油井出砂预测方法研究进展
油井出砂预测模型研究
８０．９８μｓ／ｆｔ。
综合以上分析可以得到：某油田各井的生产层
位出砂时的声波时差范围是 ７５．３６～９４．６２μｓ／ｆｔ，
平均值 ８２．３６μｓ／ｆｔ。
２．２ 组合模量法预测出砂
组合模量法预测出砂是指在知道声波时差与密
度测井 资 料 的 基 础 上 计 算 出 岩 石 的 弹 性 组 合 模
量［７－８］，用 Ｅｃ表示，组合模量的值越小说明越容易
在开发中，流体从储层流入井筒中，沿途和岩石 颗粒发生相互摩擦作用，摩擦力随着流速的增大而 增大，岩石颗粒所受的曳力也越大，岩石颗粒受到的 压力梯度越大。在压力梯度和流体流动产生的摩擦 力下，储层颗粒受到的力为拉伸应力。如果该拉伸 应力大于岩石的抗拉强度，则岩石将会产生拉伸破 坏，一些颗粒脱落引起出砂。
岩石孔隙度存在如下的关系，见式（３）。
△ｔ＝５６．８６＋１２７．９５φ
（３）
采用声波时差法对某油田 ６口出砂井进行分
析，１０１－１井出砂时的范围是 ７９．２５～８６．０２μｓ／ｆｔ，
平均值 ８２．６３μｓ／ｆｔ。１０１－２井 出 砂 时 的 范 围 是
７６．０３～８１．１２μｓ／ｆｔ，平均值 ７８．５８μｓ／ｆｔ。１０１－３
第 ３７卷第 ２期
中 国 锰 业
２０１９年 ４月
ＣＨＩＮＡ′ＳＭＡＮＧＡＮＥＳＥＩＮＤＵＳＴＲＹ
Ｖｏｌ．３刘文博１，２，李 亭１，２
（１．长江大学 石油工程学院，湖北 武汉 ４３０１００；２．长江大学 油气钻采工程湖北省重点实验室，湖北 武汉 ４３０１００）
２ 油井出砂关系预测
２．１ 声波时差法预测出砂
声波时差法是指使用声波在地层中的传播时间
预测出砂，声波时差值决定了出砂的严重程度，值越
油井出砂因素分析与防砂技术对策探讨
油井出砂因素分析与防砂技术对策探讨油井出砂是指油井在生产过程中，地层中的砂颗粒进入井筒，导致生产井筒中的砂量增加。
油井出砂不仅会降低油井的产能，还会对油井设备造成损坏，影响油井的稳定性。
探讨油井出砂的因素分析和防砂技术对策非常重要。
油井出砂的主要因素可以归纳为地层力学性质、油井完井、地层流体动力学以及产层特征等四个方面的因素。
地层中的力学性质是导致油井出砂的重要因素之一。
地层中如果存在弱层、疏松层、脆性层等地质构造，容易发生砂粒脱离地层进入井筒。
地层中的水动力作用也是导致出砂的重要因素，水流对地层中的砂粒起到冲刷作用，使砂粒脱落进入井筒。
了解地层的力学性质，对油井出砂的预测和防治非常重要。
油井完井对油井出砂的影响也非常大。
完井中的水泥固井质量、套管完井质量等都会影响到油井的防砂效果。
如果完井质量不好，套管间存在裸眼区或存在裂缝，会使得地层中的砂粒从这些位置进入到井筒中。
提高完井的质量，采取防砂措施非常重要。
地层流体动力学也是导致油井出砂的重要原因之一。
地层中的流体动力学主要与地层渗透性、井底流速、井底流量等因素有关。
如果井底流速过大，会使地层中的砂粒被冲刷进入到井筒中。
控制井底流速、流量，合理管理油井的生产参数，可以有效减少油井出砂。
产层特征也对油井出砂起到重要影响。
一些产层细颗粒砂岩、脆性砂岩等，容易发生砂粒脱离地层进入井筒。
在选择油井开发方案时，要根据产层特征合理选择防砂技术。
为了有效防止油井出砂，可以采取以下防砂技术对策：1. 合理选择完井方案：在完井过程中，应严格按照设计要求进行套管的安装和水泥固井，避免存在裸眼区或存在裂缝，确保完井质量。
2. 使用防砂工具：如防砂套管、防砂滤管等，可以阻止地层中的砂粒进入到井筒中。
3. 调整井底流速：合理管理井底流速和流量，减小油井的生产参数，降低地层中的砂粒冲刷进入井筒的风险。
4. 人工增注剂：通过注入人工增注剂来改变地层渗透性或黏结砂粒，减少砂粒从地层中脱离的可能性。
油层出砂预测模型研究
油层出砂预测模型研究收稿日期:2000 01 09作者简介:王德新(1944-),男(汉族),山东益都人,副教授,硕士,从事钻井完井技术研究。
文章编号:1000 5870(2000)05 0017 03油层出砂预测模型研究王德新, 侯明勋(石油大学石油工程系,山东东营257061)摘要:分析了裸眼完成井和射孔完成井的油层出砂机理,以线弹性理论为基础,同时考虑垂直井眼围岩应力场对射孔孔道稳定性的影响,建立了一种新的射孔完井临界出砂模型,并编制了出砂预测系统的设计软件。
在辽河油田现场应用的实例表明,该模型的预测结果与现场工程实践中已有的油井出砂经验预测模型相吻合。
关键词:油井出砂;预测;岩石力学;抗压强度;孔眼稳定性中图分类号:T E 358+.1 文献标识码:A引言引起油井出砂的主要因素有两个:一是流体的粘滞力和惯性力的综合作用使地层中的充填砂进入井眼引起油井出砂;二是由于岩石所受的应力超过其极限强度,导致岩石结构发生破坏而使骨架砂成为松散砂,被地层流体带入井中引起出砂。
目前,对油井出砂机理的研究一般都是采用Mohr Coulomb 准则和Drucker Prager 准则,也有的用井壁岩石的拉伸和破坏准则[1,2]。
适用于疏松砂岩储层的砂拱稳定模型也已有专文论述。
本文采用岩石力学的理论和方法,同时考虑垂直井眼围岩应力场对射孔孔道稳定性的影响,并将反映储层岩石材料胶结程度强弱的抗压强度作为岩石破坏的强度准则,建立一种新的射孔完井临界出砂模型。
1 垂直井眼围岩应力场分析假设地层岩石为均质、各向同性线弹性多孔介质,地层岩石受到原地应力场、地层孔隙压力和井内流体压力的共同作用,忽略构造应力场和温度场的影响,且井壁围岩处于平面应变状态(即井眼沿纵向不变形)。
根据以上假设建立了图1所示的垂直井眼围岩受力及计算简图。
根据弹性力学理论,可求得井眼围岩应力场分布为r =x + y 21-a 2r 2+ x - y 21+3a 4r 4-4a 2r2 cos2 +a 2r2p w ;= x + y 21+a 2r 2- x - y 21+3a 4r 4cos2 -a 2r2p w ;r =- x - y 21-3a 4r 4+2a 2r2sin2 .(1)式中,p w 为井眼液柱压力,MPa;r 为距井眼中心的径向距离,mm;a 为井眼半径,mm; x 和 y 为x 方向和y 方向的应力,MPa; r 为井眼岩石的剪切应力,MPa; r 为井眼岩石的径向应力,MPa;为井眼岩石的切向应力,M Pa 。
旅大6―2油田储层出砂预测分析研究
旅大6―2油田储层出砂预测分析研究旅大6―2油田储层出砂预测分析研究【摘要】出砂是油田开采过程中沙粒随流体从油层中运移出来的现象，是油井生产中所面临的一大难题。
出砂不仅会导致油井减产，严重时会造成套管损毁最终导致油井报废，因此在正式开采前对储层进行出砂预测对于今后的生产具有重要意义。
本文以储层的出砂原理为根底，结合旅大6-2油田的工程实例，分析了该油田出砂的可能性，并对出砂临界生产压差进行了预测。
研究成果能够为该地区今后的钻井作业提供科学依据和技术指导，从而保证海上油田生产的平安与高效。
【关键词】出砂预测；临界生产压差1 引言在油井开采和作业过程中，由于储层附近的岩层破坏，导致局部脱落的砂粒随油层流体一起流进井筒，造成油井出砂，对油井正常生产造成一系列不利的影响。
储层出砂的危害性大，一方面会腐蚀井下管材、平安阀和机械采油设备，造成管道的渗漏和设备的失效，引发严重的平安问题和溢出事故；另一方面，砂体在井内形成砂堵，会导致产量下降，甚至使油井停产。
为了油田的顺利开采，对储层出砂的预测分析方法进行研究是非常必要和迫切的。
2 储层特性分析旅大6-2油田的储层孔隙发育，以粒间孔隙为主。
砂岩非常发育，叠置连片分布，岩性组合为“砂包泥〞特征，平均砂岩百分含量67.6%。
已钻井在各油组发育1-8个砂体，单砂体厚度范围1.1-98.4m，平均值为3.3-98.4m，各油组砂岩总厚度6.8-98.4m。
已钻井在各油组内发育1-18个隔夹层，油组内单隔夹层厚度范围0.5-13.8m，油组内隔夹层平均厚度3.8m；油组间隔层厚度2.2-35.6m，油组间隔层平均厚度9.6m。
油组底部的泥岩隔层分布稳定，厚度大，可以追踪描述；油组内夹隔层分布不稳定、厚度薄，横向变化快，不宜追踪描述。
旅大6-2含油层段储层物性以高孔高渗为主。
4/6井区旅大6-2-4井平均孔隙度为32.3%，平均渗透率为1215mD ；旅大6-2-6井平均孔隙度为30.7%，平均渗透率为1278mD。
油井出砂因素分析与防砂技术对策探讨
油井出砂因素分析与防砂技术对策探讨油井出砂是指在油井生产过程中，地层中的砂粒被带上来并随着产出的油一起流出井口。
油井出砂不仅会造成生产设备的磨损和损坏，还会影响油井生产的稳定性和效率。
分析油井出砂的因素并探讨相应的防砂技术对策，对于提高油田开发的经济效益和生产效率具有重要意义。
一、油井出砂的主要因素分析1. 地层的力学性质油井出砂的主要原因之一是地层内在的力学性质。
地层中岩石颗粒有大小不一的孔隙空间，当油井生产时，地层中的砂粒会随着产油液一起流出井口。
这种现象通常发生在地层的疏松砂岩和砾岩中，这些岩层的孔隙结构比较复杂，容易存在砂化现象。
2. 油藏流体的性质油藏中的流体性质也是导致油井出砂的重要因素之一。
当油井生产时，油藏中的油、水和天然气会随着压力的变化而混合流出井口。
在油藏中，这些流体常常伴随着一定量的固体颗粒，这些颗粒在流动过程中会随着流体一起被带上来，导致油井出砂的现象。
3. 井筒结构和操作方式油井的井筒结构和操作方式也会对油井出砂产生影响。
井筒的设计和施工质量直接影响着井筒的稳定性和完整性，如果井筒的结构不合理或者工艺不当，容易引起井底发生砂化现象。
操作方式也会影响油井生产的稳定性，不当的操作容易导致井底压力变化剧烈，加剧砂化现象。
二、油井出砂的防砂技术对策探讨1. 地层工程技术地层工程技术是油井出砂的重要防治手段之一。
通过对油藏地层的调查和分析，了解地层的力学性质和岩石结构分布，可以合理选择井眼位移和井口周围的封隔材料，从而减少地层砂化带来的影响。
2. 井口系防砂技术在油井井口周围，可以采用井口系防砂技术来减少油井出砂现象。
比如通过设置适当的井口防砂装置，合理利用固控技术，控制井口的流体压力和流速，避免砂粒的被带上来。
3. 井底环境改造技术井底环境改造技术也是防治油井出砂的重要手段。
可以通过注入固化剂、封堵剂等化学材料，改善井底环境，减轻地层砂化的程度，从而减少油井出砂现象。
4. 提高油井生产管理水平提高油井生产管理水平也是防治油井出砂的关键。
油井出砂调研报告
油层出砂机理研究调研油层出砂是油田开发过程中经常遇到的问题,不仅给采油工艺带来许多麻烦,而且影响储层采油速度及油气采收率,严重时甚至造成井壁坍塌、套管损坏,乃至油井报废.目前,国内外在防砂工艺方面均有长足发展,但在出砂机理方面研究成果相对较少.徐守余、王宁在研究大量文献基础上,对油层出砂机理进行了深入分析和总结,以期为更好地防砂、控砂及提高油井经济效益等提供保障.油层出砂影响因素,从大方面可分为地质因素和工程因素2大类.地质因素主要包括沉积相、构造应力、砂岩颗粒大小及形状、岩矿组成、储层敏感性、润湿性、压实情况、胶结物类型及胶结程度、油层压力、流体性质及分布等.在开发过程中,生产条件的改变会对地质因素产生不同程度的影响,从而改善或恶化出砂程度;工程因素包括开采因素和完井因素,这些因素在多数情况下受工程活动控制,包括生产压差、液体流动速度,多相流动及相对渗透率、毛细管作用力、含水变化、完井类型、井深结构、生产工艺等.这些因素相互作用、相互影响,只有深入研究油层出砂机理,找出这些因素与出砂之间的内在联系,才能达到防砂、控砂及出砂,提高油田开发效益.1 地质因素与出砂机理1.1 构造应力的影响在砂岩地层中钻井后,会在井壁附近形成一个塑性变形地带,由岩石力学理论可知,塑性带的稳定条件是:σ1−p0 =2S0tanβ式中:σ1——最大主应力,MPa；P0——地层孔隙压,MPa；S0——岩石固有剪切强度,MPa；β——破坏角.左端是岩石颗粒承受的有效径向应力.通常,若径向应力σ1>2 MPa,则会破坏其稳定条件,使塑性半径向外扩张,即骨架结构失去平衡,开始出砂。
断裂带及地层破碎带部位,受构造应力的影响较大,导致地层内部岩石骨架遭受破坏,降低S0,是最易出砂的部位或出砂最严重的地区,而远离断裂带及地层相对完整区域出砂程度相对缓和.因此,在油藏开采早期,应尽量避免油井靠近这些地区,或尽早采取防砂措施,以防止严重出砂情况的发生.1.2 砂岩性质通常,地层埋藏越深,压实作用越强,胶结程度越好,岩石压实紧密,地层不易出砂.砂岩胶结程度是影响出砂的主要因素.胶结性能与埋藏深度、颗粒大小及形状、胶结物类型和胶结方式等密切相关.钙质胶结为主的砂岩较致密,地层强度高,不易出砂;以泥质胶结为主的砂岩较疏松,强度低,较易出砂.砂岩颗粒接触关系是影响油层出砂的另一重要因素,研究表明:如果砂岩颗粒为点接触,油层压实作用较弱,地层则容易出砂. 出砂模拟实验表明:对于疏松砂岩,出砂过程的开始阶段是从胶结最弱处先开始出砂,然后出现砂体结构变化和破坏,使得渗流场变化,形成高渗区域,流体集中在高渗区域流动,使砂体结构破坏而大量出砂,形成出砂道,继而砂道进一步扩展增大形成砂窟.1.3 储层敏感性与流体性质1.3.1 储层敏感性储层中的自生矿物与原始油层中的流体通常处于平衡状态,当不同流体进入时,原始平衡会遭到破坏,对出砂产生影响.速敏性因流体变化而引起地层微粒运移,堵塞喉道,导致流体渗流阻力局部增大,增大了流体对岩石的拖拽力,未被阻挡的更细微粒随流体进入井筒造成出砂.酸(碱)敏性酸(碱)液进入储层后与某些敏感性矿物及流体发生反应产生沉淀或者颗粒,这些颗粒一方面作为地层砂被携带进入井底,另一方面堵塞喉道,造成流体对岩石的拖拽力增大,使更细微粒进入井筒造成出砂.水敏性地层中粘土矿物在接触低盐度流体时,可能产生水化膨胀、分散,大大降低地层强度,导致出砂.盐敏性盐液进入储层后,由于粘土矿物的水化和膨胀导致地层出砂。
油井出砂动态预测理论及监测技术研究
•研究背景及意义
•文献综述
•研究方法及技术路线
•实验结果与分析
•结论与展望目
•参考文献
录
研究背景
研究意义
出砂预测模型研究现状
基于物理模型的研究
基于数值模拟的研究
基于人工智能的研究
油井监测技术发展现状
基于数值模拟的监测技术
基于人工智能的监测技术
基于物理传感的监测技术
A
B
C
D
基于物理模型
模型选择与参数优化
模型验证与评估
数据采集与处理
出砂动态预测模型构建
监测方案制定根据油井出砂动态预测模型的需求，制定
相应的油井监测方案。
数据传输与处理设计数据传输和处理的流程，包括数据的收集、存储和分析等，以满足实时监测的监测设备选择
监测系统集成与调试
油井监测技术设计
03模型改进与优化
模型验证与优化
01
模型验证
02结果评估与讨论
出砂动态预测模型结果模型准确性
模型适用性
模型局限性
油井监测技术效果评估
监测设备可靠性
监测数据准确性
监测技术适用性
结果对比及分析
预测结果与实际出砂
情况对比监测技术与实际出砂
情况对比
结果对生产的指导意
义
010203
研究结论
研究不足与展望
参考文献1
书籍名称：《石油工程岩石力学》
作者：张金亮
参考文献。
油气田高温高压井出砂预测研究
高温高压油气井的出砂机理及预测方法概述
同时起作用并且会相互影响，受剪切破坏的地层会对流体的拖曳力更加敏感。当剪切破坏 是主要机理的情况下，流体的流动对携带固体颗粒到井里来也是很重要的。 井底压降与开采速度的关系不是唯一确定的，因为操作者可以自定射孔数或即生产的 孔穴数，在给定开采速度时，增加炮孔数将减少每个孔穴的流量，亦即降低了每个孔穴内 的流体拖曳力。 3、出砂可能性的预测方法 准确预测油气田出砂具有很大的难度，国外在出砂预测技术方面研究应用较早，已开 发出较先进的出砂实验模拟系统、多种出砂理论模型和软件。国内在这方面的研究较少， 从 20 世纪 90 年代开始，少数油田采尝试进行一些小的出砂预测实验，近几年在借鉴国 外出砂预测技术基础上，我国出砂预测技术[10]也取得了较大进展 (1) 现场观测法 现场观测法常用岩心观察、DST 测试和利用邻井状态分析出砂趋势。疏松岩石或低强 度岩石用常规取心工具收获率低、岩心很容易从取心筒中拿出或易于从取心筒中脱落、岩 心一触即碎或用指甲能够刻痕，通过这些现象可判断生产过程中易出砂；在 DST 测试期间 出砂或在 DST 测试期间井下钻具、工具接箍处附有砂粒，则判断生产过程中易出砂；同一 油气藏中，邻井生产过程出砂，则本井也极有可能出砂。 (2) 组合模量法 采用组合模量法预测油层出砂，常用下式计算岩石的弹性组合模量 EC：
参考文献 [1]赵栋,李爱芬.考虑生产影响的气井出砂预测方法研究[D].硕士学位论文，2010：2-4 [2]范兴沃,李相方.国内外出砂研究现状综述[J].钻采工艺，2004，27（3） ：1-4 [3]朱小林,王卫阳，程红伟.文中老三块出砂机理及防砂方法研究[D].硕士学位论文，2011：1-5 [4]祁大晟,项琳娜,裴柏林.塔里木东河油田出砂动态预测研究[J].新疆石油地质,2008,29 （3） ： 1-2 [5]邓金根.东方 13-1 油气田井壁稳定性研究报告[R].2012：126-179 [6]孟召平,李明生等.深部温度压力条件及其对砂岩力学性质的影响[J].岩石力学与工程学 报,2006,25(6) [7]邓金根,程远方等.井壁稳定预测技术[M].石油工业出版社 [8]燕静.用声波速度预测岩石单轴抗压强度的试验研究[J].1999，21(2)：3-4 [9]N.Morita and D.L.Whitfill.Realistic Sand Production rediction. Numerical Approach.SPE l6989 [10]马建民,刘永红.可自适应膨胀筛管防砂机理及其技术研究[D].博士学位论文,2011：4-11 [11]范兴沃.应用人工神经网络技术预测地层出砂[J].石油钻采工艺,2002，24(6)：1-2
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的时差 、压差数据点绘在坐标图上 ,则出砂井数据点 形成一个出砂区 。要把预测井的数据点绘在同一坐 标图上 ,若落点在出砂区则该井出砂 ,否则不出砂 。 3. 7 多参数法
建立一个出砂井与深度 、开采速度 、生产压差 、 采油指数 、泥质含量 、含水率等的判别函数 ,用该函 数判别油井是否出砂 。
5 理论分析模型
理论分析模型需要涉及砂粒破坏机理的数学公
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All righ 期 吕广忠等 :油井出砂预测方法研究进展
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文章编号 :1009 - 9603 (2002) 06 - 0055 - 03
引言
疏松砂岩油藏最突出的问题是生产过程中出 砂 。如何准确预测出砂 ,将其可能造成的危害减少 至最低已经成为一个迫切的问题 。油井出砂受多种 因素的综合控制 ,单项技术预测的准确度不高 ,国内 对这方面研究投入的精力较少 。
Morita 等的出砂预测参数解析方法 ,给出了有 限元模型 ,能定量预测潜在的出砂问题[15 ] 。
20 世 纪 90 年 代 初 , 阿 克 公 司 Weingarten 和 Perkins 提出一种预测气井出砂的数值计算方法[16] 。 近年来 ,许多专家学者提出了多种预测出砂的模型 , 例如王德新等提出的射孔完井临界出砂模型[17] 。
用测井资料和生产测试资料[7 ] 预测井的出砂是较 好的方法 。霍树义等利用测井资料对出砂层位进行 预测[8 ] ,利用声波时差和密度测井等获得岩石的强 度 ,据此预测油井生产时是否出砂 。 2. 4 试井法
对同一口井在不同时期进行试井测试 ,绘制渗 透率随时间的变化曲线 ,从渗透率的变化来判断油 井是否出砂 。
参考文献 :
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2 Veeken C A ,Davies D R , Kenter C J . Sand production prediction review :Developing an intergrated approach. SPE 22792 :335～352
4 实验室试验法
4. 1 岩心实验模型 在模拟井下温度 、压力 、产液量 、生产压差下用
大 、小岩心进行模拟试验 。 大岩心实验所用的岩心直径为 102～245mm 、
长度为 204～506mm ,流体流量 200mL/ s 左右 。用 这种岩心进行破坏实验 ,可测定岩心破坏应力 。若 岩心破坏应力大于近井筒垂直有效应力 ,则地层出 砂 ,否则不出砂 。该方法考虑了射孔的影响 ,国内外 应用较多 ,典型的有厚壁圆柱筒简化模型[11 ] 。
油 气 地 质 与 采 收 率 2002 年 12 月 PETROL EUM GEOLO GY AND RECOV ER Y EFF ICIENC Y 第 9 卷 第 6 期
油井出砂预测方法研究进展
吕广忠1) 陆先亮2) 栾志安1) 陈 辉2)
1) 石油大学·东营 ; 2) 胜利油田有限公司孤岛采油厂
油层出砂与岩石胶结物种类 、数量和胶结方式 有着密切的关系 。砂岩的胶结物主要有粘土 、碳酸 盐 、硅质和铁质等 ,以硅质和铁质的胶结强度最大 , 碳酸盐次之 ,粘土最差 。对于同一类型的胶结物 ,其 数量越多 ,胶结强度越大 ,越不容易出砂 ,反之亦然 。
收稿日期 2002 - 07 - 01 ;改回日期 2002 - 09 - 17 。 作者简介 :吕广忠 ,男 ,1997 年毕业石油大学 (东营) 石油工程专业 ,2000 年获该校硕士学位 ,现为该校 2000 级油气田开发工程在读博士 生 。联系电话 : (0546) 8391215 ,通讯地址 : (257061) 山东省东营市北二路 271 号石油大学石油工程学院驱替机理研究室 。
出砂 预 测 的 方 法 很 多 , 常 见 的 有 现 场 预 测 法[6 ] 、经验公式及经验图表法 、实验室法 、理论分析 模型以及出砂预测的神经网络法等 。
2 现场预测法
2. 1 岩心观察 用肉眼观察 、手触摸等方法判断岩心强度 ,若存
在下列情况之一则属易于出砂 : ①一触即碎 ; ②停放 数日自行破裂 ; ③用指甲可以在岩心上刻痕 ; ④用水 或盐水浸泡 ,岩心松散破坏 。 2. 2 岩石胶结
式 。目前公认的出砂破坏机理主要有压缩破坏 、拉 伸破坏以及滑移次生破坏引起的出砂[9 ] 。
从目前的文献看 ,出砂预测理论模型可以定性 地认识不稳定出砂和突发性出砂 。但是 ,该模型无 法真实模拟地层流体的流动和准确反映岩石力学行 为 。为进一步研究出砂机理 ,需要高级的数值方法 与材料本构模型 。
6 数值模型
数值计算的对象是介于固结和疏松之间的地 层 。许多公司在理论模型和数值计算 、模拟研究方 面作了大量的工作 。研究范围覆盖了弹性力学 、渗 透力学 、有限元 、离散元 、实验室岩石特性测量和测 井数据的解释等 。
Morita 等采用了有限元数值模拟方法研究出砂 问题[13 ] 。Dusselt 和 Santarelli 认为需要用两种类型 的数值模拟来研究这一问题[14 ] 。对于年代较新的 非固相胶结油藏或近乎颗粒状集合体的砂岩油藏 , 采用三维的离散元颗粒体模型 ,以研究颗粒桥拱 、压 碎 、堆积密度 、水动力拖曳 、空穴的稳定 、颗粒连接强 度的变化 、颗粒尺寸的分布和表面粗糙度的影响 。 这一模型处于研究初期 ,尚无成熟的结果可以利用 。 对于一些弱胶结和胶结中等的油藏可以采用连续介 质的有限元模型 ,从应力场和流体流动的耦合评价 出砂问题 。
出砂预测模型的发展历史较短 。Stein 首先引 入了第一个重要的技术概念 ,他将地层的剪切强度 与油井出砂联系起来 ,利用声波测井及密度测井数 据建立出砂井与分析井生产状态之间的联系[2 ] 。 此法的局限性在于油井必须进行完井与试验 ,要求
大量地出砂后才能获得可靠的数据 ,而未考虑油藏 压力衰减及产水的影响 ,并假定不存在油层损害 ,故 其结果只能反映生产中的瞬时问题而无法预测油井 是否出砂 。Tixier 等人采用类似于 Stein 的方法 ,用 测井资料分析评价当前生产状态下的油井出砂[3 ] , 该方法的主要缺陷是只能判断油井是否出砂 ,不能 给出定量结果 ,故无法计算最大的无砂产油速度 。 后来 ,Coast 等人提出“砂岩强度”测井模型 ,它利用 莫尔圆应力分析的方法描述了出砂的可能性与井眼 应力状态之间的关系[4 ] ,可用于产水量不大的油井 出砂预测 。沈琛等利用三轴试验提出了弱胶结砂岩 油藏岩石破坏准则及出砂预测方法[5 ] 。
斯伦贝谢法主要考察剪切模量与体积模量乘 积 ,石油勘探开发科学研究院应用此方法 ,将二者的 乘积定为 5. 9 ×107 M Pa 作为判断是否出砂的定量 指标 (临界门限值) [10 ] 。 3. 3 斯伦贝谢比
斯伦贝谢比值越大 ,岩石强度大 、稳定性好 、不 易出砂 ,反之易出砂 。 3. 4 声波测井法
声波测井法测出的声波时差值同岩石的孔隙度 有良好的对应关系 。较小的声波时差 ,代表低孔隙 度 、坚硬 、高密度岩石 ;较大的声波时差值 ,代表高孔 隙度 、松软 、低密度岩石 。通过出砂井的对比 ,可以 得出其出砂临界值 。 3. 5 地层强度法
预测出砂应考虑地层岩石的强度 ,可以通过剪 切强度与生产压差比较来确定某井的临界生产压 差 。20 世纪 70 年代初 , Exxon 公司开始寻求二者 之间的关系 ,发现当生产压差是岩石剪切强度的 1. 7 倍时 ,岩石开始被破坏并出砂[10 ] 。 3. 6 双参数法
多学科 ,我国的出砂数值模型预测方法尚属起步阶 段 ,需要作大量的研究工作 。现场观测法 、经验法 、 实验室模拟法和数值计算法各有其优势和局限性 , 单凭一种预测方法远不能作出准确预测 。
目前 ,出砂预测的发展方向是从定性到定量化 , 但各种方法相辅相成 ,互相补充 。预测结果的可靠 程度依赖于对所用方法的研究程度 。
摘要 :油井出砂是石油开采过程中遇到的重要问题之一 。文章介绍了国内外出砂预测的各种方法 、动向及成果 ,总
结了这些方法的研究现状 、应用水平与存在的问题 ,在研究应用方面提出了建议 。
关键词 :出砂预测 ;室内试验法 ;现场预测法 ;经验法 ;理论分析模型
中图分类号 : TE358 + . 1
文献标识码 :B
在无法取得大岩心的条件下 ,可以采用常规小 岩心模拟出砂试验 。该方法的缺点在于未考虑射孔 的影响 ,预测结果不够准确 。 4. 2 室内模拟实验
王建等建立了预测油层出砂状况的模拟实验方 法[12 ] ,该方法的模拟对象是采油井井壁炮眼处的地 层小单元 ,实验样品为制作成圆柱型的油层实际岩 样 。模型有两种类型 ,一种适用于低压试验 ,便于反 映出砂状况 ;另一种适用于高压试验 ,可以模拟改变 各种生产工艺参数对出砂状况的影响 。该方法在埕 岛油田出砂预测中取得较好的结果 。 4. 3 三轴试验及破坏模型
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油 气 地 质 与 采 收 率 2002 年 12 月
2. 3 综合测井法 现代测井技术给出了丰富的井下地层信息 ,利
笔者将目前国内外所应用的出砂预测方法进行 了归纳总结 ,希望为防砂工作起到一定的借鉴作用 。
1 概述
出砂预测方法的研究走过了漫长的发展道路 。 初期是通过岩心 、初始动态等生产资料进行预测 ,这 是出砂预测方法发展的第一阶段 。经过对岩石性质 如弹性模量 、剪切模量等的认识 ,找出了一个地区不 出砂的岩石特性临界值来预测出砂 ,这是出砂预测 方法发展的第二个阶段 ,其较为著名的方法就是组 合模量法和斯伦贝谢法 。20 世纪 80 年代以后 ,出 砂预测向实验室模拟研究[1 ] 和数值计算方向发展 , 从前两个阶段的定性研究转向定量的研究 ,可以得 出油气井不出砂的产量或生产压差临界值 。这是出 砂预测的第三阶段 。