何 云 (長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023；中石化華北分公司，河南 鄭州 450006)

陳敬軼，李冰毅，徐 嘉 (中石化華北分公司，河南 鄭州 450006)

大牛地氣田出砂井特性分析及預(yù)防對策

何 云 (長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023；中石化華北分公司，河南 鄭州 450006)

陳敬軼，李冰毅，徐 嘉 (中石化華北分公司，河南 鄭州 450006)

出砂在油氣開發(fā)過程中對井下和井場等生產(chǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)都有極大的危害，限制了油氣的產(chǎn)能。主要從地質(zhì)條件和開發(fā)工藝2個方面分析大牛地氣田采氣一隊致密儲層氣藏出砂的特征。出砂嚴(yán)重的氣井都屬于斜井，位于盒3層段，出砂測井臨界值不同于常規(guī)氣藏，特別是在氣井投產(chǎn)早期，出砂規(guī)模較大，其中生產(chǎn)壓差是氣井出砂的關(guān)鍵因素。并提出合理控制氣井生產(chǎn)壓差、穩(wěn)定生產(chǎn)、預(yù)防出砂的對策。

大牛地氣田；氣藏；出砂；測井；生產(chǎn)壓差

出砂規(guī)模對油氣井的生產(chǎn)過程危害程度不同，輕則磨蝕井下和地面管道，刺大或刺漏油嘴，造成閥門受損，但對單井產(chǎn)能并無大的影響；重則井壁坍塌，甚至生產(chǎn)層段被砂掩埋、測試工具損害、套管變形。所以分析出砂的原因、特征，提出合理的預(yù)防對策，對保證氣田的穩(wěn)定生產(chǎn)、實現(xiàn)氣田的高效開發(fā)尤為重要。

大牛地氣田位于陜西省榆林市大牛地西南緣，伊陜斜坡西翼，所轄氣藏屬于低壓、低滲、低豐度“三低”巖性氣藏。氣井生產(chǎn)層位主要分布在下石盒子組的盒3段，其次為盒2段、山1段、山2段、盒1段。對該氣田采氣一隊230口投產(chǎn)氣井進(jìn)行跟蹤分析，其中共有出砂井27口，6口氣井出砂較為嚴(yán)重(見表1)，主要表現(xiàn)為氣嘴刺漏、閥門受損等地面采氣流程中的設(shè)備、管件更換、維修較為頻繁，如D1-1-104井，投產(chǎn)前2年更換或維修氣嘴、閥門7次。

表1 采氣一隊嚴(yán)重出砂井統(tǒng)計

1 出砂井特性分析

油氣井出砂的機(jī)理主要表現(xiàn)為地質(zhì)因素和開采條件，地質(zhì)因素包括砂巖的膠結(jié)程度、應(yīng)力場的分布、流體特征等；而開采條件指后天的鉆井方式、開采方式、增產(chǎn)措施及管理方式等。

圖1 出砂井分布區(qū)域

1)出砂嚴(yán)重的井主要位于盒3層段 通常，砂巖膠結(jié)程度是影響出砂的主要因素，地層埋藏越淺，壓實作用越弱，膠結(jié)程度疏松，地層越容易出砂[1-4]。由表1可以看出，出砂嚴(yán)重的井主要位于盒3段，儲集巖巖石類型以中-粗粒巖屑砂巖為主，含少量細(xì)礫巖，相對于其他開采層段，砂巖膠結(jié)程度不強(qiáng)，以孔隙式膠結(jié)為主。另外，出砂井都分布在盒3段曲流河道部位(圖1)，孔隙度較高，滲透率較好，儲層砂巖膠結(jié)程度不高的微小砂粒很容易隨氣流運(yùn)移，造成采氣過程中出砂。

2)井斜的影響 6口比較嚴(yán)重的出砂井都是斜井，這并不是偶然的現(xiàn)象，從力學(xué)角度分析，斜井比直井更容易出砂[2]。

氣層出砂是剪切破壞機(jī)理和拉伸破壞機(jī)理的相互耦合過程，前者是射孔孔眼周圍構(gòu)造應(yīng)力和上覆巖層重力共同作用的結(jié)果，后者則是開采過程中流體作用于孔眼周圍地層顆粒上的拖曳力所致，與過高的開采速度或過大的流體速度有關(guān)。對于斜井，一方面氣流的速度會大量沖蝕孔壁，松散的巖石顆粒隨氣流帶走；另一方面，孔洞的不斷擴(kuò)大，改變了周圍的應(yīng)力分布，造成塌孔，骨架巖石受到破壞，形成了更多微小顆粒，這兩方面都加劇了出砂的規(guī)模。

3)具有致密砂巖儲層的測井顯示特征 測井曲線能夠較好反映儲層的巖性、物性、含氣性特征，由此利用聲波、孔隙度、出砂指數(shù)等可以對出砂井進(jìn)行地質(zhì)條件預(yù)測[5-6]。但是大牛地氣田儲層為低孔、低滲的致密儲層，測井曲線特征明顯有別于常規(guī)儲層，所以預(yù)測氣井出砂的臨界值也不同。

表2 嚴(yán)重出砂井測井參數(shù)

由表2可知，出砂井的測井曲線特征與常規(guī)井不同，一般出砂井的聲波和孔隙度都較高，聲波一般大于228μs/m， 孔隙度大于8%。這與國內(nèi)大多數(shù)砂巖氣藏的出砂臨值295μs/m相比[5]，差別較大。

通過分析聲波時差與出砂量相對較少時生產(chǎn)壓差之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，兩者之間具有很好的線性關(guān)系，聲波時差越小，出砂臨界生產(chǎn)壓差就越小(圖2)，依據(jù)這個關(guān)系，已知聲波時差可以近似確定這口井的出砂臨界壓差，即出砂最小生產(chǎn)壓差。

圖2 出砂井聲波時差與出砂最小生產(chǎn)壓差的關(guān)系圖

4)氣井投產(chǎn)早期易出砂 氣井早期生產(chǎn)，儲層中的游離砂及完井過程出現(xiàn)的微小松散顆粒極易隨氣流進(jìn)入井筒。由于地層壓力下降較快，在上覆巖層壓力不變的情況下，地層壓力下降導(dǎo)致施加在巖石顆粒上的力越來越大，當(dāng)其超過地層承受極限時，地層應(yīng)力達(dá)到地層巖石破壞臨界值，巖石骨架發(fā)生變形破壞，在氣體快速流動下，地層巖石顆粒被攜至井底，引起出砂。

6口出砂嚴(yán)重的井投產(chǎn)初期出砂量較大，更換氣嘴或閥門維修的次數(shù)比較頻繁，如D1-1-104井，投產(chǎn)前2年更換或維修氣嘴、閥門7次，而2007年3月至今才更換一次氣嘴，閥門沒有出現(xiàn)問題。

5)生產(chǎn)壓差是造成出砂的重要因素 在不同壓差條件下，流體在儲層多孔介質(zhì)中流動，當(dāng)流速達(dá)到某一速度時，引起微粒的運(yùn)移，開始少量出砂，當(dāng)繼續(xù)增加流速時，骨架砂巖發(fā)生剪切破壞，出砂量增加，一般認(rèn)為大量出砂的流量即為出砂臨界流量。

對于同一口井，生產(chǎn)壓差越大，采氣速度越高，出砂越嚴(yán)重，采氣一隊的出砂井也說明了這個問題。投產(chǎn)初期，生產(chǎn)壓差較大，出砂較為嚴(yán)重，氣嘴刺漏、閥針、閥座受損現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，更換、維修頻繁；后期，隨著壓差的降低，出砂量減少，氣嘴和閥門更換、維修明顯減少。

2 氣井出砂的預(yù)防對策

圖3 出砂井與常規(guī)井套壓下降速率對比

對于油氣井出砂的預(yù)防對策主要采用化學(xué)工藝固砂和機(jī)械方式防砂[7-9]，但采氣一隊的氣井出砂主要對生產(chǎn)設(shè)備具有一定的損害，沒有根本改變儲層的物性，導(dǎo)致壓降速率大幅度下降，產(chǎn)量波動。對出砂井和常規(guī)井套壓下降速率進(jìn)行比較表明，壓降速率差別不大，壓降趨勢也比較一致，都是在早期下降較快，后期趨于平緩(見圖3)，由此決定了以后的防砂工作應(yīng)注重于采氣工藝方面。

1)合理控制生產(chǎn)壓差 生產(chǎn)壓差決定了采氣速度的大小，合適的生產(chǎn)壓差會使儲層不出砂而只排除游離砂，不僅不會對生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響，相反，可以改善井筒附近儲層的物性[10]，油氣井的產(chǎn)量不減反增。通過室內(nèi)試驗和生產(chǎn)數(shù)據(jù)也說明，采用 “適度出砂”的管理模式，能夠提高油氣的產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，可見控制生產(chǎn)壓差對油氣井開采具有重要的現(xiàn)實意義。

對于出砂嚴(yán)重的氣井，應(yīng)在滿足生產(chǎn)的條件下降低生產(chǎn)壓差進(jìn)行生產(chǎn)。通過優(yōu)化氣井開采制度，使生產(chǎn)壓差小于出砂臨界生產(chǎn)壓差。理論上，射孔壁上周圍的最大應(yīng)力隨著壓差增加而改變，骨架巖石發(fā)生剪切屈服，出砂的可能性就會增大。因此，不恰當(dāng)?shù)膲翰羁赡芤鸬貙舆^早、過量出砂。

2)氣井的穩(wěn)定生產(chǎn) 當(dāng)氣井生產(chǎn)制度變化較大時，瞬時采氣速度大幅度增加，達(dá)到氣藏儲層巖石發(fā)生剪切破壞的出砂極限條件，會造成骨架的破壞，引起大量出砂。特別是氣井生產(chǎn)過程調(diào)產(chǎn)過于頻繁，容易引起膠結(jié)疏松的顆粒脫落、游離，在氣流的作用下運(yùn)移進(jìn)入井筒，形成出砂。因為流體流動速度的變化，可能造成儲層巖石中微粒運(yùn)移、堵塞喉道，從而導(dǎo)致巖石滲透率或有效滲透率下降的現(xiàn)象，即所謂的“速敏效應(yīng)”。

3 結(jié) 論

1)致密砂巖氣層與常規(guī)氣藏出砂井的特征明顯不同，嚴(yán)重出砂的氣井都屬于斜井，一般分布在盒3段，預(yù)測出砂的聲波時差、孔隙度測井?dāng)?shù)值明顯低于常規(guī)氣藏的標(biāo)準(zhǔn)。從采氣工藝上說，投產(chǎn)早期容易出砂，并且規(guī)模較大，其中生產(chǎn)壓差是氣井出砂的關(guān)鍵因素。

2)出砂井出砂規(guī)模沒有明顯影響儲層的物性，壓降速度與常規(guī)井變化趨勢基本一致，出砂時期產(chǎn)量波動也不大，說明以后防砂的工作應(yīng)注重優(yōu)化采氣的工作制度。

3)通過分析出砂井的特征，出砂井的預(yù)防對策首先應(yīng)選擇合適的生產(chǎn)壓差，生產(chǎn)過程調(diào)產(chǎn)不易頻繁，盡量穩(wěn)定生產(chǎn)。

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[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.03.021

TE358.1

A

1673-1409(2012)03-N062-03

2012-01-14

何云(1982-)，男，2004年大學(xué)畢業(yè)，工程師，碩士生，現(xiàn)主要從事采氣生產(chǎn)技術(shù)方面的研究工作。