氣井井筒攜砂規律研究

代云龍，胡園園

（東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶 163000）

氣井井筒攜砂規律研究

代云龍，胡園園

（東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶 163000）

氣井出砂問題是由多種因素導致的，通過實驗分別研究了固體顆粒形狀、油管直徑、井口壓力對氣井臨界攜固量和臨界攜固流速的影響。應用公式計算臨界攜固流量與流速，并與實際生產數據相對比，得出上述因素對臨界流量與臨界流速的影響規律。

顆粒形狀；顆粒直徑；井口壓力；井深

氣井出砂是砂巖開采過程中常見的問題，其主要與地層巖石物性、地層流體性質、氣井生產因素、作業措施不當、射孔參數設定這幾個因素有關[1，2]。出砂問題對整個氣井的生產過程損害都非常大，可能造成儲層地質結構破壞，降低產能。砂體在井底堆積造成砂堵、液堵，同時被帶至地面的砂體對設備具有極強的腐蝕性[3，4]。因此，氣井攜砂性能研究對降低生產成本，實現天然氣的高效、安全、經濟生產有著顯著的現實意義。

1 氣井攜砂模型

氣井在實際生產中，產生的固體顆粒形狀不規則，較相同體積的球形顆粒表面積要大，表面相對較粗糙，這些特點使得顆粒在運移過程中所受阻力大于球形顆粒，因此，不規則顆粒小于球形顆粒的沉降速度。因此，在球形顆粒沉降速度公式中引入不規則形狀系數，就能夠得到不規則形狀顆粒的沉降速度，表1為不規則顆粒的形狀參數。所以一般取形狀系數φ作為計算不規則顆粒沉降末速的修正系數[5，6]。則不規則顆粒的攜砂臨界流速公式為：

表1 不規則顆粒的形狀參數

在一定的表觀速度下，當固體顆粒的循環量超過當前情況下氣體表觀速度的攜砂臨界流量時，井筒底部出現砂粒堆積，使井筒中的壓力梯度分布成S型[7]。得出攜砂臨界流量公式：

根據臨界攜砂流量和臨界攜砂流速計算公式對氣井生產數據進行計算得到以下生產數據，見表2。

表2 氣田氣井臨界攜帶量

2 氣井攜砂影響因素

由上面得出的氣井臨界攜流量與臨界攜固流速公式計算得出，臨界流量與固體顆粒形狀、油管直徑、氣體壓力有如下關系。某井生產數據見表3。

表3 某井生產數據

（1）根據公式計算的出油管直徑對臨界攜固產量的影響規律，如圖1所示。從圖中可看出，隨著油管直徑增加其臨界攜砂產量增加。原因是：當氣井產氣量不變時，油管直徑越大，橫截面越大，單位面積上的固體顆粒速度越小，相應的氣體拖拽力越小，所以在井口壓力、固體顆粒相同的條件下，油管直徑越大時，需要的臨界產量就越大。

圖1 油管直徑與臨界攜砂產量關系曲線

（2）固體顆粒直徑對臨界攜固產量和臨界攜固流速的影響規律如圖2、圖3所示，固體顆粒直徑越大需要的臨界流速越大，在顆粒密度保持不變的條件下，顆粒直徑越大，雖然在井筒中的受到的浮力，壓差力和流體的拽力相應的增加，但是這些力的增加量小于固體重力的增加量，故顆粒直徑越大，所需要的臨界流速越大。

圖2 固體顆粒直徑與臨界攜砂產量關系

圖2 固體顆粒直徑與臨界攜砂產量關系

圖3 固體顆粒直徑與臨界攜砂產量關系曲線

（3）井口壓力、井深和攜固臨界流速成反比，對于相同氣體產量壓力越小，則氣體的密度越小，固體顆粒所受到的浮力越小；同時在相同產量下氣體壓力越大，則在流動過程中壓力下降越快，則固體顆粒受到的壓差力越大，所以壓力越大所需要的產量越小。其特點如圖4所示。

圖4 井口壓力與臨界攜固產量關系曲線

同理井深越大，壓力越高，流體密度和壓力梯度越大，則其攜帶固體的臨界產量越低，而攜砂臨界流速則隨著井深的增加而不斷增大。其特點如圖5、圖6所示。

圖5 井深與臨界攜砂產量關系

圖6 井深與臨界攜砂流速的關系

3 結論

不同顆粒所受表面力不同，建立不同顆粒形狀下的臨界攜帶產量與流速計算公式。運用以上計算的臨界固體攜帶量和流速計算公式，對出砂井的實際攜砂臨界產量與流速進行了計算，說明該井目前產量能滿足攜砂要求。并且，從計算公式中可以看出，臨界攜砂產量與固體顆粒直徑、油管直徑成正比，和井口壓力成反比。

[1]鄧紹強.疏松砂巖氣藏多層合采氣井出砂攜砂產能研究[D].西南石油大學，2006.

[2]李剛，王霞，肖喜慶，等.兩相流理論在氣井攜砂中的運用[J].斷塊油氣田，2008，（06）：65-67.

[3]鄧紹強，胡明，肖莉，等.出砂氣井攜砂產能研究[J].特種油氣藏，2008，（03）：87-89+96+109-110.

[4]李洪波.氣砂兩相流在天然氣開采過程中的理論及實驗研究[D].四川大學，2004.

[5]董長銀，陳新安，阿雪慶，等.產水氣井井筒攜砂機制及攜砂能力評價試驗與應[J].中國石油大學學報（自然科版），2014，（06）：90-96.

[6]林琳，羅雯，謝娟，等.氣井攜砂臨界參數與出砂量預測模型應用研究[J].重慶科技學院學報（自然科學版），2015，（02）：65-68.

[7]張忠祿.氣液固流動機理及氣井井筒的攜液攜砂能力研究[D].中國石油大學（華東），2013.

Study on Gas Wells with the Sand Carrying Capacity

Dai Yun-long，Hu Yuan-yuan

The problem of gas well product sand is caused by many factors，this paper studies the shape of solid particles，the diameter of the tubing，the wellhead pressure of gas well critical with fixed quantity and critical with solid velocity，the effect of application of the formula to calculate the critical carrying solid flow rate and flow velocity.And coMParing to the actual production data，it is concluded that the above factors on the critical flow rate，and the influence law of critical flow.

particle shape；particle diameter；wellhead pressure；well depth

TE37

A

1003–6490（2016）04–0032–02

2016–04–10

代云龍（1990—），男，遼寧省凌源人，碩士在讀，主要研究方向為多相流體力學。