Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2015, № 4 (спецвып.10)

ГОРНЫЙ
ИНФОРМАЦИОННОАНАЛИТИЧЕСКИЙ
БЮЛЛЕТЕНЬ № 4

10
СПЕЦИАЛЬНЫЙ
ВЫПУСК

А.В. Лаврентьев
Д.Г. Антониади

АНАЛИЗ ПРИЧИН
И ПОСЛЕДСТВИЙ
ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЙ
НА ЗАВЕРШАЮЩЕЙ
СТАДИИ РАЗРАБОТКИ
НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ

УДК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Л 13 

622.245.6 
Л 13 
 
 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 
29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной 
службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.14 
 
 
 
 
 
Лаврентьев А.В., Антониади Д.Г. 

Анализ причин и последствий пескопроявлений на завер
шающей стадии разработки нефтяных и газовых месторождений. 
Отдельная статья: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 4 (специальный выпуск 10). — 32 с. — М.: Издательство «Горная книга» 
ISSN 0236-1493 

Проведён анализ причин возникновения пескопроявлений и его последствий. Проведено исследование методов и технологий управления 
осложнениями, обусловленных пескопроявлениями (методы противопесочной фильтрации, методы химического закрепления пластов). Рассмотрены методы ограничения пескопроявлений на АнастасиевскоТроицком месторождении. 
Ключевые слова: пескопроявление, нефтегазодобыча, призабойная
зона пласта, композиционная модельосложнений. 
 

 

УДК 622.245.6

©  А.В. Лаврентьев, Д.Г. Антониади, 2015 
©  Издательство «Горная книга», 2015 
ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство  
«Горная книга», 2015 

 
 

Пескопроявление представляет большой научный и практический интерес как базовое осложнение нефтегазодобычи. Для 
выработки эффективных мер управления пескопроявлением необходимо иметь системные представления о его генезисе, механизмах развития и взаимосвязях с другими осложнениями. 
Анализ источников [1—8] показывает, что пескопроявление 
– сложная динамическая техническая система, при рассмотрении 
которой целесообразно выделить уровни иерархии по принципу 
нарастающей сложности: 
• на нижнем уровне – создаётся базовая модель пескопроявления – причины возникновения и механизмы развития; 
• на следующем уровне создаётся расширенная модель пескопроявления, в которой рассматриваются взаимосвязи с сопряжёнными осложнениями; 
• на верхнем уровне создаётся модель пескопроявления и сопутствующих осложнений с учётом конкретных характеристик 
месторождения. 

Анализ причин возникновения пескопроявлений 
По вопросам причин возникновения пескопроявлений есть 
разные подходы. 
В [1] изучали особенности разрушения призабойной зоны 
пласта на примере Гатчинского подземного хранилища газа. Показано, что между параметрами (пластовое давление, величина 
отбора газа, добыча жидкости, водный фактор) и пескопроявлением не обнаруживается корреляционной зависимости. 
Пескопроявление отнесено к сложным нелинейным системам, для исследования которых необходимо применение широкого спектра иерархий моделей. 
Показано, что слабосцементированные песчаники отличаются избирательным характером разрушения с образованием высокопроницаемых каналов вдоль трещин, развитых в продуктивном 
пласте по вертикали и вдоль плоскостей напластования слойков. 
Основная гипотеза возникновения пескопроявления, принятая многими исследователями, связана с деформационнонапряжённым состоянием физического тела горной породы. 
Так, в [2] для прогнозирования пескопроявления предложено 
использовать данные по уплотняемости горных пород (рис. 1). 

Рис. 1. Результаты опытов по уплотнению песков и глин из различных 
нефтеносных районов: 1 – очень рыхлый песок; 2 – коркоранские глины (глубина 224 м); 3 – алеврит (глубина 409,9 м); 4 – песок с промежуточной степенью 
уплотнённости; 5 – маракаибский песок (глубина 945 м); 6 – очень уплотнённый 
песок; 7 – уилмингтонские алевриты (глубины 945-1067 м); 8 – маракаибские 
глины (глубина 946,1 м); 9 – уилмингтонские алевриты (глубины 1097-1829 м); 
10 – уилмингтонские пески (глубины 610-1219 м); 11 – уилмингтонские алевриты (глубины 610-684 м) 
 
Показано, что в сравнительно плотных пластах с высоким 
горным давлением причиной пескопроявления может быть разность давлений с разных сторон обсадной колонны, что ведёт в 
конечном итоге к разрушению обсадной колонны [2]. 
Как следует из рис. 1, максимальной способностью к уплотнению обладают рыхлые пески, а минимальной – уилмингтонские алевриты. 
Для определения максимально возможного уплотнения используются соотношения: 

0
1
е
Н
Н
е
⎛
⎞
Δ
Δ
=
⋅
⎜
⎟
+
⎝
⎠
; 
(1) 

1

2

1
1
1
Ф
Н
Н
Ф
⎛
⎞
−
Δ
=
−
⋅
⎜
⎟
−
⎝
⎠
 
(2) 

где Н – толщина пласта; ΔН – вертикальное уплотнение (уменьшение толщины; Δe – изменение коэффициента пористости, равное отношение объема пор к объёму скелета; е0 – начальный коэффициент пористости; Ф – пористость, выраженная в долях 
единицы. 
К причинам и факторам пескопроявлений в [3] отнесены: 
• слабосцементированный коллектор; 
• вязкость пластового флюида; 
• скорость движения частиц флюида в пласте; 
• депрессия; 
• напряжения в призабойной зоне пласта; 
• загрязнённость призабойной зоны пласта. 
Указанные выше причины и факторы могут быть истолкованы как более широкий спектр гипотез возникновения пескопроявлений, чем деформационно-напряжённое состояние (ДНС) физического тела горной породы. По сути, состав причин и факторов, приведённый в [3], может быть описан моделью физического 
тела горной породы как дисперсной системы, через которое движется жидкая фаза, а само тело испытывает некоторый комплекс 
нагрузок. Таким образом, речь идёт о значительном усложнении 
модели ДНС горной породы и использовании подходов гидрогеологии, гидродинамики, физической химии и ряда других наук. 
В [4] составлена классификация причин разрушения коллектора и выноса песка с выделением трёх групп в зависимости от 
условий возникновения: 
• геологические (особенности залегания пласта-коллектора, 
литология); 
• технологические (условия вскрытия пластов и эксплуатации скважин); 
• технические (конструкция забоя) (табл. 1). 
Отмечено, что вынос песка сопровождается выносом воды. 
В [5] указывается на такие предпосылки пескопроявлений 
как прорыв воды, истощение пласта, аномальное распределение 
вертикальных и горизонтальных напряжений в пласте, частые 
изменения перепадов давления на забое как результат внезапных 
и частых остановок скважины. 
В [6] указано на то, что причины выноса песка могут быть 
разделены на три группы (рис. 2). 

Таблица 1 

Классификация причин разрушения коллектора и выноса песка 

Природа 
происхождения 
Доля 
в процентах 
Состав частиц 
Доля 
в процентах 

Пластовое 
50-60 
Магнитные и 
железные частицы 
25-65 

Смешанное 
(пластовоповерхностное) 

15-25 
Минеральные 
частицы из пласта 
20-25 

Поверхностное 
10-20 
Поверхностные 
частицы 
10-50 

 
Рис. 2. Причины выноса песка 
 
Очевидно, модель пескопроявления, принятая в [6], близка к 
той, что использована авторами [3] и которая может быть охарактеризована как композиционная модель пескопроявления (КМП). 
В [7] с использованием испытательного стенда трёхосного 
независимого нагружения (ИСТНН) исследовали зависимость веса вынесенного песка от нагрузки (рис. 3). 
Синей линией показана программа нагружения образца, 
красной – зависимость веса вынесенного песка от величины 
внешнего обжатия. 

В [8] указано на следующий состав факторов пескопроявления: 
• глубина залегания пласта и величина пластового давления; 
• величина депрессии при эксплуатации скважины; 
• обводнённость добываемой продукции и минерализация 
пластовых вод; 
• предел прочности, модули упругости и сдвига, коэффициент Пуассона нефтегазонасыщенных пород и др. 
Пескопроявление увязано с устойчивостью прискважинной 
части пласта (рис. 4). 
Необходимо отметить, что в недавних работах [9-12] обобщены известные подходы к проблеме пескопроявления, а также намечены пути управления этим осложнением. В целом, соглашаясь 
со многими подходами, принятыми в [8], необходимо указать на 
то, что вопросы моделирования осложнений требуют использования более широкого исследовательского инструментария. 
 

 
Рис. 3. Зависимость веса вынесенного песка от нагрузки 

Рис. 4. Факторы устойчивости прискважинной части пласта 
 
Таким образом, наиболее полная структура осложнений находит своё выражение в композиционной модели пескопроявления, в которой горная порода представлена как физическое тело 
дисперсного строения, через которое движется жидкая фаза, а 
само тело испытывает некоторый комплекс нагрузок. Как результат, возникает задача междисциплинарного плана, в которой механический подход к описанию поведения горной породы сочетается с физико-химическими, фильтрационными и иными подходами. 
В такой постановке задача композиционной модели пескопроявления ещё не ставилась и не решалась. 
На основании анализа литературных данных можно заключить, что причины выноса песка изучены пока ещё только в малой степени и не формируют целостной картины. Для решения 
задачи исследования причин выноса песка необходимо последо-
вательное рассмотрение таких вопросов как: 
• постановка системной междисциплинарной задачи пескопроявления; 
• создание предпосылок и методов исследования задачи пескопроявления; 
• разработка моделей горных пород – описание их структуры, состава и базовых характеристик; 
• исследование механизмов инициации пескопроявления и 
разрушения горных пород; 

• исследование фильтрационной проницаемости и фаз деформационно-пространственной нестабильности горных пород; 
• разработка принципов и методов прогнозирования и 
управления механизмами деформационно-пространственной нестабильности горных пород. 

Анализ последствий пескопроявлений 
Согласно [13] пескопроявление приводит к отрицательным 
последствиям: 
• разрушение пласта-коллектора как в призабойной зоне, так 
и вдали от скважины; 
• кольматация забойных защитных устройств (фильтров) с 
последующим разрушением каркаса фильтра и образованием локальных каналов фильтрации, что ещё более усугубляет процесс 
разрушения пласта; 
• абразивный износ подземного и наземного оборудования 
скважин и газопроводных систем; 
• накопление песчаных пробок на забое скважины и уменьшение работающей толщины пласта; 
• образование при работе скважины висячих песчаных пробок ниже башмака и в самой колонне НКТ, что приводит к прихвату нижней части колонны НКТ; 
• заполнение колонны НКТ залповым выбросом больших 
объёмов песка при освоении скважины компрессорным способом. 
Приведённый выше состав последствий можно рассматривать как логическое развитие предпосылок композиционной модели пескопроявления. Вместе с тем, указанный состав последствий носит описательный и качественный характер. Переход на 
более высокую ступень описания последствий с использованием 
аналитических подходов и прогнозирования наступления опасных состояний требует использования методов междисциплинарного моделирования в рамках композиционной модели пескопроявления, а в более общем случае при решении проблемы прогнозирования осложнений добычи – композиционной модели осложнений. 
В условиях пескопроявления критерий экономической целесообразности технологий должен учитывать всю гамму последствий применяемых решений (рис. 5). 

Рис. 5. Последствия выноса песка [6] 
 
В [14] изучены зависимость содержания песка в продукции 
скважин пласта 
1 2
1
−
ÀÂ
 Самотлорского месторождения от обводнённости, депрессии, отношения забойного давления к пластовому и коэффициента продуктивности. 
Пескопроявление ведёт к образованию каверн, обрушению 
кровли призабойной зоны и в ряде случаев к смятию эксплуатационной колонны, а также к пробкообразованию в скважинах, 
эрозии внутрискважинного оборудования, отложению песка в наземном оборудовании, трубопроводах и т.п. 
Промысловое оборудование (трубопроводы, фонтанные 
штуцеры, задвижки, насосно-компрессорные трубы, насосы и др.) 
в результате пескопроявления выходит из строя раньше нормативного срока. Осаждение песка на забое скважины ведёт к необходимости проведения дорогостоящего ремонта. 
Рассмотрим влияние пескопроявления на работу насосного 
оборудования [15–18]. Так, в [16] показано, что в структуре осложнённого фонда УЭЦН в ООО «РН — Пурнефтегаз» на механические примеси приходится около 74 % от общего объёма осложнений. 
В ООО «РН — Пурнефтегаз» пескопроявления установлены 
на 7 месторождениях, при этом за период 2007–2012 гг. фонд, осложнённый выносом мехпримесей, вырос на 68,3 %, и по состоянию на 01.01.2012 г. он составил 979 скважин, или 64,7 % от действующего фонда УЭЦН (рис. 6) [17].