疏松砂岩储层砾石充填参数优化新方案：降低出砂风险的关键技术研究

针对疏松砂岩储层出砂严重制约油气井稳产的难题，本研究通过现场数据采集、三轴实验、SEM/XRD分析和离散元法(DEM)模拟，创新性建立了出砂预测模型，优化了砾石粒径(5.3-5.8倍地层砂)、圆度(>0.6)和充填度(>90%)等关键参数。现场应用证实该方案较传统方法显著提升防砂效果，为疏松砂岩储层高效开发提供重要技术支撑。

　　

研究背景
疏松砂岩油气藏如同"沙堡"般脆弱，我国大庆油田蒲前区块等典型产区面临严峻挑战——地层胶结差、原油黏度高导致开采过程中"井喷式"出砂，每年造成数以亿计的经济损失。这种地质灾难不仅引发管柱磨损、井筒堵塞等生产事故，更可能导致地层塌陷甚至环境污染。尽管砾石充填技术被视作防砂"金标准"，但传统参数设计犹如"盲人摸象"，缺乏对砾石粒径、形状与充填密度的系统优化，导致防砂有效期短、产能损失大。

技术方法
研究团队整合多尺度实验与数值模拟：采集现场岩心与出砂样品，通过三轴实验测定岩石强度，SEM/XRD解析微观结构与矿物组成，激光粒度仪量化砂粒分布；基于离散元法(DEM)构建出砂-防砂耦合模型，模拟不同砾石参数下的颗粒运移规律；最终结合PQ1区块14口井的生产数据验证优化方案。

研究结果
1. 实验分析
三轴实验揭示储层岩石抗压强度仅3.5-5.2MPa，SEM显示石英含量>65%的砂粒棱角分明，粒度分析确认地层砂中值粒径为0.15mm，这些数据为模型建立提供关键输入参数。

2. 粒径优化
DEM模拟表明：当砾石粒径为地层砂5.3-5.8倍(0.62-1.00mm)时，可形成"拱形"挡砂结构；粒径过小(0.62mm)会导致砂粒在砾石层表面堆积，孔隙度骤降47%；而1.00mm砾石使挡砂效率提升至92%，且渗透率保持稳定。

3. 形状与充填度
圆度>0.6的球形砾石可减少29%的局部应力集中；充填度<90%时会出现"短路流道"，而95%充填度下挡砂效率达98.7%，且压降仅增加1.2MPa。

结论与意义
该研究突破传统经验公式局限，首次建立基于岩石力学-颗粒运移耦合的砾石参数设计方法。现场应用显示优化方案使防砂有效期延长3倍，单井日产量提高15%。发表于《Powder Technology》的这项成果，不仅为疏松砂岩高效开发提供"量体裁衣"式解决方案，其DEM-CFD(计算流体动力学)耦合框架更为复杂储层防砂研究开辟新路径。研究团队特别指出，未来需结合人工智能优化不同地质条件下的参数匹配关系，这将推动油气田防砂技术进入"智能设计"新时代。