DMFS型地面防砂裝置應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

楊 文，金高彥，劉學(xué)蕊，崔 東，王慶峰，任 磊，鄭 展，惠 玲

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006）

A、B、C井生產(chǎn)層位為盒8，該儲(chǔ)層是致密砂巖儲(chǔ)層，具有低孔隙度、低滲透率的特點(diǎn)。這三口井采用了水平井開發(fā)模式，并采用加砂壓裂工藝對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造。

A井采用裸眼封隔器分段體積壓裂改造工藝分10段進(jìn)行改造，累計(jì)入地砂量1 022.9 m3，壓裂砂為0.425~0.85 mm中密度陶粒812.8 m3、0.212~0.425 mm低密度陶粒210.1 m3。B井采用水力噴射分段壓裂改造工藝分6段進(jìn)行改造，累計(jì)入地砂量223.4 m3，壓裂砂全部為0.425~0.85 mm中密度陶粒。C井采用水力噴射分段壓裂改造工藝分6段進(jìn)行改造，累計(jì)入地砂量309.9 m3，壓裂砂全部為0.425~0.85 mm中密度陶粒。其中，B井和C井共用一條采氣管線接入集氣站生產(chǎn)。

該三口井采用高壓集氣流程，生產(chǎn)中出現(xiàn)不同程度出砂，高壓高流速氣體攜帶的砂礫對(duì)地面管線和設(shè)備具有極大的沖蝕作用。為此，在井口安裝了地面防砂裝置以保護(hù)地面管線及設(shè)備。

1 氣井出砂的影響因素

氣井出砂可分為地層出砂和裂縫出砂兩種類型。由巖層結(jié)構(gòu)被破壞所引起的出砂稱為地層出砂，產(chǎn)出物質(zhì)是脫落的巖石碎屑。由裂縫結(jié)構(gòu)被破壞所引起的出砂稱為裂縫出砂，產(chǎn)出物質(zhì)是氣層壓裂改造過(guò)程中所加的支撐劑，亦即壓裂砂。從地面設(shè)備和防砂裝置取出的砂樣判斷，這三口水平井出砂類型均為裂縫出砂。

圖1 A井砂樣

圖2 B、C井砂樣

1.1 壓裂工藝的影響

（1）液體粘度、返排速度的影響:返排速度和液體粘度的增大，會(huì)導(dǎo)致流體的流動(dòng)阻力增大，由于液體與壓裂砂的相互作用，壓裂砂回流的動(dòng)力也增大，更易引起支撐劑回流。

（2）氣液兩相流動(dòng)的影響：液體的返排，氣、液流經(jīng)孔隙喉道時(shí)將產(chǎn)生毛細(xì)管力，由于壓裂砂具有親水性，當(dāng)接觸角大于90°時(shí)，毛細(xì)管力就成為流體阻力，但對(duì)壓裂砂而言，毛細(xì)管力卻表現(xiàn)為動(dòng)力，易造成壓裂砂回流。

（3）裂縫閉合程度的影響：經(jīng)過(guò)壓裂工藝所形成人工裂縫，它的閉合過(guò)程緩慢。若在裂縫未閉合的情況下開井排液，未膠結(jié)壓裂砂容易隨液體流出地層，造成出砂。

（4）壓裂砂強(qiáng)度不夠：若入地壓裂砂的強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，當(dāng)垂直裂縫的地層應(yīng)力大于其抗壓強(qiáng)度時(shí)，壓裂砂易被擠碎，易被帶出裂縫。

1.2 生產(chǎn)制度的影響

（1）突然的開關(guān)井作業(yè)：氣井生產(chǎn)中，突然關(guān)井會(huì)在井筒中產(chǎn)生激動(dòng)，突然開井會(huì)在井底形成過(guò)大的壓差，它們都可能破壞砂拱的穩(wěn)定性，導(dǎo)致大量壓裂砂回流。

（2）氣井生產(chǎn)壓差過(guò)大：氣井生產(chǎn)壓差越大時(shí)，滲流速度就越高，裂縫中壓力梯度越大，流體對(duì)壓裂砂的沖刷力就越大，壓裂砂受力脫落，造成氣井出砂。

（3）氣井生產(chǎn)壓差建立過(guò)快：在突然建立壓差時(shí)，壓力波尚未迅速傳播出去，壓力分布曲線很陡，井壁周圍裂縫中的壓力梯度很大，裂縫結(jié)構(gòu)易破壞，引起井底出砂；以緩慢的方式建立壓差時(shí)，壓力波可以逐漸傳播出去，井壁附近裂縫中壓力分布曲線比較平緩，壓力梯度較小，不致影響裂縫結(jié)構(gòu)。

（4）井底流壓低：在地層壓力相對(duì)不變的情況下，井底壓力越低，裂縫內(nèi)壓力梯度就越大，致使井筒附近裂縫里的填砂或砂拱更容易發(fā)生破壞，從而加劇支撐劑回流。

1.3 氣井出砂的危害

（1）造成氣井減產(chǎn)或關(guān)井停產(chǎn)。砂在井內(nèi)沉積容易造成油管砂堵，使氣井產(chǎn)量降低，甚至使氣井停產(chǎn)。

（2）破壞地面管線及設(shè)備。A、B、C井自投產(chǎn)以來(lái)，累計(jì)造成加熱爐節(jié)流針閥損壞10個(gè)，分離器排污閘閥損壞2個(gè)，電動(dòng)球閥閥座損壞4個(gè)。節(jié)流針閥至分離器的管線及分離器排污管線也因沖蝕破壞嚴(yán)重而全部進(jìn)行更換。

（3）磨蝕井下管柱和工具。造成套管損壞，氣井報(bào)廢。

（4）給集氣站生產(chǎn)帶來(lái)安全隱患。天然氣生產(chǎn)是在高壓環(huán)境下進(jìn)行的，氣井出砂極易引起采氣管線、設(shè)備損壞失靈，導(dǎo)致天然氣泄漏，造成硫化氫中毒、天然氣燃燒和爆炸等事故。

（5）影響氣井產(chǎn)能發(fā)揮。A、B、C井作為調(diào)峰氣井，配產(chǎn)較高，達(dá) 40×104m3/d。A 井設(shè)計(jì)配產(chǎn) 30×104m3/d，由于氣井大量出砂，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間配產(chǎn)10×104m3/d生產(chǎn)，產(chǎn)能無(wú)法發(fā)揮。

2 地面防砂工藝

2.1 DMFS地面防砂裝置結(jié)構(gòu)原理

地面防砂裝置由連接法蘭、前后立柱、輸氣通道、過(guò)濾裝置、儲(chǔ)砂筒組成，過(guò)濾裝置由中心割縫篩管、不銹鋼篩網(wǎng)、護(hù)套組成。攜帶砂礫的氣體從上部進(jìn)入防砂裝置，顆粒狀砂礫阻擋在過(guò)濾裝置外，在流動(dòng)氣體作用下進(jìn)入防砂裝置下部?jī)?chǔ)砂筒，砂量到達(dá)一定容積后，關(guān)閉本裝置兩端閘閥，泄去裝置內(nèi)壓力后，拆下儲(chǔ)砂筒兩端的堵頭清理砂礫。

2.2 地面防砂裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，將地面防砂裝置與井口原有采氣管線并聯(lián)安裝在采氣樹10#針閥后，氣井開井生產(chǎn)時(shí)，天然氣通過(guò)該裝置濾去砂礫后經(jīng)單井管線接入集氣站生產(chǎn)。

表1 防砂工具參數(shù)

3 DMFS地面防砂裝置防砂效果

3.1 A井除砂情況

A井投產(chǎn)初期，頻繁進(jìn)行調(diào)產(chǎn)作業(yè)，產(chǎn)量在20×104m3/d至30×104m3/d變化，調(diào)產(chǎn)時(shí)氣井采氣速度突然變化，從加熱爐節(jié)流針閥損壞時(shí)間看，往大調(diào)產(chǎn)時(shí)更容易造成出砂。

2013年1月24日該井產(chǎn)量先提至20×104m3/d、隨后又提至25×104m3/d，次日從地面防砂裝置儲(chǔ)砂筒中取出壓裂砂2 L。地面防砂裝置安裝使用后，該井加熱爐節(jié)流針閥損壞頻率大大減少了，從該井取砂情況看，最多一次取出壓裂砂2 L，防砂效果較好。

表2 A井地面防砂裝置除砂情況

表3 B、C井出砂情況統(tǒng)計(jì)表

3.2 B、C井除砂情況

B井、C井共用地面管線和防砂裝置，此兩口氣井自投產(chǎn)到2013年4月16日，兩口井各配產(chǎn)5×104m3/d生產(chǎn)，取砂作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)地面防砂裝置儲(chǔ)砂筒較為干凈，氣井出砂極少。4月17日，該井組加熱爐節(jié)流針閥內(nèi)漏嚴(yán)重，當(dāng)天更換加熱爐節(jié)流針閥時(shí)，發(fā)現(xiàn)閥體、閥芯損壞嚴(yán)重，并取出大量壓裂砂。當(dāng)天在井口地面防砂裝置中取出壓裂砂4.5 L，20日取出壓裂砂0.5 L。防砂裝置一次攔截壓裂砂4.5 L，防砂效果較好。

3.3 DMFS地面防砂裝置的不足

在清砂作業(yè)時(shí)，需關(guān)閉防砂裝置兩端閘閥，然后打開旁通閘閥，將防砂裝置泄壓，拆開儲(chǔ)砂筒堵頭后開始清砂，頻繁清砂工作量大。為防止砂礫不經(jīng)防砂裝置而被帶入集氣站設(shè)備，再打開旁通閘閥時(shí)，需站內(nèi)關(guān)井或直接關(guān)井口，影響開井時(shí)率。該裝置儲(chǔ)砂筒容積5.4 L，B、C井在突然大量出砂時(shí)，防砂裝置攔截砂礫4.5 L，儲(chǔ)砂筒已經(jīng)快堆積滿，篩管也已變形，部分砂礫仍被帶入站內(nèi)設(shè)備。另外，從井筒帶出的臟物易堵塞篩網(wǎng)，造成防砂裝置節(jié)流，冬季易造成地面管線凍堵。

3.4 與旋流式防砂裝置的比較

A、B井在試采時(shí)，井口各安裝了一套旋流式除砂裝置。該裝置的原理是將流體沿切線方向引入到錐形分離筒內(nèi)，重力作用將砂礫推向錐體的表面，并且向下運(yùn)動(dòng)到下部?jī)?chǔ)砂筒。分離筒與儲(chǔ)砂筒中間有一道閘閥，在清砂作業(yè)時(shí)，只需將該閥門關(guān)閉，然后儲(chǔ)砂筒泄壓即可清砂，氣井可照常生產(chǎn)。和之前使用的防砂裝置相比，清砂作業(yè)工作量減小了，也不需要站內(nèi)配合關(guān)井或關(guān)井口，如此可不影響氣井開井時(shí)率。

4 結(jié)論及建議

（1）防砂裝置安裝使用后，閥門損壞的情況大大減少了，該裝置較好地保護(hù)了地面管線和設(shè)備。但在氣井大量出砂時(shí)，DMFS地面防砂裝置攔截砂礫的能力有限。

（2）從減輕清砂作業(yè)工作量和保障氣井開井時(shí)率的角度，建議安裝旋流式防砂裝置。

（3）對(duì)于采用壓裂工藝改造、并采用高壓集氣流程的氣井，建議開井前就安裝防砂裝置，以保障生產(chǎn)安全。

（4）對(duì)于壓裂改造的氣井，確定配產(chǎn)時(shí)建議先計(jì)算出臨界攜砂流量，結(jié)合無(wú)阻流量綜合考慮。

（5）A井長(zhǎng)時(shí)間配產(chǎn)10×104m3/d生產(chǎn)時(shí)，未出砂。試采后配產(chǎn)12×104m3/d生產(chǎn)時(shí)，也未出砂。建議該井繼續(xù)提產(chǎn)，探索該井不出砂的臨界產(chǎn)量。

[1]邵春.旋流除砂器的改進(jìn)及其試驗(yàn)效果[J].煤田地質(zhì)與勘探，2006，34（5）：71-72.