油气井出砂是指油井或气井在生产过程中，由于地质条件、开采方式以及措施作业等各种综合因素造成井底附近地层的岩石结构变化，导致地层离散砂或脱落砂被地层产出流体携带进入井筒或地面，从而对油气井正常生产造成一系列不利影响的过程或现象。中高渗疏松砂岩储层、非常规/低渗储层压裂、深层碳酸盐岩油气储层、煤层气、天然气水合物、地热井、注水井、储气库等不同类型油气储层均面临精准出砂预测问题和技术需求。
出砂预测是做好油气井防砂工作的基础和条件。对尚未全面开发的疏松砂岩油气藏区块，利用系统的出砂预测技术，对油气田进行出砂评价十分重要。无论从生产安全还是节约成本角度考虑，预测不出砂生产的最大产量都十分关键。不必要的防砂措施会增大完井成本和降低油气井产量。准确地预测最大出砂临界生产压差对防砂措施的制定至关重要。包括论证判断是否可能出砂、出砂的程度、 各种因素对出砂的影响、防砂的必要性和防砂的时机等。这些论证十分有利于油田开发的早期科学决策，避免投资风险，有助于筛选合理的防砂方法和工艺技术。出砂预测技术正在发挥重要的作用，并日渐成熟。
根据测井资料大面积获取地层岩石力学参数
地层岩石力学参数以及原始地应力是油气井出砂机理分析及系统出砂预测的基础和依据；同时也是进行高压一次充填防砂和端部脱砂压裂防砂工艺参数设计及施工过程模拟时所需要的最基础的数据。地层岩石力学参数的准确获取是油气井出砂预测以及防砂设计的基础和依据。
地层岩石力学参数一般通过室内岩心的力学试验获得。通过岩石力学试验了解地层岩石力学性质是必要的，也是非常重要的。但存在如下几个问题：
(1) 费时费力，如果试验结果数据相关性不好，则结果参数的可靠性较差；
(2) 疏松砂岩油气藏一般胶结强度较差，取心及岩心保存困难；人造岩心难以代表地层情况；
(3) 少量的试验结果无法代表整个区块或层位的普遍性质，试验结果的代表性较差。
(4) 尤其对于整个区块的地层出砂预测而言，横向及纵向上大面积的岩石力学参数是必须的；而传统的岩石力学试验满足不了这一需求。
针对这一问题，研究出一套根据测井资料反演地层岩石力学参数的理论与方法。根据测井资料获取地层岩石力学参数具有如下特点：
(1) 测井资料为反映地层岩石特性的第一手资料；
(2) 资料完整，便于获取，每口井均有测井数据；
(3) 虽然测井数据有波动性，但其主线反应的规律是可靠的；
(4) 便于预测出砂纵向分布规律和分层统计；
(5) 与岩石力学试验结果相结合，便于对预测结果进行校正。
本套技术可以根据有限的测井资料类型，获取全套岩石力学强度参数及弹性形变特性参数。如果有局部岩石力学实验数据，可进行数据拟合，提高结果的可靠性。该套技术适用于现场各种数据缺失的情况。由于测井资料的纵向分布特性，可预测岩石力学参数沿井深的分布特征，进一步用于地应力分析、出砂预测、压裂设计与分析、高压充填防砂设计与分析等。
原地主应力预测技术
原始地应力是指地层岩石未经人工挖掘和扰动以前的天然应力，又称初始应力或固有应力。原地应力一般通过3个主应力表示，即垂向主应力σv、最大水平主应力σH、 最小水平主应力σh。
本套技术基于测井资料，可计算分析原地主应力及主应力梯度随深度的变化规律。并可根据小型压裂测试资料计算最大、最小水平应力构造系数。该套技术适用于现场各种数据缺失的情况。
生产条件下近井地应力预测技术
原始地层钻孔后，造成地层应力集中，改变了地层应力分布状况，井筒周围的任一点的地层应力不能再简单地用三个主应力表示，而需要柱坐标下的三个应力来表示。以井筒轴线为柱坐标纵轴，井筒周围地层中任一点可用三个坐标（h,r,θ）表示，该点的应力状态可用三个应力表示：
(1) 垂向应力，垂直井柱坐标中某点沿铅垂方向上所受的应力；
(2) 径向应力，垂直井柱坐标中某点沿井轴径向方向上所受的应力；
(3) 切/周向应力，垂直井柱坐标中某点沿井轴为中心的切向方向上所受的应力。
本套技术根据原地主应力、井底压力等基础数据，计算实际生产条件下井筒周围垂向应力、径向应力、切向应力随深度、半径及角度的变化。
系统出砂预测的概念
系统出砂预测的概念是基于出砂预测工作的几个层次提出来的，是指根据地层特性参数、流体物性参数从不同的层面对油气层或油气井的出砂规律进行系统的预测与评价，为防砂工艺决策甚至开发方案决策提供依据。
系统出砂预测包含四个层次的内容：定性经验出砂预测、出砂临界生产压差和产量预测、实际生产条件下的出砂半径预测、出砂量与出砂速度预测。上述四个内容由浅入深，工作难度由简到难。
定性经验出砂预测
定性经验出砂预测为系统出砂预测的第一个层面，通常用于新区的出砂预测工作。
出砂经验预测法主要根据岩石的物性、弹性参数及现场经验对易出砂地层进行定性预测，由于方法简单实用，在新区中应用广泛。目前比较成熟的经验出砂预测法主要包括声波时差法、出砂指数法、斯伦贝谢比法和组合模量法等。主要通过测井资料分析、室内岩心是试验、现场资料统计分析和必要的计算来预测地层是否可能出砂。
对于定性经验出砂预测，单点预测的意义不大。预测出砂评价指标的纵向分布更具有实际意义。
出砂临界生产压差/产量预测
出砂临界生产压差即油气井开始出砂时的生产压差和产量。临界压差的预测对于制定开发政策以及防砂工艺决策具有重要意义。出砂临界生产压差预测是系统出砂预测的第二个层面。
出砂临界生产压差即随着井底流压的下降某一特征位置刚刚开始出现地层岩石结构破坏从而导致出砂时的生产压差，对应于该压差的产量称为出砂临界产量。出砂临界生产压差的预测主要是首先建立井筒或射孔孔眼周围地层岩石在弹性变形条件下的应力分布，进而得到井筒壁面或射孔孔眼表面的应力分布，然后使用合适的岩石破环准则便可计算得到出砂临界生产压差。
借助于测井资料得到的岩石力学参数分布数据，即可得到出砂指标的纵向分布曲线。
实际生产条件下出砂半径预测
出砂半径是指实际生产条件下井筒附近地层破坏即出砂的区域半径。首先出来的砂总是来自于井筒附近，出砂范围由内向外逐步扩大。出砂半径预测是系统出砂预测的第三个层面。
出砂半径的预测则是根据气井的实际生产条件预测气井的出砂情况，主要包括的应力分布预测和出砂半径的计算。在地层出砂以前，整个地层发生弹性形变，整个泄油区为一个弹性变形区；而对于出砂地层，在井筒周围出砂区域，地层发生塑性破坏，因此存在一个塑性区，整个地层分为塑性区和弹性区两部分。塑性区的半径即出砂半径。
出砂速度/出砂量预测
出砂速度预测即预测油气井在不同产量条件下的含砂浓度或出砂速度。根据油气井生产历史、目前的生产条件、地层岩石及流体物性，预测现在及未来不同生产条件（如产量、压力）下的含砂浓度。
出砂速度预测是系统出砂预测的第四个层面。出砂速度预测对于合理制定未来的开采及防砂方案具有重要指导作用，预测结果可用于指导制定开采政策，判断未来是否需要采取防砂措施，以及指导采取何种防砂措施。
出砂速度预测一个暂新的课题，该项技术的理论研究才刚刚起步，距现场应用要求还有一些距离。中国石油大学（华东）油气井防砂工作室目前正致力于该方面的研究工作。
平面纵向出砂规律预测及出砂宏观控制图
以测井资料为基础，大规模获取目标区块平面与纵向岩石力学参数，预测出砂预测指标的3D分布规律，制作出砂宏观控制图，用于指导整体区块的出砂与防砂宏观决策。
动态出砂规律预测
一般使用测井资料或岩心实验参数进行的出砂预测为静态预测，其结果仅代表油藏开发初期的地层出砂条件。生产实践表明，疏松砂岩油藏出砂临界压差和产量是随着出砂生产时间、地层压力下降、含水上升以及热采过程中的地层温度变化而变化的。本文以稠油热采油藏为例，通过研究岩石强度参数随含水饱和度的变化规律、地层压力下降对地应力的影响规律以及储层热应力预测，建立了油藏动态出砂临界条件的预测模型与方法。利用典型注热开采油藏数据，对动态出砂临界条件及其变规律进行了分析。结果表明，储层出砂临界压差随地层压力的降低而减小，即地层压力下降会加剧出砂；出砂临界压差随含水率和含水饱和度的增加而减低但在油藏中的敏感性要低于初始含水饱和度较低的气藏；出砂临界压差随着储层温度的升高而降低。对于注热开采稠油油藏，出砂风险最大的时期为注热—焖井—生产的转换阶段即转生产的初期，此时应缓慢逐步提高产量到正常产量。
储层微观可视化出砂预测和出砂形态刻画
微观出砂模拟即考虑储层微观结构及胶结强度，进行颗粒级尺度的出砂过程和机理模拟。其基本原理使首先通过考虑岩石微观颗粒粒径分布、粒间胶结强度分布、孔喉结构分布的非均质性和随机性，研究建立包含微观地应力场的颗粒级尺度三维微观结构随机描述方法，并建立物理模型。在此基础上，以裸眼井筒和射孔孔眼为初始模式，以胶结颗粒剥落和运移判别、出砂孔洞三维扩展模型、储层骨架与孔隙多场耦合等为核心技术手段，进行出砂过程微观可视化数值模拟。基于可视化数值模拟，研究孔隙液化、类蚯蚓洞以及连续坍塌三种微观出砂机理的界限条件，形成一套全新的基于微观出砂过程模拟的出砂临界条件、出砂速度和出砂粒径定量预测理论与方法。
上述技术与计算模型均已集成入Sandcontrol Office系统平台，欢迎交流合作。
