P油田出砂規(guī)律及防砂對策研究報告

1、Palogue油田出砂規(guī)律及防砂對策研究一、Palogue油田概述根據(jù)對蘇丹Palogue油田的地質(zhì)及FDP研究，現(xiàn)將該油田的基本情況和數(shù)據(jù)整理如下，并作為本課題研究的基礎(chǔ)。油田面積: 27.25 Km2（P2, Y+S層）；地質(zhì)儲量：2234 MMB (P1), 233.5 MMB(P2)；主力油層：Yabus ， 層 和Samaa, 層,屬于第三系古新世；油藏類型：YabusSamaa為邊水油藏（有斷層分割），Samaa為巨大水體的底水油藏；構(gòu)造剖面：從Fal-2井向東、向西逐漸變低，且西翼傾角更緩，向西南和向北逐漸變低，且南翼更緩，地層傾角6° 12°；沉積相：Yab

2、us為蛇狀河，Samaa為辮狀河；井網(wǎng)/井距：正方形井網(wǎng)（2套），800×800 m, Yabus:垂直井； Samaa：水平井；開發(fā)井數(shù)：81口（其中直井77口，水平井4口）；開發(fā)方式：初期 衰竭式開采，1.5年后注水開發(fā)；初期單井配產(chǎn)：Yabus : 2800 bopd, Samaa :1200 bopd；采油指數(shù) Yabus:0.404 bopd/psi/m, Samaa :0.18 bopd/psi/m；合理生產(chǎn)壓差 Ya ：1.17 MPa, Sa : 1.58 MPa；臨界生產(chǎn)壓差 Ya : 1.38 MPa，Sa : 2.0 MPa；完井方式: Yabus直井，7in套

3、管射孔完成；Samaa 水平井，割縫襯管完成（7in）；射孔及割縫參數(shù)：孔密16孔/m，孔徑（912）mm, 孔深 500mm，相位角90度，127槍，SDP43RDX-5-127彈，右螺旋線布孔；射孔液（2%3%）KCl,射孔負壓差2.0MPa割縫縫寬：(0.5-0.7)mm.（水平井）。1.1油藏地質(zhì)特性l 平均埋藏深度：11001400m，(油中深 1300 m)；l 油層有效厚度：自下而上，油層變薄、物性變差，平面連通性變差。厚度范圍（43.2144.3）m，平均厚度：53.7m( pal斷塊)，61.0m(Fal斷塊)；l 原始地層壓力(MPa)：12.251300m(壓力系數(shù)0.9

4、55 MPa/100m)，Y和S層屬于同一壓力體系；l 地層溫度（）：85.4/1300m (地溫梯度：6.9/100m)；l 油層物性 ：平均孔隙度25%30%；空氣滲透率：(1001000) md ；1.2、儲層巖性特征l 巖性及粘土礦組成：細-粗石英砂巖（石英含量60.096.3）；長石(0.3%-10.3%)，粘土礦(2.3%-17.3%)，其中，高嶺石占(0.5%-9.5%)；鈣質(zhì)膠結(jié)物 (0.6%)；砂巖基質(zhì)密度：2.65g/cm3；泥巖密度：2.50 g/cm3；l 孔喉直徑：（3.0725.63）m,平均12.17m,孔喉分選系數(shù)16.64；l 粒度中值（d50）:(0.20.

5、5)mm，正韻律，分選中到好；d10 ：0.80 mm，d10/d95、d40/d90、d10/d95均10 ,且d40/d905 ；l 油層敏感性試驗：弱水敏（Vc=1.01.5cm3/min），弱體積速度敏；中等程度堿敏（K = 37.553.9）；l 巖石壓縮系數(shù) (psi-1)：(9.5435.77)×10-61.3、儲層流體物性1.3.1、原油物性l 最低含油飽和度：So = 45%；最大含水飽和度：Sw = 55%；l 潤濕性：中等程度水濕；l 密度( 20,0.1Mpa ) Ya : 0.8522g/cm3 ,Sa ：0.8973 g/cm3；l 地層溫度下脫氣油粘度

6、Ya：31.1 mpa.s，Sa:183.8 mpa.s ；l 粘溫敏感性：低于43時，粘溫敏感性好，高于43后，粘度與溫度成指數(shù)關(guān)系變化；l 地面脫氣油密度 Ya：23.2°（API），Sa：18.4°（API）；l 傾點tp () Ya: 42.1, Sa: 30.9；l 泡點Pb（飽和壓力）：Ya：2.82 Mpa, Sa：3.16 Mpa；l 溶解氣油比（GOR）Ya:16.0m3/m3, Sa:14.6 m3/m3；l 原油體積系數(shù)：Ya:1.084 m3/m3 ，Sa:1.077 m3/m3；l 含蠟量：12.1%（摩爾重量百分數(shù)）；l 膠質(zhì)含量：23.5%（摩

7、爾重量百分數(shù)）；l 原油壓縮系數(shù)：Ya:6.39×10-6psi-1, Sa:6.11×10-6psi-1 1.3.2、地層水物性分析l 密度1.008g/cm3 ；l 總礦化度10140 mg/L；l 水型NaHCO3；粘度0.368 mpa.s二、出砂機理及出砂預(yù)測研究影響地層出砂的主要因素可分為兩大類，即地質(zhì)因素、開采和完井因素。第一類因素由地層和油藏性質(zhì)決定（包括構(gòu)造應(yīng)力、沉積相、巖石顆粒大小、形狀、巖礦組成，膠結(jié)物及膠結(jié)程度、流體類型及性質(zhì)等），這是先天形成的，但在開發(fā)過程中，會隨生產(chǎn)條件的改變而改變，對巖石和流體產(chǎn)生不同程度的影響，從而改善或惡化出砂程度；第二類

8、因素主要是指生產(chǎn)條件改變對出砂的直接影響，很多是可以人為控制的，包括油層壓力及生產(chǎn)壓差，液流速度，多相流動及相對滲透率，毛細管作用，彈孔及地層損害，含水變化，生產(chǎn)作業(yè)及射孔工藝條件等。通過尋找這些因素與出砂之間的內(nèi)在關(guān)系，可以有效地創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件來避免或減緩出砂。地層砂可分為兩種，即骨架砂和充填砂。骨架砂一般為大顆粒的砂粒，主要成分為石英和長石等，充填砂是環(huán)繞在骨架砂周圍的微細顆粒，主要成份為粘土礦物。在未打開油層之前，地層內(nèi)部應(yīng)力系統(tǒng)是平衡的；打開油層后，近井地帶地層應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，當巖石顆粒承受的應(yīng)力超過巖石自身的抗剪或抗壓強度，地層或者變形或者發(fā)生坍塌在地層流體產(chǎn)出時，地層砂就會

9、被攜帶進入井底，造成出砂。2.1、出砂機理研究砂巖儲層的穩(wěn)定是靠上覆巖層重力造成的壓力、毛細管粘合力和顆粒膠結(jié)作用而實現(xiàn)的。當油氣產(chǎn)量超過某一界限后，會引起出砂。這與流體的拖拽力或摩擦力使顆粒移動有關(guān)，這種作用因下列因素的存在而加強：產(chǎn)量增加和流體粘度的提高；出水使砂粒間的膠結(jié)物溶解或分散，造成地層膠結(jié)強度降低；含水飽和度的增加使毛細管力降低；并引起油相滲透率的降低，對于給定的采油強度，使生產(chǎn)壓差增大；流體類型從純油變?yōu)橛退畠上嗔?，引起顆粒表面潤濕性變化使粘聚力降低引起微粒運移；隨著地層壓力的下降，油層不斷枯竭和上覆巖層應(yīng)力和壓實力的增加將導(dǎo)致顆粒間的膠結(jié)破壞。圖2-1產(chǎn)生孔穴壁的拉伸破壞引起

10、地層出砂的原因很多：地層未完全膠結(jié)、油氣產(chǎn)量太高、突然出水、油層枯竭造成的下沉不適當?shù)耐昃鳂I(yè)。完全未膠結(jié)的地層隨著油氣產(chǎn)出，大量砂子會帶進井筒。對于其他的油層，如果限制產(chǎn)量可以實現(xiàn)無砂生產(chǎn)，但成巖較差的產(chǎn)層當總液量日益增加時產(chǎn)生的應(yīng)力會超過把砂粒膠結(jié)在一起的微弱的膠結(jié)力。此外，粘土礦物和粉細砂膠結(jié)不良的疏松砂巖開始出水時，會受到水侵的嚴重影響，使膠結(jié)強度變低或破壞，使地層出砂流入井筒。油層壓力下降可以引起上覆巖層下沉，壓碎膠結(jié)差的油層而圖2-2 固相顆粒產(chǎn)出的微觀模型導(dǎo)致出砂。不適當?shù)耐昃鳂I(yè)如濫用酸化增產(chǎn)措施，使某些弱膠結(jié)的產(chǎn)層少量的鈣質(zhì)膠結(jié)物被酸溶蝕而引起出砂；猛烈的抽汲或油、氣井產(chǎn)量突

11、然增加都會對成巖較差的產(chǎn)層造成過大應(yīng)力而出砂；一開井就達到最大產(chǎn)量能引起某些油井及近井地層迅速水淹，容易引發(fā)原來長期無砂生產(chǎn)的油井過早出砂。目前Palogue油田在開發(fā)早期油藏評價階段的測試和試采過程中，已發(fā)現(xiàn)部分井層有出砂現(xiàn)象，從資料中目前還沒有查到有關(guān)地層產(chǎn)出砂的各項參數(shù)。由于只有部分油井出砂，因此初步判斷出砂的機理有三種可能：2.1.1.剪切破壞機理射孔完井是最普遍的不完善完井方式，射孔使彈孔周圍往外的巖石依次可分為顆粒壓碎區(qū)、巖石重塑區(qū)、塑形受損區(qū)及變化較小的未受損區(qū)(圖2-1)。緊靠彈孔周圍的巖石受到劇烈振動被壓碎，部分水泥環(huán)也受到松動損害。從力學(xué)角度分析，這種條件下的力學(xué)機理是近井

12、地層巖石所受的剪應(yīng)力超過了巖石固有的抗剪切強度。形成剪切破壞的主要因素是油藏壓力的衰減或生產(chǎn)壓差過大，如果油藏能量得不到及時補充或注水效果差，或生產(chǎn)壓差超過巖石的強度，都會造成地層的應(yīng)力平衡失穩(wěn)，形成剪切破壞。離井筒或射孔孔眼的距離不同，產(chǎn)生破壞的程度也不同。2.1.2.拉伸破壞機理由于在開采過程中，流體由油藏滲流至井筒，沿程與地層顆粒產(chǎn)生摩擦，流速越大，摩擦力越大，施加在巖石顆粒表面的拖拽力也越大，即巖石顆粒前后的壓力梯度越大而最后造成拉伸破壞（圖21）。圖2-3 充填砂受力分析流體對巖石的拉伸破壞在炮眼周圍非常明顯。由于過流面積縮小，流體在炮眼周圍形成匯聚流，流速遠遠大于地層內(nèi)部。另外，近

13、井地帶因壓力較低，流體易脫氣使粘度增大，對巖石顆粒的拖曳力也會增加。在正常生產(chǎn)過程中，剪切和拉伸兩種破壞機理將同時起作用且相互影響，剪切破壞的地層會對流體的拖曳力更加敏感。在目前情況下，地層的出砂現(xiàn)象以拉伸破壞機理為主。2.1.3.微粒運移機理在疏松砂巖油藏中，地層內(nèi)部存在著大量的自由微粒，在流動液體的拖曳力作用下，自由微粒會在地層內(nèi)部運移直至流入井筒造成出砂。如果這些微粒被地層孔喉阻擋，會使流體局部滲流阻力增大，進一步增大了流體對巖石的拖拽力，使未被阻擋的更細的微粒隨流體進入井筒造成出砂。油層充填砂受力分析如圖2-3所示。設(shè)充填砂半徑R、組成巖石的骨架砂粒半徑為RS、多孔介質(zhì)孔道中的流速VS

14、。充填砂在運動方向所受的推力為Fx、和與運動方向垂直的升力為Fz，它們統(tǒng)稱為水動力；砂粒本身重力為FG。任何兩個顆微粒之間、微粒與孔壁之間，總存在著相互吸引力，即范德華力FA。處于多孔介質(zhì)孔道中的充填砂，當流體的速度不斷增加時，則砂粒受到的流體沖刷力會越來越大，當達到某一流速時，水動力與雙電層斥力就會克服各種阻力，推動砂粒在孔道中隨流體運動，大砂粒砂會在孔道喉處聚集形成堵塞，降低滲透率、小砂粒則會通過孔喉，繼續(xù)進入油井，引起出砂。表2-1 不同粒徑對門限速度的影響上表是有關(guān)學(xué)者進行的室內(nèi)實驗的結(jié)果，可以看出，R越大，則VS越小，即顆粒越大，所受到的水動力越大，使砂粒越容易起動。因此油層中若大顆

15、粒砂比例越高，越容易引起出砂。Yabus儲層與Samaa儲層的地層砂粒度中值為d50=0.20.5mm，由上表可以看出，當時，地層中的自由微粒即會啟動而造成油井出砂。表2=2 不同孔隙度對門限速度的影響這是另一個室內(nèi)實驗結(jié)果。從表中可以看出：當油層孔隙度越大，則門限速度就越大。其原因是，當油層增大時，說明油層中的孔道變多或變大，即在表觀速度相同的條件下，則流體的真實流速變小、即顆粒受到的水動力減小、故砂粒不易起動。對Palogue油田，孔隙度介于25%30%之間，可見砂粒的啟動速度為（2.614.11）×10-2cm/s。三、出砂預(yù)測研究油井出砂通常是由于井底附近地帶巖石結(jié)構(gòu)遭受破壞

16、而引起的，其中弱膠結(jié)或中等膠結(jié)的砂巖油層的出砂現(xiàn)象較為普遍。這類巖石膠結(jié)性差，強度低。在較大的生產(chǎn)壓差或壓力波動的影響下，造成巖石結(jié)構(gòu)的剪切破壞或疲勞破壞而出砂。油層出砂與油藏深度、地層壓力、地層溫度、地層膠結(jié)狀態(tài)以及地層流體種類/物性、相態(tài)、流速等有密切關(guān)系。從力學(xué)角度分析油層出砂主要考慮兩個方面，即剪切破壞機理和拉伸破壞機理。前者為炮眼周圍應(yīng)力的作用結(jié)果，與生產(chǎn)壓差有直接關(guān)系；后者為流體作用于地層顆粒的拖拽力所致，與過高的開采速度即過大的流體速度有關(guān)。這個因素相互作用，相互影響。除此之外，還有微粒運移機理，會導(dǎo)致地層滲透率降低，從而進一步增大流體對地層顆粒的拖曳力，以至引發(fā)砂粒脫落基巖表面

17、成為自由砂，而隨流體一道產(chǎn)出。根據(jù)地層的巖石力學(xué)性質(zhì)，可進行油層出砂情況的預(yù)測。獲取巖石力學(xué)參數(shù)的方法主要有兩種，一種是通過巖芯的力學(xué)實驗直接獲取，一種是通過測井資料間接獲取。通過巖芯的力學(xué)實驗直接獲取力學(xué)參數(shù)的主要方法是利用三軸向巖石力學(xué)試驗設(shè)備，在模擬地層應(yīng)力場的條件下、通過測量在不同應(yīng)力狀態(tài)下巖心的應(yīng)力/應(yīng)變，得出巖石的揚氏模量、泊松比、內(nèi)聚力以及內(nèi)摩擦角等參數(shù)。通過測井資料間接獲取的方法是利用測井獲得的儲層參數(shù)進行計算，獲得巖石的楊氏模量、泊松比、內(nèi)聚力等巖石力學(xué)參數(shù)。比如測井資料中的聲波、密度可間接反映巖石強度；泥質(zhì)含量、井徑則與巖石膠結(jié)強度具有相應(yīng)的關(guān)系。取得巖石力學(xué)參數(shù)后，可進行

18、以下數(shù)值計算出砂預(yù)測方法的理論研究和模擬計算：即出砂指數(shù)、臨界生產(chǎn)壓差；臨界出砂流量。目前常用的有出砂指數(shù)預(yù)測法、Morita模型和Perkins模型法。影響地層出砂的因素一般分為兩類，即地質(zhì)因素、開發(fā)和完井因素。地質(zhì)油藏因素是由地層和油藏本身性質(zhì)決定的（包括構(gòu)造應(yīng)力、沉積相、巖石顆粒的形狀和大小、膠結(jié)物及膠結(jié)程度、流體類型和性質(zhì)等），屬內(nèi)因條件。開發(fā)和完井為主觀因素，可以根據(jù)地層油藏的具體情況來進行調(diào)整，屬外因條件。由油藏地質(zhì)研究分析，P油田出砂的地質(zhì)條件可以歸納為以下幾點：1）、地質(zhì)年代較新（Y漸新統(tǒng)，S始新統(tǒng)）；2）、埋藏比較淺（11001300m）；3）、地層弱膠結(jié)（由SEM和巖芯薄片

19、分析證實）；4）、機雜膠結(jié)物含量低，且以微晶高嶺土為主，極易運移；5）、高孔/高滲（平均28.8和1800md）；6）、斷塊油藏斷層發(fā)育，構(gòu)造應(yīng)力作用強。根據(jù)巖石受力變形及破壞形式的不同，可將P田出砂原因歸結(jié)為以下三個方面：圖3-1P油田中、低強度地層出砂指數(shù)與含水的關(guān)系1）地層膠結(jié)強度低P油田地層膠結(jié)疏松，強度低。內(nèi)聚力是反映巖石顆粒膠結(jié)強度的一個重要的物理量，通過巖芯應(yīng)力實驗，Yabus儲層的內(nèi)聚力絕大多數(shù)在0.3MPa以下，為膠結(jié)疏松的地層，正常生產(chǎn)時容易出砂。2）油井含水升高，使地層強度大幅降低。P油田儲層為邊/底水油藏，隨著不斷的開發(fā)和生產(chǎn)壓差的加大，勢必導(dǎo)致含水上升，水溶解了顆粒間

20、的部分泥質(zhì)膠結(jié)物，使地層膠結(jié)強度降低，當含水達到60%以上時，地層骨架會發(fā)生破壞，導(dǎo)致大量出砂（見圖31）。（注：圖3-1的縱坐標應(yīng)該為104MPa）3）原油粘度高，油流阻力大出砂是由于炮孔及井眼周圍巖石所受的應(yīng)力超過巖石本身強度而產(chǎn)生破壞。在通常情況下開發(fā)稠油油藏，要想提高產(chǎn)量，須加大生產(chǎn)壓差，這容易產(chǎn)生剪切破壞；在同樣的產(chǎn)量下，稠油流動作用于炮孔周圍地層顆粒上的水動力拖曳力要比普通稀油大得多，使炮眼孔壁巖石顆粒所受的徑向應(yīng)力大于其本身的抗拉強度，脫離基體而導(dǎo)致拉伸破壞。若進行注蒸汽熱力采油，蒸汽的注入雖降低了原油的粘度，但膠質(zhì)/瀝青質(zhì)的降解也同時降低了地層膠結(jié)強度，導(dǎo)致出砂加劇。3.1、聲

21、波時差法預(yù)測出砂用地層測井的聲波時差tc值進行出砂預(yù)測，是目前國內(nèi)外進行出砂預(yù)測最普遍、效果較好的方法之一。地層聲波時差越大，生產(chǎn)中越容易出砂，但各油田采用的聲波時差門限值有所不同（因油層條件差別很大）。國內(nèi)外資料和現(xiàn)場應(yīng)用均表明，tc 臨界值在312s/m左右：tc <312s/m為穩(wěn)定砂巖，不易出砂；tc >395s/m為不穩(wěn)定砂巖，極易出砂；312s/m <tc < 395s/m，地層可能輕微出砂，需在適當時機考慮防砂。由整理的Ya層和Sa層的聲波時差資料(見附件1:Yabus地層巖石力學(xué)參數(shù)計算一覽表和附件2:Samaa地層巖石力學(xué)參數(shù)計算一覽表)，經(jīng)過厚度加權(quán)

22、平均處理后得：Ya聲波時差335.783s/m；出砂層段厚度占8.6%Ya聲波時差336.240s/m；出砂層段厚度占9.8%Ya聲波時差348.651s/m；出砂層段厚度占10.4%Sa聲波時差325.068s/m；出砂層段厚度占14.5%Sa聲波時差322.081s/m；出砂層段厚度占12.8%Sa聲波時差322.696s/m；出砂層段厚度占9.8%Sa聲波時差302.872s/m。出砂層段厚度占13.0%從上述數(shù)值可以看出，Yabus和Samaa儲層的基本上屬于輕微出砂的范疇，故地層出砂的可能性較大（但不嚴重）。對于P油田Yabus和Samaa儲層這樣的高孔隙度砂巖來說，儲層無氣頂，屬未

23、飽和油藏。在這種條件下，巖心孔隙流體將為系統(tǒng)提供部分剛度，使聲波波速提高。由于疏松砂巖骨架本身剛度較小，且孔隙流體對疏松砂巖的波速影響較大，再考慮到孔隙流體本身的“封閉效應(yīng)”，因此，這種地層出砂的可能性較大，需要適時考慮防砂措施。3.2、孔隙度法出砂預(yù)測研究孔隙度是反應(yīng)地層致密程度的一個特征參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場大量調(diào)查統(tǒng)計得出，當孔隙度大于30%時，膠結(jié)程度差，出砂嚴重，完井時應(yīng)該考慮防砂措施；當孔隙度為20%30%之間時，地層出砂減緩，也需在適當時機考慮防砂措施；當孔隙度小于20%時，地層出砂極輕(或不出砂)。Yabus與Samaa儲層孔隙度平均為2730%，屬出砂較輕微的范疇(各小層孔隙度統(tǒng)計見

24、附表3：地層孔隙度一覽表)。從上述經(jīng)驗值判斷，需要在適當?shù)臅r機考慮采取必要的防砂措施。各層孔隙度參數(shù)整理如下：Yabus儲層孔隙度范圍：2032，平均孔隙度：28；Yabus儲層孔隙度范圍：2831，平均孔隙度：29；Yabus儲層孔隙度范圍：2731，平均孔隙度：29；Samaa儲層孔隙度范圍：2432，平均孔隙度：30；Samaa儲層孔隙度范圍：2533，平均孔隙度：30；Samaa儲層孔隙度范圍：2630，平均孔隙度：28；Samaa儲層孔隙度范圍：2529，平均孔隙度：27。3.3、出砂指數(shù)法出砂預(yù)測研究出砂指數(shù)法是利用測井資料中的聲速及密度等有關(guān)數(shù)據(jù)計算巖石力學(xué)參數(shù)，再計算地層的出砂

25、指數(shù)，從而進行出砂預(yù)測的一種方法。地層的巖石強度與巖石的剪切模量G、體積模量K具有良好的相關(guān)性。巖石的出砂指數(shù)定義用下式表示： (3-1)B值為出砂指數(shù)，其值越小表明巖石強度越低。按國內(nèi)外許多油田的經(jīng)驗值，地層出砂的判定標準為：當 B > 2×104MPa 時，油井正常生產(chǎn)不出砂；當1.4×104MPa <B < 2×104MPa 時，正常生產(chǎn)時輕微或中等出砂；當B < 1.4×104MPa，油井正常生產(chǎn)時嚴重出砂。根據(jù)P油田地質(zhì)構(gòu)造特點，我們從構(gòu)造斷層附近篩選18口典型井，利用測井資料進行出砂指數(shù)計算。所選的井號有：Anbar-

26、1UP、assel-1、Fal-1、Fal-7、Fenti-2、FF28、FG19、Palogue-1、Palogue-2all、Palogue-3、Palogue-south-1、Palouge-4_TD-Job、Pal-s-1、PO23、PO25、PQ25、TEIMA-1、Teima-2。以上所選油井包含了Yabas、和Samaa、層位。(1)Yabus出砂指數(shù)計算（見附圖1）出砂指數(shù)B（0.9765.197）×104MPa。在整個Yabas儲層中，嚴重出砂層段的厚度（即 <1.4×104MPa）占16.1，輕微出砂層段（即1.4×104MPa <

27、 <2.0×104MPa）占28.3，不出砂層段（>2×104MPa）占55.6。(2)Yabus出砂指數(shù)計算（見附圖2）出砂指數(shù)B（1.0314.192）×104MPa。在整個Yabas儲層中，嚴重出砂層段的厚度（< 1.4×104MPa）占0.64，輕微出砂層段（1.4×104MPa << 2×104MPa）占34.6，不出砂層段（> 2×104 MPa）占64.7。(3)Yabus出砂指數(shù)計算（見附圖3）出砂指數(shù)B（1.4473.96）×104 MPa。在整個Yabas儲層

28、中，嚴重出砂的層段厚度（ <1.4×104MPa）占0，輕微出砂層段（1.4×104MPa<<2×104MPa）占40.0，不出砂層段（>2×104MPa）占60.0。(4)Samaa出砂指數(shù)計算（見附圖4）出砂指數(shù)B（1.3583.669）×104MPa。在整個Samaa儲層中，嚴重出砂的層段厚度（<1.4×104MPa）占0.9，輕微出砂（1.4×104MPa<<2×104MPa）占65.5，不出砂層段（>2×104MPa）占33.6。(5)Samaa出

29、砂指數(shù)計算（見附圖4）出砂指數(shù)B（1.3793.681）×104MPa。在整個Samaa儲層中，嚴重出砂的層段厚度（<1.4×104MPa）占0，輕微出砂層段（1.4×104MPa<<2×104MPa）占65.2，不出砂層段（>2×104MPa）占34.8。(6)Samaa出砂指數(shù)計算（見附圖4）出砂指數(shù)B（1.633.83×104MPa）。在整個Samaa儲層中，嚴重出砂的層段厚度（ <1.4×104MPa）占0，輕微出砂層段（1.4×104MPa<<2×104

30、MPa）占49.0，不出砂層段（>2×104MPa）占51.0。(7) Samaa出砂指數(shù)計算（見附圖4）出砂指數(shù)B（1.7652.95）×104MPa。在整個Samaa儲層中,嚴重出砂的層段厚度（ <1.4×104MPa）占0，輕微出砂層段（1.4×104MPa<<2×104MPa）占69.6，不出砂層段（>2×104MPa）占30.4。從出砂指數(shù)的計算結(jié)果分析，Yabus層的出砂指數(shù)B >2×104MP的厚度占整個層位的55.664.7，出砂指數(shù)1.4×104MPa<B

31、<2×104MPa的層段占28.340.0，出砂指數(shù)B<1.4×104MPa的層段占016.1。由此可見，Yabus層在正常生產(chǎn)時應(yīng)屬于出砂較輕微的地層。Samaa層的出砂指數(shù)B >2×104MP的層段占整個層位的30.451.0，出砂指數(shù)1.4×104MPa< B < 2×104MPa的層段占49.069.6，嚴重出砂B <1.4×104MPa的層段占00.9。由此可見，Samaa層在正常生產(chǎn)時也屬于出砂較輕微的地層。3.4、組合模量法出砂預(yù)測研究組合模量法預(yù)測出砂需要根據(jù)聲速及密度測井資料，用下

32、式計算巖石的彈性組合模量： (3-2)式中：巖石組合模量(×104MPa)；巖石體積密度(kg/m3)；縱波聲波時差(s/m)；根據(jù)測井資料、巖石特性及出砂經(jīng)驗分析結(jié)果，值越小，地層出砂的可能性越大。通常情況下，當> 2.608×104MPa時，油井正常生產(chǎn)不出砂；反之則出砂。根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用情況，通常出砂判定標準是：當> 2.608×104MPa時，油井正常生產(chǎn)不出砂；當1.5×104MPa < < 2.608×104MPa 時，油井正常生產(chǎn)輕微出砂；當< 1.5×104MPa，油井正常生產(chǎn)時嚴重出砂。由測

33、井曲線資料計算的Ya層組合模量計算結(jié)果見附圖5附圖7，Sa層組合模量計算結(jié)果見附圖8。并計算出Ya層和Sa層的厚度加權(quán)平均值：Ya： 2.16×104MPa；Ya： 2.34×104MPa；Ya： 2.12×104MPa；Sa： 1.94×104MPa；Sa： 1.95×104MPa；Sa： 2.17×104MPa；Sa： 2.01×104MPa。從上述計算結(jié)果可以知，Ya層和Sa層巖石的組合模量值均在1.5×104MPa << 2.608×104MPa之間，于是可以認定，在正常生產(chǎn)時出砂都比

34、較輕微。3.5、斯倫貝謝比法出砂預(yù)測研究斯倫貝謝比法主要考慮剪切模量與體積模量的乘積，斯倫貝謝比值越大，巖石強度越大，穩(wěn)定性越好，則不易出砂，反之易出砂。判斷出砂的斯倫貝謝比R定義為： (3-3)式中：巖石體積模量(×104MPa)；巖石切變模量(×104MPa)；巖石密度(kg/m3)；縱波波速(m/s)；橫波波速(m/s)；表3-1 油層出砂斯倫貝謝比經(jīng)驗門檻值參數(shù)（MPa）一般砂巖（可能出砂）松軟地層（易出砂）堅硬地層（不出砂）R4.14×1038.97×10337.1×1062.76×1035.31×10314.7&

35、#215;106稍大于4.14×103高至27.6×103稍大于114×106由測井曲線資料計算的Ya層斯倫貝謝比計算結(jié)果見附圖9，Ya層計算結(jié)果見附圖10 ，Ya層計算結(jié)果見附圖11，Sa層斯倫貝謝比計算結(jié)果見附圖12。由此算出Ya層和Sa層斯倫貝謝比的厚度加權(quán)平均值為：Ya：R71.44×106MPa；Ya：R86.11×106MPa；Ya：R69.98×106MPa；Sa：R50.80×106MPa；Sa：R72.06×106MPa；Sa：R62.38×106MPa；Sa：R55.73×1

36、06MPa。由上述結(jié)果與表3-1對照分析可以得出，Ya層和Sa層巖石介于一般砂巖和堅硬地層之間，在正常生產(chǎn)條件下出砂的可能性較大，但出砂較輕微。3.6、儲層巖石堅固程度與力學(xué)穩(wěn)定性分析3.6.1、“C”方程的計算及分析3.6.1.1產(chǎn)層巖石堅固程度判定在完井工程設(shè)計中，必須根據(jù)產(chǎn)層特性和各種工程要求優(yōu)選完井方式，而在影響完井方式優(yōu)選的諸多因素中，有些需要作出定量判斷，這是確定采用防砂型完井還是非防砂完井的定量判定指標，即“C”公式。C max對于垂直井： (3-4)對于水平井： (3-5)式中：C 巖石抗壓強度(MPa)； 泊松比； 上覆巖石平均密度(kg/m3)；g 重力加速度(m/s2)；

37、H 油層中部深度(m)；Ps 原始地層壓力(MPa)；Pwf 井底生產(chǎn)流壓(MPa)；max地層巖石承受的最大切向應(yīng)力(MPa)。根據(jù)有關(guān)文獻的研究成果，井壁巖石所受的切向應(yīng)力是最大張應(yīng)力，因此可以得出：。根據(jù)巖石破壞理論，當巖石的抗壓強度小于最大切向應(yīng)力時，即時，地層巖石不堅固，將會引起巖石的破壞而出骨架砂。根據(jù)P油田地質(zhì)/構(gòu)造特點，從構(gòu)造斷層附近篩選17口具有代表性的井，利用其測井資料進行有關(guān)巖石力學(xué)參數(shù)的計算，根據(jù)計算結(jié)果來計算地層巖石受到的最大剪切應(yīng)力。所選井號有：ANBAR-1、ASSEL-1、FAL-1、FAL-7、FENTI-2、FF28、FG19、P023、P025、PAL-3

38、、PAL-4、PALOGUE-1、PALOUGE-2、PAL-S-1、PQ25、TEIMA-1、TEIMA-2。以上油井包含了Yabus、和Samaa、層位。由整理的Ya層和Sa層的測井資料計算地層巖石受到的最大剪切應(yīng)力(見附件？Yabus層和Samaa層巖石力學(xué)參數(shù)計算一覽表)得：(1)Yabus層最大剪切應(yīng)力計算結(jié)果Yabus層最大切向應(yīng)力max（7.9444.72）MPa；Yabus層最大切向應(yīng)力max（8.1146.53）MPa；Yabus層最大切向應(yīng)力max（8.4742.30）MPa。(2)Samaa層最大剪切應(yīng)力計算結(jié)果Samaa層最大切向應(yīng)力max（9.5540.00）MPa；

39、Samaa層最大切向應(yīng)力max（9.5137.51）MPa；Samaa層最大切向應(yīng)力max（9.9241.99）MPa；Samaa層最大切向應(yīng)力max（25.5739.65）MPa。由于缺乏地層巖石抗壓強度的實測數(shù)據(jù)，因此擬采用砂巖抗壓強度與聲波時差的對應(yīng)關(guān)系來估算地層巖石抗壓強度。聲波時差可反映巖石的抗壓強度,聲波時差越小,巖石抗壓強度越高。在0,5,10 MPa的圍壓下分別回歸出關(guān)系式為：由Ya層聲波時差厚度加權(quán)平均值335.783s/m(102.34s/ft)，可計算得：；由Ya層聲波時差厚度加權(quán)平均值336.240s/m(102.48s/ft)，可計算得：；由Ya層聲波時差的厚度加權(quán)平

40、均值348.651s/m(106.27s/ft)，可計算得：。通過對比可知：在Ya層中，巖石最大切向應(yīng)力的層段厚度占整個Ya儲層的93.5；在Yabas層中，巖石最大切向應(yīng)力的層段厚度占整個Ya儲層的92；在Ya層中，巖石最大切向應(yīng)力的層段厚度占整個Ya儲層的83.6。Sa儲層聲波時差的厚度加權(quán)平均值為325.068s/m(99.08s/ft)，計算得：；Sa儲層聲波時差的厚度加權(quán)平均值為322.081s/m(98.17s/ft)，計算得：；Sa儲層聲波時差的厚度加權(quán)平均值為322.696s/m(98.36s/ft)，計算得：；Sa儲層聲波時差的厚度加權(quán)平均值為302.872s/m(92.32

41、s/ft)，計算得：。對比后可知：在Sa儲層中，巖石最大切向應(yīng)力的層段厚度占整個Sa儲層的91.5；在Sa儲層中，巖石最大切向應(yīng)力的層段厚度占整個Sa儲層的85.5；在Sa儲層中，巖石最大切向應(yīng)力的層段占整個Sa儲層的73.8；在Sa儲層中，巖石最大切向應(yīng)力的層段厚度占整個Sa儲層的71.7；由以上計算結(jié)果進行綜合分析，在Yabus和Samaa儲層中，巖石所受最大切向應(yīng)力低于地層抗壓強度狀況的油層段長度，遠遠大于巖石所受最大切向應(yīng)力高于地層巖石抗壓強度狀況的油層長度。因此可以斷定，在正常生產(chǎn)中，Yabus和Samaa油層巖石絕大部分是穩(wěn)定的，只有極小部分地層巖石受力狀況惡劣，可能導(dǎo)致出砂。但從

42、整體來說，由于出砂層段只占整個油層的極小部分，所以油井出砂不會嚴重。直井生產(chǎn)時巖石最大應(yīng)力小于巖石抗壓強度，在正常生產(chǎn)情況下不會出現(xiàn)剪切破壞而大量出砂。但水平井井壁巖石承受的最大切向最大應(yīng)力max可能大于巖石的抗壓強度，因此，水平井生產(chǎn)可能需要采取防砂措施。但由于水平井段很長（數(shù)百米），滲流面積很大，可以采用較小的生產(chǎn)壓差生產(chǎn)而使出砂減緩，因此水平井的出砂也不會很嚴重。(3)最大剪切應(yīng)力max與井斜角的關(guān)系在相同的地質(zhì)條件下，垂直井的max（V）遠小于水平井的max（H）。因為在相同的地層埋深條件下，井眼進入地層的角度不同，導(dǎo)致井壁巖石所承受的最大切向應(yīng)力max發(fā)生變化。當從垂直井逐漸向水平井

43、轉(zhuǎn)變時，地層巖石最大切向應(yīng)力max為井斜角的函數(shù)，即：由于各井同層厚度的差異性，可先計算Ya層和Sa層的厚度加權(quán)平均值。計算公式為： (3-6)根據(jù)Ya和Sa各儲層資料，計算出各層有關(guān)厚度加權(quán)平均值數(shù)據(jù)見表3-2。表3-2 各層計算參數(shù)的厚度加權(quán)平均值 儲層參數(shù)YaYaYaSaSaSaSa泊松比0.3220.3400.3550.4240.3320.2580.394密度Kg/m32283232822102319222023032257地層深度m1270132013321342136613751396地層壓力MPa12.2512.2512.2512.2512.2512.2512.25生產(chǎn)壓差MPa

44、1.181.181.181.561.561.561.56表3-3 正常生產(chǎn)時各層不同井斜角對應(yīng)的層位泊松比垂直井300斜井600斜井水平井及對應(yīng)井斜角Ya0.32217.7136.0645.3843.18(45.97)69.30Ya0.34020.7740.5050.0146.75(50.42)67.50Ya0.35520.6338.5346.7143.02(47.01)65.80Sa0.42429.9847.0452.3344.43(52.39)57.90Sa0.33220.4840.0249.6746.84(50.17)68.40Sa0.25816.1839.3452.7952.94(54

45、.62)75.20Sa0.39427.3445.9853.1446.89(53.15)61.00表3-4 各層聲波時差及對應(yīng)的巖石抗壓強度C值儲層參數(shù)YaYaYaSaSaSaSatc(s/m)335.78336.24348.65325.07322.08322.70302.87C（MPa）37.5237.4134.5740.2641.0841.9146.95Ya、Sa層油井不同井斜角最大切向應(yīng)力計算見附圖13，由以上數(shù)據(jù)求得在正常生產(chǎn)情況下Ya層和Sa層地層穩(wěn)定條件（不出砂）的井斜角為：Ya：；Ya：；Ya：； Sa：；Sa：；Sa：；Sa：。在正常生產(chǎn)情況下，井斜角小于的井（垂直井或低斜井）均

46、能滿足地層巖石的穩(wěn)定性要求。而大于的斜井，地層不能保持穩(wěn)定而易出砂，需采取必要的防砂措施。由于Ya層擬鉆垂直井完井（16.5°），故巖石穩(wěn)定性不存在問題。對于水平井，Sa層巖石受到的最大切向應(yīng)力均大于巖石本身的抗壓強度，又出砂的可能。為了保證正常生產(chǎn)，應(yīng)考慮采用防砂完井方式（如用套管射孔完成，則采用底部相位射孔）生產(chǎn)。3.7出砂預(yù)測綜合對比研究及出砂判識模式的建立3.7.1綜合對比（見表3-5）表3-5 出砂預(yù)測綜合對比研究井號層位測試層段DST壓差psi含砂出砂預(yù)測指標備注%tEcBmaxPal-1Y1287-1301283.60.3529.0301.82.302.29穩(wěn)定出砂輕微

47、Y1312-1333153.0030.0316.82.252.18穩(wěn)定Y1265-1270194.1030.5338.52.262.13穩(wěn)定Fal-1Y,YY,YS11145-1333193.8無數(shù)據(jù)27.8303.8313.5 332.9338.32.312.84 3.38 2.66 2.72穩(wěn)定發(fā)現(xiàn)4個油樣含砂Fal-2S41335-13612680.0228.02.07出砂輕微Fal-3S11376-1388541.81.4033.02.12壓差過大Jobar-11142-1148340.80.341.64出砂輕微Luil-11187-1190142-243.50.071.601171-

48、11909.7-400.0831.91.501159-11600.082.171114-11170.022.40根據(jù)出砂預(yù)測的各項指標(B,EC,C等)與DST測試資料進行綜合對比，可得出該油田出砂判識的基本指標為：1）、臨界出砂組合模量 ：EC =（2.102.30）×104MPa；2）、臨界出砂指數(shù) : B =（ 2.052.20）×104MPa；3）、聲波時差 :t =（300312）s/m；4、出砂規(guī)律研究4.1臨界生產(chǎn)參數(shù)計算出砂油井對于產(chǎn)量很敏感，存在一個臨界采油速度問題。當油井產(chǎn)量低于此臨界值，就不出砂或者出砂輕微。但無砂產(chǎn)量對大多數(shù)出砂油井來說是不經(jīng)濟的，因

49、油井生產(chǎn)時需要控制油井出砂而降低產(chǎn)量。當產(chǎn)量高于臨界產(chǎn)量，隨著產(chǎn)量逐漸增加，液體含砂量隨每個流量的增量而躍增，然后逐漸降低并穩(wěn)定在某個水平上。從油田生產(chǎn)管理和維護的角度來看，油井嚴重出砂是不允許的。在亞臨界流動區(qū)，在較高流速下重建的砂拱會因流速的突變而失去穩(wěn)定性，導(dǎo)致砂拱被破壞而出砂。在超臨界流動狀態(tài)下，流速已超過了容許的界限，應(yīng)力已超過其地層強度而無法重建砂拱，地層表現(xiàn)為嚴重地連續(xù)出砂。只有使油井產(chǎn)量大大低于臨界值后才能重建砂拱。但這種情況也要靈活掌握，因為適當?shù)卦黾赢a(chǎn)量也可以帶來疏通近井地帶油層的好處，逐漸地增加產(chǎn)量會對井筒周圍孔隙通道里原有的和地層深部運移過來的微粒砂進行清除，使生產(chǎn)指數(shù)

50、提高。4.1.1、臨界生產(chǎn)壓差計算及分析當巖石承受的應(yīng)力超過巖石固有的強度，巖石就會遭受破壞。這種應(yīng)力源于以下幾個方面：.構(gòu)造應(yīng)力作用強，如斷層活動等；.經(jīng)過長期開采后，與原始狀態(tài)相比，地層壓力明顯下降；.井底流壓過低（即生產(chǎn)壓差過大），在油井附近地層內(nèi)形成落差很深的壓降漏斗。理論上認為，對于疏松砂巖，在原地應(yīng)力及滲流引起的附加應(yīng)力場的聯(lián)合作用下，彈孔周圍的巖石已經(jīng)變成塑性狀態(tài)，但仍有一定的承載能力，只有當彈孔周圍巖石的應(yīng)變超過某一臨界值時，彈孔才發(fā)生剪切破壞，造成出砂。由此給出了預(yù)測油井出砂的臨界生產(chǎn)壓差的公式為： (4-1)式中：平均有效地應(yīng)力（MPa），（MPa）；巖石彈性模量（MPa）

51、和泊松比；分別為應(yīng)變方程中巖石的材料常數(shù)，其中分別為最大、中間和最小主應(yīng)力（MPa）；其中為下面的屈服方程中的系數(shù)；，其中為偏應(yīng)力張量的第一、第二不變量。由測井曲線資料計算的Ya、Ya層、Ya層的臨界生產(chǎn)壓差P曲線見附圖14、15、16，Sa層臨界生產(chǎn)壓差P曲線見附圖17 。并由此計算出Ya層和Sa層P的厚度加權(quán)平均值為：Ya：P2.41 MPa；Ya：P1.95 MPa；Ya：P2.08 MPa；Sa：P2.25 MPa；Sa：P2.33 MPa；Sa：P2.99 MPa；Sa：P2.39 MPa。于是，為減輕油層出砂，推薦Ya層和Sa層的合理生產(chǎn)壓差分別是2.0和2.2 MPa（事實上，S

52、a層擬采用水平井完井，生產(chǎn)壓差可能跟?。?.1.2出砂臨界產(chǎn)量及分析流量對地層出砂的影響主要表現(xiàn)為流體對地層顆粒的拉伸破壞。當流體流動的拖曳力超出了巖石顆粒固有的抗拉強度（一般疏松砂巖的抗拉強度很低），巖石顆粒就會從母體上脫落下來，并隨流體進入炮眼和井筒。生產(chǎn)時，在一個存在差應(yīng)力的應(yīng)力場中，流體流動還會降低巖石的剪切強度。微粒運移造成部分孔隙堵塞所形成的表皮效應(yīng)也會使生產(chǎn)壓差提高，導(dǎo)致低抗拉強度的巖石產(chǎn)生拉伸剝離，由于砂巖儲層是顆粒材料組成的，水動力拖曳力作用于靠近孔穴壁自由表面的顆粒上，能夠克服周圍材料加在單個顆?；蝾w粒群體上的接觸阻擋力（包括顆粒間的聯(lián)結(jié)力和摩擦阻力）而使顆粒剝落下來。巖

53、石顆粒間接觸的法向連結(jié)力和切向摩擦力使巖石顆粒固結(jié)在一起，這是使孔穴保持穩(wěn)定的力。開采時，流體向井筒流動產(chǎn)生作用于顆粒上的內(nèi)向應(yīng)力，單個顆?；虿环€(wěn)定顆粒群體由于內(nèi)外孔隙壓差的作用而出現(xiàn)向孔穴內(nèi)的拖曳力，這兩種力的綜合作用產(chǎn)生顆粒的剝離作用，只要這兩種力克服了保持孔穴穩(wěn)定的力，砂粒便會產(chǎn)出?？籽ǚ€(wěn)定理論給出的臨界流量計算公式為： (4-2)式中：；（給出此式各量的單位？）S巖石的粘聚力；流量；從球心到地層的距離；地層滲透率；流體粘度；內(nèi)摩擦角。由測井曲線資料計算，Ya、Ya、Ya層的出砂臨界產(chǎn)量曲線見附圖18、19、20；Sa層的出砂臨界產(chǎn)量曲線見附圖21。并由此計算出Ya層和Sa各層的臨界采油

54、強度（厚度加權(quán)平均值）為：Ya：4.18；Ya：4.77；Ya：3.95；Sa：3.50；Sa：3.93；Sa：3.92；Sa：3.46。（這里應(yīng)補一段將上述計算值與FDP方案中推薦的臨界產(chǎn)量進行對比，反過來驗證FDP方案要求的單井配產(chǎn)的合理性）。4.1.3小結(jié)：由以上分析及計算數(shù)據(jù)表明，預(yù)計P油田在開發(fā)初期出砂并不嚴重，在正常的生產(chǎn)情況下，巖石仍具有較好的穩(wěn)定性。只要生產(chǎn)壓差和配產(chǎn)量低于臨界生產(chǎn)壓差和臨界采油強度，地層就會保持穩(wěn)定而不出砂（或輕微出砂），此時，如果油井實際產(chǎn)量達不到配產(chǎn)要求，那就只有采取有效的防砂措施，然后放大生產(chǎn)壓差來滿足配產(chǎn)需要。地層出砂的主要原因是拉伸破壞和微粒運移，但

55、以拉伸破壞為主。拉伸破壞對地層巖石具有長期的破壞作用，這種破壞不會引起短期的災(zāi)難性后果。但隨著時間的推移，由于彈孔面積因沖蝕而不斷增大，使流速梯度降低，會使出砂程度逐漸減輕。但隨著生產(chǎn)的持續(xù)，地層壓力的下降及液體對儲層巖石的長期沖刷和含水的上升，又使出砂再次加劇，以致最終造成地層坍塌而大量出砂。因此需要在適當?shù)臅r機進行防砂。5、防砂時機的研究如何確定防砂時機，即在正常生產(chǎn)情況下何時進行防砂施工，是保證油井效益最大化的重要決策之一。因為油井經(jīng)過防砂施工后，井筒生產(chǎn)段的表皮系數(shù)有所上升，液流阻力增加，即和防砂措施前相比，在相同的生產(chǎn)制度下，油井產(chǎn)油指數(shù)會有一定程度的下降（約下降20%）。根據(jù)多年的油田的生產(chǎn)實踐，要精確地確定每口油井在何時進行防砂施工是極其困難的。多數(shù)情況下，在生產(chǎn)早期進行防砂比后期防砂更優(yōu)越，因地層骨架尚未破壞，防砂技術(shù)難度低，作業(yè)成功率較高，防砂效果也較好。推遲防砂時機要承擔(dān)較大風(fēng)險，如果不在地層砂流入井筒及伴隨而來的其他危害在一開始就阻止其發(fā)生，而只進行簡單的修井作業(yè)（如沖砂、洗井等措施），則因修井頻繁，修井費用甚至?xí)^早期防砂的成本，且修井作業(yè)還可能傷害油層而使油井產(chǎn)量大幅下降。比較而言，早期防砂更有把握。一方面它不僅節(jié)約以后處理出砂的費用，而且，還可以提高油井利用率和采油時率，更快地回收鉆井、完井投資。另一方面防砂初始投資可以比較精確的評估，而修井