王 虎，韓東興，賴(lài) 燕，高永飛，杜 偉，孫玉強(qiáng)，楊 茂

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠，陜西西安 710200）

在石油天然氣的生產(chǎn)過(guò)程中，地層砂礫以及壓裂砂粒會(huì)隨生產(chǎn)油氣到達(dá)地面，達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，會(huì)因堵塞集輸管線而影響生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞節(jié)流閘閥，引發(fā)安全事故。氣井防砂的形式主要分為井下防砂和地面防砂，根據(jù)工藝原理，大致可分為機(jī)械防砂、化學(xué)防砂和砂拱防砂等。

井下防砂是將防砂工具，礫石篩管等下入油管，防止氣井出砂，達(dá)到保證地面設(shè)施安全的目的，但對(duì)于高產(chǎn)量的水平氣井而言，井下防砂器分離出的砂粒會(huì)在氣井水平段堆積而堵塞氣流通道，影響氣井產(chǎn)能的發(fā)揮。在高產(chǎn)水平井防砂工藝上，則需采用地面防砂技術(shù)，以物理方法進(jìn)行除砂。榆林、子洲氣田出砂的氣井既包括產(chǎn)量較低的裸眼井也有高產(chǎn)水平井，因此需要綜合使用井下防砂工具和地面防砂裝置、閥組才能實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)的防砂增產(chǎn)目的。

1 出砂的類(lèi)型

氣井井底出砂是由于井底地帶的巖層結(jié)構(gòu)被破壞和裂縫結(jié)構(gòu)被破壞所引起的，故分為地層出砂和裂縫出砂兩種類(lèi)型。地層出砂是脫落的巖石碎屑，裂縫出砂是氣層壓裂改造過(guò)程中所加的壓裂砂[1]。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣分析發(fā)現(xiàn)，目前氣田出砂均為壓裂砂，子洲氣田的多口水平井尤為明顯。這一類(lèi)出砂的原因主要受氣井的壓裂工藝、生產(chǎn)制度、裂縫出砂臨界產(chǎn)量的影響，井底壓差稍有變化，就會(huì)有壓裂砂被生產(chǎn)氣流帶出井底[2]。壓裂砂較普通巖石碎屑硬度大，顆粒細(xì)小，對(duì)下游管道、閥門(mén)、設(shè)備的破壞性更強(qiáng)。因此通過(guò)除砂工具能有效地去除井底出砂，是榆林、子洲氣田天然氣生產(chǎn)過(guò)程的一種需要。

2 防砂裝置的應(yīng)用

2.1 井下防砂工具

井下防砂工具由井下坐封裝置和防砂篩網(wǎng)兩大部分組成。上部分采用類(lèi)似井下節(jié)流器的座封與打撈裝置，下部分連接高強(qiáng)度濾砂管，屬于機(jī)械防砂方法。與其它防砂管柱相比，具有不壓井作業(yè)、施工更加簡(jiǎn)單可靠的優(yōu)點(diǎn)。

防砂施工時(shí)，將工具由油管下入，地層含砂流體經(jīng)井底向井口運(yùn)動(dòng)時(shí)，遇到該防砂工具，流體由篩網(wǎng)而通過(guò)油管，固體砂則不能通過(guò)由篩網(wǎng)阻擋后并落到井底，這樣起到防止氣井地面出砂，達(dá)到保證地面設(shè)施安全的目的。

當(dāng)防砂工具（見(jiàn)圖1）下人預(yù)定井深，上提工具串，當(dāng)卡瓦牙抓緊以后，向上震擊剪斷丟手銷(xiāo)釘，繼續(xù)上提工具串通過(guò)中心桿、聯(lián)動(dòng)銷(xiāo)、剪切滑板帶動(dòng)下密封啟動(dòng)向上運(yùn)動(dòng)，使下密封件展開(kāi)工作[3]。剪切滑板上行到死點(diǎn)時(shí)，應(yīng)用震擊方式剪切聯(lián)動(dòng)銷(xiāo)，下密封啟動(dòng)在阻力“O”型圈的作用下保持原位置不動(dòng)，中心桿與下井工具串起出。完成井下防砂工藝。打撈時(shí)換用專(zhuān)用的打撈筒，下至工具座封位置后抓住打撈頭，通過(guò)震擊方式使卡瓦解封，緩慢上提至井口。

圖1 井下防砂工具的結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 地面防砂裝置

2.2.1 地面防砂裝置Ⅰ型 Ⅰ型地面防砂裝置（見(jiàn)圖2）分離管道內(nèi)設(shè)有過(guò)濾沙礫的濾網(wǎng)管；分離管道兩端分別連接堵頭和油氣管接頭，儲(chǔ)砂管兩端均連接堵頭；分離管道和儲(chǔ)砂管分別設(shè)在管道支撐的上、下部；管道支撐內(nèi)設(shè)有連通分離管道和儲(chǔ)砂管的縱向通道[4]。本防砂裝置以物理方法除砂，可防止節(jié)流閘閥及管匯被砂礫沖蝕，防止輸送管線被砂礫堵塞。

圖2 Ⅰ型地面防砂裝置結(jié)構(gòu)示意圖

生產(chǎn)時(shí)，本裝置安裝在井口，井口不節(jié)流。高壓油氣及砂礫進(jìn)入本裝置分離通道后，砂礫被阻隔在濾網(wǎng)管外部，干凈的油氣進(jìn)入濾網(wǎng)管，并經(jīng)其油氣管接頭進(jìn)入地面生產(chǎn)流程。高壓油氣及砂礫進(jìn)入本裝置后，一些砂礫依自身重力，沿管道支撐內(nèi)的縱向通道直接落入儲(chǔ)砂管，而被濾網(wǎng)管分離出的砂礫則由流動(dòng)油氣推至分離通道后端，落入儲(chǔ)砂管。當(dāng)砂量?jī)?chǔ)積到一定量時(shí)，打開(kāi)儲(chǔ)砂管兩端的堵頭，清理儲(chǔ)砂即可。

2.2.2 地面防砂裝置Ⅱ型 Ⅱ型地面防砂裝置主要有10個(gè)關(guān)鍵部件組成（見(jiàn)圖3）的除砂筒設(shè)在支架上，除砂筒兩端分別連接混合氣進(jìn)口法蘭和除砂口法蘭蓋，除砂筒頂部設(shè)有泄壓口，底部設(shè)有氣液出口，氣液出口通過(guò)彎管連接氣液出口法蘭；除砂筒內(nèi)密封設(shè)置由導(dǎo)軌支撐的、水平放置的過(guò)濾筒；吊桿兩端分別連接除砂口法蘭蓋頂面和除砂筒側(cè)面[5]?；旌蠚怏w經(jīng)混合和氣井口水平進(jìn)入位于除砂筒內(nèi)的過(guò)濾筒，過(guò)濾砂被截留在筒內(nèi)，氣體和水則通過(guò)氣液出口流出，進(jìn)入下一級(jí)管線。由于氣液出口位于除砂筒的最低點(diǎn)，所以裝置內(nèi)不會(huì)存留積液，從而避免凍堵發(fā)生。停產(chǎn)時(shí)，開(kāi)啟除砂口法蘭蓋，抽出過(guò)濾筒，清除筒內(nèi)砂粒，將過(guò)濾筒放回除砂筒內(nèi)，繼續(xù)使用。

圖3 Ⅱ型地面防砂裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.3 地面防砂閥組 地面防砂閥組由兩套地面防砂器和5個(gè)閥門(mén)組成，既可并聯(lián)運(yùn)行，也能串聯(lián)運(yùn)行，共有5種工藝流程輸送天然氣至集氣站。地面防砂閥組首先連接井口來(lái)氣管線，之后分為兩路并聯(lián)管線，一路串聯(lián)連接第一閘閥、第一防砂裝置和第四閘閥，另一路串聯(lián)連接第二閘閥、第二防砂裝置和第三閘閥[6]。另有第五閘板閥位于兩套防砂器中間與第二閘板閥和第四閘板閥相連，導(dǎo)通后可以越過(guò)防砂器，直接進(jìn)行生產(chǎn)（見(jiàn)圖4）。

1-第一閘閥；2-第二閘閥；3-第三閘閥；4-第四閘閥；5-閘板閥；6-第一防砂裝置；7-第二防砂裝置

地面防砂閥組使用靈活，應(yīng)用條件廣泛，可以根據(jù)不同生產(chǎn)需要，進(jìn)行變更不同的工藝流程（見(jiàn)表1）。

3 應(yīng)用情況

3.1 應(yīng)用效果

表1 防砂閥組工藝流程及功能作用表

井下防砂工具投放、打撈作業(yè)簡(jiǎn)單，成本較低，工具可定位投放，有防滑功效，防砂效果較好；但若氣井出砂量較大時(shí)，運(yùn)行1～2月則會(huì)由于形成井底積砂。若不及時(shí)更換防砂網(wǎng)，井底積砂會(huì)堵塞氣井，影響氣井排液，降低產(chǎn)量。所以井下防砂工具適用于產(chǎn)氣量低，出砂量小的氣井。

地面防砂裝置應(yīng)用范圍廣，費(fèi)用略高于井下防砂工具，安裝簡(jiǎn)單，防砂效果好，可及時(shí)排掉井筒出砂，易管理。但對(duì)氣井出砂造成的采氣樹(shù)閥門(mén)損傷無(wú)法防除，且在井口動(dòng)火焊接作業(yè)存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。由于Ⅰ型地面防砂裝置在冬季運(yùn)行時(shí)存在冰堵現(xiàn)象，因此Ⅱ型地面防砂裝置在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上將氣液出口位于除砂筒的最低點(diǎn)，防止積液凍堵。所以在產(chǎn)液量較大的出砂氣井應(yīng)用Ⅱ型地面防砂裝置更適合。而地面防砂閥組則適合用于工況更為復(fù)雜（出砂大、產(chǎn)量高、壓力高、產(chǎn)液量大）的高產(chǎn)氣井。

3.2 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

井下防砂工具，共投放4井次。投放防砂工具后，出砂的4口氣井無(wú)節(jié)流壓差，不影響正常生產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)的需要，對(duì)4口氣井進(jìn)行了不同程度的提產(chǎn)，日產(chǎn)量增加11×104m3（見(jiàn)表2）。在地面未發(fā)現(xiàn)出砂，但在連續(xù)運(yùn)行60～80天后需要更換防砂工具濾網(wǎng)，否則會(huì)產(chǎn)生氣井堵塞、降產(chǎn)現(xiàn)象。

地面防砂裝置Ⅰ型安裝8套，地面防砂裝置Ⅱ型安裝1套，防砂閥組安裝1套，分別安裝在出砂量大，產(chǎn)氣量較高的10口氣井。同時(shí)對(duì)上述氣井進(jìn)行提產(chǎn)作業(yè)，10口氣井日產(chǎn)量共計(jì)增加了16.4×104m3（見(jiàn)表2）。且這10口氣井下游管線、閥門(mén)、分離設(shè)備再未發(fā)生刺漏等現(xiàn)象，并能夠連續(xù)開(kāi)井生產(chǎn)。

表2 除砂、防砂裝置應(yīng)用經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)表

從防砂后的增產(chǎn)效果分析，上述14口氣井進(jìn)行防砂后可以充分發(fā)揮產(chǎn)能，生產(chǎn)需要時(shí)可以提產(chǎn)適當(dāng)放大壓差生產(chǎn)。防砂工具安裝簡(jiǎn)單，成本92萬(wàn)元。平均以每口井增產(chǎn)氣量1×104m3計(jì)算，年增產(chǎn)氣量在5 000×104m3以上，天然氣價(jià)按0.8元/立方米計(jì)算，年增收入可達(dá)4 000萬(wàn)元以上。同時(shí)，降低了氣井出砂帶來(lái)的集氣站生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，減少了更換刺漏針閥、閥門(mén)等設(shè)備的工作量，使出砂氣井的產(chǎn)能可以充分發(fā)揮。

4 結(jié)論

（1）榆林、子洲氣田氣井出砂為壓裂砂，主要出砂的原因受氣井壓裂工藝、生產(chǎn)制度、裂縫出砂臨界產(chǎn)量的影響。

（2）榆林、子洲氣田出砂的氣井出砂量、產(chǎn)量、運(yùn)行壓力等工況差異性大，需要根據(jù)出砂氣井的工況，具體施行井下、地面的防砂、除砂方法。

（3）井下除砂工具適用于產(chǎn)量較小、出砂量少的氣井；地面防砂裝置型號(hào)多，功能全，除砂效果好，可以解決井底砂堵問(wèn)題，能適用于高產(chǎn)出砂井，但無(wú)法防護(hù)井口閥門(mén)。綜合使用能夠達(dá)到除砂提產(chǎn)、安全運(yùn)行的目標(biāo)。

（4）榆林、子洲氣田采用機(jī)械防砂法除砂，研發(fā)出的井下防砂工具，地面防砂裝置，閥組等配套除砂工具除砂效果好、經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有很高推廣價(jià)值。

[1]田喜軍，劉鵬，李耀，等.氣井防砂工具在水平井的應(yīng)用[J］.石油化工應(yīng)用，2012，31（4）:45-47.

[2]李蓮明，劉占良，喬亞斌，等.榆林上古壓裂氣井防砂工藝技術(shù)研究及應(yīng)用[J］.石油化工應(yīng)用，2006，25（6）:6-10.

[3]李蓮明，喬亞斌，馬現(xiàn)超，等.繩索式氣井井下防砂工具[P］.中國(guó):ZL200720103856.7.2008.1.30.

[4]王虎，劉幫華，王磊，等.用于天然氣井的地面防砂裝置[P］.中國(guó):ZL2012206469476.2013.7.3.

[5]王虎，劉幫華，解永剛，等.天然氣井除砂裝置[P］.中國(guó):ZL201320673271.4.2013.10.29.

[6]劉幫華，解永剛，胡均志，等.天然氣井防砂閥組[P］.中國(guó):ZL2011320673122.8.2013.10.29.