中江氣田體積壓裂井沖蝕問題及對策

張興堂 鄧雙林 李 波 楊 杰 馮 斌 任基文 王 迪 王子瑞

（中國石化西南油氣分公司采氣三廠，四川 德陽 618100）

0 引言

中江氣田面積4679km2，行政上隸屬于四川省德陽市與綿陽市，區域構造處于川西坳陷東斜坡帶，內部構造主要呈現“三隆夾一凹”的繼承性構造特征（“三隆”為高廟子-豐谷、合興場-知新場、中江-回龍正向構造帶，“一凹”為永太向斜）[1,2]，受西部斷裂帶影響，發育多個低幅局部構造。中江氣田探明儲量超千億方，主力生產氣藏為沙溪廟組（JS）氣藏與須家河組二段（TX2）氣藏。隨著中江氣田JS318HF井采用體積壓裂獲無阻流量103.5×104m3/d，近年來新井普遍采用“水平井+體積壓裂”開發模式，氣井出砂成為一種常態，導致地面流程設備常被砂沖蝕刺壞，極大地影響了氣田安全生產。

為更好地控制井口出砂，有效避免管線刺漏，保障氣田平穩生產。現對典型出砂沖蝕井基本情況進行介紹，歸納投產后的生產問題，總結并分析各項措施的應用效果。

1 典型井概況

JS240HF井采用“水平井+體積壓裂”開發模式，自投產以來累計流程管線刺漏二十余次，刺壞油嘴百余個，屬典型出砂沖蝕問題井。

1.1 地質概況

JS240HF井是部署在中江氣田中江-回龍構造JS24層的一口滾動勘探井，井垂深2272m，水平段長975m。該井鉆遇砂體巖性以淺綠灰色細粒長石巖屑砂巖為主，錄井顯示以氣層為主，氣測全烴值2.312%～99.990%（均值51.911%），測井以氣層為主，I、II類儲層約占73%，具有較好的油氣顯示情況。

1.2 開發概況

JS240HF井采用“多段多簇+大排量+變粘滑溜水+極限限流+復合暫堵”的多尺度高密度縫壓裂工藝，按甜點差異化設計原則，分15段82簇進行壓裂，總入地液量23858.52m3，總入地砂量5052.38t。

該井于2021年10月26日投產，投產初期套壓27.02MPa，產氣10.08×104m3/d，產液41.57m3/d。截至目前，該井套壓5.88MPa，產氣6.47×104m3/d，產液16.66m3/d，返排率44.75%。

1.3 投產初期地面流程概況

投產初期地面流程未考慮防砂工藝，井口來氣過井安閥直接進入20萬大卡水套爐，經二級節流后進入DN800分離器與DN600分離器，分離液經自動疏水閥去儲液罐，分離氣經濕氣計量撬計量后出站。

2 沖蝕問題分析

2.1 投產后沖蝕問題的出現

JS240HF井于2021年10月26日投產，10月29日，水套爐二級油嘴及油嘴套出現嚴重沖蝕現象，如圖1所示。當晚，發現DN800分離器疏水閥底部排污球閥本體刺漏，更換發現大量壓裂砂，如圖2所示。

圖1 水套爐二級油嘴與油嘴套沖蝕情況（攝影圖片來自防爆相機，下同）

圖2 水套爐二級油嘴與油嘴套沖蝕情況

10月30日上午，發現水套爐一級節流出口法蘭刺漏（如圖3所示），DN800分離器疏水閥出現砂堵現象（如圖4所示），疏水閥閘閥、閥套式排污閥內漏；10月30日中午，發現水套爐二級節流出口彎頭發生刺漏（如圖5所示）；10月30日晚，DN800分離器疏水閥底部排污球閥本體再次刺漏（如圖6所示）。

圖3 水套爐一級節流法蘭刺漏

圖4 疏水閥砂堵

圖5 彎頭刺漏

圖6 排污球閥再次刺漏

10月31日凌晨，發現水套爐二級節流出口彎頭再次發生刺漏，拆卸后見法蘭盤入口刺變形嚴重，如圖7所示。

圖7 水套爐二級節流出口彎頭再次刺漏

2.2 原因分析

JS240HF井采用體積壓裂工藝，總入地超過5000噸壓裂砂，使得在投產初期地層能量充足，氣體流量較大的情況下，大量壓裂砂被帶到地面，直接造成了分離器排液系統的嚴重堵塞。

沖蝕則是指材料表面受到含有固體顆粒的流體沖擊而導致其表面材料磨損的現象[3,4]。壓裂砂在高速氣流的帶動下不斷沖擊變徑、彎頭與法蘭部位，造成設備結構的快速磨損，以致刺漏。

3 沖蝕對策及應用效果

3.1 JS240HF井沖蝕治理措施及效果

針對上述砂埋、沖蝕問題，現場采取了多種措施治理井口出砂與設備沖蝕。

（1）加裝過濾式除砂器

JS240HF井于11月1日修改地面工藝流程，使井口來氣在進水套爐前先經過濾式除砂器除砂，而后再進入水套爐加熱節流。然而，在加裝過濾式除砂器試產一日后發現疏水閥依然出砂，拆開除砂器后發現濾網損壞，如圖8所示。分析其原因在于，井口出砂量遠大于除砂器過濾能力，使得濾網積砂、破損；

圖8 除砂器濾網損壞

（2）換用直角彎頭

針對體積壓裂井出砂嚴重的現狀，將流程彎頭換用為直角彎頭，并從套管兩翼分別鋪設生產管線備有閘門控制，當其中一翼需更換彎頭時可通過備用管線生產，該措施效果顯著，更換直角彎頭的部位在后續生產過程中未出現刺漏現象；

（3）定期壁厚檢測

對沖蝕嚴重的彎頭沖刷面、排污管定期開展壁厚檢測，匯總壁厚動態數據，分析管道沖蝕情況。同時，對沖蝕較為嚴重的部位定期檢修、更換部件。該措施有效避免了易損部位的刺漏事故，將不可控的事故停產轉換為可控的定時檢修，確保了氣井平穩生產；

（4）合理配產

氣井配產要根據氣井臨界攜液量與氣井的實際生產情況制定，保證氣井在盡量少出砂的情況下能夠正常生產[5]，從而減少井下氣體的攜砂能力，減弱沖蝕效應，該措施配合其他措施共同使用，能夠起到較好的效果。

3.2 JS240-1HF井開發措施及效果

在JS240HF井獲高產氣流后，同一生產層位繼續部署了開發井JS240-1HF井，在該井的開發過程中，汲取了JS240HF井開發的諸多經驗，應用新的治沙與防沖蝕措施，取得了較好的效果。

（1）采用纖維壓裂液

纖維壓裂工藝是近年來廣泛采用的高效壓裂工藝，其原理是在壓裂施工過程中添加一定量纖維，依靠纖維材料形成的類似網狀的互繞結構來固定支撐劑，以提高壓裂液的攜砂能力，并使支撐劑在裂縫內均勻鋪置，減少地層出砂，從而提高改造效 果[6-8]。JS240-1HF井通過采用纖維壓裂工藝，有效減少了井口出砂，但在實際生產中存在纖維連接壓裂砂形成較大砂塊的情況，存在堵塞管道的風險；

（2）選用旋流除砂器

JS240HF-1井在開發過程中汲取JS240HF井開發的經驗，不再選用過濾式分離器作為除砂裝置，更換為旋流除砂器進行井口除砂。該措施效果顯著，除砂后的流程管線在未使用直角彎頭的情況下，無刺漏發生。

綜上所述，采用以上措施均有助于避免沖蝕問題的發生，多種措施共同使用可以有效避免因井口出砂帶來的砂堵與沖蝕危害。

4 結論與建議

（1）體積壓裂井出砂原因在于總入地壓裂砂較多，投產初期地層壓力較高，氣體流量大，攜砂能力強；因此，在高速氣流攜砂的不斷沖擊下，設備沖蝕難以避免；

（2）過濾式除砂器不適用于出砂量較大的井口；

（3）進行合理配產、采用纖維壓裂工藝能有效減少井口出砂；采用旋流式除砂器、改用直角彎頭、定期進行壁厚檢測等措施對于避免管線與設備刺漏的發生具有顯著效果；

（4）JS240-1HF井的開發成果表明，多種措施共同使用可以有效避免因井口出砂帶來的砂堵與沖蝕危害。