乐涛涛

摘  要：地层出砂是油田开发过程中经常会遇到的问题，对油井正常生产甚至地面管线会造成严重的危害。文章将从微观和宏观方面，将地层出砂分为游离砂析出、弱胶结砂岩层出砂、砂岩骨架破碎出砂三种类型，开展了剪切破坏和拉伸破坏等力学分析，并分地质和开发两个方面共9个主要影响因素进行分析。建立了一种新的以定性分析和定量预测相结合的出砂预测方法，该方法可操作性强，对油井完井和采取防砂措施具有重要意义。运用该方法对西非新发现的K断块K-1井进行了地层出砂分析和预测，该井3个油层严重出砂、1个油层轻微出砂，在生产中应该采取适当的防砂措施。

关键词：地层出砂机理;定性分析;定量预测;防砂措施

中图分类号：P618.13 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）22-0126-03

Abstract： Sand production is a common problem in the process of oilfield development， which will cause serious harm to the normal production of oil wells and even the surface pipelines. In this paper， from the micro and macro aspects， the formation sand production is divided into three types： free sand precipitation， sand production of weakly cemented sandstone and sand production by broken skeleton. The mechanical analysis of shear failure and tensile failure is carried out， and it is divided into nine main factors analysis of geology and development. A new method of sand production prediction based on the combination of qualitative analysis and quantitative prediction is established. The method has strong operability and is of great significance for well completion and sand control measures. This method is used to analyze and predict the formation sand production of well K-1 of a newly discovered K fault block in West Africa. Three oil layers in this well are seriously sand production and one oil layer is slightly sand production， so appropriate sand control measures should be taken in production.

Keywords： formation sand production mechanism; qualitative analysis; quantitative prediction; sand control measures

地层出砂是油田开发过程中经常会遇到的问题，对油井正常生产甚至地面管线会造成严重的危害。地层出砂会造成电泵砂卡、磨蚀等，检泵周期缩短，增加作业成本;出砂会砂埋油层，造成产量降低甚至停产，冲砂作业增加作业成本;严重出砂会引起井壁坍塌，破坏地层原始渗透率，损坏套管;出砂会磨蚀井口设备和地面管线，并在处理罐中沉积，增大维护工作量，加大地面处理系统负担。对于疏松砂岩油藏，由于地质沉积、岩石力学、开发开采等因素，都会不同程度地影响出砂类型、出砂规律，分析地层的出砂机理、有针对性的开展出砂预测，对于提前采取防砂措施、保证油井正常，具有十分重要的意义[1]。

西非K断块为新发现断块，目前仅钻有少量探井、评价井，暂无井投产。该断块以构造油藏类型为主，油藏埋藏较浅，主力油层埋深1200～1400m，总体沉积环境为三角洲前缘沉积，油层以中孔中渗储层为主。通过对地层出砂机理分析，及能够较容易获取的钻井取心、测井解释、试油等资料的综合分析，进行地层出砂预测研究，找到一套預测可靠、在实际生产中可操作性强的地层出砂预测方法，以便采取适当的防砂措施，在油田开发中具有重要意义。

1 出砂机理分析

1.1 出砂类型

从地层出砂的微观方面分析，是砂粒由于受到流体流动的冲刷而从岩石骨架上剥落、运移，地层出砂分为以下三种类型。游离砂析出：未胶结的砂粒，随油气流带出岩石进入井筒，加强排液，不必采取防砂措施。游离砂有利于疏通孔隙吼道，提高产能。弱胶结砂岩层出砂：岩石较疏松，当流体拖曳力超过联结强度时，形成出砂。随流体流量增加而增大，随采液时间延长而加剧[2]。砂岩骨架破碎出砂：胶结强度较高的砂岩层，生产初期无出砂，中后期出砂，一般为骨架砂。

1.2 地层出砂的力学分析

从地层出砂的宏观方面分析[3]，是由于地层岩石力学特征发生区域性破坏而引起出砂，主要分为以下两个方面。剪切破坏：岩石所受的应力超过了岩石抗剪切应力，使地层造成剪切破坏，剪切出砂。拉伸破坏：地层流体在产出过程中对地层颗粒的拖曳力大于岩石的抗拉伸强度时造成岩石拉伸破坏，脱落的砂粒形成出砂。剪切破坏可能造成灾难性的出砂后果，拉升破坏具有“自稳定”效应。

1.3 地层出砂影响因素

1.3.1 地质因素

地质因素主要是地层性质决定的[4]，是地层出砂与否的先天因素，主要包括：应力状态：油层钻开后，井壁岩石的原始应力平衡状态遭到破坏，引起岩石变形和破坏，开采过程中引起地层出砂。岩石强度：岩石中胶结物种类、含量、胶结方式、成岩作用和压实作用有关。埋藏浅、压实作用弱的油层易出砂。胶结程度和岩石强度是造成地层出砂的重要因素。沉积微相：储层沉积微相带对油层出砂具有一定控制作用。河口坝下部、水下分流间、远端沉积等多为细、粉砂岩，泥质含量较高，注水后油层容易出砂。地层非均质性：储层非均质性是宏观上的沉积微相和微观上的岩石结构、物性等因素的综合反映，油层出砂的各种地质因素最终都表现在储层非均质性上。

1.3.2 开发因素

开发因素是在油田开发、油井生产过程中各种因素造成地层出砂，是地层出砂的外部因素，主要包括：地层压降：油藏压力下降到某一极限值时，岩石发生塑性形变，破坏岩石骨架，可造成严重出砂。生产压差：生产压差越大，渗流速度越高，当流速大于临界流速时，地层会加剧出砂。地層流体粘度：地层流体粘度越大，对岩石的拖曳力和摩擦力就越大，地层出砂的可能性就越大。水侵或注水：水能溶解或软化沙粒之间的部分胶结物，使地层胶结强度下降。油井工作制度的改变：工作制度急剧变化、开关井操作不平稳，使弱胶结地层承受过大的应力，也容易引起出砂[5]。

2 断块出砂预测

2.1 技术思路

目前已经有很多研究者都对地层出砂原因及预测方法开展了研究[6]，但进行定量、准确的地层出砂预测具有一定难度。已开发油田可根据油田开发的出砂数据进行分析、预测;而新发现断块则没有生产井可以借鉴出砂，地层出砂预测难度较大。本文试图从众多出砂原因分析中找出最关键的影响因素，针对新发现的断块地层出砂预测，利用测井、岩心、试油等作业中较方便获取的数据，建立一套地层出砂预测的定性分析和定量预测新方法，在实际应用中预测地层出砂可靠、可操作性强，能够在实际生产中进行广泛的应用和推广。本文预测地层出砂的主要技术思路如图1所示，针对新发现、未投产的油藏，利用测井、试油、岩心分析等资料，对储层岩石相、岩石强度、储层物性等进行综合评价，开展地层出砂定性预测和地层出砂定量分析，对潜在的出砂层位及出砂程度进行预测，为确定合理的完井方式及防砂措施提供参考。

2.2 地层出砂预测方法

2.2.1 地层出砂定性分析

（1）岩心观察。对取心岩心进行观察是预测出砂最直观的一种方法[7]。用眼睛观察、用手触摸岩心，若岩心的胶结状态较差、岩石强度较弱，则在生产过程中容易出砂。由于受取心成本及工作量限制，一般情况下只有部分断块会取岩心。但可以通过对岩心的观察分析，与其他出砂预测方法互相补充、互相印证，能大大提高预测方法的可靠性和准确性。（2）沉积微相。储层沉积微相对油层出砂具有一定控制作用。河口坝下部、水下分流间、远端沉积等多为细、粉砂岩，泥质含量较高，注水后油层容易出砂。（3）试油试井。参考该断块或其它断块试油试井、生产的出砂情况。

2.2.2 地层出砂定量预测

本文通过分析，认为地层胶结程度弱、地层强度差是地层出砂的根本原因，是影响地层出砂最重要的因素，而通过生产测井获取的孔隙度、声波时差、岩石密度等数据可以相对比较直观、准确的反应地层，因此采用孔隙度法、声波时差法、组合模量法进行地层出砂定量预测。根据地层出砂对生产的影响，将地层出砂分为三个级别。严重出砂：地层出砂量较大，严重影响油井的正常生产，必须采取防砂措施;轻微出砂：地层出砂量较小，对油井生产影响较小，可根据实际情况采取简易防砂或不防砂;不出砂：地层不出砂或极少量出砂，对生产的影响忽略不计，不必采取防砂措施。

（1）孔隙度法。一般认为，地层的孔隙结构与地层的胶结强度有关，若地层孔隙度大于28%，地层出砂较为严重;孔隙度介于20%～28%之间，地层轻微出砂;孔隙度小于20%，地层不出砂。（2）声波时差法。采用声波在地层中的传播时差（？驻tc）进行出砂预测。研究表明，当？驻tc≥390？滋s/m时，地层将会严重出砂;当？驻tc介于310～390之间，地层会轻微出砂;当？驻tc<310，地层不出砂。（3）组合模量法。除了应用测井解释的声波时差预测出砂，再引入第三个参数——地层岩石体积密度。组合模量法预测出砂需根据声速及密度测井资料，用下式（1）计算岩石的弹性组合模量Ec。

式中：Ec-岩石组合模量，MPa;？籽r-地层岩石体积密度，

g/cc;tc-纵波声波时差，？滋s/m。

通过对大量地层出砂分析研究和计算，组合模量法对出砂预测较可靠，预测方法如下：当Ec≥2.0×104MPa时，正常生产时地层不出砂;当Ec介于（1.5～2.0）×104MPa时，正常生产时地层轻微出砂;当Ec≤1.5×104MPa，正常生产时地层严重出砂[8]。

3 西非K断块出砂预测结果

西非K断块为该区域新发现断块，目前仅有一口井K-1井，通过该井已有的测井、试油和井壁取心数据进行出砂预测（表1）。储层以含砾中砂岩、中砂岩为主，孔隙胶结为主，胶结中等-差，地层本身胶结弱、成岩差，生产过程中易出砂（图2）;沉积微相以河口坝、远砂坝为主，注水开发过程中可能出砂;4号油层试油出砂，含砂0.1%-0.5%，投产后可能出砂。通过对孔隙度、声波时差、组合模量方法预测的综合判断，认为3号油层生产会轻微出砂，1、2、4号油层生产过程中会严重出砂，生产过程中需采取必要的防砂措施，以保证油井的正常生产。

4 结束语

（1）对出砂类型、出砂力学因素、影响出砂地质和开发因素进行了分析，认为胶结程度和岩石强度是造成地层出砂的重要因素。（2）利用测井、试油、岩心资料，对新发现断块，提出了一种以出砂定性分析和出砂定量预测相结合的出砂预测新方法，该方法具有较强的操作性和准确性。（3）通过对西非K断块进行出砂定性分析和定量预测，该断块3个油层严重出砂、1个油层轻微出砂，生产过程中需采取必要的防砂措施。

参考文献：

[1]徐守余，王宁.油层出砂机理研究综述[J].新疆地质，2007，25（3）：283-286.

[2]段贺海，史涣颠，等.砂岩油田开发过程中出砂规律分析[J].石油实验地质，2004，26（5）：479-483.

[3]李宾元.油层出砂机理研究[J].西南石油学院学报，1994，16（1）：23-27.

[4]李占军，杨芳，等.官195断块出砂机理与防砂技术[J].试油钻采工艺，2002，24（6）：64-65.

[5]王尤富.疏松砂岩地层微细粒运移特征实验研究[J].特种油气藏，2005，12（5）：91-92.

[6]周林然，卢渊，等.中国油井出砂预测技术现状[J].油气地质与采收率，2006，13（2）：100-102.

[7]周建良，李敏，王平双.油气田出砂预测方法[J].中国海上油气，1997，9（4）：26-28.

[8]左兴，申军武，李薇.油气井出砂预测方法综述[J].西部探矿工程，2006，12（12）：93-94.