摘要：在疏松砂岩油井生产中，常规防砂技术一定的局限性，无法提高油井的生产效率，但提高生产效率又与控制油井出砂存在相冲突的问题。压裂防砂技术是目前解决这一问题的重要方法，但是在实际应用中无法适用于所有的油井，需要根据油井的实际情况进行调整。因此文章主要针对油井压裂防砂工艺技术原理及其应用展开分析。

关键词：油井压裂防砂工艺；生产安全；应用策略

出砂是疏松砂岩油井开采过程中经常会出现的问题，目前我国大型油田都已经进入开发晚期，提升产量的难度大，尤其是出砂问题，已经严重限制油田开采的发展。目前油井防砂已经从单纯的防砂模式进行调整，引入了先进的压裂防砂技术[1]。目前该技术在国外已经得到了推广应用，而我国的应用时间短，因此仍旧存在一些问题，需要提高对压裂防砂技术的认识，从而在实际生产中合理应用，从而提高油井生产的效率。

一、压裂防砂工艺的应用价值

我国油田中疏松砂岩的储量大，并且广泛分布在全国各地，例如河南油田、大港油田、克拉玛依油田、辽河油田等[2]。从国外油田分布来看，疏松砂岩所占比重也较高，例如美洲的利贝拉油田、墨西哥的港湾区油田、非洲的尼日利亚油田。在疏松砂岩油井的生产过程中，出砂具有较大的影响，可出现在钻井作业、日常生产、修井等各个环节，并且稠油油藏的出砂问题比较常见[3]。出砂发生之后，一方面砂砾可能会堆积在油井形成堵塞通道，导致油井产量下降，另一方面清砂作业又会增加生产成本，并且严重时还会造成井壁坍塌的情况发生，导致油层被埋，使得油井停产，增加了生产难度与成本支出，影响油田企业的经济效益[4]。

随着现在我国油田进入开发后期，出砂油井数量以及出砂程度都在不断升高，严重影响生产效率和经济效益，成为制约我国油田生产发展的重要问题[5]。在此背景下，如何预防出砂，降低其影响，提高油井的生产效率，成为学界需要解决的重要课题。对于疏松砂岩油井生产来说，常规的防砂技术如遮挡、封堵等方法，虽然有一定的效果，但是其在预防出砂的同时也会降低油井的产能，导致增产与防砂之间出现了矛盾[6]。压裂防砂技术是目前解决出砂问题的重要技术，在疏松砂岩油井生产中具有较好的应用效果，能够兼顾油井的产量以及出砂的防控，既可以预防油层出砂问题，又可以提高油井的产量，因此具有较好的经济效益。

二、压裂防砂技术的原理

压裂防砂技术主要可分为造缝→脱砂支撑→最终填充这三个阶段，其主要原理是通过造缝泵注大量的压裂液，从而形成人工裂缝沟通油层，然后在脱砂支撑阶段注入携砂液，从而控制压裂液脱砂沉降幅度，从而制造人工砂桥，可以预防出砂并且达到疏通油流的效果，在填充阶段，需要根据出砂以及产量情况，选择出砂严重的地层，使用管柱填充或树脂结砂等方式，避免返吐的情况发生，同时提供更好的支撑力，若地层的强度较高，可不附加支撑物[7]。压裂防砂技术在实际生产中具有较好的应用前景，可以增加油井的缝长、缝宽，从而提高生产效率。常规防砂技术不但无法克服油井固有杂质的影响，还会导致产能进一步下降，为了确保生产的稳定性需要维持生产压差，但是这样又会造成地层砂不断进入油井，并且导致产能进一步下降。而压裂防砂技术的应用可以有效弥补这一缺陷，既能够防砂，又不会影响产能，具有较好的应用效果[8]。由于裂缝支撑作用，即使是中高渗透度的油藏，应用该技术也可以获得较好的效益，对于出砂严重的油井，也可以显著提高生产效率。但是在实际应用中发现，如果生产压差降低幅度过大，会影响压力梯度，因此要想达到较好的应用效果，需要保持生产压差，避免压力梯度波动幅度过大[9]。压裂防砂技术应用之后，压裂裂缝可以穿透堵塞的污染带，将流体从径向流转变为双线性流向，不但可以提高产能，还可以避免对岩石骨架的影响，从而降低出砂风险。

三、压裂防砂技术的国内外研究

压裂防砂技术主要是从水力压裂技术上改良而来，在1960年，美国专家Crittendon对传统水力压裂技术进行总结，认为高导流能力的支撑裂缝可以获得更高的产量。但是受到压裂设备与压裂液技术的限制，很难在实际生产中应用，通常都是采取常规加砂压裂联合环空砂石填充的改良方法[10]。随着科学技术的不断发展，美国油田生产中首次提出了控制压裂液脱砂的施工技术，虽然有一定的防砂效果，但是由于缺乏理论指导，应用效率不高。1983年有学者提出使用超高砂比压裂来提高支撑裂缝的产能，其主要是通过预处理、前置液、泵注携砂液等方式，从而提高支撑剂的浓度，在实际应用中表现出较好的应用效果。之后有学者展开了进一步的研究。1984年学者Smith指出可以通过低浓度携砂段、脱砂后增加泵注量来提高压裂效率。随着相关理论的完善与实际应用的增多，压裂防砂技术不断的改进和完善[11]。1991年有学者从防砂技术出发，提出了压裂砂石填充这一概念，可以将其分为脱砂与裂缝膨胀、填充与支撑的分段施工模式。进入21世纪之后，压裂防砂技术逐步完善，并出现了许多新的技术，在国际石油企业中获得了广泛应用，此时我国也引入了该技术，并将其称之为第三代压裂技术。

虽然我国应用时间短，但是在实际应用中获得了快速的发展，1999年我国学者宋有贵等人在大港油田的实践活动中发现，压裂填充可以有效降低地层砂受力，从而提高防砂效果。2002年邓金根学者通过模拟计算发现，定向射孔相比于螺旋射孔更适合在弱胶结砂中应用，可以提高主裂缝的平整度[12]。2003年敖西川等人用静压力、滤失模型为基础制作几何数学模型，用于计算顶部脱砂裂缝的尺寸，并且表现出较好的应用效果。2004年张静等人通过对比观察发现，胶液填充液更适合低渗透率油层，而盐水填充液则更适合高温环境地层。随着我国对该技术研究的深入，我国压裂防砂技术的研究进入新的阶段。例如双线流动模式的提出，其主要基于地层流体流入井底可分为三个阶段，第一阶段主要是以径向或椭圆径方式流入，第二阶段这是沿着垂直于裂缝的方向线性流入，第三阶段这是沿着裂缝直线流入，由于第一二阶段很难划分，因此通常将其合为一个阶段，并且简化之后就是垂直于裂缝的直线，从而第三阶段形成两端相交的直线流，因此被称为“双线性流动模式”，能够为压裂防砂的理论与实践提供良好的指导。

四、我国常用的压裂防砂技术

1.高砂比压裂技术

1972年德克萨斯油田提出了一项压裂实验，虽然实验未获得成功，但是为高砂比压裂技术的提出提供了良好的支持。1976年墨西哥南部的Blanco油田首次进行了高砂比压裂实验，其主要理念是通过泵入大量的前置液，从而形成一定宽度的裂缝，然后泵注高浓度的携砂液，从而让支撑剂在缝隙内保持悬浮状态并填充缝隙，使缝隙具有一定的导流能力[13]。1983年超高砂比压裂理念的提出，主要是通过提高缝隙单位面积中的支撑剂浓度，并且在压裂之前进行预处理，从而清除油井中的堵塞以及沉积物，从而降低支撑剂通过孔眼时出现的沉降，避免携砂液泵注之后堵塞孔眼的情况发生。同时通过增加前置液的泵注量，提高裂缝宽度，并且可以让泵注的携砂液更好的填充缝隙，从而提高其导流能力，可以提高防砂效果。

2.裂缝尖端脱砂技术

裂缝尖端脱砂技术主要是由美国学者Smith在1987年首次提出，主要是通过形成短而宽的缝隙来达到防砂的效果。有学者认为使用该技术可以降低流体的流态与流速，并且可以适用于弱固结地层，联合砂石填充可以提高防砂效果。该技术在实际应用中主要是分为顶部脱砂、裂缝膨胀与填充两个环节，在模拟实验中表现出较好的效果，并且已经在实际生产中推广应用。

3.三维裂缝扩展模型

根据线性压裂液的特征，有学者认为可以采取幂律流体的数学模型来描述滤失机理，使用二维裂缝延伸模型可以模拟脱砂前裂缝的几何形状与压力变化，并用物质平衡模型来观察形状的变化，在裂缝膨胀过程中，其体积的变化等于注入压裂液量减去滤失量[14]。关于压裂填充的研究，目前已经从而二维扩展到三维模型，相比于二维模型来说，三维模型更加准确，并且可以拓展到硬岩层中，但是由于低模数的存在，实际处理处理中仍旧存在偏差。有学者通过室内模拟实验，提出了三维裂缝扩展模型，主要是根据裂缝启裂以及延伸规律制作数学模型，并结合地应力、地层强度、射孔方法对裂缝扩展的影响进行逐一分析，并且认为定向射孔的效果更加理想。

五、压裂防砂技术的改进策略

1.开发高性能的压裂防砂管柱

在压裂防砂技术改进过程中，高性能压裂防砂管柱开发具有重要的作用，目前主要是考虑一体化管柱的改进，在不取出管柱的情况下进行防砂填充，既提高防砂效果，缩短施工周期，又可以降低成本，具有较好的应用价值。在开发过程中需要注意以下几点：管柱需要能够充分发挥对上部套管的保护作用，确保其在高压环境中安全使用；在实际使用中需要完成砂石填充施工，从而确保施工的连续性，避免引起地层振动，增加出砂情况，并且可以保护顶部脱砂压裂效果，形成理想的裂缝；管柱施工要操作简单，避免长时间施工导致携砂液被污染；最好要一次性完工，避免增加施工负担。例如可以采取悬挂密封设计，从而组成组合式的结构；或者是采取内通径的设计，满足高砂比压裂技术的要求。在结构设计过程中可以采取循环转换装置，实现一次性施工，例如压裂施工结束之后进行砂石填充。

2.研发高性能填充材料

压裂防砂技术需要在形成缝隙，并且要确保裂缝短而宽、，从而提高顶部脱砂效率，因此对于填充材料有着较好的要求，填充材料需要满足施工工艺的要求，还要满足改造地层的要求。携砂液是压裂防砂施工中的重要材料，降低携砂液的污染程度可以有效提高该技术的实施效果。压裂防砂技术对于携砂液的要求主要包括：具有较好的携砂能力；减少对地层的污染；可以有效控制滤失速率，从而提高裂缝的形成效果。因此无害化的携砂液是目前压裂防砂技术研究的重要方向。例如目前使用的FPF无聚携砂液是一种高效的携砂液，并且具有较高的安全性，可以避免对地层的二次伤害。

3.加强实际应用管理

虽然压裂防砂技术在实际应用的较为广泛，但是由于我国应用时间短，仍旧滞后于欧美国家，并且在实际应用中由于施工人员的专业素养不高，会影响压裂防砂技术的应用效果。因此在实际应用中还需要加强施工人员的专业培训，提高对该技术的认识，从而加强对施工关键环节的控制，提高其应用效果，确保裂缝的正常扩展，从而达到较好的防砂效果，确保油井生产的稳定性。

结束语

压裂防砂技术相比于传统的防砂技术来说，在疏松砂岩油井开发中具有较好的应用效果，不但具有较好的防砂效果，不会影响生产效率，同时还可以提高产能，具有较好的应用价值。但是由于我国应用时间短，仍旧存在一些问题，需要加紧技术与设备的开放与改良，从而提高该技术的应用效果，提高油井的生产效率，从而推动我国油田企业的可持续发展。

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