鄭世紅

摘 要：隨著天然氣消費量日漸增加，地下儲氣庫的建設(shè)越發(fā)緊迫和重要。在儲氣庫的建設(shè)和生產(chǎn)中面臨著許多技術(shù)挑戰(zhàn)，確保注采井的有效、平穩(wěn)生產(chǎn)即其中之一。因儲氣庫快速注采的工作制度，導(dǎo)致氣井出砂現(xiàn)象非常普遍，儲氣庫注采經(jīng)驗表明出砂對儲層的長期有效平穩(wěn)運行造成威脅。

關(guān)鍵詞：儲氣庫;出砂機理;出砂實驗

前言

出砂是油氣田開采過程中不可避免的問題之一，出砂預(yù)測的研究越來越受到科學(xué)工作者的重視，為進(jìn)行準(zhǔn)確的出砂預(yù)測，首先需要對其出砂機理有較全面、深入的理解。幾十年來國內(nèi)外專家學(xué)者對油氣井的出砂機理進(jìn)行了大量的研究工作，并得出了許多有價值的結(jié)論，這些結(jié)論對現(xiàn)今的防砂工藝和技術(shù)起到了積極的推動作用。

一、基本概況

興隆臺油層發(fā)育于E3S1下～E3S2層位，是本區(qū)的主要目的層。興隆臺油層為一套灰白色礫巖、礫狀砂巖、含礫砂巖、砂巖為主夾灰白色粉砂、深灰色泥巖沉積，復(fù)合正旋回沉積特點，中下部巖性粗、單層度大。

興隆臺油層發(fā)育“漏斗”泥巖、高感泥巖兩個對比標(biāo)準(zhǔn)層和鈣質(zhì)泥巖段、興隆臺底部泥巖段兩個輔助對比標(biāo)志層。依據(jù)上述對比標(biāo)志層的控制，以地層巖性與電性的旋回韻律性，逐級將興隆臺油層劃為3個油層組、10個砂巖組、18個小層。

總之，地層出砂是多種因素綜合作用的結(jié)果。在油氣井開采過程中，只有詳細(xì)分析可能導(dǎo)致地層出砂的各種因素，才能全面的研究地層的出砂機理對地層出砂機理的研究越來越細(xì)致，越來越具體，對出砂預(yù)測的發(fā)展有很大的推動作用。

二、出砂實驗原理

通過物理模擬方法研究出砂實驗，在地層壓力8～24MPa時，研究不同壓差、不同含水飽和度下的巖心出砂量及出砂前后巖心滲透率變化。針對儲氣庫井易出砂等問題，進(jìn)行出砂機理及其影響因素研究。

1實驗原理

實驗采用穩(wěn)態(tài)法。將氣、水以一定的比例同時恒速注入巖心，在巖樣進(jìn)、出口壓力以及氣水流量穩(wěn)定時，氣水在巖樣孔隙中的分布均衡，此時氣水的有效滲透率是恒定的，測定巖樣進(jìn)、出口壓力以及氣水流量，根據(jù)達(dá)西定律計算油水有效滲透率。通過調(diào)整氣水比例，即可得到一系列不同含水狀態(tài)下的滲透率值及出砂狀況。

在不同壓差條件下，流體在巖心多孔介質(zhì)中流動，當(dāng)流速達(dá)到某一速度時，引起微粒的運移，開始少量出砂，當(dāng)繼續(xù)增加流速時，巖心內(nèi)部發(fā)生剪切破壞，出砂量增加，大量出砂前的流量即為出砂臨界流量。根據(jù)達(dá)西定律，在設(shè)定條件下注入流體，采用恒壓法進(jìn)行驅(qū)替測量.確定臨界流量及其滲透率的變化。試驗分析參照SY/T 5358-2002《砂巖儲層敏感性評價試驗方法》中的相關(guān)規(guī)定。

2實驗方法

按流程圖1接好管線，并將試驗流體裝入高壓活塞容器;將不同條件處理后的巖樣放入巖心夾持器;緩慢將圍壓調(diào)至一定壓力，啟動ISCO驅(qū)替泵，按設(shè)定時間測量流量，觀察流量變化及是否出砂;有明顯出砂現(xiàn)象。

當(dāng)氣驅(qū)壓力8MPa時，驅(qū)替壓差根據(jù)壓力梯度定，若巖心長度為5cm，壓力梯度為1MPa/m，驅(qū)替壓差為0.05MPa，逐漸增加每一壓差點驅(qū)替一定時間后，返回初始壓差點（0.05MPa）測相應(yīng)的滲透率，隨著壓力梯度逐漸增加到9MPa/m，驅(qū)替壓差最終增加到0.45MPa，并稱量巖心質(zhì)量，計算巖心失重量。相應(yīng)的氣體流量從低到高。實驗過程中觀察不同氣驅(qū)壓差與流量條件下的巖心出砂情況，并計算滲透率的變化。

3實驗結(jié)果及分析

本次實驗主要模擬地層不同壓力、溫度等條件下干砂巖與含水砂巖在不同壓力梯度下出砂情況，找出出砂臨界流量，合理控制注采氣量，保證儲氣庫生產(chǎn)平穩(wěn)運行。

通過實驗結(jié)果對比可以看出相同地層壓力下干砂巖臨界出砂點生產(chǎn)壓差高于含水砂巖臨界生產(chǎn)壓差，同時含水率越高，臨界生產(chǎn)壓差越小。分析地層水淹后，膠結(jié)松散，地層砂易被攜出。

通過實驗數(shù)據(jù)表明，隨著地層壓力升高出砂臨界生產(chǎn)壓差不斷增大，地層壓力小于20MPa時，臨界出砂點生產(chǎn)壓差增長緩慢。地層壓力大于20MPa時，臨界出砂點生產(chǎn)壓差快速增長。說明地層壓力越小，地層骨架拉伸破壞及微粒運移越容易，地層砂易被氣體攜帶出，反之地層壓力越大，地層砂越不容易被攜帶出。隨著地層壓力不斷升高，臨界出砂生產(chǎn)壓差不斷增大，單井最大注采氣強度不斷增大。通過確定不同地層壓力下臨界出砂點生產(chǎn)壓差及最大注采氣強度，為儲氣庫制定合理的生產(chǎn)制度提供依據(jù)。

通過巖心的生產(chǎn)壓差與滲透率、出砂量的變化關(guān)系，隨著驅(qū)替壓差的增大，滲透率逐漸變小，表明這類巖樣具有較好的孔隙結(jié)構(gòu)，微細(xì)顆粒發(fā)生移動堵塞孔道使?jié)B透率變小。

通過八個大組實驗，分別對1英寸巖心的干砂巖和含水率10%、30%、50%模擬地層壓力為于8、10、12、14、16、18、20、22、24MPa下壓力梯度為1、3、5、7、9MPa/m下地層累計出砂量，以及全直徑干砂巖和含水率10%、30%、50%模擬地層壓力為于8、10、12、14、16、18、20、22、24MPa下壓力梯度為1、2、3、4、5、6MPa/m下地層累計出砂量，根據(jù)實驗收集的巖心總出砂量判斷出砂臨界點，通過驅(qū)替壓差折算出臨界出砂點生產(chǎn)壓差，同時根據(jù)臨界出砂點氣體流量計算出砂臨界注采強度。

三、 結(jié)論

（1）通過實驗結(jié)果對比可以看出相同地層壓力下干砂巖臨界出砂點生產(chǎn)壓差高于含水砂巖臨界出砂點生產(chǎn)壓差，同時含水率越高，臨界出砂點生產(chǎn)壓差越小。分析認(rèn)為在沒有水流動的條件下，出砂形式主要是微粒運移，但骨架砂未遭破壞，出砂輕微。當(dāng)有水流動時，則易產(chǎn)生巖石破壞出砂，使出砂加劇。

（2）隨著地層壓力升高臨界出砂點生產(chǎn)壓差不斷增大，地層壓力小于20MPa時，臨界出砂點生產(chǎn)壓差增長緩慢。地層壓力大于20MPa時，臨界出砂點生產(chǎn)壓差快速增長。分析認(rèn)為地層壓力越小，地層骨架拉伸破壞及微粒運移越容易，地層砂易被氣體攜帶出，反之地層壓力越大，地層砂越不容易被攜帶出。

（3）隨著地層壓力不斷升高，臨界出砂生產(chǎn)壓差不斷增大，單井最大注采氣強度不斷增大。

（4）物理模擬實驗分析可知，具有大孔隙的砂質(zhì)巖類易于微粒運移出砂。

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