蘇東南區氣井出砂對生產的影響及對策

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)

蘇東南區氣井出砂對生產的影響及對策

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)

氣井出砂問題在現代天然氣開采過程中已屬常見，其對于氣田生產的危害不言而喻，本文分析了氣井出砂的原因及危害，總結了臨界流量法控制出砂公式，并根據現場生產數據對公式進行了修正、完善。

氣井出砂、防治措施、臨界流量、修正系數

氣井出砂一般是指氣井開采和作業過程中某些綜合因素造成井底附近地層破壞，導致地層里的砂體隨流體進入井筒，繼而隨生產氣流進入集輸管網的現象。影響出砂的因素一般有巖層的應力狀態、膠結性質、滲透率、氣井固井質量和生產模式等等。

1 出砂原因及危害

為提高叢式井日產量，蘇東南區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能。但在實際生產過程中發現，壓裂支撐劑的回流是氣井出砂主要原因。現場生產經驗結合理論分析認為，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行排液。

三是由于排液、抽汲、開采速度過大以及頻繁開關井作業等，導致裂縫內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：

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

二是腐蝕、破壞設備設施，如磨損閥門閥芯，導致閥門密封不嚴，損壞、堵塞流量計部件，造成儀表故障，影響計量結果。

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，降低氣井產量，甚至使氣井停產。

2 臨界流量法控制出砂

2.1 臨界流量

氣井攜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，根據流體動力學的相關知識，物體在流體中相對運動時最多可能受到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：

根據真實氣體狀態方程PV=NZRT，設井筒內氣體狀態方程為p1V=NZ1RT1，標況下狀態方程為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

由于實際情況中壓裂砂并非為規則的球形，且在井筒中運動時存在與液體、雜質粘連在一起的情況等，導致其體積和阻力系數存在一定偏差，因此實際應用時應給砂粒半徑和阻力系數附加一個修正系數，以減小計算誤差：

式中α為體積修正系數，β為阻力修正系數。

挑選符合條件的氣井數據（有調整氣井出砂至不出砂時的產量記錄）,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際不出砂時的最大配產最接近的情況，這時的α和β即是平均誤差最小時的修正系數。

通過計算可得，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 公式驗證

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

3 結語

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，本文著重改進了臨界流量法控制出砂的公式，通過增加修正系數并根據實際生產參數進行修正，使公式與生產實際結合，彌補了參數取值不精確、理論公式存在偏差等缺點，使結果更準確、更能適應實際的生產情況。

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[2]王修武.垂直氣井氣流攜砂實驗分析.天然氣技術與經濟，2012,6（2）：42～44.

[3]葉禹卿.物體在流體中運動所受到的作用力.北京教育學院學報.

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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。