对萨中地区油井出砂规律和防砂问题的认识景岚翠何光中莫淑杰张新民（大庆油田有限责任公司第一采油厂）摘要随着开发时间的延长，油田出砂问题不可避免。
出砂井的分布范围越来越广、有成片出现的倾向、出砂往往伴随着套损、偏磨等复杂现象的发生、压裂加剧出砂倾向是萨中油田出砂的特点。
发生出砂的主要因素是压差、化学剂等因素的影响。
防砂一是要减少游离砂产生的机会；二是要防止砂的产出；三是尽量减少已经产出的砂造成的危害。
要从管理上采取措施。
筛选了一种化学防砂方法在现场应用，证明是一种行之有效的好方法，应该在适合的井上扩大推广应用，以减少出砂机会和出砂造成的危害。
同时，随压裂规模的扩大，压裂后出砂造成卡泵的井数逐渐增加，为此开展了电泵机械防砂装置研制和尾追核桃壳压裂防砂工艺试验，取得较好效果。
主题词出砂防砂防砂剂最近几年，我厂在现场作业和正常生产过程中发现的出砂井数越来越多。
这给生产带来了严重的危害，使得生产管理难度加大，作业工作量增大，生产成本上升。
本文试就这一问题产生的原因和预防方法做一分析。
1萨中地区出砂井的特点这几年，在生产和井下作业过程中，萨中地区每年大约要发现60口以上的出砂井。
这种现象严重影响原油生产，造成卡泵、烧电机、作业返工，使生产成本上升，效益下降；严重的迫使油井停产。
在这些出砂井中，有约一半井是压裂后出砂，另一半井则是地层出砂。
下面重点讨论地层出砂。
从现场发现的出砂井情况看，地层出砂表现出以下几个特点。
1.1出砂井的分布范围越来越广目前萨中地区各个矿（大队）都发现有出砂井；不仅水驱井有，聚驱井也有；不仅抽油机井有，电泵井也有；不仅采油井有，注水井也有；从开发层系来讲，不仅萨葡井有，高台子井也有。
1.2出砂井有成片出现的倾向根据调查了解，虽然出砂井分布在全厂的各个地区，但在某些地区有成片出砂的倾向，例如二矿北八队的高111-54、高107-52井组,北六队的高112-40、高112-41井组，四矿中十二队的高113-51、高113-55井组,北十一队东3-新1、东3-新2、东3-新3等区块，都是同时发现若干口井出砂。
出现区块性出砂，可能是与地层性质和区块措施有关。
1.3出砂往往伴随着套损、偏磨等复杂现象的发生例如西丁4-5井，该井出砂严重，同时伴随的是多次作业发现抽油杆严重偏磨。
又如高1133-24井，该井多次因砂卡检泵，2002年6月管杆断脱作业，结果发现套管变形。
1.4压裂加剧了某些井的出砂倾向例如高107-52井，2001年11月作业时冲砂，砂柱高45.62m，随后压裂，2002年3月砂卡，作业时发现砂柱高85.3m。
又如北1-61-斜521井， 1999年5月检泵，探砂面无砂，2000年1月压裂，自2000年9月发生卡泵至2002年6月共因砂卡检泵9次。
这说明，对某地层，压裂、转强抽和其他外力很可能成为出砂的诱因。
2萨中地区出砂原因探讨根据现场调查资料，结合文献资料分析，发生出砂的主要原因是压差、化学剂等因素的影响。
研究表明，油层出砂可分为充填砂和骨架砂。
当流体的流速达到一定值时，首先使得油层孔道中的未胶结的砂粒发生移动，井开始出砂，这时的流速称为油层的门限流速V S。
随着流速的增加，井的受力发生变化，出砂量增加。
当流体的流速达到某一个值时，对油层发生剪切破坏，造成岩石结构损坏，使骨架砂变为自由砂，被流体带着移动引起出砂，这时的流速称为临界流速V L。
因此，近几年油井出砂现象明显多于以前，主要原因是：（1）生产压差放大，流速增大。
油田开发经过了自喷转抽，三次采油等重大措施的转变。
自喷转抽，生产压差是一次显著的增加；三次采油的实施，由于粘度增加的原因，也使生产压差进一步加大。
生产压差的显著增加，都使得V S和V L有可能降低，出砂机会增加。
（2）化学剂的应用使得地层骨架破坏。
酸化、三元液、解堵剂等化学剂的普遍应用，不可避免地使得油层骨架有一定程度的破坏，自由砂增加。
这已为许多井的取样分析资料所证实。
（3）其它原因的影响。
如配制聚合物使用低矿化度的清水，长期注入地下，使得油层中水的矿化度降低，而注入聚合物溶液又使油层中水的粘度升高，这些因素都使V S和V L有可能降低，产出液的携带能力增强。
3 防止采油井出砂的措施探讨如上文所述，油层出砂首先是油层中有游离砂，在此基础上，由于门限流速V S的降低和实际流速的升高，使得砂产出。
理论上，门限流速V S的计算公式如下：R2S（D G+F A-F D）COSαV S= ——————————————————————--——————————9πμR S A S（H+1）[F1（H）sinθsinαR S+R（H+1）F2（H）COSθCOSα]式中，V S——门限流速；R S——岩石骨架半径；F A——范德华力；F D——双电层斥力；A S——常数；R——充填砂半径；D G、F1、F2——砂粒所受的重力、推力和浮力。
当油层液体的流速大于门限流速V S时就会引起出砂。
油层中的砂粒主要的受力是范德华力F A，双电微粒与孔壁之间的双电引力F D，重力F G和水动力F K。
从上式我们可以总结出以下规律：（1）砂粒越大，则越容易产出；（2）流体的矿化度越低，越容易出砂；（3）流体的粘度越高，越容易出砂；（4）油层的孔喉半径越小，越容易出砂；（5）孔隙度越小，越容易出砂。
从以上的理论分析我们知道，防砂一是要减少游离砂产生的机会；二是要防止砂的产出；三是尽量减少已经产出的砂造成的危害。
具体来讲，就要尽量提高门限流速V S和减小水动力F K，同时，要采取措施减少游离砂的产生。
在管理方面，主要是要合理设计生产压差，采用适当的采液速度；合理选择压裂层位和合理设计施工参数，减少对油层骨架的破坏机会；合理使用化学品，防止地下流体矿化度的降低和粘度的提高。
但是，许多措施都是油田生产所必须采取的。
在这种情况下，我们只能按实际条件选择防砂方法。
采取化学固砂就是减小F A和F D，使砂粒不能成为自由砂。
4地层出砂的治理化学防砂方法是国内外许多油田都采用的一种有效的防砂措施，为此，结合萨中油田实际，优选了一种化学防砂剂并用于地层出砂的治理。
4.1防砂剂的筛选防砂剂的防砂效果按下述方法评价：将规定粒径的石英砂与高岭土混合均匀，用该混合物添装岩心管，将岩心管装入流程（图1），用所选防砂剂样品按一定浓度和体积注入岩心管，然后放置10min。
再次将岩心管装入流程，按一定流速注水，并将通过岩心管的水用称重的滤纸过滤，滤纸烘干称重，计算通过岩心管的水所携带出的砂量。
同时对岩心管通同样体积、同样流速的水，做空白试验，计算防砂剂的防砂率。
图1 防砂剂实验流程表1 三种防砂剂防砂率的室内试验结果GX-1固砂剂的平均防砂率达到97.35%，在我们收集到的样品中防砂效果最好。
4.2 固砂剂的防砂机理GX-1固砂剂是针对油田出砂地层的高效化学稳定剂，它是一种水溶性的具有多个支链结构的阳离子有机聚合物，在抑制地层砂的分散和运移方面性能突出。
它注入油层后，能在油层岩石表面通过正负电荷间的吸引力形成高分子网状吸附膜，这种吸附膜可有效地抑制地层中固体颗粒的分散和运移，从而起到防砂作用。
用GX-1固砂剂进行地层处理时，要预先使用电解质溶液对岩石表面进行预处理，使之易于形成网状吸附膜。
用GX-1固砂剂对出砂油井进行处理后，可以显著增强出砂地层的胶结强度，使地层耐流体冲刷的能力大大提高。
对于经常砂卡，或由于出砂造成产量下降、不能正常生产的采油井，用GX-1固砂剂进行处理后，可获得显著的效果。
4.3 GX-1固砂剂的性能在此基础上，我们对GX-1固砂剂作了进一评价。
其原液粘度25℃下测为63 mpas，5%溶液25℃下测为28 mpas，适合于泵送；固砂剂与含油污水以任意比例相混，溶解性良好，无不良反应，无沉淀发生；进行防膨性能实验，在量筒内装10ml膨润土，分别加入清水、含油污水和5%的GX-1固砂剂，24h后观察膨润土的高度，清水为24 ml，含油污水为15.6ml，GX-1固砂剂为11.2ml，说明GX-1固砂剂的防膨性能良好；GX-1固砂剂可与聚合物溶液以任意比例相混，相容性良好，无不良反应，无沉淀发生。
4.4现场应用效果良好截止到2002年10月底，化学防砂剂已在现场应用12口井，其中抽油机井8口，电泵井4口，均取得很好的防砂效果（表2）。
西丁4-P11井2001年2月抽油机转电泵后起抽，多次发现因砂卡过载停机，检泵周期仅为84d。
2001年10月作业检泵后，注GX-1固砂剂防砂，开井生产一切正常，再未发现砂卡、过载停机情况，检泵周期延长到169d。
高103-41井是1口抽油机井，该井由于砂卡、脱节器脱等原因而频繁检泵，2000年全年检泵4次，最短检泵周期2个月。
2001年11月该井作业下泵后注GX-1固砂剂防砂。
采取防砂措施后，该井开井生产至今一切正常，未发现砂卡情况。
至2002年10月底，已正常生产363d未检泵。
从电泵井高112-41采取化学防砂措施前后取样含砂分析结果看，该井采出液中的含砂量由0.0079962%下降到0.000943%，防砂率达到了88.2%。
表2 化学防砂措施井效果统计5压裂后出砂的治理近几年随聚驱压裂井数增加，压裂砂卡造成返工井数明显增加，尤其对电泵井更为严重。
2000年聚驱电泵井共压裂36口，其中，有17口井因压裂砂卡返工，砂卡返工率达47.22%。
针对这种情况，开展了聚驱采出井压裂后防砂工艺试验。
5.1 电泵井机械防砂工艺研究5.1.1 电泵井机械防砂管柱对于抽油机井和螺杆泵井，现有的防砂筛管一般情况下可以较好地完成防砂任务，但对于电泵井则不适用。
电泵机组在生产时，井液必须经套管环空向上流过电机、保护器部件后进入分离器。
由于电泵分离器吸入口是在分离器壳体侧向开口，井液在进入分离器之前是处于套管空间内，因此，抽油机井常用的防砂筛管直接连接到电泵机组下方无法实现滤砂功能。
为此，研制了防砂不压井装置，该装置由封隔器、翻板活门和割缝防砂筛管组成（见图2）。
该装置既具有作业不压井功能，又可起到“放过细小砂，挡住大颗粒”的目的，有效防止大颗粒砂对电泵的危害。
图2 电泵井防砂不压井管柱示意图5.1.2 现场应用情况及效果通过现场实践，确定割缝式防砂筛管的缝隙在0.45毫米能使防砂装置达到使用效果。
通过在6口压裂后电泵井上应用，取得较好效果，目前，这6口井均正常生产，没有出现砂卡现象，有效期最长已达15个月。
5.2 聚驱采出井压裂后防出砂工艺5.2.1 防出砂工艺选择针对部分聚合物采出井压裂后出砂，导致卡泵的问题，选择和应用了尾追核桃壳压裂工艺，该方法是在尾追砂中加入大粒径核桃壳，一方面利用核桃壳自身颗粒的抗压强度和特有的可压缩性，使摩擦系数增大，在近井筒附近的裂缝形成“防砂井壁”，使压裂砂不能进入井筒；另一方面由于增大了支撑剂的平均粒径，使裂缝宽度与支撑剂平均粒径的比值缩小，从而使裂缝的稳定性增强，防止了裂缝吐砂。