油井不仅生产石油,有时还会产出一些砂子,这些砂子是从哪儿来的呢?地层中的砂子往往会“不老实”,有的砂粒就会离开岩层进入井筒,随着采出的油一起跑到地面,这种现象称为油井出砂。
为啥油井会出砂呢?出砂的原因与储层岩石成分和结构直接相关。油井出砂的主要储层类型是砂岩储层,这类储层一般由石英、黏土、碳酸钙等矿物组成,石英是其主要成分,形成岩石骨架,并由黏土等将骨架胶结起来,组成“骨架笼子”,把砂子固定住形成岩石储层。骨架胶结不好或胶结不牢,在原油开采过程中遇到外力冲击,砂子就会脱离胶结物的束缚跑出来,造成油井出砂。当然除了储层出砂,水力压裂形成的人工裂缝中的支撑剂也有可能返流到井筒。
外力越大,砂子“出笼”的可能性就越大。在油井开采过程中,这个外力是由油气的高速流动产生的。油井的产量越高,井底油流的速度就越快,砂子就越容易“跑”出来。
影响油井出砂的因素主要有地质、岩性、工程三大类,各因素相互作用、相互影响,出砂机理、出砂量、防砂工艺也各不相同,所造成的危害也有差异。
地质因素是油井出砂的主要因素,包括岩石在地下的受力状态、地层压力、地层温度、地质构造等,这些因素依靠人力是无法改变的,我们只能充分利用这些因素来改变出砂现状。储层岩石性质也是造成出砂的重要因素,岩石强度、黏土含量、石英长石比例、分选度、粒径和形状、压实程度、孔隙度、渗透率等都会影响岩石的性质。完井类型、井身结构(井深、井斜、方位、井径)、增产措施、开采工艺、开采阶段、生产制度(流速、生产压差及流量)等工程因素都是影响出砂的重要因素。
出砂有啥危害呢?危害还真是很大。第一类危害是地面上能看得见的危害,就是油流过的设备、管线,高流速的管线带砂子跑过去,就会磨损和腐蚀这些接触的材料。这些磨损会缩短设备、管线的寿命,增加开采石油的成本。第二类危害是对看不见的井筒内设备的危害,这些砂子会磨损甚至损坏井下的设备,包括采油用的泵筒与柱塞,使得泵出的油越来越少,造成油井减产或停产。第三类危害仍然是我们看不见的井筒,由于出砂使井眼周围的岩石稳定性大大降低,进而挤毁井眼内的套管,导致套管被挤变形甚至挤断,最终使油井报废。
防砂有好办法吗?答案是有!针对油井出砂机理采取有效的防砂措施对出砂问题进行预防,防砂方法既有化学的,也有物理的,还有机械的。
化学防砂,就是采用化学方法向地层挤注可使地层砂黏结在一起的各种液体化学物质,在井筒周围形成一道坚固的人工井壁,将可移动的砂阻隔在油井以外。新形成的人工井壁有比地层大得多的强度,可抗住油流的冲刷,从而达到防止地层出砂的目的。
热力焦化防砂,其原理就是加热井筒周围的油层,促使原油在砂粒表面焦化,形成具有胶结力的焦化薄层,起到防砂作用。
机械防砂,就是在油层部位设置一个可挡住地层砂通过的网状工具,通常使用绕丝筛管,并在工具以外填充砾石。这些工具耐冲刷强度远大于地层,又有着允许油通过的能力,可达到防砂采油的目的。
还有一种比较特殊的防砂工艺,不但能够防住砂,还能提高产量,这种工艺叫作压裂防砂。通过高速流动的高黏液体携带特殊工艺处理的人造砂子从井口经由井眼泵送到地层里面,这些特殊类型的人造砂子表面涂有胶结物质,最后固化在井眼附近,建立起来一个人造砂子“手拉手”的屏障,这种屏障具有较强的渗透性,只允许油流通过,将屏障以外的砂子挡住,阻止它进入井筒。在选择防砂工艺时,石油工程师会根据油井内实际情况,选择合适的防砂方法。