在疏松砂巖油藏在開發(fā)過(guò)程中,，由于出砂嚴(yán)重及鉆井污染得不到解除,，嚴(yán)重影響油井正常生產(chǎn)，主要表現(xiàn)在：疏松砂巖滲透層不僅在近井地帶普遍存在污染帶,，地層深部的滲透率也會(huì)因生產(chǎn)過(guò)程中的微粒移動(dòng)不斷下降,，有的還相當(dāng)嚴(yán)重。常規(guī)解堵方法不僅有效期短,，而且不能解決地層深部傷害的解除和防范問(wèn)題,。常規(guī)防砂方法如化學(xué)防砂、機(jī)械防砂會(huì)造成油井產(chǎn)能進(jìn)一步降低,。

因此利用防膨穩(wěn)砂劑作為預(yù)先處理液,，采取適當(dāng)?shù)膲毫殉涮畲胧軌蛟诤艽蟪潭壬暇徑馍鲜雒芑驈氐捉鉀Q有關(guān)問(wèn)題,。壓裂防砂技術(shù)可在地層中形成高導(dǎo)流能力裂縫,，從而防止油層深部巖石微粒運(yùn)移，實(shí)現(xiàn)近井地帶解堵及深部穿透污染帶,，形成有效的防砂帶,，降低生產(chǎn)壓差和近井地帶壓降漏斗,，改變徑向流動(dòng)為雙性流動(dòng)模式，緩解或解除出砂趨勢(shì),。

壓裂防砂工藝技術(shù)主要包括防膨穩(wěn)砂,、端部脫砂壓裂技術(shù)（TSO）和壓裂充填技術(shù)。目前壓裂防砂是國(guó)外首選的防砂工藝技術(shù),，在中國(guó)也日益受到重視,，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。

一,、壓裂防砂機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)分析研究

（一）壓裂防砂機(jī)理

壓裂是低滲透油藏開發(fā)的主導(dǎo)工藝,。壓裂防砂之所以能夠防砂，是由于裂縫的存在而形成了典型的雙線性流動(dòng)形式,，而支撐帶對(duì)地層微粒又具有橋堵作用,。

1、壓后地層流體的雙線性流動(dòng)模式

地層流體向井底的流動(dòng)必然沿著阻力最小的通道,。對(duì)于均質(zhì)未壓裂地層,，流體流入井底的模式為標(biāo)準(zhǔn)徑向流，不同的等壓線為大小不同的以井底為圓心的同心圓,。

油井壓裂以后，流體沿著具有高導(dǎo)流能力裂縫的流動(dòng)阻力非常小,。一般簡(jiǎn)化為垂直于裂縫的直線流和裂縫內(nèi)的直線流，稱為“雙線性流動(dòng)模式”（見圖1）,。

2,、裂縫對(duì)緩解或避免巖石破壞的作用

對(duì)于疏松砂巖而言，成功的壓裂可使油井的產(chǎn)能提高2-3倍,；井底污染堵塞嚴(yán)重的井，壓裂增產(chǎn)倍數(shù)還會(huì)更高,。如果保持壓裂前后相同的產(chǎn)量,，壓后生產(chǎn)壓差可以降低2倍以上，液體流動(dòng)壓力梯度會(huì)有更大幅度的降低,。

可見,，具有高導(dǎo)流能力的壓裂裂縫在穿透井底污染堵塞帶的同時(shí)，將地層流體原來(lái)的徑向流形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡p線流形式,，不但可以達(dá)到增產(chǎn)目的,，而且可以適當(dāng)降低生產(chǎn)壓差和較大幅度地降低壓力梯度，從而緩解或避免了巖石骨架的破壞,，緩解了出砂趨勢(shì)和出砂程度,。

3,、裂縫對(duì)降低流體攜帶微粒能力的作用

對(duì)于壓前徑向流動(dòng)，隨著流體向井底的積聚,，流動(dòng)速度越來(lái)越來(lái)越大,。壓后雙線性流動(dòng)形式?jīng)Q定了具有較大的裂縫面，對(duì)流體有很好的分流作用,，從而大大降低流速,。

壓后和壓前流速的定量比例關(guān)系見表1。

表1     壓后和壓前流速比例關(guān)系

由表1可以看出,，當(dāng)壓后產(chǎn)量是壓前產(chǎn)量的2倍時(shí),，壓后流體流向裂縫的速度比壓前井壁出（r=0.1m）的流速降低了100倍以上，比壓前r=1.0m處的流速降低了10倍以上,比壓前r=5.0m出的流速降低了2倍以上,。很明顯,，裂縫導(dǎo)致的雙線流動(dòng)形式發(fā)揮了很好的分流作用，從而大大降低了流動(dòng)對(duì)地層微粒的沖刷攜帶作用,。

4,、裂縫支撐帶對(duì)地層微粒的橋堵作用

裂縫支撐帶對(duì)地層微粒的橋堵作用類似井底礫石充填層的防砂作用。根據(jù)地層微粒的粒徑分布規(guī)律和礫石充填中選擇礫石大小的準(zhǔn)則,，同樣可以選擇壓裂砂粒徑規(guī)格。必要時(shí)還可以設(shè)計(jì)完全充填涂料砂或在近井的縫口段充填涂料砂,，以提高裂縫對(duì)地層砂的橋堵作用。由以上所述,，壓裂產(chǎn)生的高導(dǎo)流能力裂縫對(duì)地層出砂趨勢(shì)的控制作用表現(xiàn)在三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)上：防止減緩巖石結(jié)構(gòu)的破壞,，降低流體對(duì)地層微粒的沖刷和攜帶能力以及裂縫填砂帶對(duì)地層微粒的橋堵作用。三種作用機(jī)理的結(jié)合形成壓裂裂縫的綜合防砂機(jī)理,。

（二）壓裂防砂關(guān)鍵技術(shù)分析研究

壓裂技術(shù)作為一項(xiàng)常規(guī)增產(chǎn)增注措施工藝早已在低滲油氣藏得到廣泛應(yīng)用,，技術(shù)十分成熟。而將壓裂工藝大規(guī)模應(yīng)用于高滲透膠結(jié)疏松的軟地層作為防砂完井措施卻是二十世紀(jì)九十年代的事,。Smith等人首次發(fā)表了以充填寬裂縫為主要目的的“端部脫砂壓裂”技術(shù)，使得中,、高滲油藏的壓裂防砂進(jìn)入了一個(gè)工業(yè)應(yīng)用階段。目前,，在全世界范圍內(nèi)，壓裂充填防砂施工井?dāng)?shù)與日俱增,，而且,，施工井?dāng)?shù)已占其它各類防砂井總數(shù)的50%,。

1、端部脫砂壓裂技術(shù)

形成具有高導(dǎo)流能力的“短寬裂縫”是中高滲透油藏壓裂防砂成功的關(guān)健,。因此,，不論是壓裂充填還是防砂壓裂，都必須采用可產(chǎn)生“短寬裂縫”的壓裂工藝方法──“端部脫砂壓裂”,。

常規(guī)壓裂要求泵注足夠的前置液充分造縫,，施工結(jié)束時(shí)縫內(nèi)砂漿前緣接近或恰好到達(dá)裂縫前緣；端部脫砂壓裂要求在泵注攜砂液過(guò)程中,，縫內(nèi)砂漿前緣提前到達(dá)裂縫周邊,，限制縫長(zhǎng)的進(jìn)一步增長(zhǎng)，促使縫寬較快增大,，因此成功的端部脫砂壓裂應(yīng)該是裂縫周邊脫砂（圖2）。

（1）施工參數(shù)及泵注特點(diǎn)

a）端部脫砂壓裂液粘度應(yīng)低于常規(guī)壓裂,，以適時(shí)脫砂,；

b）泵注排量低于常規(guī)壓裂，以減緩裂縫伸長(zhǎng)速度,，控制縫高和便于脫砂,；

c）前置液用量比常規(guī)壓裂少,，以使砂漿前緣在停泵前到達(dá)裂縫周邊；

d）砂比通常比常規(guī)壓裂大,，以提高裂縫支撐效率,。

（2）裂縫延伸規(guī)律及施工壓力特點(diǎn)

常規(guī)壓裂在整個(gè)施工過(guò)程中，裂縫長(zhǎng),、寬,、高一般都是不斷增長(zhǎng)的，因而井底壓力是基本穩(wěn)定的,；端部脫砂壓裂在脫砂前裂縫增長(zhǎng)規(guī)律及壓力特征同常規(guī)壓裂,，出現(xiàn)脫砂后，縫長(zhǎng)和縫高不再增長(zhǎng),，只有縫寬增長(zhǎng)較快，井底壓力開始按一定速率穩(wěn)步升高,。

2,、壓裂充填技術(shù)

壓裂充填技術(shù)就是利用脫砂壓裂優(yōu)化軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)，在地層中形成一條高導(dǎo)流能力裂縫,，并井筒形成砂柱,，從而達(dá)到防砂的目的,。它的特點(diǎn)：

一是可以在地層中形成一條高導(dǎo)流能力裂縫；

二是可以對(duì)近井地帶進(jìn)行解堵,，增加有效滲透帶,，提高產(chǎn)量；

三是通過(guò)在井筒中形成砂柱,，阻擋地層沙的遷徙流動(dòng)起到了防砂作用,；

四是可減少作業(yè)措施，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),。

二,、壓裂防砂軟件模擬研究

目前應(yīng)用的壓裂軟件以國(guó)外開發(fā)的較多，如：Gohfer,、Fracpro,、Mfrac、Stimplan等,，大部分都增加了針對(duì)疏松砂巖的端部脫砂壓裂及壓裂充填防砂模擬功能,。下面以Mfrac、Gohfer,、Fracpro為代表結(jié)合具體的模擬應(yīng)用進(jìn)行分析,。

（一）裂縫形狀及參數(shù)模擬預(yù)測(cè)

1、Z139-X1井用Gohfer軟件做的壓裂模擬圖

2,、用Fracpro,、Mfrac對(duì)Z406和M120-5-X4井做的壓裂模擬圖

（二）壓裂后效果分析

1、M120-5-X4井用Mfrac軟件做的壓后效果預(yù)測(cè)

2,、Y6-8井用Gohfer軟件做的壓后效果預(yù)測(cè)

（三）射孔層段,、排量、液量?jī)?yōu)化組合

1,、Z139-×7井用Mfrac軟件進(jìn)行射孔層段優(yōu)化研究

通過(guò)以上模擬,，優(yōu)選了方案3的射孔方案。

2,、QK108井用Gohfer軟件進(jìn)行射孔層段及排量方案優(yōu)化研究

QK108井不同射孔及排量方案縫高對(duì)比

通過(guò)以上模擬,，優(yōu)選了方案2。

3,、Z411井用Mfrac軟件進(jìn)行排量,、液量?jī)?yōu)化研究

Z411井不同液量及排量方案縫高對(duì)比

通過(guò)優(yōu)化排量及前置液量，方案3可以不壓開上部水層,。

（四）加轉(zhuǎn)向劑縫高控制模擬

XX509井壓裂層段3256.6-3264.0m,，與上部3244.8-3246.6m、3250.4-3252.0m油水同層間隔4.6m,，并且產(chǎn)層應(yīng)力高于上下隔層,，通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)并加入了上,、下轉(zhuǎn)向劑HCM-1，井溫測(cè)井表明壓裂造縫層段3253.6-3264.0m,。

三,、主要認(rèn)識(shí)及結(jié)論

1、端部脫砂理論的發(fā)展及認(rèn)識(shí)的改變,，使人們將防砂工藝逐漸從一種穩(wěn)產(chǎn)手段轉(zhuǎn)變?yōu)樵霎a(chǎn)手段,。在國(guó)外，隨著端部脫砂,、壓裂充填設(shè)計(jì)逐步融入到壓裂軟件中,，使得此類軟件基本適應(yīng)了低滲、中高滲等各類油藏的地層改造模擬及設(shè)計(jì),。

2,、目前，國(guó)內(nèi)外主要采用全三維,、擬三維的模擬軟件,，經(jīng)過(guò)多年的研究發(fā)展，二者具有各自的適用性,，在實(shí)際應(yīng)用中都取得了良好的效果,。今后，需要進(jìn)一步在輸入?yún)?shù),、模擬模型等方面進(jìn)行改進(jìn),。

3、國(guó)內(nèi)對(duì)于壓裂防砂的研究工作比較薄弱,，主要表現(xiàn)在：缺乏中高滲油藏的小型壓裂,、巖石力學(xué)參數(shù)和地應(yīng)力測(cè)試資料、疏松砂巖地應(yīng)力的計(jì)算基本上借用低滲透油藏的有關(guān)技術(shù),；此外,，對(duì)于壓裂充填壓裂液、施工工具缺乏研究,。