油气藏防砂技术研究与应用

摘要：针对疏松砂岩油气藏普遍出砂，出砂严重的问题，调研国内外的有关疏松砂岩油气藏防砂工艺技术，分析出砂机理，重点介绍目前主要的防砂工艺技术，与特定的油气田相结合，进行适用范围条件的试验分析，效果比较评价，优选出更适合指定油气田的防砂方法。

关键词：疏松砂岩 防砂 适应性研究

引言

国内油气井防砂先后采用了绕丝筛管砾石充填、陶瓷滤砂管防砂、酸化固砂和直接固砂等防砂工艺，但是防砂效果没有达到预期效果。之后逐渐摸索出从单一方法防砂向复合防砂转变，先后实施了纤维复合、高压充填、端部脱砂、CS-2固结剂等防砂工艺技术试验研究，并在典型多层、薄层、气水层间互气藏的出砂井中取得了一定的效果。同时对防砂材料和防砂工艺进行了改进和完善，逐步形成了较为适合疏松砂岩油气藏的防砂的工艺技术，即端部脱砂、高压充填、纤维复合三种防砂工艺技术。

国外油气井防砂主要采用管内绕丝筛管砾石充填，其次是预充填绕丝筛管、树脂胶结、涂层预包砂充填等工艺技术。对于疏松砂岩油气藏，目前主要是绕丝筛管砾石充填、双层预充填绕丝筛管防砂工艺。对于砂粒粒度中值相对较粗、分选性较好的地层，防砂效果比较理想，对于砂粒粒径较细的地层，采用过树脂砂浆人工井壁化学防砂工艺，取得过不同程度的防砂效果。

1 疏松砂岩出砂机理分析

油气井出砂通常是由于井底附近地带的岩层结构遭受破坏引起的，其中弱胶结或者中等胶结地层的出砂现象较为严重。由于这类岩石胶结性差、强度低，一般在较大的生产压差时，就容易造成井底周围地层发生破坏而出砂。

1.1渗流砂的流动

疏松砂岩油气藏在开发过程中，因地层本身胶结弱，储层中存在大量细小、弱胶结微粒，这部分微粒的最大特点是易于启动，即使产量很低的情况下也难以克服它们在储层中产生的运移，这种原始地层微粒称为“渗流砂”[1]。不同类型岩石中“渗流砂”颗粒的含量不同，相对于泥质粉砂岩和细砂岩中高，主要原因是这类岩石中不仅杂基含量高，而且物性好，为颗粒启动提供了足够的空间;相反其它类型的岩石中尽管有足够的杂基颗粒含量，但是由于泥质含量过高，粘土间相互作用，易于呈集合状产状，且单个孔隙体积小，不利于颗粒的启动。

1.2弱胶结附粉颗粒

这部分颗粒绝大多数属于填隙物，包括杂基和胶结物，产状呈分散状和粒间充填;其次是弱胶结的骨架颗粒。这类疏松的填隙颗粒在孔隙中呈连续分布，当颗粒填隙物从骨架表面脱落，随流体产出之后，地层中将形成“蛆蝴”洞，同时地层骨架颗粒的稳定性降低。疏松填隙物对储层伤害的机理为速敏，通过控制气层的产量是可以防止其对储层的伤害和出砂。如再遇到与地层不配伍的工作液、碱液或酸液等，势必破坏填隙物的微观结构，以及它们与骨架颗粒间的附着力，变为易于运移的砂粒，所以也称为填隙物破坏型出砂。

1.3砂穴崩落型出砂

对于裸眼井，地层出砂后形成洞穴，其顶部由于失去支撑，且形不成稳定砂拱，块状脱落造成流砂。对于套管井，地层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。预防这种类型出砂的办法是减轻弱胶结和骨架颗粒的出砂量，避免它们引起质的变化，形成崩落型出砂。

1.4骨架破坏型出砂

这部分颗粒受制于钻井、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外来压力所引起的应力、应变，造成地层变形、滑动，使岩石成为散砂，引起地层严重出砂，甚至井壁不稳定。

2 防砂工艺技术分析与认识

统计近几年A气田气井作业（硬探）和软探砂面的资料，统计的每口井都有砂面存在，有的井筒内气层甚至砂埋，严重影响了气田气井的正常生产。通过不断尝试，反复摸索和现场试验，对出砂原因，机理及影响因素等有了更进一步的了解，从而也对疏松砂岩油气藏防砂方式[2]有了一个比较全面的认识。

2.1高压一次填充防砂

封隔高压一次充填防砂是通过携砂液以大排量将砾石带到气井产层管外地层和筛管与套管的环形空间，经高压作用形成沉积、压实高效能挡砂屏障带，达到防止气井出砂的作用。经过分析和总结大量的现场防砂试验，采用高压充填工艺技术优势明显、防砂适应性强，管外充填砂体在高压下一体化形成，防砂半径大，充实程度高，砂体连续稳定，防砂有效期长，对气层薄、气水层间互的A气田疏松砂岩气藏具有较强的适应性。

2.2端部脱砂压裂防砂

端部脱砂压裂通过控制施工的加砂量和排量，可以获得较宽的裂缝和较高的砂浓度，达到提高地层导流能力的目的，较短的支撑裂缝不仅减少了压裂液的滤失，而且可减少对地层的伤害。端部脱砂防砂后，由于裂缝的存在，改变了流体渗流方式，防砂效果明显，该工艺可在突破地层破裂压力下的情况下，大砂量、高砂比施工，可有效改善近井地带的渗透率和导流能力，从而达到既防砂又增产的目的，而且可进行二次充填，确保环空和近井地带充填完整，保证防砂的成功率和有效期。

2.3纤维复合防砂

纤维复合防砂技术，其防砂思路是解、稳、固、防、增、保，即首先采用压裂技术解除近井砂剂地带的伤害，稳软纤维将储层的细粉砂通过电荷吸附，固结为一定粒径的较大颗粒，使细粉砂的临界流速增大，即增加了细粉砂的启动速度。其次，采用特制硬纤维的弯曲、卷曲和螺旋交叉，互相勾结形成稳定的三维网状结构，将砂粒束缚于其中，形成较为牢固的过滤体，达到与防砂筛管同样的挡砂目的采用压裂技术改变渗流状态、降低井底流速、增强导流力，达到防砂增產效果利用清洁压裂液，有效地保护了储层。

纤维复合压裂充填防砂的主要增产机理一是解除储层原有的伤害，端部脱砂压开的短缝也远大于其伤害半径，能够穿透其伤害带，消除由于伤害带来的近井地带污阻压降，能够改善其渗流条件;二是改善原有渗流条件，使用端部脱砂压裂技术将储层压开裂缝，使原来径向流改善为拟线形流，减小近井压力梯度，降低了近井地带压降，大大降低井眼周围的气体流动速度，改善气体的流动条件。减小近井压力梯度和解除近井地带无阻压降，大大降低气体流动速度，从而达到增产与防止地层出砂的双重目的。

3 主体防砂工艺技术对比分析

从目前收集的A气田防砂井资料分析，适用该气田的主体防砂工艺技术[3]主要是高压一次充填防砂、纤维复合防砂和割缝筛管压裂防砂三种工艺技术，下面对这三种防砂工艺进行对比分析。

3.1主体防砂工艺适应性分析

对于割缝筛管压裂防砂工艺，适用于防砂间段内或上下10m内无水层或气水同层的井，选井难度大;气水层间互地层适应性差。

优点为：下丢筛管双重挡砂效果;压裂改造地层，消除近井地带的污染，增加导流能力。

缺点为：增产效果差，有效率低;施工复杂，难度大;筛管井下时间长，存在打捞问题;缝高控制难度大，有可能压开水层。

对于高压一次充填防砂工艺，对于气水层间互地层有较强的适应性;套管变开井和防砂层段上部漏或已射开井不能用;一层系井适应性差。

优点为：操作简单，施工成本低;增产效果好，有效期长;施工排量小、砂比小、易控制;下挂滤砂管双重挡砂效果;不压开地层进行挤压充填。

缺点为：对于一层系易漏地层，最后环空有可能充填不实;反洗井时，充填孔关闭不严，存在反吐砂可能;滤砂管井下时间长，存在打捞问题。

对于纤维复合防砂工艺，适用于防砂间段内或上下10m内无水层或气水同层的井，选井难度大;气水层间互地层适应性差。

优点为：井底不留管柱，便于后期作业;增产效果好，成功率高;纤维可以稳和挡粉细砂;涂料砂重塑人工井壁，增加井简附近地层的稳定性;压裂改造地层，消除近井地带的污染，增加导流能力。

缺点为：有效期受涂料砂质量的影响;加纤维过程中，易造成加砂堵塞;携砂液复杂，配液难度大;缝高控制难度大，有可能压开水层。

3.2主体防砂工艺应用效果对比

从2015年起共进行了310井次的防砂试验，分析了其中生产时间较长的204口井，截止目前共有55口井无效，42口井效果较好，產量增幅仍保持在15%以上，防砂后产水量急剧增大的井有53口井，平均有效期707天，如表1。

从防砂效果来看，纤维复合防砂有效率高于高压一次充填防砂，高压一次充填防砂有效率高于割缝筛管压裂防砂。从增产效果来看，高压一次充填防砂增产效果高于纤维复合防砂，纤维复合防砂增产效果高于割缝筛管压裂防砂。从有效期来看，高压一次充填防砂有效期高于纤维复合防砂，纤维复合防砂有效期高于割缝筛管压裂防砂，并且随生产时间的延长，各种工艺防砂增产效果逐渐变差。

4 总结

A气田主要形成了以高压一次充填防砂、纤维复合压裂防砂和割缝筛管压裂防砂为主的工艺技术，防砂纤维形成稳定的三维网状的结构牢固的过滤复合体，可实现无筛管防砂需要，便于后期处理和进行动态监测，而高压一次充填不压开地层进行挤压充填，使得它在气水层间互的A气田具有较强的适应性，它们和端部脱砂防砂共同进一步完善了防砂工艺体系，初步解决了A气田粉细砂岩地层的出砂问题。A气田长井段疏松粉细砂岩地层的出砂问题不但能够解决，而且可以通过防砂措施进一步提高气井的单井产能。

参考文献：

[1] 信晓栋.渤海地区疏松砂岩适度出砂控制技术研究[D].中国石油大学，2011

[2] 何生厚，张琪.油井防砂理论及应用[M].北京：石油工业出版社，2003

[3] 黄辉才.疏松砂岩油藏排砂采油工艺研究[D].中国石油大学，2011

作者简介：

杨行军（1982-），男，2006年毕业于长江大学勘查技术与工程专业，学士学位，工程师，长期从事勘探开发地质研究工作