摘 要：管外充填防砂和端部脱砂压裂一体化技术就是所谓的压裂防砂技术，这种技术能够实现一次性的管外充填防砂和层脱砂压裂，形成一个具有多级分选过滤的人工井壁通过裂缝支撑带和管外砾石层的作用。对于压裂防砂的技术来说，它对地层起到压裂解堵和改造的效果的同时，还能够实现防砂的功用，且地层水敏的难题可以通过采用以水锁剂为携砂液的方法来得以实现。

　　关键词：压裂防砂 解堵 改造油层

　　一、油井出砂原因

　　1.砂岩油层的地质条件

　　储层岩石的性质：从客观上来讲，油井出砂的主要原由是储层岩石的应力分布及其性质。岩石的胶结含量、类型及胶结方式就是所谓的储层岩石的性质，它影响着岩石结构的完整性。出砂的难易程度与接触式胶结的强度有关。

　　应力分布：在钻井的作业过程中由于应力的释放，砂层产生膨胀，造成颗粒坍塌，重排，砂层失去原有的稳定性；通过实验可知，将较高的应力加载给砂岩，出砂前就能承受比较高的流体流动速率。

　　对于采油的过程来说，由于流体压力在孔隙中的减小，在负荷实现流体向粒间结构上转移到的过程中，增加了粒间的轴向负荷，岩石受到应力的挤压作用也随之增了，压实了砂层，颗粒间的胶结被扰乱了，砂层失去原有的稳定性，进一步损坏了套管。

　　2.开采因素

　　油层出砂的主要原因是流体的流动作用在石油开采的过程中对颗粒的拖动力和对地层的冲刷。为了提高开采量，通过注水开发的方式实现油层见水后，流体的渗流速度也增大了，增大了生产压差，出砂程度也加剧了。地层水敏性的矿物会由于注水开发的缘故而膨胀松软、解体，进而消弱地层的强度，使出砂严重。

　　造成地层出砂的因素还有可能是：射孔密度过大、固井质量差，部分胶结物在油层含水后被溶解，突然变化的工作制度，岩石胶结强度降低。

　　二、压裂防砂技术

　　实现管外充填防砂与端部脱砂压裂的合二为一的技术被称作是压裂防砂技术。地层实现端部的脱砂压裂和管外充填，形成一个具有多级过滤的人工井壁，利用裂缝支撑带和管外砾石层的作用，最终实现油井的产量的提升、防砂时间增长的功效。

　　1.增产机理

　　1.1降低油层的表皮系数

　　由达西定律可知，圆形油藏中心一口井在供给压力不变的时的产量公式为：

　　产量公式

　　压裂防砂能带产生负表皮效应，超越近井伤害地。

　　依据产量公式可知，随s降低，qo增加。

　　1.2增强裂缝的导流能力

　　由麦克奎尔-西克拉提出的增产倍数的图版可知，油层的特性、裂缝的几何参数是主要影响油井产量增加的原由。只要油井在地层导流的能力与裂缝导流的能力两者的比值较低时，不管是高渗或者是低渗，都能够实现产油量的增加。

　　同等的条件下，油井增产的倍数会随着裂缝导流能力增高而增高，随着造缝长度的增长而增高。

　　要增加产量增加的倍数，对于高渗层来说，必须采用以提高裂缝导流能力的方式。

　　1.2.1无因次裂缝导流能力

　　压裂以后的产量公式：

　　限制压裂规模大小的条件下，且Cfd在产量公式中是不是一个确定的值，要实现J的值最大，只能让当最小时，根据Dominguez，Samaniegoh和Cinco-ley对有限导流所做的拟表皮曲线可得，对所有支撑剂、井与油藏，Cfd=1.6，才能实现压后的产量最大化。所以，因为较大的k值的原因，对高渗层来说，裂缝就需要短而宽。

　　式中：k油藏渗透率，裂缝渗透率，w平均缝宽，裂缝半长。

　　1.2.2裂缝宽度

　　充填砾石的铺砂浓度、粒径、分选等方面对裂缝渗透率有直接的影响，当确定这些方面变化的范围不大时以后。因此，只有增加缝宽w才能提高裂缝导流能力。

　　1.2.3缝内净压力

　　根据岩石变形物质的平衡方程：

　　根据上式可知，在确定了裂缝长度的情况下，对地层施加一定的应力后，增加缝宽的行之有效的方式就是增高缝内的压力P值，而实现它的方式就是端部的脱砂。

　　压力损失是流体在高速流动孔隙的介质中的时产生的，通常它不满足达西定律，压降由流体的非达西流动形成，它与紊流速率、系数的平方存在成正比，流速受到裂缝的宽度的影响，能对非达西造成降低4倍的影响，能对裂缝的宽度产生增加2倍的影响。

　　3.减小非达西流的影响

　　流体在油井产量很高时在孔隙介质中的流动不满足达西定律，非达西流二项式在流体力学中的表示为：

　　非达西流

　　根据上述二项式可知，如果产量值很小的情况下，可忽略不计平方项，即达西渗流公式，如果产量值很高情况下，不容忽略平方项。压力的降低则通过非达西流动的高速流动来实现的，此时的压降同紊流系数D、速率的平方存在正比的关系，这可实现非达西降低4倍的影响，流速受到裂缝宽度的影响，以及使裂缝宽度增大2倍的影响。

　　二、防砂机理

　　1.对压降漏斗实现有效的延缓，减少地层砂的受力。

　　原油在离油井较紧的时候发生较大的压力变化，是由于在径向流状态时，它会以辐射形式从距离远的地方向井下渗透流动，从而一个漏斗形状由于井壁周围压降的变化而形成，也就是说压力梯度的大小距离井壁越近越大。由于压力分布的特点，在井底附近区域大部分的井底和供给的边缘间的压力差值被抵消掉了，而在开采过程中，钻井过程的应力集中该区域，很可能造成内部结构的破坏而出砂。

　　渗滤的面积由于地层的压裂造缝提高了，同时让离油井进的区域的液流成为线性流，在油井底部附近的压降曲线变化的平和，造成与未改造井相比，压裂井的梯度压力减少了很多，所以减小了施加在地层砂上的应力。再者，井底的流压由于地层泄流原油的范围增长到地层内部的缘故提高了，生产压差也因此降低了，原油的渗流阻力也降低了。

　　2.裂缝减少了流体携带与冲刷的效果

　　流速决定了流体对岩石颗粒的携带、冲刷作用，冲刷的程度会随着流速增大而增大，也会使出砂越严重。压前径向流：

　　压后双线性流：

　　因为xf》r，即使Q>Qr，也使v<　　3. 防砂要求与砾石的排列结构的关系

　　利用压裂防砂时，如果顶端达到脱砂的情况时，静压力在缝内也逐渐增大，裂缝也随之变宽，造成浓度高的砂浆的压实，失水，稳定的六面体形状得以形成，因此地层中的细砂进入井眼得到了有效地挡住，同时由于类似石英砂的砾石的填充作用使地层得到了有效的固定。

　　由单一颗粒形成的岩石，θ为菱形体的倾角，R是球型颗粒的半径，砾石 “立方体排列”，θ=90o，孔隙度Ф=47.6%，孔喉半径r为：

　　“平行六面体排列”压裂充填防砂，θ=60o，孔隙度

　　Ф=25.95%，孔喉半径r为：

　　4.形成多层防砂井壁

　　在进行作业的过程中，将地层的缝隙压开的同时对顶端的脱砂，并使管内部环空的在高压环境下完成填充，阻挡对压裂砂，地层微小颗粒的桥堵利用裂缝的支撑作用带实现，组成一个地层缝隙的支撑剂和管内的砂砾填充带形成的具备多个级别的过滤的人工的井壁，达到有效的滤砂、挡砂效果。

　　三、结论

　　采取压裂防砂的技术它对地层起到压裂解堵和改造的效果的同时，还能够实现防砂的功用，且地层水敏的难题可以通过采用以水锁剂为携砂液的方法来得以实现。因此，压裂防砂的技术是目前一项比较成熟的防砂技术，特别值得推广。