儲氣庫巖心出砂實驗分析

鄭世紅

摘 要：隨著天然氣消費量日漸增加，地下儲氣庫的建設越發緊迫和重要。在儲氣庫的建設和生產中面臨著許多技術挑戰，確保注采井的有效、平穩生產即其中之一。因儲氣庫快速注采的工作制度，導致氣井出砂現象非常普遍，儲氣庫注采經驗表明出砂對儲層的長期有效平穩運行造成威脅。

關鍵詞：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，出砂預測的研究越來越受到科學工作者的重視，為進行準確的出砂預測，首先需要對其出砂機理有較全面、深入的理解。幾十年來國內外專家學者對油氣井的出砂機理進行了大量的研究工作，并得出了許多有價值的結論，這些結論對現今的防砂工藝和技術起到了積極的推動作用。

一、基本概況

興隆臺油層發育于E3S1下～E3S2層位，是本區的主要目的層。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，復合正旋回沉積特點，中下部巖性粗、單層度大。

興隆臺油層發育“漏斗”泥巖、高感泥巖兩個對比標準層和鈣質泥巖段、興隆臺底部泥巖段兩個輔助對比標志層。依據上述對比標志層的控制，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果。在油氣井開采過程中，只有詳細分析可能導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致，越來越具體，對出砂預測的發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，進行出砂機理及其影響因素研究。

1實驗原理

實驗采用穩態法。將氣、水以一定的比例同時恒速注入巖心，在巖樣進、出口壓力以及氣水流量穩定時，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、出口壓力以及氣水流量，根據達西定律計算油水有效滲透率。通過調整氣水比例，即可得到一系列不同含水狀態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，巖心內部發生剪切破壞，出砂量增加，大量出砂前的流量即為出砂臨界流量。根據達西定律，在設定條件下注入流體，采用恒壓法進行驅替測量.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》中的相關規定。

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;緩慢將圍壓調至一定壓力，啟動ISCO驅替泵，按設定時間測量流量，觀察流量變化及是否出砂;有明顯出砂現象。

當氣驅壓力8MPa時，驅替壓差根據壓力梯度定，若巖心長度為5cm，壓力梯度為1MPa/m，驅替壓差為0.05MPa，逐漸增加每一壓差點驅替一定時間后，返回初始壓差點（0.05MPa）測相應的滲透率，隨著壓力梯度逐漸增加到9MPa/m，驅替壓差最終增加到0.45MPa，并稱量巖心質量，計算巖心失重量。相應的氣體流量從低到高。實驗過程中觀察不同氣驅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，保證儲氣庫生產平穩運行。

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

通過實驗數據表明，隨著地層壓力升高出砂臨界生產壓差不斷增大，地層壓力小于20MPa時，臨界出砂點生產壓差增長緩慢。地層壓力大于20MPa時，臨界出砂點生產壓差快速增長。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壓差及最大注采氣強度，為儲氣庫制定合理的生產制度提供依據。

通過巖心的生產壓差與滲透率、出砂量的變化關系，隨著驅替壓差的增大，滲透率逐漸變小，表明這類巖樣具有較好的孔隙結構，微細顆粒發生移動堵塞孔道使滲透率變小。

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，根據實驗收集的巖心總出砂量判斷出砂臨界點，通過驅替壓差折算出臨界出砂點生產壓差，同時根據臨界出砂點氣體流量計算出砂臨界注采強度。

三、 結論

（1）通過實驗結果對比可以看出相同地層壓力下干砂巖臨界出砂點生產壓差高于含水砂巖臨界出砂點生產壓差，同時含水率越高，臨界出砂點生產壓差越小。分析認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。當有水流動時，則易產生巖石破壞出砂，使出砂加劇。

（2）隨著地層壓力升高臨界出砂點生產壓差不斷增大，地層壓力小于20MPa時，臨界出砂點生產壓差增長緩慢。地層壓力大于20MPa時，臨界出砂點生產壓差快速增長。分析認為地層壓力越小，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，具有大孔隙的砂質巖類易于微粒運移出砂。

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