一种出砂油气井复合控砂施工设计方法
1.本发明涉及石油与天然气开采工程技术领域，具体涉及一种出砂油气井复合控砂施工设计方法。
背景技术：
2.出砂是油气井开采过程中砂粒随流体从油层中运移出来的现象，长期出砂造成储层亏空。对于存在出砂亏空的油气井，化学稳砂与砾石挤压充填复合控砂是一种常用的防砂技术。其原理是使用石英砂砾石充填至亏空部位起到挡砂作用，挤注化学稳砂剂起到抑制和稳定地层砂微粒的作用。但现有传统技术存在的问题是：（1）现有施工程序不合理：先挤注稳砂剂，再挤注砾石。造成先泵注的稳砂剂在后续砾石充填过程中被大量携砂液驱替扩散至储层外部远处，稳砂效果被削弱或者起不到稳砂作用。
3.（2）稳砂剂泵注设计缺乏依据：化学稳砂剂通过吸附作用吸附在岩石孔隙中，其稳定吸附对于防砂效果非常重要。目前的泵注流量和流速、预期吸附位置（生产过程中不同半径处的流体流速不同）没有设计方法。造成施工笼统、防砂效果差、防砂有效期短等问题。
技术实现要素：
4.本发明针对上述问题，提供了一种出砂油气井复合控砂施工设计方法，本发明为一种考虑化学稳砂剂稳定吸附耐冲刷临界流速特性、储层物性的稳砂剂-砾石充填复合防砂施工泵注程序及其泵注参数设计方法，提高稳砂效果和综合防砂效果。解决传统复合方法由于泵注程序和参数设计不合理导致的防砂效果差的问题。
5.本发明解决技术问题的技术方案为：一种先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工泵注程序，包括以下步骤：（1）首先进行挤压砾石充填并估算亏空区域充填半径：使用携砂液携带石英砂砾石高饱和充填储层出砂亏空区域，根据挤注总砾石量测算砾石充填层区域范围；砾石充填层形成地层砂产出的物理阻挡屏障；（2）挤注低耐冲刷化学稳砂剂使之通过砾石充填扩散至砾石充填层稳外部区域地层；（3）挤注高耐冲刷化学稳砂剂使之通过砾石充填扩散至砾石充填层稳外部区域地层；（4）挤注顶替液将井筒中的化学稳砂剂全部顶替至砾石层外部区域。
6.根据本发明优选的，所述的估算亏空区域充填半径，具体包括：根据实际施工使用的总砾石量测算砾石充填半径rg：（式1）
式中，rg——砾石充填半径，m；α——砾石充填层容量系数，根据室内实验推荐取1.15~1.25；——累计总储层出砂量，m3;φs——出砂后近井储层孔隙度，根据室内实验已知，%；h——储层有效厚度，m；rw——井筒半径，m；根据本发明优选的，所述的步骤（2）、（3）中，挤注低耐冲刷化学稳砂剂和挤注高耐冲刷化学稳砂剂具体包括：根据储层出砂预测半径rs和砾石充填层区域范围半径rg，以将化学稳砂剂挤注至储层rg~rs的范围并稳定附着为目标，首先泵注低耐冲刷性稳砂剂，再泵注高耐冲刷性稳砂剂，利用高耐冲刷性稳砂剂的液压将低耐冲刷性稳砂剂顶替至远处。其中，所述的储层出砂预测半径rs为已知条件，非本发明设计内容。
7.根据本发明优选的，所述的步骤（4）中，挤注顶替液的具体方法包括：挤注顶替液将井筒中的高耐冲刷化学稳砂剂全部顶替至高耐冲刷化学稳砂剂的最小处理半径r
c2
处。
8.先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工参数设计方法，包括：（1）确定施工完毕后近井储层孔隙度φ出砂后储层孔隙度会增加，但随砾石充填后该区域孔隙度又会随时降低，建立孔隙度分布模型如下所示：（式2）式2中：φ——砾石充填施工后、稳砂剂泵注前的储层孔隙度，%；φ0——储层原始孔隙度，%；r——储层任意位置半径，m；rs——出砂预测半径，m；cf——岩石压缩系数，油藏压力每降低1mpa时单位体积岩石内孔隙体积的变化量，mpa-1
；pr——原始静压，mpa；pw——井底压力，mpa；——累计总储层出砂量，m3;h——储层有效厚度，m；rw——井筒半径，m；rg——砾石充填半径，m；
α——砾石充填层容量系数，根据室内实验推荐取1.15~1.25；根据以上已知参数，输入半径r，即可得到近井储层不同位置处的φ。
9.（2）确定地层流体流速分布vf已知累计出砂量、出砂预测半径以及目前井底压力等已知参数，根据孔隙度分布模型建立出砂后储层流体流速预测模型为：（式3）式3中，已知参数：vf——储层流体流速，m/s；r——储层任意位置半径，m；h——储层有效厚度，m；φo——储层原始孔隙度；rs——出砂预测半径，m；cf——岩石压缩系数，油藏压力每降低1mpa时，单位体积岩石内孔隙体积的变化量，mpa-1
；pr——原始静压，mpa；pw——井底压力，mpa；——累计总储层出砂量，m3;rw——井筒半径，m；rg——砾石充填半径，m；α——砾石充填层容量系数，根据室内实验推荐取1.15~1.25；输入参数：q——油井产量，m3/d;（3）确定低耐冲刷稳砂剂的最小处理半径r
c1
由于稳砂剂需泵注到砾石挤压充填层外，因此r
c1
≥rg，当储层流体流速vf等于所使用的低耐冲刷稳砂剂临界流速时，由式（3）得：（式4）式4中：r
c1
——低耐冲刷稳砂剂的最小处理半径，m；v
c1
——所使用的低耐冲刷稳砂剂的临界流速，该参数已知，m/s。
10.（4）确定低耐冲刷稳砂剂的最大处理半径r1（式5）式5中：r1——低耐冲刷稳砂剂的最大处理半径，m；λs——稳砂保险系数，此处推荐取1.2~1.35。
11.（5）确定高耐冲刷稳砂剂的最小处理半径r
c2
高耐冲刷稳砂剂泵注位置介于砾石充填区域和低耐冲刷性稳砂剂之间，理想状态下稳砂剂处理范围的边界恰好与砾石层边界相交，即r
c2
=rg，是但为了避免实际施工时出现充填空白，将高耐冲刷稳砂剂的最小处理半径设计在砾石充填层内，即r
c1
≤rg，根据式3得：（式6）式6中：r
c2
——确定高耐冲刷稳砂剂的最小处理半径，m；v
c2
——所使用的高耐冲刷稳砂剂的临界流速，该参数已知，m/s。
12.（6）确定高耐冲刷稳砂剂的最大处理半径r2取低耐冲刷稳砂剂的最小处理半径作为该段高耐冲刷稳砂剂的最大处理半径，即（式7）式7中：r2——高耐冲刷稳砂剂的最大处理半径，m；（7）确定低耐冲刷稳砂剂用量q1及其排量q1（式8）式8中：q1——低耐冲刷性稳砂剂用量，m3;h——储层有效厚度，m；φ——砾石充填施工后、稳砂剂泵注前的储层孔隙度，根据式2已知，%；r1——低耐冲刷性稳砂剂的最大处理半径，m；r
c1
——低耐冲刷性稳砂剂的最小处理半径，m；δ
loss
——每米顶替损失系数，与储层渗透性及层间物性差异有关，根据室内实验结果取0.1~0.3。
13.本发明为先砾石充填再挤注稳砂剂的复合控砂工艺，因此施工时稳砂剂的最高泵注流速不得超过砾石充填层的临界流速，为确保砾石层的稳定，根据室内实验已知砾石层临界流速为v
gp
，则稳砂剂的井下最高排量q1按下式计算：（式9）式中：q1——稳砂剂的井下最高排量，m3/min；rw——井筒半径，m；φg——充填砾石层的孔隙度，m，由式2计算可得；v
gp
——砾石层临界破坏流速，m/s。
14.（8）确定高耐冲刷稳砂剂用量q2及其排量q2（式10）式中：q2——高耐冲刷性稳砂剂用量，m3；r2——高耐冲刷稳砂剂的最大处理半径，m；rc2
——高耐冲刷性稳砂剂的最小处理半径，m；计算高耐冲刷稳砂剂的排量q2：（式11）q2——高耐冲刷稳砂剂的排量，m3/min；（9）确定顶替液用量q3及其排量q3顶替液的作用是将稳砂剂顶替至其最小处理半径区域，因此顶替液用量为：（式12）式12中：q3——顶替液用量，m3；φg——充填砾石层的孔隙度，由式2求得，m；r
c2
——高耐冲刷性稳砂剂的最小处理半径，m；rw——井筒半径，m；l——井筒长度，m。
15.同稳砂剂施工原则相同，需要避免伤害砾石层骨架结构，因此排量计算方法与稳砂剂相同，计算顶替液排量q3：（式13）式13中，q3——顶替液排量，m3/min；作为本发明优选的：为了使顶替液与稳砂剂交界面均匀推进，顶替液排量q3降低10%~15%。
16.针对本发明提出的先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工泵注，以使化学稳砂剂扩散至指定区域并实现稳定吸附和稳砂抑砂作用为目标，提出一套复合控砂施工参数设计方法。优化砾石充填与多级稳砂剂复合控砂工艺泵注参数，使砾石层挡砂与稳砂剂稳砂效果均得到最大化。
17.优化参数主要包括具体包括：砾石充填层半径范围预测、稳砂剂用量、泵注排量、顶替液用量和泵注排量等。
18.发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：（1）本发明提出的一种先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工泵注程序，能够使化学稳砂剂稳定在砾石充填区域外部目标区域，起到稳砂抑砂作用。克服了传统向先挤注化学稳砂剂、后挤注砾石充填的方法导致的稳砂剂被充填携砂液顶替至地层距离井筒远处，起不到抑砂稳砂作用的缺点。根据一种先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工泵注程序的步骤（1）~（3），通过调整砾石充填与泵注稳砂剂施工顺序，所以相对比现有泵注程序达到了减少稳砂剂在携砂液泵压作用下扩散损失的技术效果，实现化学稳砂剂和砾石充填各安其位，远处稳砂，近处控砂，有效提高砾石充填与稳砂剂复合工艺控砂效果。
19.（2）本发明根据先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工参数设计方法中的程序（3）~（8），通过精确计算不同稳砂剂的处理半径得到具体用量及具体泵注区域，相比全区域笼统泵注，平均防砂成本节约20-35%左右。本发明提出的对目标储层不同半径处采用
强、弱性能稳砂剂相结合的方式，相比现有单注一种稳砂剂的方式不仅利于减少稳砂剂总体用液量，降低稳砂剂对储层的污染，还提高了30%~45%的综合防砂效率。
20.（3）本发明提出的先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工参数设计方法，能够使化学稳砂剂扩散至指定区域并实现稳定吸附和稳砂抑砂作用。根据先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工参数设计方法中的步骤（1）~（2），通过岩石孔隙的随压力的弹性变化及出砂引起的不可逆转变化原理，并考虑了先砾石充填施工的影响，建立了油井近井储层孔隙度模型；在此模型基础上，得到近井流速分布，再根据近井流速分布得到不同稳砂剂的最小处理半径，能够方便的直接根据不同需求挑选合适稳砂剂进行泵注，由于优选方法简便直观，相比现有的经验法，更有利用现场防砂作业工程师快速设计制定泵注程序，提高防控砂施工效率。
附图说明
21.图1为本发明中砾石挤压充填步骤的示意图；图2为本发明中泵注低耐冲刷性稳砂剂步骤的示意图；图3为本发明中泵注高耐冲刷性稳砂剂步骤的示意图；图4为本发明中泵注顶替液步骤的示意图；图5为本发明施工结束后储层最终效果示意图。
具体实施方式
22.为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
23.一种先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工泵注程序，包括以下步骤：（1）首先进行挤压砾石充填并估算亏空区域充填半径：使用携砂液携带石英砂砾石高饱和充填储层出砂亏空区域，根据挤注总砾石量测算砾石充填层区域范围；（2）挤注低耐冲刷化学稳砂剂使之通过砾石充填扩散至砾石充填层稳外部区域地层；（3）挤注高耐冲刷化学稳砂剂使之通过砾石充填扩散至砾石充填层稳外部区域地层；（4）挤注顶替液将井筒中的化学稳砂剂全部顶替至砾石层外部区域。
24.其优点是能够使化学稳砂剂稳定在砾石充填区域外部目标区域，起到稳砂抑砂作用。
25.根据本发明优选的，所述的估算亏空区域充填半径，具体包括：砾石充填层形成地层砂产出的物理阻挡屏障。
26.根据实际施工使用的总砾石量测算砾石充填半径rg，如图1所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（式1）式中，rg——砾石充填半径，m；α——砾石充填层容量系数，根据室内实验推荐取1.15~1.25；——累计总储层出砂量，m3;φs——出砂后近井储层孔隙度，根据室内实验已知，%；h——储层有效厚度，m；r
w ——井筒半径，m；根据本发明优选的，所述的步骤（2）、（3）中，挤注低耐冲刷化学稳砂剂和挤注高耐冲刷化学稳砂剂具体包括：根据储层出砂预测半径rs和砾石充填层区域范围半径rg，以将化学稳砂剂挤注至储层rg~rs的范围并稳定附着为目标，首先泵注低耐冲刷性稳砂剂，如图2所示，再泵注高耐冲刷性稳砂剂，利用高耐冲刷性稳砂剂的液压将低耐冲刷性稳砂剂顶替至远处，如图3所示。其中，所述的储层出砂预测半径rs为已知条件，非本发明设计内容。
27.根据本发明优选的，所述的步骤（4）中，挤注顶替液的具体方法包括：挤注顶替液将井筒中的高耐冲刷化学稳砂剂全部顶替至高耐冲刷化学稳砂剂的最小处理半径r
c2
处，如图4所示，稳砂剂的最小处理半径是指以井筒为轴心向地层泵注稳砂剂流体需超过的最小半径。越靠近井筒，地层流体流速越大，稳砂剂越易被冲刷掉，为实现稳砂剂稳定附着在地层岩石上，稳砂剂的泵注半径尽量大于其最小处理半径。
28.最终施工效果如图5所示。
29.先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工参数设计方法，包括：（1）确定施工完毕后近井储层孔隙度φ出砂后储层孔隙度会增加，但随砾石充填后该区域孔隙度又会随时降低，建立孔隙度分布模型如下所示：（式2）式中：φ——砾石充填施工后、稳砂剂泵注前的储层孔隙度，%；φ0——储层原始孔隙度，%；r——储层任意位置半径，m；rs——出砂预测半径，m；cf——岩石压缩系数，油藏压力每降低1mpa时单位体积岩石内孔隙体积的变化
量，mpa-1
；pr——原始静压，mpa；pw——井底压力，mpa；——累计总储层出砂量，m3;h——储层有效厚度，m；rw——井筒半径，m；rg——砾石充填半径，m；α——砾石充填层容量系数，根据室内实验推荐取1.15~1.25；根据以上已知参数，输入半径r，即可得到近井储层不同位置处的φ。
30.（2）确定地层流体流速分布vf已知累计出砂量、出砂预测半径以及目前井底压力等已知参数，根据孔隙度分布模型建立出砂后储层流体流速预测模型为：（式3）式3中，已知参数：vf——储层流体流速，m/s；r——储层任意位置半径，m；h——储层有效厚度，m；φo——储层原始孔隙度；rs——出砂预测半径，m；cf——岩石压缩系数，油藏压力每降低1mpa时，单位体积岩石内孔隙体积的变化量，mpa-1
；pr——原始静压，mpa；pw——井底压力，mpa；——累计总储层出砂量，m3;rw——井筒半径，m；rg——砾石充填半径，m；α——砾石充填层容量系数，根据室内实验推荐取1.15~1.25；输入参数：q——油井产量，m3/d;该模型是基于出砂后储层孔隙度会增大而建立，考虑了砾石挤压充填层与充填层外孔隙分布规律不同，设定油井产量q后即可得到井底流速随半径的变化曲线。
31.（3）确定低耐冲刷稳砂剂的最小处理半径r
c1
由于稳砂剂需泵注到砾石挤压充填层外，因此r
c1
≥rg，当储层流体流速vf等于所使用的低耐冲刷稳砂剂临界流速时，由式（3）得：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（式4）式4中：r
c1
——低耐冲刷稳砂剂的最小处理半径，m；v
c1
——所使用的低耐冲刷稳砂剂的临界流速，该参数已知，m/s。
32.（4）确定低耐冲刷稳砂剂的最大处理半径r1随生产进行，出砂半径可能扩大，为了保证在生产周期内对出砂预测半径内的疏松砂岩实现全覆盖式稳砂，应将稳砂剂泵注到出砂预测半径以外，引入稳砂保险系数来设计稳砂剂最大处理半径，因此：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（式5）式5中：r1——低耐冲刷稳砂剂的最大处理半径，m；λs——稳砂保险系数，此处推荐取1.2~1.35。
33.（5）确定高耐冲刷稳砂剂的最小处理半径r
c2
高耐冲刷稳砂剂泵注位置介于砾石充填区域和低耐冲刷性稳砂剂之间，理想状态下稳砂剂处理范围的边界恰好与砾石层边界相交，即r
c2
=rg，是但为了避免实际施工时出现充填空白，将高耐冲刷稳砂剂的最小处理半径设计在砾石充填层内，即r
c1
≤rg，根据式3得：
ꢀꢀꢀꢀ
（式6）式6中：r
c2
——确定高耐冲刷稳砂剂的最小处理半径，m；v
c2
——所使用的高耐冲刷稳砂剂的临界流速，该参数已知，m/s。
34.（6）确定高耐冲刷稳砂剂的最大处理半径r2取低耐冲刷稳砂剂的最小处理半径作为该段高耐冲刷稳砂剂的最大处理半径，即
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（式7）式7中：r2——高耐冲刷稳砂剂的最大处理半径，m；（7）确定低耐冲刷稳砂剂用量q1及其排量q
1 （式8）式8中：q1——低耐冲刷性稳砂剂用量，m3;h——储层有效厚度，m；φ——砾石充填施工后、稳砂剂泵注前的储层孔隙度，根据式2已知，%；r1——低耐冲刷性稳砂剂的最大处理半径，m；r
c1
——低耐冲刷性稳砂剂的最小处理半径，m；δ
loss
——每米顶替损失系数，与储层渗透性及层间物性差异有关，根据室内实验结果取0.1~0.3。
35.本发明为先砾石充填再挤注稳砂剂的复合控砂工艺，因此施工时稳砂剂的最高泵注流速不得超过砾石充填层的临界流速，为确保砾石层的稳定，根据室内实验已知砾石层
临界流速为v
gp
，则稳砂剂的井下最高排量q1按下式计算：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（式9）式中：q1——稳砂剂的井下最高排量，m3/min；rw——井筒半径，m；φg——充填砾石层的孔隙度，m，由式2计算可得；v
gp
——砾石层临界破坏流速，m/s。
36.（8） 确定高耐冲刷稳砂剂用量q2及其排量q
2 （式10）式中：q2——高耐冲刷性稳砂剂用量，m3；r2——高耐冲刷稳砂剂的最大处理半径，m；r
c2
——高耐冲刷性稳砂剂的最小处理半径，m；计算高耐冲刷稳砂剂的排量q2：（式11）q2——高耐冲刷稳砂剂的排量，m3/min；（9）确定顶替液用量q3及其排量q3顶替液的作用是将稳砂剂顶替至其最小处理半径区域，因此顶替液用量为： （式12）式12中：q3——顶替液用量，m3；φg——充填砾石层的孔隙度，由式2求得，m；r
c2
——高耐冲刷性稳砂剂的最小处理半径，m；rw——井筒半径，m；l——井筒长度，m。
37.同稳砂剂施工原则相同，需要避免伤害砾石层骨架结构，因此排量计算方法与稳砂剂相同，计算顶替液排量q3：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（式13）式13中，q3——顶替液排量，m3/min；作为本发明优选的：为了使顶替液与稳砂剂交界面均匀推进，顶替液排量q3降低10%~15%。
38.针对本发明提出的先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工泵注，以使化学稳砂剂扩散至指定区域并实现稳定吸附和稳砂抑砂作用为目标，提出一套复合控砂施工参数设计方法。优化砾石充填与多级稳砂剂复合控砂工艺泵注参数，使砾石层挡砂与稳砂剂稳砂效果均得到最大化。
39.优化参数主要包括具体包括：砾石充填层半径范围预测、稳砂剂用量、泵注排量、顶替液用量和泵注排量等。
40.上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
技术特征：
1.一种先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工泵注程序，其特征在于，包括以下步骤：（1）首先进行挤压砾石充填并估算亏空区域充填半径：使用携砂液携带石英砂砾石高饱和充填储层出砂亏空区域，根据挤注总砾石量测算砾石充填层区域范围；（2）挤注低耐冲刷化学稳砂剂使之通过砾石充填扩散至砾石充填层稳外部区域地层；（3）挤注高耐冲刷化学稳砂剂使之通过砾石充填扩散至砾石充填层稳外部区域地层；（4）挤注顶替液将井筒中的化学稳砂剂全部顶替至砾石层外部区域。2.如权利要求1所述的一种先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工泵注程序，其特征在于，所述的估算亏空区域充填半径，具体包括：根据实际施工使用的总砾石量测算砾石充填半径r
g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（式1）式中，r
g
——砾石充填半径，m；α——砾石充填层容量系数；——累计总储层出砂量，m3;φ
s
——出砂后近井储层孔隙度，根据室内实验已知，%；h——储层有效厚度，m；r
w
——井筒半径，m。3.如权利要求1所述的一种先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工泵注程序，其特征在于，所述的步骤（2）、（3）中，挤注低耐冲刷化学稳砂剂和挤注高耐冲刷化学稳砂剂具体包括：根据储层出砂预测半径r
s
和砾石充填层区域范围半径r
g
，在储层r
g
~r
s
的范围内，首先泵注低耐冲刷性稳砂剂，再泵注高耐冲刷性稳砂剂，利用高耐冲刷性稳砂剂的液压将低耐冲刷性稳砂剂顶替至远处。4.如权利要求1所述的一种先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工泵注程序，其特征在于，所述的步骤（4）中，挤注顶替液的具体方法包括：挤注顶替液将井筒中的高耐冲刷化学稳砂剂全部顶替至高耐冲刷化学稳砂剂的最小处理半径r
c2
处。5.一种先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工参数设计方法，其特征在于，包括：（1）确定施工完毕后近井储层孔隙度φ建立孔隙度分布模型如下所示：
（式2）式2中：φ——砾石充填施工后、稳砂剂泵注前的储层孔隙度，%；φ0——储层原始孔隙度，%；r——储层任意位置半径，m；r
s
——出砂预测半径，m；c
f
——岩石压缩系数，油藏压力每降低1mpa时单位体积岩石内孔隙体积的变化量，mpa-1
；p
r
——原始静压，mpa；p
w
——井底压力，mpa；——累计总储层出砂量，m3;h——储层有效厚度，m；r
w
——井筒半径，m；r
g
——砾石充填半径，m；α——砾石充填层容量系数；（2）确定地层流体流速分布v
f
已知累计出砂量、出砂预测半径以及目前井底压力等已知参数，根据孔隙度分布模型建立出砂后储层流体流速预测模型为：（式3）式3中，已知参数：v
f
——储层流体流速，m/s；r——储层任意位置半径，m；h——储层有效厚度，m；φ
o
——储层原始孔隙度；r
s
——出砂预测半径，m；c
f
——岩石压缩系数，油藏压力每降低1mpa时，单位体积岩石内孔隙体积的变化量，mpa-1
；p
r
——原始静压，mpa；p
w
——井底压力，mpa；——累计总储层出砂量，m3;
r
w
——井筒半径，m；r
g
——砾石充填半径，m；α——砾石充填层容量系数；输入参数：q——油井产量，m3/d;（3）确定低耐冲刷稳砂剂的最小处理半径r
c1
由于稳砂剂需泵注到砾石挤压充填层外，因此r
c1
≥r
g
，当储层流体流速v
f
等于所使用的低耐冲刷稳砂剂临界流速时，由式（3）得：（式4）式4中：r
c1
——低耐冲刷稳砂剂的最小处理半径，m；v
c1
——所使用的低耐冲刷稳砂剂的临界流速，该参数已知，m/s；（4）确定低耐冲刷稳砂剂的最大处理半径r1（式5）式5中：r1——低耐冲刷稳砂剂的最大处理半径，m；λ
s
——稳砂保险系数，取1.2~1.35；（5）确定高耐冲刷稳砂剂的最小处理半径r
c2
高耐冲刷稳砂剂泵注位置介于砾石充填区域和低耐冲刷性稳砂剂之间，理想状态下稳砂剂处理范围的边界恰好与砾石层边界相交，即r
c2
=r
g
，是但为了避免实际施工时出现充填空白，将高耐冲刷稳砂剂的最小处理半径设计在砾石充填层内，即r
c1
≤r
g
，根据式3得：（式6）式6中：r
c2
——确定高耐冲刷稳砂剂的最小处理半径，m；v
c2
——所使用的高耐冲刷稳砂剂的临界流速，该参数已知，m/s；（6）确定高耐冲刷稳砂剂的最大处理半径r2取低耐冲刷稳砂剂的最小处理半径作为该段高耐冲刷稳砂剂的最大处理半径，即（式7）式7中：r2——高耐冲刷稳砂剂的最大处理半径，m；（7）确定低耐冲刷稳砂剂用量q1及其排量q1（式8）式8中：q1——低耐冲刷性稳砂剂用量，m3;h——储层有效厚度，m；φ——砾石充填施工后、稳砂剂泵注前的储层孔隙度，%；
r1——低耐冲刷性稳砂剂的最大处理半径，m；r
c1
——低耐冲刷性稳砂剂的最小处理半径，m；δ
loss
——每米顶替损失系数；稳砂剂的井下最高排量q1按下式计算：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（式9）式9中：q1——稳砂剂的井下最高排量，m3/min；r
w
——井筒半径，m；φ
g
——充填砾石层的孔隙度，m；v
gp
——砾石层临界破坏流速，m/s；（8）确定高耐冲刷稳砂剂用量q2及其排量q2（式10）式10中：q2——高耐冲刷性稳砂剂用量，m3；r2——高耐冲刷稳砂剂的最大处理半径，m；r
c2
——高耐冲刷性稳砂剂的最小处理半径，m；计算高耐冲刷稳砂剂的排量q2：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（式11）q2——高耐冲刷稳砂剂的排量，m3/min；（9）确定顶替液用量q3及其排量q3顶替液用量为：（式12）式12中：q3——顶替液用量，m3；φ
g
——充填砾石层的孔隙度，由式2求得，m；r
c2
——高耐冲刷性稳砂剂的最小处理半径，m；r
w
——井筒半径，m；l——井筒长度，m；顶替液排量q3：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（式13）式13中，q3——顶替液排量，m3/min。6.如权利要求5所述的一种先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工参数设计方法，其特征在于，顶替液排量q3降低10%~15%。7.如权利要求5所述的一种先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工参数设计方法，其特征在于，砾石充填层容量系数α取1.15~1.25。
8.如权利要求5所述的一种先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工参数设计方法，其特征在于，每米顶替损失系数δ
loss
取0.1~0.3。9.一种出砂油气井复合控砂施工设计方法，其特征在于，包括：如权利要求1-4任一项所述的先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工泵注程序；如权利要求5-8任一项所述的先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工参数设计方法。
技术总结
本发明涉及石油与天然气开采工程技术领域，具体涉及一种出砂油气井复合控砂施工设计方法，本发明公开了一种先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工泵注程序，包括以下步骤：（1）首先进行挤压砾石充填并估算亏空区域充填半径；（2）挤注低耐冲刷化学稳砂剂使之通过砾石充填扩散至砾石充填层稳外部区域地层；（3）挤注高耐冲刷化学稳砂剂使之通过砾石充填扩散至砾石充填层稳外部区域地层；（4）挤注顶替液将井筒中的化学稳砂剂全部顶替至砾石层外部区域。并且公开了先挤压砾石充填、后挤稳砂剂的复合控砂施工参数设计方法，提高稳砂效果和综合防砂效果，解决传统复合方法由于泵注程序和参数设计不合理导致的防砂效果差的问题。题。题。
