蘇東41-33區塊氣井合理控砂配產研究

張頎悅 周蘊

摘要：蘇東區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區塊單井控制儲量較低、其穩產能力不足，并且非均質性也比較強、部分儲層動用率較低。在蘇東區塊開發過程中主要采用大型水力壓裂技術手段。水平井開發成為蘇東區塊開發的主力。然而氣井在后續生產運行中，由于配產不合理等問題導致氣井出砂，氣流裂縫閉合等不利現象的出現進一步影響了氣井的生產開發。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量公式，從而確定保持壓裂裂縫導流 能 力的最大生產產量，并利用此方法優化合理氣井配產制度。

關鍵詞：非均質性 出砂 砂卡 產量公式

一、研究目的及意義

近年來蘇東41-33區塊部分氣井出現吐砂情況，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，為后續的控砂合理配產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

壓裂氣井在生產過程中，若壓后氣井產量過大，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量：

因此氣井產量應大于井筒臨界攜砂產量，避免砂粒在井底堆積等現象的發生，延長氣井沖砂周期，提高氣田開發效益。

三、氣井控砂配產及出砂防治措施

（1）配產設定

根據氣井出砂機理分析，氣井的控砂產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<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，生產方式：三相分離器。在“四開”配產10萬方/天，井口帶出壓裂砂約8公斤;后配產8萬方/天，井口持續帶砂約27.2公斤，壓降過快;在延續生產期間配產4萬方/天，生產穩定，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。與實際生產情況相符。

通過對蘇東41-3區塊出砂井出砂配產與裂縫支撐劑回流臨界流量關系的數據研究，我們得出氣井配產介于井筒攜砂流量及裂縫支撐劑回流流量之間為最優。

（2）出砂氣井后期管理措施

1、投產前期，針對排液不足，返排率低于50%的氣井，可優先開展無阻排液的生產方式，通過排查試氣壓裂曲線確認壓裂效果，排查可能出砂氣井;經過優先排液后投產;在后續生產中，加強站內壁厚檢測出砂量明顯減少。

2、氣井控砂產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、氣井節流器砂堵現象的發生幾率，降低氣井生產和集輸的安全風險。

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，為氣井提產和防止氣井大規模出砂提供保障，待氣井出砂基本控制后投放節流器生產，保證氣井井口及站內管線和設備的安全生產。

總結

通過研究分析，蘇東41-33區塊氣井的控砂產量應控制在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，表明該規律與實際生產特征符合率達72.72%，具有較強的適用性，對蘇東41-33區塊低滲壓裂氣井的實際生產有一定的現場指導意義。

參考文獻：

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