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【摘要】使用动态射孔完井出砂预测模型，对产量与地层出砂之间的关系进行深入研究，建立了一整套可预防出砂的采油方案设计方法，该方法可以根据井射孔段附近的地质条件以及流体物性条件下得出该井在不出砂前提下的产量取值范围，并由此进行不出砂时的抽汲参数优化设计。通过实例计算表明了在对潜在出砂井的设计中，限制产量对防止油井出砂确实具有重要意义，该设计方法对疏松砂岩油藏射孔完井井型的采油方案优化设计具有一定的指导意义。
【关键词】防砂 预测模型 有杆泵 优化设计 射孔完井
油井出砂，易形成油层砂埋或油管砂堵使油井停产；使地下及地面设备严重磨蚀、砂卡；出砂严重时还会引起井壁坍塌而损坏套管致使油井报废。因此，防砂是一项十分重要的工作。一般对于疏松砂岩油藏，引起油井出砂的主要因素有两个，即地质条件和开采因素。 砂岩油层的地质条件，主要包括油层的应力状态、岩石的胶结状态以及渗透率等；而开采因素则是人为可控的因素，在油藏开发过程中，固井质量差、射孔方案的制定或者油井工作制度选择得不合理以及频繁而又低质量地修井作业都可能引起油气井出砂。
以中国某油田为例，该油田油藏平均埋深深达5700m左右，油层温度140℃，初期地层压力62MPa。油藏储层为河砂岩，为属具层状特征的块状底水油藏。开发初期，因对其层状特征认识不足，采用底部注水补充油藏能量但并未及时得到补充，致使自喷生产期未达到设计指标，于是很快就转入机采生产。 油田产量回升，但随之含水上升速度加快，油层出砂加剧。 油田生产已到了难以维持的地步。 由此可见，合理的开采制度对于易出砂区块的开发生产具有十分重要的意义。
在油井的生产过程中，流体渗流而产生的对油层岩石，特别是近井地带岩石的冲刷拖曳是油层出砂的重要原因。 对于一口已完成固井射孔的井来说，生产压差越大，流体渗流速度越高，井壁附近流体对岩石的冲刷力就越大，从而使油层出砂的可能性增加。因此，制定合理稳定的排采制度能够有效地预防减少出砂的风险。
1 油井出砂预测模型
出砂预测技术主要是建立在岩石力学和渗流力学相结合的基础上，一般认为，岩石的出砂主要是由于岩石发生塑性变形后，砂体脱落流出并带入井筒。 假设地层最大原地剪应力由抗剪强度决定的，在假设地层处于剪切破坏临界状态基础上给出了地应力的计算模式；它不仅考虑了中间主应力的影响，还考虑了静水压力的作用，在国内外岩土力学与工程的数值计算分析中广泛应用。
目前国内的出砂预测技术发展很快，对射孔完井预测模型来说，在假设射孔沿最大水平地应力和最小水平地应力两个方向的前提下，通过对射孔孔壁地应力分布的研究，建立了油井出砂预测模型，以井眼围岩应力场对射孔孔道稳定性的影响为基础，考虑变温应力和流体对岩石拖曳力的影响，建立一种动态射孔完井出砂预测模型，并在文献中论证了考虑井壁附近井液拖曳力对井壁稳定性的影响的模型比常规模型更准确。
2 基于防砂的采油方案优化设计方法
当已知油井有出砂的可能时，制定合理的采油设计方案主要从两方面考虑。 首先，建立一套合理稳定的排采制度可以减少因更换工作制度而对射孔段造成冲击，因为开始生产以及停产时突然建立压差将会对地层造成比正常生产严重得多的冲击；其次，当油井有出砂的可能时，应该适量减小产量，而不能一味地追求高产而造成井下出砂。综上所述，考虑预防出砂的有杆抽油系统设计方法可按如下步骤进行：
（1）绘制IPR曲线1；
（2）根据出砂预测模型计算出砂指数-井底流压关系曲线2；
（3）由1与2确定该井的临界井底流压P；
（4）以某一略小于P的井底流压为起始点，查找曲线1上对应的产量作为指定产量Q，应用多相管流公式计算井筒中的压力分布，直到压力低于保证最低沉没度的压力为止；
（5）计算沿井筒流体的充满系数分布，绘制曲线3；
（6）由3选定充满系数及泵吸入口压力，确定出下泵深度；
（7）初设抽油杆直井从井口回压向下进行杆管环空多相流计算，确定杆柱载荷；
（8）给定泵径和初定泵效，确定冲程和冲次：
（9）进行杆柱设计。
图1中曲线1为IPR曲线，曲线2为出砂指数+井底流压关系曲线，曲线3为井筒压降分布曲线，曲线4为延井筒分布的曲线，图中阴影部分为易出砂区，在设计时应避免使用该区域的产量作为设计的目标产量。
3 结论与认识
（1）对于易出砂油田而言，基于防砂预测技术进行采油方案设计是系统防砂工作的重要组成部分。
（2）以井眼围岩应力场对射孔孔道稳定性的影响为基础，考虑变温应力和流体对岩石拖曳力的影响建立的动态射孔完井出砂预测模型是一种较准确的出砂预测模型，用于判断地层是否出砂有较高的准确性。
（3）在做易出砂井的优化设计方案时，不能单凭该井产能来设定目标产量，除此之外，还应该根据产能与出砂可能性的关系，适量地减小目标产量，从而达到防砂的目的。 需要补充的一点是，在进行出砂预测时，必须考虑到有杆泵是半程出油，因此预测模型中当量产量为实际产量的两倍的问题。
参考文献
[1] 张琪.采油工程原理与设计[M].北京：中国石油大学出版社，2006
[2] 雷征东.射孔完井出砂预测新模型及其在射孔优化中的应用[J].石油钻采工艺，2006
【关键词】防砂 预测模型 有杆泵 优化设计 射孔完井
油井出砂，易形成油层砂埋或油管砂堵使油井停产；使地下及地面设备严重磨蚀、砂卡；出砂严重时还会引起井壁坍塌而损坏套管致使油井报废。因此，防砂是一项十分重要的工作。一般对于疏松砂岩油藏，引起油井出砂的主要因素有两个，即地质条件和开采因素。 砂岩油层的地质条件，主要包括油层的应力状态、岩石的胶结状态以及渗透率等；而开采因素则是人为可控的因素，在油藏开发过程中，固井质量差、射孔方案的制定或者油井工作制度选择得不合理以及频繁而又低质量地修井作业都可能引起油气井出砂。
以中国某油田为例，该油田油藏平均埋深深达5700m左右，油层温度140℃，初期地层压力62MPa。油藏储层为河砂岩，为属具层状特征的块状底水油藏。开发初期，因对其层状特征认识不足，采用底部注水补充油藏能量但并未及时得到补充，致使自喷生产期未达到设计指标，于是很快就转入机采生产。 油田产量回升，但随之含水上升速度加快，油层出砂加剧。 油田生产已到了难以维持的地步。 由此可见，合理的开采制度对于易出砂区块的开发生产具有十分重要的意义。
在油井的生产过程中，流体渗流而产生的对油层岩石，特别是近井地带岩石的冲刷拖曳是油层出砂的重要原因。 对于一口已完成固井射孔的井来说，生产压差越大，流体渗流速度越高，井壁附近流体对岩石的冲刷力就越大，从而使油层出砂的可能性增加。因此，制定合理稳定的排采制度能够有效地预防减少出砂的风险。
1 油井出砂预测模型
出砂预测技术主要是建立在岩石力学和渗流力学相结合的基础上，一般认为，岩石的出砂主要是由于岩石发生塑性变形后，砂体脱落流出并带入井筒。 假设地层最大原地剪应力由抗剪强度决定的，在假设地层处于剪切破坏临界状态基础上给出了地应力的计算模式；它不仅考虑了中间主应力的影响，还考虑了静水压力的作用，在国内外岩土力学与工程的数值计算分析中广泛应用。
目前国内的出砂预测技术发展很快，对射孔完井预测模型来说，在假设射孔沿最大水平地应力和最小水平地应力两个方向的前提下，通过对射孔孔壁地应力分布的研究，建立了油井出砂预测模型，以井眼围岩应力场对射孔孔道稳定性的影响为基础，考虑变温应力和流体对岩石拖曳力的影响，建立一种动态射孔完井出砂预测模型，并在文献中论证了考虑井壁附近井液拖曳力对井壁稳定性的影响的模型比常规模型更准确。
2 基于防砂的采油方案优化设计方法
当已知油井有出砂的可能时，制定合理的采油设计方案主要从两方面考虑。 首先，建立一套合理稳定的排采制度可以减少因更换工作制度而对射孔段造成冲击，因为开始生产以及停产时突然建立压差将会对地层造成比正常生产严重得多的冲击；其次，当油井有出砂的可能时，应该适量减小产量，而不能一味地追求高产而造成井下出砂。综上所述，考虑预防出砂的有杆抽油系统设计方法可按如下步骤进行：
（1）绘制IPR曲线1；
（2）根据出砂预测模型计算出砂指数-井底流压关系曲线2；
（3）由1与2确定该井的临界井底流压P；
（4）以某一略小于P的井底流压为起始点，查找曲线1上对应的产量作为指定产量Q，应用多相管流公式计算井筒中的压力分布，直到压力低于保证最低沉没度的压力为止；
（5）计算沿井筒流体的充满系数分布，绘制曲线3；
（6）由3选定充满系数及泵吸入口压力，确定出下泵深度；
（7）初设抽油杆直井从井口回压向下进行杆管环空多相流计算，确定杆柱载荷；
（8）给定泵径和初定泵效，确定冲程和冲次：
（9）进行杆柱设计。
图1中曲线1为IPR曲线，曲线2为出砂指数+井底流压关系曲线，曲线3为井筒压降分布曲线，曲线4为延井筒分布的曲线，图中阴影部分为易出砂区，在设计时应避免使用该区域的产量作为设计的目标产量。
3 结论与认识
（1）对于易出砂油田而言，基于防砂预测技术进行采油方案设计是系统防砂工作的重要组成部分。
（2）以井眼围岩应力场对射孔孔道稳定性的影响为基础，考虑变温应力和流体对岩石拖曳力的影响建立的动态射孔完井出砂预测模型是一种较准确的出砂预测模型，用于判断地层是否出砂有较高的准确性。
（3）在做易出砂井的优化设计方案时，不能单凭该井产能来设定目标产量，除此之外，还应该根据产能与出砂可能性的关系，适量地减小目标产量，从而达到防砂的目的。 需要补充的一点是，在进行出砂预测时，必须考虑到有杆泵是半程出油，因此预测模型中当量产量为实际产量的两倍的问题。
参考文献
[1] 张琪.采油工程原理与设计[M].北京：中国石油大学出版社，2006
[2] 雷征东.射孔完井出砂预测新模型及其在射孔优化中的应用[J].石油钻采工艺，2006