出砂地层类型与特征

根据地层砂胶结强度的大小出砂地层分为三类:脆性砂地层、部分胶结地层和流砂地层。不同地层出砂量随时间变化规律不同。

1、脆性砂地层(中等胶结)

脆性砂地层也称易碎砂地层,有较多的胶结物,是中等胶结强度的砂岩。地层流体产出时,能在地层上把地层砂粒冲刷下来。 脆性砂地层的出砂规律如图 9-1-1所示。这种地层开始投产时出砂几天或几周,然后忽然出砂量大减,几乎是无砂产出,此时,产量有可能会上升,但到一定的时候有可能重新出砂。这是因为:在出砂过程中,井眼外部地层冲蚀空穴突然增大,流面积成倍增加,使地层流体的流速大幅度,致使出砂量明显下降。随着油井条件变化,又会形成新的出砂环境而开始出砂。当单位过流面积上的流体速度达到一定数值时,又会出现地层砂大块垮塌,过流面积倍增而停止出砂,出现另一个周期,周而复始任其发展,洞穴越来越大,到一定程度,就有可能形成灾难性的地层坍塌,使油气井套管变形而报废。

此类地层的裸眼砾石充填完井成功率很高,这是由于裸眼井筒直径大,过流面积大,地层流体流速低, 对地层层面的冲蚀力较小。同样道理,在套管内砾石充填完井时,采用大直径高密度射孔技术,也将减少流体对地层层面的冲蚀,有利于油气井防砂。

2、部分胶结地层(弱胶结)

这种地层含有胶结物数量少,胶结力弱,地层强度低。如果不防砂,投产以后,地层砂会在炮眼附近剥落,逐渐发展,形成洞穴。这些剥落的小团块地层砂进入井筒,极易堵塞油管,掩埋油气层。所以,这种对地层必须采取防砂措施。随着产层压力递减,作用在承载骨架砂粒上的负荷逐渐增加, 出砂情况日趋严重。如不及早加以控制,那么产层附近泥岩、 页岩夹层也会因空穴加大而剥落,造成近井区域泥岩、页岩和砂岩三种剥落物互混,渗透率降低,产量下降。其发展,有可能造成地层坍塌,盖层下沉,套管损坏,油气井报废的严重后果。

3、流砂地层(未胶结)

流砂是指没有胶结的地层砂,即地层中没有有效的胶结物。流砂地层的聚集依靠很小的流体附着力和周围环境圈闭的压实力。这种地层极易坍塌,钻具难以顺利通过,不能采用裸眼砾石充填完井方法。油气井完井以后,一旦开井投产便立即出砂,并连续不断地出砂。

4、油气井出砂规律(生产制度)

出砂严重会造成井下工具损坏或井眼堵塞,导致油气井减产或者停产。研究发现,轻微出砂会对油气井产能带来一些有利的影响,其机理主要有以下两个方面: 一方面,一定粒度大小的砂粒随流体产出能够疏通孔道, 改善近井地带储层物性,提高油井产能。细粉砂对油层渗透率的影响较大,依靠原油的携砂能力,从近井地带排走细粉砂,使地层孔道得到疏通,进而改善近井眼油层物性。 另一方面,如果允许地层微量出砂,就可以适当放大生产压差,油井产量从而得到提高。同时,由于允许地层微量出砂,也可适当放宽挡砂精度,降低由于防砂带来的表皮系数,提高油井产能。 油井临界出砂产量随着地层强度的提高而不断增大,在不破坏岩石骨架和只允许微粒产出的前提下,允许微量出砂的产量上限和地层强度也有相似的关系。