張頎悅 周蘊(yùn)

摘要：蘇東區(qū)塊上古天然氣氣屬河流相砂巖儲(chǔ)層，具有低滲、低壓、低豐度等特點(diǎn)。也是蘇里格氣田的主要地層特征。其中蘇東41-33區(qū)塊單井控制儲(chǔ)量較低、其穩(wěn)產(chǎn)能力不足，并且非均質(zhì)性也比較強(qiáng)、部分儲(chǔ)層動(dòng)用率較低。在蘇東區(qū)塊開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要采用大型水力壓裂技術(shù)手段。水平井開(kāi)發(fā)成為蘇東區(qū)塊開(kāi)發(fā)的主力。然而氣井在后續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行中，由于配產(chǎn)不合理等問(wèn)題導(dǎo)致氣井出砂，氣流裂縫閉合等不利現(xiàn)象的出現(xiàn)進(jìn)一步影響了氣井的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)。并且，氣井較大的出砂導(dǎo)致管線沖蝕、井下工具或閥門砂卡。本文主要探討氣井出砂機(jī)理及控砂措施，研究建立氣井固體顆粒在裂縫和井筒中臨界出砂產(chǎn)量公式，從而確定保持壓裂裂縫導(dǎo)流 能 力的最大生產(chǎn)產(chǎn)量，并利用此方法優(yōu)化合理氣井配產(chǎn)制度。

關(guān)鍵詞：非均質(zhì)性 出砂 砂卡 產(chǎn)量公式

一、研究目的及意義

近年來(lái)蘇東41-33區(qū)塊部分氣井出現(xiàn)吐砂情況，通過(guò)調(diào)研，氣井吐砂主要有井筒堆積、裂縫支撐劑回流和井底堆積3種主體情況，蘇東41-33區(qū)塊主要屬于第一種情況，即氣井出砂造成套管破損、采氣設(shè)備及管線沖蝕、刺漏、井下工具或閥門砂卡及壓裂增產(chǎn)效果下降、影響安全增加成本，主要反應(yīng)在新井上。

因此，為減少氣井出砂對(duì)工藝管線造成的沖蝕、刺漏，對(duì)氣井出砂情況進(jìn)行研究，推導(dǎo)氣井理論出砂公式，為后續(xù)的控砂合理配產(chǎn)及管理措施提供有效論證。

二、氣井出砂機(jī)理分析

（1）氣井裂縫支撐劑回流臨界流量

壓裂氣井在生產(chǎn)過(guò)程中，若壓后氣井產(chǎn)量過(guò)大，高速氣流的沖擊力會(huì)使得裂縫中的支撐劑回流到井底，裂縫就會(huì)失去支撐而發(fā)生閉合，這會(huì)導(dǎo)致裂縫寬度變窄從而失去其高導(dǎo)流能力。如圖1所示，以b砂粒和c砂粒接觸點(diǎn)E作為研究點(diǎn)，那么要使砂粒c滾動(dòng)，必定有： GH

根據(jù)動(dòng)量定律，流體作用在砂粒c 上的沖擊力F為：

得砂粒不動(dòng)的最大流速為：

氣井裂縫支撐劑回流臨界流量為：

因此，氣井產(chǎn)量應(yīng)小于裂縫支撐劑回流臨界流量Qsc，從而使裂縫保持高導(dǎo)流能力。

（2）井筒出砂臨界流量

以向下為正方向，根據(jù)流動(dòng)條件建立砂粒的受力分析模型，著重研究砂粒在井筒中的垂直運(yùn)動(dòng)，忽略一些力，著重考慮重力、浮力、壓力差、拖曳力以下4種力，砂粒在井筒運(yùn)動(dòng)中的合力公式：

當(dāng)砂粒速度達(dá)到一定值之后，砂粒受到的向上和向下的力達(dá)到平衡，砂粒將在井筒中作勻速運(yùn)動(dòng)，反之砂粒則向下作加速運(yùn)動(dòng)，以期達(dá)到新的力平衡。

當(dāng)Fo等于零即可得到氣井井筒臨界攜砂流速公式為：

則氣井在井筒的臨界攜砂產(chǎn)量：

因此氣井產(chǎn)量應(yīng)大于井筒臨界攜砂產(chǎn)量，避免砂粒在井底堆積等現(xiàn)象的發(fā)生，延長(zhǎng)氣井沖砂周期，提高氣田開(kāi)發(fā)效益。

三、氣井控砂配產(chǎn)及出砂防治措施

（1）配產(chǎn)設(shè)定

根據(jù)氣井出砂機(jī)理分析，氣井的控砂產(chǎn)量應(yīng)該維持在裂縫支撐劑回流臨界流量與井筒臨界攜砂流量之間，即井筒臨界攜砂流量<氣井的控砂配產(chǎn)<裂縫支撐劑回流臨界流量，這樣既可以解決避免裂縫內(nèi)支撐劑回流，又可以減小氣井節(jié)流器砂堵和砂粒堆積的問(wèn)題。

如蘇6-2-xx井，201x年x月xx日投產(chǎn)，生產(chǎn)方式：三相分離器。在“四開(kāi)”配產(chǎn)10萬(wàn)方/天，井口帶出壓裂砂約8公斤;后配產(chǎn)8萬(wàn)方/天，井口持續(xù)帶砂約27.2公斤，壓降過(guò)快;在延續(xù)生產(chǎn)期間配產(chǎn)4萬(wàn)方/天，生產(chǎn)穩(wěn)定，井口無(wú)壓裂砂帶出。通過(guò)計(jì)算，確定該井裂縫臨界攜砂流量為8.4881萬(wàn)方。與實(shí)際生產(chǎn)情況相符。

通過(guò)對(duì)蘇東41-3區(qū)塊出砂井出砂配產(chǎn)與裂縫支撐劑回流臨界流量關(guān)系的數(shù)據(jù)研究，我們得出氣井配產(chǎn)介于井筒攜砂流量及裂縫支撐劑回流流量之間為最優(yōu)。

（2）出砂氣井后期管理措施

1、投產(chǎn)前期，針對(duì)排液不足，返排率低于50%的氣井，可優(yōu)先開(kāi)展無(wú)阻排液的生產(chǎn)方式，通過(guò)排查試氣壓裂曲線確認(rèn)壓裂效果，排查可能出砂氣井;經(jīng)過(guò)優(yōu)先排液后投產(chǎn);在后續(xù)生產(chǎn)中，加強(qiáng)站內(nèi)壁厚檢測(cè)出砂量明顯減少。

2、氣井控砂產(chǎn)量應(yīng)控制在裂縫支撐劑回流臨界流量與井筒臨界攜砂流量之間，這樣既避免了裂縫內(nèi)支撐劑回流，又減小了井筒積液、氣井節(jié)流器砂堵現(xiàn)象的發(fā)生幾率，降低氣井生產(chǎn)和集輸?shù)陌踩L(fēng)險(xiǎn)。

4、對(duì)于出砂量大的氣井先采用井口安裝除砂器和三相分離器進(jìn)行保供排砂生產(chǎn)，為氣井提產(chǎn)和防止氣井大規(guī)模出砂提供保障，待氣井出砂基本控制后投放節(jié)流器生產(chǎn)，保證氣井井口及站內(nèi)管線和設(shè)備的安全生產(chǎn)。

總結(jié)

通過(guò)研究分析，蘇東41-33區(qū)塊氣井的控砂產(chǎn)量應(yīng)控制在0.53-9.14萬(wàn)方之間。出砂氣井的臨界流量計(jì)算和實(shí)際出砂情況對(duì)比結(jié)果，表明該規(guī)律與實(shí)際生產(chǎn)特征符合率達(dá)72.72%，具有較強(qiáng)的適用性，對(duì)蘇東41-33區(qū)塊低滲壓裂氣井的實(shí)際生產(chǎn)有一定的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃延章.低滲透油層非線性滲流特征[J].特種油氣藏，1997，4（1）：9-14

[2] 郭烈錦.兩相與多相流動(dòng)力學(xué)[M].西安：西安大學(xué)出版社，2002：64-75