库车前陆盆地致密砂岩气藏出砂预测及防治

彭芬，袁学芳，张杨（中石油塔里木油田分公司油气工程研究院，新疆 库尔勒841000）

娄尔标，曹献平 （中石油塔里木油田分公司油气工程研究院，新疆 库尔勒841000）

库车前陆盆地地质构造非常复杂、地应力强（最小水平主地应力梯度21MPa／km）、地层压力系数1.8，气井目的层系为古近系和白垩系砂岩，目的层埋藏近7000m［1］，属于典型的超深、超高压、低孔、低渗储层，且单井建井成本高，只有在较高的生产压差下才能获得经济配产，生产压差过大会增加地层出砂的风险，库车前陆盆地多口气井在测试中出现了不同程度的出砂现象（见表1）。储层出砂，产出的砂粒堵塞测试管柱，增加了破坏井筒完整性的风险，影响气井生产的经济效益［2］。根据现场大量油气井生产资料得出［3］，传统临界值不适用于库车前陆盆地致密砂岩气藏的出砂预测。笔者通过气井试气出砂情况分析，修正了B指数法和声波时差法的临界值，应用德鲁克－普拉格准则计算生产压差临界值，将出砂井的生产压差控制在临界生产压差内，使出砂情况得到了明显改善。

表1 试气生产中的出砂情况

1 修正的出砂预测法

1.1 修正的B指数法

B指数法（出砂指数法）［4］是基于储层段的岩石力学特性来预测出砂：

表2 不同B指数临界值预测的出砂情况

式中，E为弹性模量，Pa；μ为泊松比，1。传统经验认为，当B＞2×104MPa时，生产过程中不易出砂，且B值越大，潜在出砂风险越小。

基于式（1），笔者利用测井资料计算了库车前陆盆地4口井（DX1、DX2、WX1和WX2）的B指数值，该4口井储层段B指数值均大于经验B指数临界值2×104MPa，预测试气过程中地层不会出砂，而实际试气中有出砂现象，将B指数值修正到4×104MPa时，小于该修正值的层段会出砂，符合测试情况（见表2）。

1.2 修正的声波时差法

声波时差［5］能够反映岩石成岩效果及其力学性能，声波时差值越低，岩石越致密，力学稳定性越佳，经验认为声波时差值小于90μs／ft时，生产过程中出砂的潜在风险越小。

库车前陆盆地储层特点是低孔、低渗，岩石强度高，声波时差值偏低，均小于经验临界值90μs／ft，预测试气中地层不会出砂，与实际情况不符，若将声波临界值修正到75μs／ft，大于该临界值的层段会出砂，与试气过程出砂现象相符合（见表3）。

表3 不同声波时差临界值预测的出砂情况

2 临界生产压差的计算

临界生产压差指地层在不出砂的情况下承受的最大压降，气井临界生产压差计算中不仅要考虑岩石强度，同时要兼顾构造应力及地层孔隙压力的影响［6］。

气井井壁围岩应力状态方程：

依据德鲁克 －普拉格准则，临界生产压差为［7］：

其中：

式中，B为出砂指数，MPa；σr为储层基岩受到的径向应力，MPa；σθ为储层基岩受到的周向应力，MPa；σz为储层基岩受到的垂向应力，MPa；σH为储层最大水平主应力，MPa；σh为储层最小水平主应力，MPa；σv为储层上覆地层压力，MPa；θ为井周角，（°）；pw为井底流压，MPa；pp为地层孔隙压力，MPa；α为Biot系数；φ为岩石内摩擦角，（°）；σc为岩石抗压强度，MPa。

试气中制定的生产压差低于临界生产压差时，地层出砂现象能得到有效预防。

3 现场实例

采用修正的出砂预测方法对DX3和DX4井进行出砂预测，并计算2口井的临界生产压差，通过调整生产压差来改善出砂情况（见表4）。

表4 出砂预测和生产压差制定

由表4可知，DX3井储层段B指数值大于修正值，声波指数值小于修正值，预测试气过程中不会出砂，DX4井试气段（5900～5950m）B指数值小于修正值，声波时差值大于临界值，预测地层有出砂现象，符合实际情况。

基于式（3），利用2口井储层段的岩石力学和测井资料，得到了其储层段的临界生产压差（见表4），DX3试气生产压差小于临界生产压差，试气中没有出砂现象，而DX4储层段（5900～5950m）的试气生产压差大于临界生产压差，将生产压差降低到15MPa后，该井储层段没有出砂现象。

4 结论

1）常规的经验出砂预测方法不能准确对库车前陆盆地气井出砂情况进行判断，说明传统经验值不适用库车前陆盆地裂缝性致密砂岩储层，若将B指数法的临界值修正到4×104MPa，声波时差法的临界值修正到75μs／ft，修正后的经验方法预测结果与实际生产出砂情况相符合。

2）库车前陆盆地气井目的层岩石强度较高，试气的生产压差大，通过计算临界生产压差公式调整生产压差后，能有效地防止地层出砂。

［1］ 周新源，皮学军，廖涛 .塔里木盆地库车坳陷油气聚集模式 ［J］.中国石油勘探，2000，5（2）：18－20.

［2］ 何生厚，张琪 .油气井防砂理论及其应用 ［M］.北京：中国石化出版社，2003：57－58.

［3］ 朱德武 .出砂预测技术进展 ［J］.钻采工艺，1996，19（6）：23－26.

［4］ 杨志彬 .砂岩油藏出砂预测技术 ［J］.南方油气，2003，16（2）：58－60.

［5］ 张锦宏 .利用声波测井资料预测油井出砂的问题研究 ［J］.江汉石油学院学报，2003，3（2）：48－50.

［6］ 赵彩庭，邓金根，王利华 .砂岩气藏出砂临界压差预测方法 ［J］.长江大学学报（自科版），2011，8（6）：44－46.

［7］ 娄一珊，金业权 .岩石力学与石油工程 ［M］.北京：石油工业出版社，2006：154－162.