地学文献中心密切关注水合物开发过程中出砂及防砂研究进展

日本于2013年实施的第一次近海甲烷水合物试采因出砂事故导致提前终止。经分析认为，出砂是由于砾石移动造成筛网破坏产生的。日本计划于2017年实施的第二次近海试采拟利用贝克休斯研发的GeoFORM防砂系统通过预先膨胀和井下膨胀两种方式应对可能的出砂现象。

中国地质调查局地学文献中心“地学情报综合研究与产品研发”二级项目依托《海洋地质信息》“水合物”专刊对水合物开发过程中出砂及防砂的研究进展进行了系列报道。

首先报道了针对日本第一次近海试采实际采用的砾石充填防砂措施开展的室内试验研究。该研究针对甲烷水合物开采时采用的砾石充填防砂措施的稳定性，利用由甲烷水合物模拟层和砾石充填模拟层组成的试验所用样品开展了一维柱体透水试验，并取得了以下认识：①从粒度小的层（D50=65微米）到粒度大的层（D50=380微米），虽没有大规模的砂流入，但能观察到微量的侵入；②尽管在砾石充填层人为建立了水的流动通道以增加流速，但没有明显的细砂侵入；③在砾石充填模拟层内能观察到粒度分布的变化；④当流量增加时，尽管水流通道周围的细砂较少，但如果长期如此，细砂还是会侵入的。主要结论如下：①与实际环境相比，在理想环境中，砾石充填的防砂效果良好；②在理想环境中，砾石充填内部的粒度分布发生了变化，这也与实际环境下发生的情况不同；③实际环境的压力更高，因此在针对长期产气时，必须要考虑除水之外的气体的运移，从而要设想更严酷的环境；④使砾石充填的充填状态保持均质且密实，将对实际防砂效果起到关键作用。

然后报道了日本石油、天然气和金属矿产资源机构（JOGMEC）对油气生产过程中出砂现象的机理及防治措施的研究。该研究给出了出砂现象的定义（构成地层的岩石的碎屑（砂）混杂在石油和天然气中一起流入到生产井内的一种现象）、后果（堵塞生产井、磨损生产设备的管道、堵塞重要阀门等）、成因（①对于油气，井和地层内的流体压力减小，使地层有效应力增加，进而使井周围的岩石被破坏，产生的岩石碎屑（砂）会在流体的粘滞作用下流入井中；②对于油砂和水合物，移除以上烃类物质的未固结沉积物会失稳并变得极具流动性，从而与流体流入井内；③如石油中混入水，则会因砂的亲水性增强其的流动性；④粘土矿物的水合和膨胀作用也会导致地层强度变低）、以及主要应对措施（①控制井内压力和地层内压力，防止地层破坏，从源头阻止砂粒的产生；②通过安装防砂装置或充填砾石来阻止或减少砂粒流入井内；③以降低防砂成本以及利用出砂为目的的出砂管理措施，即允许砂粒流入的同时加强对井内砂的处理以及设备对砂的防磨损）。JOGMEC正致力于①开展室内试验，以实时观察出砂现象并分析其机制；②开发数值模拟器，以模拟和解释出砂现象；③研发未固结地层的固化防砂技术，以在保持流体流动性的同时提高地层的强度。