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【摘要】储层含水量增加，岩石的强度减小，出砂风险增大。油藏出砂将降低油井产量，损害井下装置和地面设施。针对弱胶结储层，开展储层岩石不同含水饱和度时的单轴强度实验，揭示了出水对储层出砂影响的机理。结果表明：含水饱和度与岩石单轴强度呈指数递减规律。含水饱和度越高，岩样的单轴抗压强度越低。含水率对岩石强度及出砂影响程度，取决于砂岩内蒙脱石、伊蒙混层等易水化黏土矿物的含量和含水率大小。
【关键词】含水率？岩石强度？出砂？临界生产压差
讨论含水饱和度对岩石强度的影响，尤其在弱胶结的地层。含水饱和度对岩石力学特性的影响一直是比较热门的研究课题，含水饱和度对多数类型岩石的强度都存在着降低效应。一般来说，岩石对水含量的敏感性越强，含水率越高它的强度越低。对比了砂岩岩样干燥和饱和水条件下的单轴抗压强度，结果证实富含黏土的绿砂岩饱和水后单轴抗压强度下降了78%，而硅质砂岩仅下降了8%，这说明岩石强度对含水饱和度的敏感性主要取决于岩石的矿物组成。含水率增大，亲水性砂岩颗粒间的毛管压力降低；含水饱和度增加，岩体和地层水之间的化学作用越剧烈；相对渗透率效应导致流体拖曳力增大，砂岩颗粒从破坏岩体脱落运移而出砂；出砂主要发生在弱胶结地层，了解含水率对强度的影响规律是出砂临界压差的预测预测的一个重要方面。国外部分学者就含水率对岩石强度及出砂影响进行了研究，而国内研究相对较少。针对弱胶结地层，开展含水率对地层强度及出砂的可能性影响规律研究，为该油田确定合理的防砂方式和生产压差提供必要的理论依据。
1 强度降低机理研究
1.1 表面能减少
岩石内含水饱和度增加将使表面能降低，同时颗粒间黏聚力也将减小，因此岩石单轴抗压强度降低。石英是砂岩油藏最常见的矿物，若砂岩内富含石英，从而使Si02含量聚集，当地层出现水突破或水浸，有可能发生石英的水解反应，石英水解作用使硅氧键被能量小的氢键替代，因此表面能和内聚力减小。
1.2 毛细管压力
砂岩表面与两种互不相溶的孔隙流体接触，会产生毛细管压力，毛管压力是砂岩颗粒之间一种内聚力，也是岩石强度的组成部分。毛管压力使砂粒之间产生毛管力粘结，对部分饱和岩石来说孑L隙水处于受拉状态。毛管压力的大小取决于储层孑L隙度和含水饱和度。室内可以通过半渗透隔板法绘制典型毛管力压力曲线，可得到含水饱和度越大，毛管压力越小。
1.3 化学作用
黏土矿物表面携带负电荷，这些负电荷能够吸附水分子层和孔隙中的自由水携带阳离子，这些阳离子和岩石颗粒结合并不牢固，当地层水性质改变，可能发生离子交换使阳离子被其他阳离子替代。岩石颗粒和地层水常见的化学反应包括：石英水解作用、碳酸盐分解、黏土的膨胀。对于钙质胶结物，出水以后有可能发生碳酸盐分解反应。
影响岩石强度因素主要是岩性、孔隙度、黏土矿物含量。不同岩性的岩石，对水含量的敏感性越疆，它的强度越低，这意味着岩石强度越弱，其强度损失也就越大。孔隙度一直被广泛用作单轴抗压强度指标，实验结果表明：孔隙度大的地层流体和岩石组分相互作用越剧烈，岩石强度下降也就越明显，化学反应侵蚀岩石，导致岩石物理、力学特性改变。黏土矿物具有水化膨胀的性质。富含黏土矿物的砂岩对含水饱和度敏感性更强，其强度损失也就更明显。黏土和水接触，其水化膨胀行为极大地影响岩石的稳定性。
2 含水率对出砂影响
由于井眼或炮孔周围岩石受单向压缩应力或一向为拉伸、一向为压缩的应力，使岩石极易产生剪切破坏及拉伸破坏，在流体流动拖曳力作用下产生移动而进入井眼、造成出砂。出砂主要发生在弱胶结地层，多数学者认为毛细管力减小和化学作用对出砂有更大的影响。毛管力对出砂的影响取决于储层的孔隙度和渗透率，如果砂岩富含黏土矿物，水侵入或水突破将使储层岩石强度下降的更显著。油藏岩石普遍是亲水的，岩石颗粒表面形成一层水膜。常见黏土和其他微粒是亲水的，它们被吸附并浸没在包围砂岩颗粒的水膜里，黏土遇水后永化膨胀，造成黏土颗粒堵塞储层孔隙。对于游离态黏土颗粒，当地层流体流动时，促使这些颗粒发生运移，堵塞喉道。这将导致地层流体流动的过流直径、孔隙度和储层的相对渗透率减小。
地层流体会产生一个径向拖曳力，该附加应力将岩石表面颗粒向井眼内拖曳。拖曳力的产生主要是由流体压差引起的，拖曳力是一个拉应力，使颗粒朝着流体流动的方向运动。越靠近井眼，流体产生的拖曳力越大。流体携带近井地带脱落颗粒运移进入井筒内，造成出砂。显然，如果油气储层含水率很低，不能促使脱落的颗粒发生运移，不太可能出现大面积出砂。现场经验数据表明：当生产压差小于储层单轴抗压强度的一半时，可保持储层开采初期不会出砂。室内岩芯实验可直接测得地层的单轴抗压强度，对没有取芯的地层则可通过测井数据的分析处理来求得地层的强度参数，进而求出地层出砂的临界生产压差。
（l）岩石强度随着含水率增大而降低，岩石强度对含水率敏感性强。
（2）岩石强度影响因素除含水率之外，还和岩性有关。含水率对岩石强度的影响依赖于砂岩的矿物组成，黏土矿物含量越高，岩石强度的影响更明显。
（3）低强度是出砂的一个天然因素，岩石强度越低，出砂的可能性越大，因为低强度岩石内颗粒之间的压实程度较低。强度降低，出砂临界压差减小。
参考文献
[1] 郭云民.高含水期油井出砂预测模型的研究与应用[J].油气地质与采收率，2005.03
[2] 徐志英.岩石力学[M].北京：中国水利水电出版社，1981
[3] 刘宝琛.岩石抗压强度的尺寸效应[J].岩石力学与工程学报，1998，17（6）
[4] 郭中华.岩石强度特性的单轴压缩试验研究[J] .河海大学学报（自然科学版），2002，30（2）
【关键词】含水率？岩石强度？出砂？临界生产压差
讨论含水饱和度对岩石强度的影响，尤其在弱胶结的地层。含水饱和度对岩石力学特性的影响一直是比较热门的研究课题，含水饱和度对多数类型岩石的强度都存在着降低效应。一般来说，岩石对水含量的敏感性越强，含水率越高它的强度越低。对比了砂岩岩样干燥和饱和水条件下的单轴抗压强度，结果证实富含黏土的绿砂岩饱和水后单轴抗压强度下降了78%，而硅质砂岩仅下降了8%，这说明岩石强度对含水饱和度的敏感性主要取决于岩石的矿物组成。含水率增大，亲水性砂岩颗粒间的毛管压力降低；含水饱和度增加，岩体和地层水之间的化学作用越剧烈；相对渗透率效应导致流体拖曳力增大，砂岩颗粒从破坏岩体脱落运移而出砂；出砂主要发生在弱胶结地层，了解含水率对强度的影响规律是出砂临界压差的预测预测的一个重要方面。国外部分学者就含水率对岩石强度及出砂影响进行了研究，而国内研究相对较少。针对弱胶结地层，开展含水率对地层强度及出砂的可能性影响规律研究，为该油田确定合理的防砂方式和生产压差提供必要的理论依据。
1 强度降低机理研究
1.1 表面能减少
岩石内含水饱和度增加将使表面能降低，同时颗粒间黏聚力也将减小，因此岩石单轴抗压强度降低。石英是砂岩油藏最常见的矿物，若砂岩内富含石英，从而使Si02含量聚集，当地层出现水突破或水浸，有可能发生石英的水解反应，石英水解作用使硅氧键被能量小的氢键替代，因此表面能和内聚力减小。
1.2 毛细管压力
砂岩表面与两种互不相溶的孔隙流体接触，会产生毛细管压力，毛管压力是砂岩颗粒之间一种内聚力，也是岩石强度的组成部分。毛管压力使砂粒之间产生毛管力粘结，对部分饱和岩石来说孑L隙水处于受拉状态。毛管压力的大小取决于储层孑L隙度和含水饱和度。室内可以通过半渗透隔板法绘制典型毛管力压力曲线，可得到含水饱和度越大，毛管压力越小。
1.3 化学作用
黏土矿物表面携带负电荷，这些负电荷能够吸附水分子层和孔隙中的自由水携带阳离子，这些阳离子和岩石颗粒结合并不牢固，当地层水性质改变，可能发生离子交换使阳离子被其他阳离子替代。岩石颗粒和地层水常见的化学反应包括：石英水解作用、碳酸盐分解、黏土的膨胀。对于钙质胶结物，出水以后有可能发生碳酸盐分解反应。
影响岩石强度因素主要是岩性、孔隙度、黏土矿物含量。不同岩性的岩石，对水含量的敏感性越疆，它的强度越低，这意味着岩石强度越弱，其强度损失也就越大。孔隙度一直被广泛用作单轴抗压强度指标，实验结果表明：孔隙度大的地层流体和岩石组分相互作用越剧烈，岩石强度下降也就越明显，化学反应侵蚀岩石，导致岩石物理、力学特性改变。黏土矿物具有水化膨胀的性质。富含黏土矿物的砂岩对含水饱和度敏感性更强，其强度损失也就更明显。黏土和水接触，其水化膨胀行为极大地影响岩石的稳定性。
2 含水率对出砂影响
由于井眼或炮孔周围岩石受单向压缩应力或一向为拉伸、一向为压缩的应力，使岩石极易产生剪切破坏及拉伸破坏，在流体流动拖曳力作用下产生移动而进入井眼、造成出砂。出砂主要发生在弱胶结地层，多数学者认为毛细管力减小和化学作用对出砂有更大的影响。毛管力对出砂的影响取决于储层的孔隙度和渗透率，如果砂岩富含黏土矿物，水侵入或水突破将使储层岩石强度下降的更显著。油藏岩石普遍是亲水的，岩石颗粒表面形成一层水膜。常见黏土和其他微粒是亲水的，它们被吸附并浸没在包围砂岩颗粒的水膜里，黏土遇水后永化膨胀，造成黏土颗粒堵塞储层孔隙。对于游离态黏土颗粒，当地层流体流动时，促使这些颗粒发生运移，堵塞喉道。这将导致地层流体流动的过流直径、孔隙度和储层的相对渗透率减小。
地层流体会产生一个径向拖曳力，该附加应力将岩石表面颗粒向井眼内拖曳。拖曳力的产生主要是由流体压差引起的，拖曳力是一个拉应力，使颗粒朝着流体流动的方向运动。越靠近井眼，流体产生的拖曳力越大。流体携带近井地带脱落颗粒运移进入井筒内，造成出砂。显然，如果油气储层含水率很低，不能促使脱落的颗粒发生运移，不太可能出现大面积出砂。现场经验数据表明：当生产压差小于储层单轴抗压强度的一半时，可保持储层开采初期不会出砂。室内岩芯实验可直接测得地层的单轴抗压强度，对没有取芯的地层则可通过测井数据的分析处理来求得地层的强度参数，进而求出地层出砂的临界生产压差。
（l）岩石强度随着含水率增大而降低，岩石强度对含水率敏感性强。
（2）岩石强度影响因素除含水率之外，还和岩性有关。含水率对岩石强度的影响依赖于砂岩的矿物组成，黏土矿物含量越高，岩石强度的影响更明显。
（3）低强度是出砂的一个天然因素，岩石强度越低，出砂的可能性越大，因为低强度岩石内颗粒之间的压实程度较低。强度降低，出砂临界压差减小。
参考文献
[1] 郭云民.高含水期油井出砂预测模型的研究与应用[J].油气地质与采收率，2005.03
[2] 徐志英.岩石力学[M].北京：中国水利水电出版社，1981
[3] 刘宝琛.岩石抗压强度的尺寸效应[J].岩石力学与工程学报，1998，17（6）
[4] 郭中华.岩石强度特性的单轴压缩试验研究[J] .河海大学学报（自然科学版），2002，30（2）