖油氣藏在開發過程中，因地層本身膠結弱，儲層中存在大量細小、弱膠結微粒，這部分微粒的最大特點是易于啟動，即使產量很低的情況下也難以克服它們在儲層中產生的運移，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，相對于泥質粉砂巖和細砂巖中高，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，但是由于泥質含量過高，粘土間相互作用，易于呈集合狀產狀，且單個孔隙體積小，不利于顆粒的啟動。

1.2弱膠結附粉顆粒

這部分顆粒絕大多數屬于填隙物，包括雜基和膠結物，產狀呈分散狀和粒間充填;其次是弱膠結的骨架顆粒。這類疏松的填隙顆粒在孔隙中呈連續分布，當顆粒填隙物從骨架表面脫落，隨流體產出之后，地層中將形成“蛆蝴”洞，同時地層骨架顆粒的穩定性降低。疏松填隙物對儲層傷害的機理為速敏，通過控制氣層的產量是可以防止其對儲層的傷害和出砂。如再遇到與地層不配伍的工作液、堿液或酸液等，勢必破壞填隙物的微觀結構，以及它們與骨架顆粒間的附著力，變為易于運移的砂粒，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，且形不成穩定砂拱，塊狀脫落造成流砂。對于套管井，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。預防這種類型出砂的辦法是減輕弱膠結和骨架顆粒的出砂量，避免它們引起質的變化，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的選擇。主要原因是施工過程中外來壓力所引起的應力、應變，造成地層變形、滑動，使巖石成為散砂，引起地層嚴重出砂，甚至井壁不穩定。

2 防砂工藝技術分析與認識

統計近幾年A氣田氣井作業（硬探）和軟探砂面的資料，統計的每口井都有砂面存在，有的井筒內氣層甚至砂埋，嚴重影響了氣田氣井的正常生產。通過不斷嘗試，反復摸索和現場試驗，對出砂原因，機理及影響因素等有了更進一步的了解，從而也對疏松砂巖油氣藏防砂方式[2]有了一個比較全面的認識。

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層管外地層和篩管與套管的環形空間，經高壓作用形成沉積、壓實高效能擋砂屏障帶，達到防止氣井出砂的作用。經過分析和總結大量的現場防砂試驗，采用高壓充填工藝技術優勢明顯、防砂適應性強，管外充填砂體在高壓下一體化形成，防砂半徑大，充實程度高，砂體連續穩定，防砂有效期長，對氣層薄、氣水層間互的A氣田疏松砂巖氣藏具有較強的適應性。

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，達到提高地層導流能力的目的，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流能力，從而達到既防砂又增產的目的，而且可進行二次充填，確保環空和近井地帶充填完整，保證防砂的成功率和有效期。

2.3纖維復合防砂

纖維復合防砂技術，其防砂思路是解、穩、固、防、增、保，即首先采用壓裂技術解除近井砂劑地帶的傷害，穩軟纖維將儲層的細粉砂通過電荷吸附，固結為一定粒徑的較大顆粒，使細粉砂的臨界流速增大，即增加了細粉砂的啟動速度。其次，采用特制硬纖維的彎曲、卷曲和螺旋交叉，互相勾結形成穩定的三維網狀結構，將砂粒束縛于其中，形成較為牢固的過濾體，達到與防砂篩管同樣的擋砂目的采用壓裂技術改變滲流狀態、降低井底流速、增強導流力，達到防砂增產效果利用清潔壓裂液，有效地保護了儲層。

纖維復合壓裂充填防砂的主要增產機理一是解除儲層原有的傷害，端部脫砂壓開的短縫也遠大于其傷害半徑，能夠穿透其傷害帶，消除由于傷害帶來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將儲層壓開裂縫，使原來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速度，改善氣體的流動條件。減小近井壓力梯度和解除近井地帶無阻壓降，大大降低氣體流動速度，從而達到增產與防止地層出砂的雙重目的。

3 主體防砂工藝技術對比分析

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[3]主要是高壓一次充填防砂、纖維復合防砂和割縫篩管壓裂防砂三種工藝技術，下面對這三種防砂工藝進行對比分析。

3.1主體防砂工藝適應性分析

對于割縫篩管壓裂防砂工藝，適用于防砂間段內或上下10m內無水層或氣水同層的井，選井難度大;氣水層間互地層適應性差。

優點為：下丟篩管雙重擋砂效果;壓裂改造地層，消除近井地帶的污染，增加導流能力。

缺點為：增產效果差，有效率低;施工復雜，難度大;篩管井下時間長，存在打撈問題;縫高控制難度大，有可能壓開水層。

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

優點為：操作簡單，施工成本低;增產效果好，有效期長;施工排量小、砂比小、易控制;下掛濾砂管雙重擋砂效果;不壓開地層進行擠壓充填。

缺點為：對于一層系易漏地層，最后環空有可能充填不實;反洗井時，充填孔關閉不嚴，存在反吐砂可能;濾砂管井下時間長，存在打撈問題。

對于纖維復合防砂工藝，適用于防砂間段內或上下10m內無水層或氣水同層的井，選井難度大;氣水層間互地層適應性差。

優點為：井底不留管柱，便于后期作業;增產效果好，成功率高;纖維可以穩和擋粉細砂;涂料砂重塑人工井壁，增加井簡附近地層的穩定性;壓裂改造地層，消除近井地帶的污染，增加導流能力。

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

3.2主體防砂工藝應用效果對比

從2015年起共進行了310井次的防砂試驗，分析了其中生產時間較長的204口井，截止目前共有55口井無效，42口井效果較好，產量增幅仍保持在15%以上，防砂后產水量急劇增大的井有53口井，平均有效期707天，如表1。

從防砂效果來看，纖維復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。從增產效果來看，高壓一次充填防砂增產效果高于纖維復合防砂，纖維復合防砂增產效果高于割縫篩管壓裂防砂。從有效期來看，高壓一次充填防砂有效期高于纖維復合防砂，纖維復合防砂有效期高于割縫篩管壓裂防砂，并且隨生產時間的延長，各種工藝防砂增產效果逐漸變差。

4 總結

A氣田主要形成了以高壓一次充填防砂、纖維復合壓裂防砂和割縫篩管壓裂防砂為主的工藝技術，防砂纖維形成穩定的三維網狀的結構牢固的過濾復合體，可實現無篩管防砂需要，便于后期處理和進行動態監測，而高壓一次充填不壓開地層進行擠壓充填，使得它在氣水層間互的A氣田具有較強的適應性，它們和端部脫砂防砂共同進一步完善了防砂工藝體系，初步解決了A氣田粉細砂巖地層的出砂問題。A氣田長井段疏松粉細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一步提高氣井的單井產能。

參考文獻：

[1] 信曉棟.渤海地區疏松砂巖適度出砂控制技術研究[D].中國石油大學，2011

[2] 何生厚，張琪.油井防砂理論及應用[M].北京：石油工業出版社，2003

[3] 黃輝才.疏松砂巖油藏排砂采油工藝研究[D].中國石油大學，2011

作者簡介：

楊行軍（1982-），男，2006年畢業于長江大學勘查技術與工程專業，學士學位，工程師，長期從事勘探開發地質研究工作