徐深氣田氣井除砂工藝的優化

晁萌 李萬寶 傅廣海 大慶油田有限責任公司采氣分公司

徐深氣田氣井除砂工藝的優化

晁萌 李萬寶 傅廣海 大慶油田有限責任公司采氣分公司

徐深氣田部分氣井出砂對地面設施造成了不同程度的沖蝕，已陸續有多口氣井地面設施的管件、閥門被損壞，不僅對氣田造成了經濟損失，同時也存在很大的安全隱患。為解決這一問題，開展了井口旋流除砂技術試驗研究，除砂效果明顯，但在現場應用中出現了壓降大、節流、凍堵等問題。針對所出現的問題對原有除砂裝置在結構、排砂工藝等方面進行優化改進，不但降低了裝置的壓降，提高了除砂效果，而且方便了排砂，解決了凍堵問題。

氣井出砂；除砂技術；技術改進

1 氣井出砂情況分析

徐深氣田部分氣井出砂，對地面設施造成了不同程度的沖蝕，已陸續有多口氣井地面設施的管件、閥門被損壞，不僅對氣田造成了經濟損失，同時也存在很大的安全隱患。為解決這一問題，開展了井口旋流除砂技術試驗研究，除砂效果明顯，但在現場應用中出現了壓降大、節流、凍堵等問題。針對所出現的問題對原有除砂裝置在結構、排砂工藝等方面進行優化改進，不但降低了裝置的壓降，提高了除砂效果，而且方便了排砂，解決了凍堵問題。為今后除砂技術的推廣、應用奠定了基礎。

目前徐深氣田投產氣井100多口，通過超聲波測砂儀在線檢測及分離污水取砂分析等手段，篩查出砂氣井45口，其中有29口井的日出砂量高于5 kg。從采集出的砂樣來看，其特征分為兩種：一種為陶粒狀，大小均勻，粒徑0.35～0.65 mm，顏色呈黑灰色；另一種顆粒較細，砂質松散，顏色呈黃褐色。

通過對砂樣進行分析，深層井的砂樣呈陶粒狀，為氣井壓裂所用的石英砂。自2004年開發以來，氣田共有70多口氣井以壓裂方式投產，且均為大型壓裂，加砂規模在60 m3以上，壓裂后通過尾追樹脂陶粒進行防砂，井下管柱未采取其他防砂措施，因此容易出現壓裂砂反排進入地面工藝的現象。中淺層氣井的砂樣顆粒較細，砂質松散，是地層砂。目前，氣田共有砂礫巖儲層氣井64口，砂礫巖儲層以碎屑顆粒為主要成分，顆粒較細，壓實程度較低，較為疏松，容易被氣體從井底帶到地面。

在生產過程中發現部分氣井出砂，對地面工藝造成嚴重沖蝕，出現了多處閥門失效和彎頭破損等問題，給氣田造成了很大的經濟損失，并存在很大的安全隱患。如WSX—1井于2011年12月15日投產，氣井開井生產約40 min，站內三、四級節流閥及安全閥失效泄漏，閥門解剖后發現內部存在大量砂粒，為氣井出砂沖蝕導致閥門磨損失效。另外，SX6井分離器排污閥、三級節流閥也曾因氣井出砂沖蝕導致泄漏。為解決氣井出砂對地面工藝的影響，開展了井口旋流除砂技術試驗研究。

2 井口除砂工藝

2.1 旋流除砂技術原理

國內外油氣田井口除砂主要采用了重力沉降、過濾除砂、離心分離及旋流除砂技術，目前應用效果較好的是旋流除砂技術。其原理是強制改變攜砂流體的流向，由直線形式轉變為螺旋形式，使流體產生旋轉流場，在離心力及重力的聯合作用下，使相對密度較大的砂粒從氣、水中分離。

2.2 旋流除砂器在徐深氣田的應用

目前已經在10口氣井應用該除砂技術，設備安裝在井口緊急截斷閥后，實現在工藝流程的源頭對下游工藝進行保護。設計去除砂粒粒徑為0.2 mm以上，去除率為50%～80%。

從現場試驗的效果來看，除砂率都在50%以上，而且砂粒粒徑越大除砂效果越好。從現場來看，設備沖蝕明顯減輕，如徐深X1井投產初期由于出砂節流閥被多次沖蝕破壞而停產，應用旋流除砂技術后，運行情況良好。從分離器分離取樣情況來看，仍有泥樣砂漿，但粒徑非常小。可見該除砂工藝對小粒徑砂粒的除砂效果有限。另外，該除砂工藝在試驗應用中還出現了裝置壓降大和排砂困難等問題：①徐深X—1井試投產1.2 h，除砂器排砂量為0.5 kg，但除砂器進出口壓差約為7 MPa，導致氣井形成水合物凍堵關井，其他幾套的壓差也在5 MPa以上；②在排砂時首先需要完全泄壓，再卸下沉砂體下端的絲堵進行排砂，清除余砂后需清除干凈絲堵內螺紋，涂上螺紋密封脂，旋緊絲堵，不方便操作；③沉砂體無壓力指示表，排砂過程中如未完全泄壓，沉砂體內仍會存有壓力，存在安全隱患。

3 旋流除砂工藝的優化

為滿足生產需要，對原裝置進行了研究分析，對井口旋流除砂器結構進行優化改進。

（1）優化結構控制節流壓降。分析節流的原因是由于旋流芯子螺距過窄，過流面積小而導致節流。因此對旋流除砂器旋流芯子螺距進行優化，增加流通面積。通過優化，內部過流面積擴大到原來的3倍，介質流速也相應減少到原來的1/3，壓降減少到原來的1/8。優化后的除砂器在現場應用效果較好，壓降均低于1 MPa，而且除砂效率也明顯提高。徐深X—1井旋流除砂器壓降為0.6 MPa，除砂量為3.82 kg/d，除砂率達到79.3%，優化后除砂效果良好。

（2）優化結構方便操作。結合徐深氣田的井口工藝，對沉砂體進行優化，見圖1。加裝監測壓力表，原底部排砂改為兩側排砂，達到方便操作，消除隱患的目的。

圖1 沉砂體優化前、后結構示意

經過現場試驗，旋流除砂器能有效去除天然氣中砂粒雜質，降低對下游工藝的沖蝕危害，滿足了生產需要。

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.024