張頎悅 周蘊

摘要：蘇東區(qū)塊上古天然氣氣屬河流相砂巖儲層，具有低滲、低壓、低豐度等特點。也是蘇里格氣田的主要地層特征。其中蘇東41-33區(qū)塊單井控制儲量較低、其穩(wěn)產(chǎn)能力不足，并且非均質性也比較強、部分儲層動用率較低。在蘇東區(qū)塊開發(fā)過程中主要采用大型水力壓裂技術手段。水平井開發(fā)成為蘇東區(qū)塊開發(fā)的主力。然而氣井在后續(xù)生產(chǎn)運行中，由于配產(chǎn)不合理等問題導致氣井出砂，氣流裂縫閉合等不利現(xiàn)象的出現(xiàn)進一步影響了氣井的生產(chǎn)開發(fā)。并且，氣井較大的出砂導致管線沖蝕、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。

關鍵詞：非均質性 出砂 砂卡 產(chǎn)量公式

一、研究目的及意義

近年來蘇東41-33區(qū)塊部分氣井出現(xiàn)吐砂情況，通過調研，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，主要反應在新井上。

因此，為減少氣井出砂對工藝管線造成的沖蝕、刺漏，對氣井出砂情況進行研究，推導氣井理論出砂公式，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)過程中，若壓后氣井產(chǎn)量過大，高速氣流的沖擊力會使得裂縫中的支撐劑回流到井底，裂縫就會失去支撐而發(fā)生閉合，這會導致裂縫寬度變窄從而失去其高導流能力。如圖1所示，以b砂粒和c砂粒接觸點E作為研究點，那么要使砂粒c滾動，必定有： GH

根據(jù)動量定律，流體作用在砂粒c 上的沖擊力F為：

得砂粒不動的最大流速為：

氣井裂縫支撐劑回流臨界流量為：

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

（2）井筒出砂臨界流量

以向下為正方向，根據(jù)流動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動，忽略一些力，著重考慮重力、浮力、壓力差、拖曳力以下4種力，砂粒在井筒運動中的合力公式：

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

當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，延長氣井沖砂周期，提高氣田開發(fā)效益。

三、氣井控砂配產(chǎn)及出砂防治措施

（1）配產(chǎn)設定

根據(jù)氣井出砂機理分析，氣井的控砂產(chǎn)量應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”配產(chǎn)10萬方/天，井口帶出壓裂砂約8公斤;后配產(chǎn)8萬方/天，井口持續(xù)帶砂約27.2公斤，壓降過快;在延續(xù)生產(chǎn)期間配產(chǎn)4萬方/天，生產(chǎn)穩(wěn)定，井口無壓裂砂帶出。通過計算，確定該井裂縫臨界攜砂流量為8.4881萬方。與實際生產(chǎn)情況相符。

通過對蘇東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，針對排液不足，返排率低于50%的氣井，可優(yōu)先開展無阻排液的生產(chǎn)方式，通過排查試氣壓裂曲線確認壓裂效果，排查可能出砂氣井;經(jīng)過優(yōu)先排液后投產(chǎn);在后續(xù)生產(chǎn)中，加強站內壁厚檢測出砂量明顯減少。

2、氣井控砂產(chǎn)量應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險。

4、對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管線和設備的安全生產(chǎn)。

總結

通過研究分析，蘇東41-33區(qū)塊氣井的控砂產(chǎn)量應控制在0.53-9.14萬方之間。出砂氣井的臨界流量計算和實際出砂情況對比結果，表明該規(guī)律與實際生產(chǎn)特征符合率達72.72%，具有較強的適用性，對蘇東41-33區(qū)塊低滲壓裂氣井的實際生產(chǎn)有一定的現(xiàn)場指導意義。

參考文獻：

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