蘇東南區(qū)氣井出砂對生產(chǎn)的影響及對策

田曉龍 姜濤 李夢潔 陳家舟(中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司第一采氣廠，陜西 西安 710021)

蘇東南區(qū)氣井出砂對生產(chǎn)的影響及對策

田曉龍 姜濤 李夢潔 陳家舟(中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司第一采氣廠，陜西 西安 710021)

氣井出砂問題在現(xiàn)代天然氣開采過程中已屬常見，其對于氣田生產(chǎn)的危害不言而喻，本文分析了氣井出砂的原因及危害，總結(jié)了臨界流量法控制出砂公式，并根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)對公式進(jìn)行了修正、完善。

氣井出砂、防治措施、臨界流量、修正系數(shù)

氣井出砂一般是指氣井開采和作業(yè)過程中某些綜合因素造成井底附近地層破壞，導(dǎo)致地層里的砂體隨流體進(jìn)入井筒，繼而隨生產(chǎn)氣流進(jìn)入集輸管網(wǎng)的現(xiàn)象。影響出砂的因素一般有巖層的應(yīng)力狀態(tài)、膠結(jié)性質(zhì)、滲透率、氣井固井質(zhì)量和生產(chǎn)模式等等。

1 出砂原因及危害

為提高叢式井日產(chǎn)量，蘇東南區(qū)普遍采取地層壓裂改造的方式提升儲層之間的連通性以增加氣井的產(chǎn)能。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，壓裂支撐劑的回流是氣井出砂主要原因。現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合理論分析認(rèn)為，造成支撐劑回流的原因主要有三種：

一是裂縫較寬或地層松軟、閉合壓力低。

二是在裂縫未完全閉合的情況下就進(jìn)行排液。

三是由于排液、抽汲、開采速度過大以及頻繁開關(guān)井作業(yè)等，導(dǎo)致裂縫內(nèi)壓降過大或壓力波動過快。

氣井出砂的危害主要有以下幾點(diǎn)：

一是沖刷、磨損采輸氣管線，尤其是彎頭、三通部位沖刷嚴(yán)重，易造成管壁磨損過快最終導(dǎo)致管線刺漏。

二是腐蝕、破壞設(shè)備設(shè)施，如磨損閥門閥芯，導(dǎo)致閥門密封不嚴(yán)，損壞、堵塞流量計(jì)部件，造成儀表故障，影響計(jì)量結(jié)果。

三是阻滯、影響輸氣流程，如造成井筒砂埋、油管砂堵，地面管匯積砂，降低氣井產(chǎn)量，甚至使氣井停產(chǎn)。

2 臨界流量法控制出砂

2.1 臨界流量

氣井?dāng)y砂從力的角度分析是由于天然氣對砂粒向上的合力大于砂粒的重力（豎直井筒中），如果天然氣對砂粒的作用力不足以將砂粒帶起，氣井就不會出砂，因此存在一個臨界作用力使砂粒剛好靜止或懸浮在氣流中。

這里將壓裂砂近似為球形，天然氣為湍流狀態(tài)，根據(jù)流體動力學(xué)的相關(guān)知識，物體在流體中相對運(yùn)動時最多可能受到9個力的作用：

l重力（G=ρpgVp）;浮力（FB=ρgVp）;粘滯阻力（fn=6πrvη）

根據(jù)上述各公式成立的條件可以求出井筒中砂粒所受的合力為：

根據(jù)真實(shí)氣體狀態(tài)方程PV=NZRT，設(shè)井筒內(nèi)氣體狀態(tài)方程為p1V=NZ1RT1，標(biāo)況下狀態(tài)方程為p2V2=NZ2RT2，兩式相比，整理得

將式(1-2)代入式(1-3)整理得氣井臨界攜砂流量為

式中p1為天然氣壓力，Z為天然氣氣體壓縮因子。

2.2 公式修正

由于實(shí)際情況中壓裂砂并非為規(guī)則的球形，且在井筒中運(yùn)動時存在與液體、雜質(zhì)粘連在一起的情況等，導(dǎo)致其體積和阻力系數(shù)存在一定偏差，因此實(shí)際應(yīng)用時應(yīng)給砂粒半徑和阻力系數(shù)附加一個修正系數(shù)，以減小計(jì)算誤差：

式中α為體積修正系數(shù)，β為阻力修正系數(shù)。

挑選符合條件的氣井?dāng)?shù)據(jù)（有調(diào)整氣井出砂至不出砂時的產(chǎn)量記錄）,求出理論臨界流量Q。然后利用測試法依次改變α和β的值，找到理論臨界流量與實(shí)際不出砂時的最大配產(chǎn)最接近的情況，這時的α和β即是平均誤差最小時的修正系數(shù)。

通過計(jì)算可得，大約在α=0.1，β=3時平均誤差最小，約為8.62%。

因此修正后的臨界流量公式為

2.3 公式驗(yàn)證

任選井底壓力代入修正后的流量公式并計(jì)算出各自的臨界流量，將結(jié)果與氣井實(shí)際最低不出砂配產(chǎn)相比，得出計(jì)算誤差為8.01%，所得臨界流量誤差在可接受范圍內(nèi)，因此可以依據(jù)該公式初步指導(dǎo)氣井生產(chǎn)參數(shù)。

3 結(jié)語

氣井出砂是目前天然氣開采面臨的一個普遍而重要的問題，本文著重改進(jìn)了臨界流量法控制出砂的公式，通過增加修正系數(shù)并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行修正，使公式與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合，彌補(bǔ)了參數(shù)取值不精確、理論公式存在偏差等缺點(diǎn)，使結(jié)果更準(zhǔn)確、更能適應(yīng)實(shí)際的生產(chǎn)情況。

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[2]王修武.垂直氣井氣流攜砂實(shí)驗(yàn)分析.天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2012,6（2）：42～44.

[3]葉禹卿.物體在流體中運(yùn)動所受到的作用力.北京教育學(xué)院學(xué)報(bào).

[4]李蓮明.氣井裂縫出砂臨界產(chǎn)量模型研究及應(yīng)用.石油化工應(yīng)用，2005，4（3）：15～17.

[5]張建忠.新場氣田氣井井底壓力計(jì)算.新疆石油天然氣，2007，3（2）：31～32.

田曉龍（1987-）男，漢族，甘肅慶陽人，助理主辦，主要從事人力資源管理工作。