中等固结砂岩出砂机理与规律实验研究

油气井出砂是油气藏开采面临的一个重要的挑战,给正常生产带来极大的影响。在各类砂岩储层中,具有一定胶结强度的中等固结砂岩出砂机理及出砂规律尚不清楚,制约了这类储层的出砂临界条件和出砂速率准确预测。本文利用一种中等固结砂岩露头,在单、三轴实验的基础上,设计开展了不同变形破坏阶段的卸载实验及应力和流体渗流共同作用下的出砂模拟物理实验,揭示了中等固结砂岩的出砂机理、出砂规律以及产出物特征。研究结果表明:中等固结砂岩的出砂临界条件是孔眼周围岩石在应力集中作用下进入残余变形阶段,此时孔眼周围形成宏观剪切裂缝,裂缝面相对滑移错动破坏裂缝面附近的颗粒胶结,形成可供产出的离散砂,剪切裂缝的扩展连通产生尺寸较大的掉块,与裂缝面上的离散砂共同为出砂提供物质来源。出砂量与孔眼周围应力集中造成的破坏范围大小成正比。流体拖曳力的作用是将剪切破裂形成的固相产物运移产出,对最终的出砂量影响较小,只影响出砂速率。粒度测试结果表明,中等固结砂岩产出砂中存在由多个砂粒聚集在一起的相对直径较大的颗粒,产出砂粒度中值比原始地层砂大2~3倍,在防砂参数设计优化时应予考虑。本文的研究结果能够为构建中等固结砂岩出砂定量预测模型以及防砂参数优化设计提供依据。