出砂：降低风险的智能控制框架

就当前全球油价而言，出砂并不是油田开发中所预期的结果，因此控制出砂是生产工程师的主要关注点之一。出砂不仅会损坏井下设备、水下设备和地面生产设施，还会增加灾难性故障发生的风险。生产商每年还会因此损失数百万美元。因此，针对不同的储层条件有不同的防砂方法。选择何种方法防止地层出砂取决于不同的储层参数。因此，只有通过系统研究才能确定最佳的防砂方法。本文介绍了导致出砂的因素及其影响，重点是通过出砂预测来确定储层出砂的概率，然后通过实施正确的防砂方法来阻止出砂。两者结合便是用于出砂管理的智能控制框架。

关键词

出砂；防砂工具；出砂管理；智能控制框架

出砂是一个全球性问题，会对油田开发造成重大影响。疏松储层的出砂是极具挑战性的问题，因为它会终结油藏和油井的生产寿命。在石油和天然气行业中，每年用于清砂的费用达数百万美元。出砂还会限制生产流速，造成巨大的经济损失。正在开发的油气田发生出砂现象时，主要采取的措施为出砂管理和防砂。

目前面临出砂问题的油气田主要位于美国墨西哥湾沿岸、北海、中国、加拿大、加利福尼亚、委内瑞拉、西非、印度尼西亚和马来西亚。如图1所示，斯伦贝谢公司为全球 30 多个国家提供了防砂技术。在不使用传统防砂工具的情况下，出砂管理是一种作业方法，适当检测并控制出砂量、油井压力和流速可以实现预期产量。近10年来，全球许多油井采用油气藏常规地层的防砂工艺，从而提高了油气产量。此外，需要采用不同的设计工具和分析方法来评估出砂的可能性，量化减砂风险，并为安全生产窗口制定切实可行的操作标准。设计工具的选择取决于其预测初始出砂情况的能力，包括出砂率、出砂量、设备侵蚀风险以及允许砂土通过生产油管和地面管道输送的条件。此外，像出砂监测这样控制出砂的关键技术可实时定量跟踪出砂流量。本文对这些工具的应用，以及它们如何在出砂管理中评估风险进行了讨论。同时还阐述了处理不确定性和风险的方法。最后本文还考虑了在高压高温（HPHT）油田和边际油田等不利环境中如何实施出砂管理和混合完井。

计

图 1. 全球三十多个国家安装了斯伦贝谢（SLB）防砂设备

Fig.1. Sand control installed by schlumberger in over 30 countries worldwide

图 2. 弱岩石强度导致的防砂失效

Fig.2. Sand failure due to weak rock strength.

图 3.出砂原理

Fig.3. Sand Production Mechanism

图 4.地面设施中基于分离器位置的固体分离设备

Fig.4. Cyclonic location based solids separation equipment at surface facilities

图 5 . (左）井口除砂器作业示意图，（右）配有超大蓄能器的井口除砂器置入平台设备的井台中

Fig.5. (left) Schematic of wellhead desander operation, and (right) wellhead desander with oversized accumulator integrated into well bay of spar facility

图 6.出砂管理技术流程图

Fig.6. Sand management strategy flow chart

表 1.颗粒的物理特征

Table 1. Physical properties of particles

表 2.砂土类型和特征

Table 2. Sand type and characteristic

表 3.基于无侧限抗压强度(UCS)实验的固砂情况

Table 3. Table of sand consolidation based on UCS Test

表 4.基于布氏硬度实验的固砂情况

Table 4. Sand consolidation based on Brinell Hardness (BHN) Test

表 5.不同防砂方法综述

Table 5 A review of different sand prevention methods

表6. 防砂方法选择指南

Table 6. Guideline for sand control approach selection

表 7.各种商业固砂工艺

Table 7. Various commercial consolidation processes

表 8.防砂技术的应用标准

Table 8. Application criteria of sand control techniques

表 9.不同防砂技术的对比

Table 9. Comparison among different sand control techniques

表 10.敏感性分析设计和安全速率结果

Table 10. Design of sensitivity analysis and results of safe velocity