蘇里格南氣田生產(chǎn)期防砂工藝應(yīng)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(yè)分公司 （陜西 西安 710018）

■生產(chǎn)工藝

蘇里格南氣田生產(chǎn)期防砂工藝應(yīng)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(yè)分公司 （陜西 西安 710018）

對(duì)蘇里格南氣田氣井出砂情況進(jìn)行分析，認(rèn)為出砂類型為支撐劑回流。針對(duì)如何控制支撐劑由地層回流入井筒，開展了氣井合理產(chǎn)量優(yōu)化研究。同時(shí)，結(jié)合開發(fā)中因氣井出砂造成的危害，從井下節(jié)流器改進(jìn)到易發(fā)生故障部位進(jìn)行工藝優(yōu)化，配合開井、排污控制、壁厚檢測(cè)等相應(yīng)制度，達(dá)到防砂目的。針對(duì)開井初期高產(chǎn)氣井以及開發(fā)中節(jié)流器打撈無阻生產(chǎn)氣井，進(jìn)行井口除砂工藝實(shí)施，基本確定不同類型氣井除砂制度。該分析研究對(duì)保障氣田安全高效生產(chǎn)具有重要的意義。

氣井出砂；合理產(chǎn)量；防砂工藝；除砂工藝

氣田開發(fā)過程中，氣井開發(fā)初期氣井井底壓力高，氣井生產(chǎn)時(shí)只能采取限產(chǎn)、控制生產(chǎn)壓差的生產(chǎn)。隨著氣田的開發(fā),氣井井口壓力的下降，在同樣配產(chǎn)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(yè)分公司氣田（以下簡稱蘇南氣田）特殊井筒工藝，開發(fā)后期需要采取下放速度管柱工藝達(dá)到排水采氣的目的。此項(xiàng)工藝將原先井下節(jié)流器防砂筒防砂工藝消除。且速度管柱生產(chǎn)氣量相對(duì)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(yùn)前期，因?qū)饩錾罢J(rèn)識(shí)不足，發(fā)生了單井管線彎頭刺漏，站采出水管線匯管刺漏停產(chǎn)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(nèi)大量積砂等問題。嚴(yán)重影響了該區(qū)塊氣井產(chǎn)能的發(fā)揮,急待解決上古壓裂氣井出砂問題并提出防砂對(duì)策。

1）減產(chǎn)或停產(chǎn)作業(yè)：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(chǎn)量，甚至使氣井停產(chǎn)。同時(shí)，支撐劑回流造成裂縫導(dǎo)流能力變差，使氣井產(chǎn)能下降。

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

3）安全及環(huán)境問題：由于出砂引起的采氣管線、針閥刺漏，及閥門、緊急截?cái)嚅y失靈，會(huì)造成天然氣泄漏，可能導(dǎo)致燃燒及爆炸，存在較大的安全環(huán)保隱患。

氣井出砂根據(jù)產(chǎn)出物質(zhì)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(huán)繞在骨架砂周圍的微細(xì)顆粒，主要成分為黏土礦物和微粒；裂縫吐砂是對(duì)于中、低滲砂巖油氣層，壓裂改造是目前最有效的增產(chǎn)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(chǔ)層中形成高導(dǎo)流能力的支撐裂縫帶，減少流體的流通阻力，達(dá)到油氣井增產(chǎn)的目的。

儲(chǔ)層地質(zhì)研究表明，蘇南主力產(chǎn)層山1和盒8均為石英砂巖儲(chǔ)層，膠結(jié)情況良好，確定地層不出砂。同時(shí)根據(jù)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(rèn)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(chǎn)量優(yōu)化

2.1 氣井臨界攜砂氣量計(jì)算

在氣井正常生產(chǎn)過程中，為避免氣量太大將砂粒攜帶出井口，進(jìn)而刺漏閥門導(dǎo)致生產(chǎn)管線破壞，因此根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)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(shù)；PSC=0.101 35 MPa，TSC=293K；μt為氣井?dāng)y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(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)、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(chǎn)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(jì)算得知?dú)饩懂a(chǎn)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(fā)，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(shí)，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(shù)研究應(yīng)用

根據(jù)氣田生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，從井下節(jié)流工藝、管輸及輸水工藝、井口除砂、排液管線濾砂等方面進(jìn)行防砂工藝研究，以此達(dá)到防砂目的。

3.1 井下節(jié)流器優(yōu)化

驗(yàn)證節(jié)流器的運(yùn)行效果，2013年對(duì)13口氣井進(jìn)行打撈作業(yè)，對(duì)節(jié)流器分析發(fā)現(xiàn)，節(jié)流器各部件腐蝕較為嚴(yán)重，節(jié)流嘴嚴(yán)重沖蝕或者銹蝕，節(jié)流嘴尺寸不同程度改變。氣井變化平均0.91mm。對(duì)節(jié)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?yōu)?0mm減緩氣流的沖蝕。

鑒于氣井井下節(jié)流器氣嘴沖蝕嚴(yán)重，結(jié)合因氣井除砂給下游造成的影響，進(jìn)行防砂第一道保護(hù)，將氣井產(chǎn)出砂擋下，使之留在井底，節(jié)流器設(shè)計(jì)安裝防砂網(wǎng)。

節(jié)流器防砂器主要由慮罩、內(nèi)胎和慮砂網(wǎng)組成。防砂網(wǎng)0.2mm，可以對(duì)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(yōu)化

井叢氣井進(jìn)行分類對(duì)待，氣井配產(chǎn)超過6×104m3/d，考慮安裝和管徑DN80的管線。同樣瞬時(shí)流量可使流速降低2.4倍左右。若氣井投運(yùn)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?yàn)楫?dāng)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(yōu)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(yùn)動(dòng)時(shí)固體顆粒間的相互干涉現(xiàn)象較少。所以，同彎頭的沖蝕情況不同，氣井產(chǎn)出沙粒小，此項(xiàng)措施更為有效。

3.3 集氣站排液管線防砂工藝優(yōu)化

2013年7月中旬C1站2#DN50排液管線正對(duì)方向DN200匯管管段本體刺漏，破損孔洞直徑30mm。刺漏點(diǎn)以及其他易沖刷刺漏部位壁厚檢測(cè)結(jié)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(shí)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(yīng)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(jìn)口處進(jìn)入除砂器以后，由于受到除砂器壁面結(jié)構(gòu)的影響，含砂顆粒的氣體運(yùn)動(dòng)由之前的直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，最終進(jìn)入排塵管而排出除砂器[3-5]。

井下節(jié)流氣井試氣中除砂相對(duì)較多；氣井生產(chǎn)初期配產(chǎn)超過5×104m3/d，預(yù)制式節(jié)流器失效更換卡瓦式節(jié)流器，井下節(jié)流器未安裝防砂筒。

井下無節(jié)流，節(jié)流器打撈前產(chǎn)量超過3×104m3/d；速度管柱作業(yè)完成后產(chǎn)量超過3×104m3/d氣井。

除砂時(shí)間：每天對(duì)除砂量測(cè)量小于200g視為除砂結(jié)束。

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

2014年3月—2016年6月底，共計(jì)對(duì)30口井下未節(jié)流氣井進(jìn)行除砂作業(yè)，氣井平均除砂作業(yè)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(jié)流器打撈后產(chǎn)量相對(duì)較高氣井，其次為未安裝節(jié)流器新井，前期除砂后再進(jìn)行速度管柱投產(chǎn)作業(yè)氣井也不同程度出砂，對(duì)產(chǎn)量超過3×104m3/d氣井進(jìn)行除砂。

3.5 過濾器升級(jí)改造

蘇里格南分離器檢修、Y型過濾器應(yīng)用及清洗狀況，過濾器過濾網(wǎng)孔過大過濾精度粗，容積小，無法到達(dá)現(xiàn)場應(yīng)用要求。同時(shí)閃蒸罐至輸水泵沒有過濾器，進(jìn)泵之前防砂措施不當(dāng)。

鑒于上述情況，自主設(shè)計(jì)改進(jìn)過濾器，將原先的Y型過濾器改為籃式過濾器，并將過濾網(wǎng)的過濾精度250μm(60目)，同時(shí)將原先的容積增大6L。

現(xiàn)場應(yīng)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(jìn)泵之前增加過濾器。2014年運(yùn)行至今，轉(zhuǎn)液系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，壓力運(yùn)行在合理范圍之內(nèi)，同時(shí)通過定期清洗過濾器發(fā)現(xiàn)，過濾器能有效過濾液體的雜質(zhì)。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）通過對(duì)蘇南區(qū)塊儲(chǔ)層地質(zhì)研究表明，主力產(chǎn)層山1和盒8層均為石英砂巖儲(chǔ)層膠結(jié)情況良好，確定地層不出砂,同時(shí)對(duì)產(chǎn)出砂取樣分析認(rèn)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(chǎn)防砂研究，產(chǎn)氣量大于臨界攜砂流量后，砂?？赡鼙粴饬鲾y帶出井口。通過計(jì)算：氣井投產(chǎn)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(fā)，在井底壓力下降到10MPa以下時(shí)，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(duì)氣田防砂工藝，蘇里格南對(duì)井下節(jié)流器、井口管線工藝、集氣站排液管線工藝進(jìn)行防砂優(yōu)化，起到有效防砂作用。

4）氣井井口除砂作業(yè)，按照氣井產(chǎn)氣量及生產(chǎn)特點(diǎn)確定井口氣井，調(diào)研應(yīng)用除砂器基本滿足除砂要求。

5）集氣站排污除砂自主設(shè)計(jì)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(tǒng)除砂新技術(shù)在港東、港西油田的應(yīng)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(shù)[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(shè)備的應(yīng)用[J].科技資訊,2007(27)：35.

[4]陳 榮,陸守權(quán),張國輝,等.無回壓旋流除砂新技術(shù)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(yīng)用[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，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(shù)研究工作。

2017-07-11