蘇里格南氣田生產期防砂工藝應用研究

劉炳森，李 巖，喬 鵬，馬 力

中國石油長慶油田蘇里格南作業分公司 （陜西 西安 710018）

■生產工藝

蘇里格南氣田生產期防砂工藝應用研究

劉炳森，李 巖，喬 鵬，馬 力

中國石油長慶油田蘇里格南作業分公司 （陜西 西安 710018）

對蘇里格南氣田氣井出砂情況進行分析，認為出砂類型為支撐劑回流。針對如何控制支撐劑由地層回流入井筒，開展了氣井合理產量優化研究。同時，結合開發中因氣井出砂造成的危害，從井下節流器改進到易發生故障部位進行工藝優化，配合開井、排污控制、壁厚檢測等相應制度，達到防砂目的。針對開井初期高產氣井以及開發中節流器打撈無阻生產氣井，進行井口除砂工藝實施，基本確定不同類型氣井除砂制度。該分析研究對保障氣田安全高效生產具有重要的意義。

氣井出砂；合理產量；防砂工藝；除砂工藝

氣田開發過程中，氣井開發初期氣井井底壓力高，氣井生產時只能采取限產、控制生產壓差的生產。隨著氣田的開發,氣井井口壓力的下降，在同樣配產情況下井底流速增大，鑒于中國石油長慶油田蘇里格南作業分公司氣田（以下簡稱蘇南氣田）特殊井筒工藝，開發后期需要采取下放速度管柱工藝達到排水采氣的目的。此項工藝將原先井下節流器防砂筒防砂工藝消除。且速度管柱生產氣量相對較大，超過氣井的攜砂氣量[1-2]。

1 出砂危害及類型

蘇南氣田投運前期，因對氣井出砂認識不足，發生了單井管線彎頭刺漏，站采出水管線匯管刺漏停產整改事件，以及干管清管清除大量積砂、檢修分離器及閃蒸罐內大量積砂等問題。嚴重影響了該區塊氣井產能的發揮,急待解決上古壓裂氣井出砂問題并提出防砂對策。

1）減產或停產作業：氣井出砂容易造成井筒砂埋、油管砂堵，地面管匯積砂，降低氣井產量，甚至使氣井停產。同時，支撐劑回流造成裂縫導流能力變差，使氣井產能下降。

2）地面和井下設備磨蝕：高硬度陶粒砂在高速氣流的攜帶下沖蝕管線、設備及閥門，造成閥門失靈，管線刺漏等問題。

3）安全及環境問題：由于出砂引起的采氣管線、針閥刺漏，及閥門、緊急截斷閥失靈，會造成天然氣泄漏，可能導致燃燒及爆炸，存在較大的安全環保隱患。

氣井出砂根據產出物質特征可分為地層出砂和裂縫吐砂2種類型。地層出砂可以分為骨架砂和填隙物2種。骨架砂一般為大顆粒的砂粒。主要成分為石英和長石等和填隙物是環繞在骨架砂周圍的微細顆粒，主要成分為黏土礦物和微粒；裂縫吐砂是對于中、低滲砂巖油氣層，壓裂改造是目前最有效的增產措施。利用壓裂車把高壓大排量具有一定黏度的液體擠人地層，壓出許多裂縫后加人大量支撐劑從而在儲層中形成高導流能力的支撐裂縫帶，減少流體的流通阻力，達到油氣井增產的目的。

儲層地質研究表明，蘇南主力產層山1和盒8均為石英砂巖儲層，膠結情況良好，確定地層不出砂。同時根據檢修集氣站分離器、清管閥清理以及井口除砂器取樣分析認為，蘇南氣田出砂主要是裂縫出砂，砂粒類型主要為壓裂砂。

2 氣井合理產量優化

2.1 氣井臨界攜砂氣量計算

在氣井正常生產過程中，為避免氣量太大將砂粒攜帶出井口，進而刺漏閥門導致生產管線破壞，因此根據沉降末速來確定將粒徑為0.3～0.9mm的砂粒帶出井口的天然氣臨界流量。

式中：QSC為氣流攜帶砂粒所需的臨界流量，104m3/d；A為油管截面積,m2；ZSC為標準狀態下的壓縮因子，ZSC=1；P為井底流壓,MPa;T為氣流溫度，K；Z為井底流壓及溫度下的氣體壓縮系數；PSC=0.101 35 MPa，TSC=293K；μt為氣井攜砂臨界速度，m/s。

2.2 不同壓力的臨界氣量

氣井井底壓力不同，對應的雷諾數、臨界流速相同，只有臨界氣量不同（壓縮因子0.95，井底溫度100℃），如表1所示。

產氣量大于臨界攜砂流量后，砂粒即可能被氣流攜帶出井口，影響地面管線安全。通過計算得知氣井投產初期，氣井井底壓力較大，直徑為0.3mm砂粒需要7.5×104m3/d的氣量就可能被攜帶出來。隨著氣井的不斷開發，氣田整體壓力下降，氣井的井底壓力下降，砂粒被帶到井口的臨界氣量也隨著下降，在井底壓力下降到10MPa以下時，直徑0.3mm砂粒需3.5×104m3/d氣量就可能被攜帶出來。

3 氣田防砂工藝技術研究應用

根據氣田生產工藝特點，從井下節流工藝、管輸及輸水工藝、井口除砂、排液管線濾砂等方面進行防砂工藝研究，以此達到防砂目的。

3.1 井下節流器優化

驗證節流器的運行效果，2013年對13口氣井進行打撈作業，對節流器分析發現，節流器各部件腐蝕較為嚴重，節流嘴嚴重沖蝕或者銹蝕，節流嘴尺寸不同程度改變。氣井變化平均0.91mm。對節流嘴材料改變由原來鉻鎳鋁合金改為鎢鉻合金，增加氣嘴的硬度以及耐腐蝕性，并且增加氣嘴長度由12mm變為20mm減緩氣流的沖蝕。

鑒于氣井井下節流器氣嘴沖蝕嚴重，結合因氣井除砂給下游造成的影響，進行防砂第一道保護，將氣井產出砂擋下，使之留在井底，節流器設計安裝防砂網。

節流器防砂器主要由慮罩、內胎和慮砂網組成。防砂網0.2mm，可以對壓裂砂0.4～0.5mm起到一定防砂效果，減少井下出砂上返。

3.2 井口工藝管線防砂工藝優化

井叢氣井進行分類對待，氣井配產超過6×104m3/d，考慮安裝和管徑DN80的管線。同樣瞬時流量可使流速降低2.4倍左右。若氣井投運中含砂，可以起到緩沖作用。

單井入地彎頭，原先彎頭的曲率半徑為1.5D，最大沖蝕率較大。另外是因為當速度從10m/s增大到18m/s，彎頭的最大沖蝕率增大。整改措施為將單井管線入地彎頭優化為三通加管帽。同彎頭不同，三通的管道不存在曲率變化，主要是直管部分。固體顆粒在三通中運動時固體顆粒間的相互干涉現象較少。所以，同彎頭的沖蝕情況不同，氣井產出沙粒小，此項措施更為有效。

3.3 集氣站排液管線防砂工藝優化

2013年7月中旬C1站2#DN50排液管線正對方向DN200匯管管段本體刺漏，破損孔洞直徑30mm。刺漏點以及其他易沖刷刺漏部位壁厚檢測結果顯示表明排液管線彎頭和異徑三通為損傷的主要位置。技改措施為將1#、2#、3#分離器DN50排污管道出口彎頭更換為DN50的等徑三通加管帽。同時將排污匯管與1#、2#、3#分離器DN50排污管連接處DN200×DN50異徑三通更換為異徑四通。

3.4 井口除砂工藝應用

旋流除砂器的工作原理是：含砂顆粒的氣體從除砂器的進口處進入除砂器以后，由于受到除砂器壁面結構的影響，含砂顆粒的氣體運動由之前的直線運動變為旋轉運動，由于在旋轉運動過程中受到離心力的作用，氣體中的砂顆粒被甩向除砂器的器壁，碰到器壁砂顆粒將因失去慣性力而隨著氣體做螺旋向下運動，最終進入排塵管而排出除砂器[3-5]。

井下節流氣井試氣中除砂相對較多；氣井生產初期配產超過5×104m3/d，預制式節流器失效更換卡瓦式節流器，井下節流器未安裝防砂筒。

井下無節流，節流器打撈前產量超過3×104m3/d；速度管柱作業完成后產量超過3×104m3/d氣井。

除砂時間：每天對除砂量測量小于200g視為除砂結束。

2013年7月—2016年6月底，共計對28口井下節流氣井進行除砂作業，氣井平均除砂作業8天，井均除砂量為7 383g。除砂量大是因節流器失效及節流器未安裝防砂筒氣井。

2014年3月—2016年6月底，共計對30口井下未節流氣井進行除砂作業，氣井平均除砂作業7天，井均除砂量為5 393g。

此次除砂的3類氣井中，除砂量較大未節流器打撈后產量相對較高氣井，其次為未安裝節流器新井，前期除砂后再進行速度管柱投產作業氣井也不同程度出砂，對產量超過3×104m3/d氣井進行除砂。

3.5 過濾器升級改造

蘇里格南分離器檢修、Y型過濾器應用及清洗狀況，過濾器過濾網孔過大過濾精度粗，容積小，無法到達現場應用要求。同時閃蒸罐至輸水泵沒有過濾器，進泵之前防砂措施不當。

鑒于上述情況，自主設計改進過濾器，將原先的Y型過濾器改為籃式過濾器，并將過濾網的過濾精度250μm(60目)，同時將原先的容積增大6L。

現場應用：將原分離器排液Y型過濾器更換籃式過濾器，在分液罐進泵之前增加過濾器。2014年運行至今，轉液系統運行平穩，壓力運行在合理范圍之內，同時通過定期清洗過濾器發現，過濾器能有效過濾液體的雜質。

4 結論及認識

1）通過對蘇南區塊儲層地質研究表明，主力產層山1和盒8層均為石英砂巖儲層膠結情況良好，確定地層不出砂,同時對產出砂取樣分析認為，氣田出砂主要是裂縫出砂，砂粒類型主要為壓裂砂。

2）氣井合理配產防砂研究，產氣量大于臨界攜砂流量后，砂粒可能被氣流攜帶出井口。通過計算：氣井投產初期，氣井井底壓力較大，直徑為0.3mm砂粒需要7.5×104m3/d氣量就可能被攜帶出來。隨著氣井不斷開發，在井底壓力下降到10MPa以下時，直徑為0.3mm砂粒需要3.5×104m3/d的氣量就可能被攜帶出來。

3）針對氣田防砂工藝，蘇里格南對井下節流器、井口管線工藝、集氣站排液管線工藝進行防砂優化，起到有效防砂作用。

4）氣井井口除砂作業，按照氣井產氣量及生產特點確定井口氣井，調研應用除砂器基本滿足除砂要求。

5）集氣站排污除砂自主設計籃式過濾器解決了原先Y型過濾器過濾精度及容積問題。

[1]陳 榮,張國輝,鄒曉燕,等.系統除砂新技術在港東、港西油田的應用[J].油氣田地面工程,2002,21(6)：65-66.

[2]寇 杰.油田地面除砂技術[J].油氣田地面工程,2001,20(5)：36-37.

[3]王金宏，李東陽.油田地面除砂設備的應用[J].科技資訊,2007(27)：35.

[4]陳 榮,陸守權,張國輝,等.無回壓旋流除砂新技術研究[J].油氣田地面工程,2003,22(9)：77.

[5]王萬福，何銀花，賀紅旭，等.新型高效除砂裝置的研究與應用[J].油氣田環境保護，2004,14(1)：33-35.

Based on the analysis of the sand production of the gas wells in Sulige gasfield,it is held that the type of sand production is proppant reflux.The gas well production was optimized in order to control proppant flowing back into wellbore.At the same time,due to the damage of gas well sanding,the sand control was carried out through the improvement of downhole restrictor,the process optimization of the position prone to malfunction,combined with the corresponding open wells,sewage control,wall thickness detection,etc.The wellhead sand removing technology of high production gas wells was implemented in the early stage of development and the salvage process of restrictor,and the sand removal technologies of different types of gas wells were basically determined.The above research is of important significance for ensuring the safe efficient production of the gas field.

gas well sand production;reasonable production;sand control technology;sand removal process

劉炳森（1982-），男，工程師，主要從事天然氣開采與采氣工藝技術研究工作。

2017-07-11