大牛地氣田出砂井特性分析及預防對策

何 云 (長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023；中石化華北分公司，河南 鄭州 450006)

陳敬軼，李冰毅，徐 嘉 (中石化華北分公司，河南 鄭州 450006)

大牛地氣田出砂井特性分析及預防對策

何 云 (長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023；中石化華北分公司，河南 鄭州 450006)

陳敬軼，李冰毅，徐 嘉 (中石化華北分公司，河南 鄭州 450006)

出砂在油氣開發過程中對井下和井場等生產系統各環節都有極大的危害，限制了油氣的產能。主要從地質條件和開發工藝2個方面分析大牛地氣田采氣一隊致密儲層氣藏出砂的特征。出砂嚴重的氣井都屬于斜井，位于盒3層段，出砂測井臨界值不同于常規氣藏，特別是在氣井投產早期，出砂規模較大，其中生產壓差是氣井出砂的關鍵因素。并提出合理控制氣井生產壓差、穩定生產、預防出砂的對策。

大牛地氣田；氣藏；出砂；測井；生產壓差

出砂規模對油氣井的生產過程危害程度不同，輕則磨蝕井下和地面管道，刺大或刺漏油嘴，造成閥門受損，但對單井產能并無大的影響；重則井壁坍塌，甚至生產層段被砂掩埋、測試工具損害、套管變形。所以分析出砂的原因、特征，提出合理的預防對策，對保證氣田的穩定生產、實現氣田的高效開發尤為重要。

大牛地氣田位于陜西省榆林市大牛地西南緣，伊陜斜坡西翼，所轄氣藏屬于低壓、低滲、低豐度“三低”巖性氣藏。氣井生產層位主要分布在下石盒子組的盒3段，其次為盒2段、山1段、山2段、盒1段。對該氣田采氣一隊230口投產氣井進行跟蹤分析，其中共有出砂井27口，6口氣井出砂較為嚴重(見表1)，主要表現為氣嘴刺漏、閥門受損等地面采氣流程中的設備、管件更換、維修較為頻繁，如D1-1-104井，投產前2年更換或維修氣嘴、閥門7次。

表1 采氣一隊嚴重出砂井統計

1 出砂井特性分析

油氣井出砂的機理主要表現為地質因素和開采條件，地質因素包括砂巖的膠結程度、應力場的分布、流體特征等；而開采條件指后天的鉆井方式、開采方式、增產措施及管理方式等。

圖1 出砂井分布區域

1)出砂嚴重的井主要位于盒3層段 通常，砂巖膠結程度是影響出砂的主要因素，地層埋藏越淺，壓實作用越弱，膠結程度疏松，地層越容易出砂[1-4]。由表1可以看出，出砂嚴重的井主要位于盒3段，儲集巖巖石類型以中-粗粒巖屑砂巖為主，含少量細礫巖，相對于其他開采層段，砂巖膠結程度不強，以孔隙式膠結為主。另外，出砂井都分布在盒3段曲流河道部位(圖1)，孔隙度較高，滲透率較好，儲層砂巖膠結程度不高的微小砂粒很容易隨氣流運移，造成采氣過程中出砂。

2)井斜的影響 6口比較嚴重的出砂井都是斜井，這并不是偶然的現象，從力學角度分析，斜井比直井更容易出砂[2]。

氣層出砂是剪切破壞機理和拉伸破壞機理的相互耦合過程，前者是射孔孔眼周圍構造應力和上覆巖層重力共同作用的結果，后者則是開采過程中流體作用于孔眼周圍地層顆粒上的拖曳力所致，與過高的開采速度或過大的流體速度有關。對于斜井，一方面氣流的速度會大量沖蝕孔壁，松散的巖石顆粒隨氣流帶走；另一方面，孔洞的不斷擴大，改變了周圍的應力分布，造成塌孔，骨架巖石受到破壞，形成了更多微小顆粒，這兩方面都加劇了出砂的規模。

3)具有致密砂巖儲層的測井顯示特征 測井曲線能夠較好反映儲層的巖性、物性、含氣性特征，由此利用聲波、孔隙度、出砂指數等可以對出砂井進行地質條件預測[5-6]。但是大牛地氣田儲層為低孔、低滲的致密儲層，測井曲線特征明顯有別于常規儲層，所以預測氣井出砂的臨界值也不同。

表2 嚴重出砂井測井參數

由表2可知，出砂井的測井曲線特征與常規井不同，一般出砂井的聲波和孔隙度都較高，聲波一般大于228μs/m， 孔隙度大于8%。這與國內大多數砂巖氣藏的出砂臨值295μs/m相比[5]，差別較大。

通過分析聲波時差與出砂量相對較少時生產壓差之間的關系發現，兩者之間具有很好的線性關系，聲波時差越小，出砂臨界生產壓差就越小(圖2)，依據這個關系，已知聲波時差可以近似確定這口井的出砂臨界壓差，即出砂最小生產壓差。

圖2 出砂井聲波時差與出砂最小生產壓差的關系圖

4)氣井投產早期易出砂 氣井早期生產，儲層中的游離砂及完井過程出現的微小松散顆粒極易隨氣流進入井筒。由于地層壓力下降較快，在上覆巖層壓力不變的情況下，地層壓力下降導致施加在巖石顆粒上的力越來越大，當其超過地層承受極限時，地層應力達到地層巖石破壞臨界值，巖石骨架發生變形破壞，在氣體快速流動下，地層巖石顆粒被攜至井底，引起出砂。

6口出砂嚴重的井投產初期出砂量較大，更換氣嘴或閥門維修的次數比較頻繁，如D1-1-104井，投產前2年更換或維修氣嘴、閥門7次，而2007年3月至今才更換一次氣嘴，閥門沒有出現問題。

5)生產壓差是造成出砂的重要因素 在不同壓差條件下，流體在儲層多孔介質中流動，當流速達到某一速度時，引起微粒的運移，開始少量出砂，當繼續增加流速時，骨架砂巖發生剪切破壞，出砂量增加，一般認為大量出砂的流量即為出砂臨界流量。

對于同一口井，生產壓差越大，采氣速度越高，出砂越嚴重，采氣一隊的出砂井也說明了這個問題。投產初期，生產壓差較大，出砂較為嚴重，氣嘴刺漏、閥針、閥座受損現象經常發生，更換、維修頻繁；后期，隨著壓差的降低，出砂量減少，氣嘴和閥門更換、維修明顯減少。

2 氣井出砂的預防對策

圖3 出砂井與常規井套壓下降速率對比

對于油氣井出砂的預防對策主要采用化學工藝固砂和機械方式防砂[7-9]，但采氣一隊的氣井出砂主要對生產設備具有一定的損害，沒有根本改變儲層的物性，導致壓降速率大幅度下降，產量波動。對出砂井和常規井套壓下降速率進行比較表明，壓降速率差別不大，壓降趨勢也比較一致，都是在早期下降較快，后期趨于平緩(見圖3)，由此決定了以后的防砂工作應注重于采氣工藝方面。

1)合理控制生產壓差 生產壓差決定了采氣速度的大小，合適的生產壓差會使儲層不出砂而只排除游離砂，不僅不會對生產產生負面影響，相反，可以改善井筒附近儲層的物性[10]，油氣井的產量不減反增。通過室內試驗和生產數據也說明，采用 “適度出砂”的管理模式，能夠提高油氣的產量，降低生產成本，可見控制生產壓差對油氣井開采具有重要的現實意義。

對于出砂嚴重的氣井，應在滿足生產的條件下降低生產壓差進行生產。通過優化氣井開采制度，使生產壓差小于出砂臨界生產壓差。理論上，射孔壁上周圍的最大應力隨著壓差增加而改變，骨架巖石發生剪切屈服，出砂的可能性就會增大。因此，不恰當的壓差可能引起地層過早、過量出砂。

2)氣井的穩定生產 當氣井生產制度變化較大時，瞬時采氣速度大幅度增加，達到氣藏儲層巖石發生剪切破壞的出砂極限條件，會造成骨架的破壞，引起大量出砂。特別是氣井生產過程調產過于頻繁，容易引起膠結疏松的顆粒脫落、游離，在氣流的作用下運移進入井筒，形成出砂。因為流體流動速度的變化，可能造成儲層巖石中微粒運移、堵塞喉道，從而導致巖石滲透率或有效滲透率下降的現象，即所謂的“速敏效應”。

3 結 論

1)致密砂巖氣層與常規氣藏出砂井的特征明顯不同，嚴重出砂的氣井都屬于斜井，一般分布在盒3段，預測出砂的聲波時差、孔隙度測井數值明顯低于常規氣藏的標準。從采氣工藝上說，投產早期容易出砂，并且規模較大，其中生產壓差是氣井出砂的關鍵因素。

2)出砂井出砂規模沒有明顯影響儲層的物性，壓降速度與常規井變化趨勢基本一致，出砂時期產量波動也不大，說明以后防砂的工作應注重優化采氣的工作制度。

3)通過分析出砂井的特征，出砂井的預防對策首先應選擇合適的生產壓差，生產過程調產不易頻繁，盡量穩定生產。

[1]唐洪明，孟英峰，何世明，等. 柴達木盆地東部氣田疏松砂巖氣藏出砂與防砂機理探討[J]. 天然氣工業，2002,22(1)：52-54.

[2] 李志軍. 疏松砂巖油層出砂影響因素分析[J]. 油氣田地面工程，2008，27(12)：72-73.

[3] 劉加元，劉峰，高貴洪，等. 英買力氣田群部分井出砂原因分析[J]. 天然氣工業，2008，28(10)：18-20.

[4] 李萍，鄧金根，王利華，等. 疏松砂巖出砂臨界流量試驗研究[J]. 斷塊油氣田，2010，17(6)：748-750.

[5] 蔣寶云，鄧雄，梁政，等. 鹽家氣田淺層氣井防砂技術研究[J]. 石油礦場機械，2010,39(5)：39-42.

[6] 金忠臣，楊川東，張守良，等. 采氣工程[M]. 北京：石油工業出版社， 2004.

[7] 胡連印，沈秀通，胡國元. 出砂油井攜砂生產技術[J]. 石油鉆采工藝，1999，21(1)：98-101.

[8] 黃春，湯志強. 孤東油田防砂工藝技術發展與應用[J]. 油田化學，1999，16(2)：185-187.

[9] 王奎生，田仲強. 油井機械防砂工藝技術與裝備的發展水平[J]. 石油機械，2000，28(12)：49-52.

[10] 王春華，唐洪明，田剛，等. 儲層物性影響的室內研究[J]. 新疆石油天然氣，2007，3(2)：27-30.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.03.021

TE358.1

A

1673-1409(2012)03-N062-03

2012-01-14

何云(1982-)，男，2004年大學畢業，工程師，碩士生，現主要從事采氣生產技術方面的研究工作。