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

蘇東南區(qū)氣井出砂對(duì)生產(chǎn)的影響及對(duì)策

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

氣井出砂問(wèn)題在現(xiàn)代天然氣開(kāi)采過(guò)程中已屬常見(jiàn)，其對(duì)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(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)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(kāi)采和作業(yè)過(guò)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(chǔ)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(guò)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(chǎng)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(kāi)采速度過(guò)大以及頻繁開(kāi)關(guān)井作業(yè)等，導(dǎo)致裂縫內(nèi)壓降過(guò)大或壓力波動(dòng)過(guò)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(xiàn)，尤其是彎頭、三通部位沖刷嚴(yán)重，易造成管壁磨損過(guò)快最終導(dǎo)致管線(xiàn)刺漏。

二是腐蝕、破壞設(shè)備設(shè)施，如磨損閥門(mén)閥芯，導(dǎo)致閥門(mén)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(duì)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(duì)砂粒的作用力不足以將砂粒帶起，氣井就不會(huì)出砂，因此存在一個(gè)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(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，物體在流體中相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)最多可能受到9個(gè)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?tīng)顟B(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(dòng)時(shí)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(shí)應(yīng)給砂粒半徑和阻力系數(shù)附加一個(gè)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(shí)的產(chǎn)量記錄）,求出理論臨界流量Q。然后利用測(cè)試法依次改變?chǔ)梁挺碌闹担业嚼碚撆R界流量與實(shí)際不出砂時(shí)的最大配產(chǎn)最接近的情況，這時(shí)的α和β即是平均誤差最小時(shí)的修正系數(shù)。

通過(guò)計(jì)算可得，大約在α=0.1，β=3時(shí)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(yǔ)

氣井出砂是目前天然氣開(kāi)采面臨的一個(gè)普遍而重要的問(wèn)題，本文著重改進(jìn)了臨界流量法控制出砂的公式，通過(guò)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。

[1]汪瀟.垂直井筒氣流攜砂理論模型分析.石油天然氣學(xué)報(bào)，2011，33（5）：247～276.

[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(dòng)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(chǎng)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(yáng)人，助理主辦，主要從事人力資源管理工作。