粉砂巖氣田地面防砂方法探討

摘要：氣田地面防砂是指天然氣從地下產出之后輸往地面儲罐的過程中的防砂工作。粉砂巖氣田因井內出砂嚴重，而采氣地面階段出砂又是井內出砂的直接體現，所以本文對目前有關粉砂巖氣田的地面防砂工藝進行初步總結，并對目前的地面防砂整體發展情況做一個概況。

關鍵詞：疏松巖氣田 地面防砂 除砂 出砂機理 澀北氣田

一、粉砂巖氣田地面防砂方法國內外現狀及發展趨勢

氣田防砂分為井內防砂與地面防砂。井內防砂一般采用降低產氣量、機械過濾、化學固砂以及復合防砂等方法。地面防砂是指天然氣從地下產出之后輸往地面儲罐的過程中的防砂工作，主要辦法有：重力除砂、分離除砂、過濾除砂三種。就目前而言，國內外的防砂新理論、新工藝、新技術層出不窮。防砂工藝的選擇與設計的科學決策逐步取代了以往的經驗性和盲目性，逐步提出了防砂工藝綜合決策的理念。

二、粉砂巖氣田出砂存在問題及原因分析

(1)腐蝕設備：砂的產生會因腐蝕設備而帶來嚴重的問題。對管道、水泵、閥門、阻氣閥等地面集輸設備也會產生腐蝕，進而破壞設備和管道的機械結構。

(2)部分砂的堵塞和沉降導致分離器和原油儲罐等容器容積減少，從而降低其停留時間，增加穩定藥劑的用量。

(3)砂在地面集輸設備中沉積，嚴重時會堵塞工藝設備，造成砂卡以及地面控制閥門的失靈，使容器、管線等地面設備清砂和維修工作量劇增，影響集輸系統的運行效率。

(4)系統清砂難度極大，罐內可燃性氣體與空氣混合后容易造成危險，且對人體健康存在危害。清出油砂如果不經過處理而直接填埋，既降低石油資源的利用率又污染環境。

(5)在加熱工藝中，砂容易沉積在加熱裝置的表面，妨礙正常的熱傳導，甚至導致局部過熱、穿孔而發生危險。

這些危害既提高了氣井開采難度，又增加了天然氣開采成本。粉砂巖氣田出砂幾乎全部來自于井內，主要影響出砂程度的幾點因素有：

(1)地層壓降及生產壓差對出砂的影響：氣藏壓力下降對地層出砂的影響：①壓降過大使巖石顆粒的負荷加大，造成了巖石的剪切破壞，導致地層大量出砂；②氣藏壓力的下降將伴隨邊、底水(或注入水)的侵入，導致氣相滲透率急劇下降，不得不放大生產壓差來維持產量，勢必導致出砂加劇。

(2)流速對出砂的影響：對于疏松砂巖易出砂的地層，都存在不同程度速敏，當氣層內流體流速低于臨界流速時，也會產生微粒的運移，它們會在炮眼入口處形成“砂橋”，阻止出砂。

(3)含水上升對出砂的影響：澀北氣藏儲層為底水、邊水氣藏，還有層間水。因此，澀北氣田的開發總伴隨水的問題，則又導致氣井出砂加重，產氣量降低，目前已經有不少井出水嚴重，水淹氣層。

(4)完井因素：完井幾何形狀因素包括井眼尺寸、井斜、射孔條件(方位、相位角、布孔格式和孔密、孔徑等)，它們與油層相連，組成了油流通道，對出砂勢必產生一定的影響。

三、粉砂巖氣田生產出砂主要解決辦法

粉砂巖氣田地面防砂工作在世界范圍內研究了幾十年，到目前為止防砂效果最好的是在沙粒中值粒徑為0.1mm以上的地層。如今國內外油氣田地面防砂的技術也有了長足的進步，涌現出越來越多的好的方法，而對于0.05～0.1mm地層的防砂工作也有了一些突破和進展。

氣井內防砂不外乎采用降低產氣量、采用機械過濾、化學固砂的方法。采用機械過濾或化學固砂的方法大體上有四種：礫石充填、機械過濾，即繞絲塞管或割縫襯管、塑料涂敷礫石預充填及化學固砂。

而地面防砂的主要工作就是對井內出的砂進行處理，主要有幾種辦法：重力除砂；分離除砂；過濾除砂，以及井口除砂器，集輸系統密閉除砂工藝。

1.重力除砂：重力沉降是利用固液兩相的密度差在重力場中進行固氣液分離的過程。從轉油站或聯合站來的混合液，經兩相（氣、水、砂）進入大罐進行重力沉降，利用氣、水、砂的密度差作用，經足夠長的時間，使氣水砂分離，密度大的砂沉于罐底。

2.分離除砂：離心分離是把懸浮液置于離心力場中，使得氣液得以分離的過程。由于在離心場中可以獲得很大的慣性力，因此可以實現諸如細微顆粒的懸浮液和準穩定乳狀液的分離。在相同條件下，離心沉降和重力沉降速度比值稱為分離因數，是離心分離設備的重要性能指標。

3.過濾除砂：過濾是利用某種多孔介質來使混合氣體分離的過程。在外力作用下，混合氣體中的流體通過介質的孔道，而某種粒徑的固體顆粒被截留下來，從而實現固氣分離。過濾操作分為兩大類，一類是餅層過濾，另一類為濾床過濾。餅層過濾適合于固體含量稍高（固相體積分率在1％以上）的懸浮液；濾床過濾較適于懸浮液中顆粒粒徑很小且含量甚微（固相體積分率在1％以下）的場合。

4.井口除砂器：在井口安裝設備，該設備可以具有上述三種除砂工藝的功能，使得氣藏從井內開采出來便可得到第一次除砂。

四、結語

在中國近年來根據實際生產而得到的經驗，總結出的方法，使得目前粉砂巖氣田的地面防砂技術有了很大突破，但不同的方法還是要經過現場的勘察，從而因地制宜，選擇出最適合某井的防砂方式才是最佳戰略。

參考文獻

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