長(zhǎng)寧地區(qū)頁(yè)巖氣井出砂原因分析初探

周小金， 張 帥， 段希宇

(1中國(guó)石油西南油氣田公司頁(yè)巖氣研究院 2頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)與開采四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3中國(guó)石油西南油氣田公司工程技術(shù)研究院)

中國(guó)頁(yè)巖氣分布非常廣泛，開發(fā)潛力巨大[1]，四川盆地頁(yè)巖氣資源量豐富，龍馬溪組和筇竹寺組為最有利勘探開發(fā)層系，估算總資源量39.05×1012m3。頁(yè)巖儲(chǔ)層物性差，孔隙度低，滲透率極低，平臺(tái)水平井分段壓裂成為頁(yè)巖氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過多輪技術(shù)攻關(guān)，國(guó)內(nèi)定型了埋深3 500 m以淺的頁(yè)巖氣主體壓裂工藝：低黏滑溜水、100目石英砂+40/70目陶粒組合支撐劑、大排量、大液量、大砂量。

長(zhǎng)寧地區(qū)目前采用悶井、分階段控制、逐級(jí)放大的排采制度，在已排采的部分井中，出現(xiàn)了不同程度的地面出砂，地面出砂縮短了地面流程的使用壽命，增加了除砂作業(yè)成本及井下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，影響了氣井的正常生產(chǎn)。

防砂、治砂工作一直是常規(guī)氣田開發(fā)工作者面臨的難題。針對(duì)常規(guī)氣田出砂原因、防治措施，宋軍正[2]等根據(jù)巖石力學(xué)理論，采用三維壓裂模擬設(shè)計(jì)軟件分析了壓裂氣井出砂機(jī)理。鄒一鋒[3]，葉靜[4]等通過對(duì)支撐劑受力分析，推導(dǎo)出了新的裂縫出砂臨界產(chǎn)量公式，為防砂提供了依據(jù)。李天才[5]等建立了壓裂液返排過程中臨界返排流量、支撐劑返排速度和沉降速度計(jì)算模型，提出了控制支撐劑回流的放噴油嘴選擇原則。林琳[6]等結(jié)合氣井實(shí)際出砂現(xiàn)狀及規(guī)律，修正已有的攜砂臨界參數(shù)與出砂量模型，探討出砂氣井合理生產(chǎn)制度和沖砂周期的確定方法。田喜軍[7]，楊立平[8]等氣田氣井出砂問題，研制了井下防砂工具。頁(yè)巖氣方面，石豫[9]等通過對(duì)頁(yè)巖氣井水力壓裂支撐劑砂堤形成過程進(jìn)行了全面描述，對(duì)比了物理實(shí)驗(yàn)與Babcock砂堤形成理論的模擬結(jié)果，指出了影響砂堤形態(tài)各個(gè)參數(shù)的主要因素，為建立更合理的支撐劑顆粒輸送模型提供了依據(jù)。本文以長(zhǎng)寧地區(qū)X1、X2平臺(tái)頁(yè)巖氣井出砂為例，初步分析了出砂的原因，提出了幾點(diǎn)頁(yè)巖氣井出砂防治措施。

一、長(zhǎng)寧地區(qū)頁(yè)巖氣井出砂現(xiàn)狀

長(zhǎng)寧地區(qū)主體采用大通徑橋塞作為頁(yè)巖氣分段壓裂工具，從2016年以來(lái)，在該地區(qū)已實(shí)施的6個(gè)平臺(tái)，27口井中，共使用橋塞573支，其中大通徑橋塞510支，可溶橋塞63支占比11%。

大通徑橋塞可實(shí)現(xiàn)壓后井筒較大的通徑，后期無(wú)需連續(xù)油管對(duì)橋塞進(jìn)行鉆磨，可實(shí)現(xiàn)氣井快速投產(chǎn)，提高了生產(chǎn)時(shí)效，降低了鉆磨成本。但因?yàn)榇笸◤綐蛉臒o(wú)法鉆磨，無(wú)法實(shí)現(xiàn)井筒全通徑，限制了后期井筒作業(yè)。

可溶橋塞可實(shí)現(xiàn)98.5%以上總質(zhì)量的可溶，但銷釘、卡瓦粒均為不溶物，在整口井使用可溶橋塞的情況下，不溶物可堆積于井筒某位置，在連續(xù)油管沖砂過程中，易發(fā)生連續(xù)油管卡鉆?？扇軜蛉扇懿糠忠蛉芙夂笮纬筛唣こ硪后w，在地層支撐劑回流入井筒后，易被該種高黏液體裹覆從而形成大小不一的支撐劑膠結(jié)塊，造成井筒堵塞。在已完成壓裂施工的6個(gè)平臺(tái)、27井次中，壓后返排期間出現(xiàn)了4個(gè)平臺(tái)21井次不同程度的地面出砂，其中以X1、X2平臺(tái)下半支井出砂尤為嚴(yán)重(見表1)。

表1 X1、X2平臺(tái)壓后返排出砂統(tǒng)計(jì)表

井號(hào)X2-1井X2-2井X2-3井X2-4井X2-5井X2-6井出砂量/m31.91.20.542.023.262.51

針對(duì)目前長(zhǎng)寧地區(qū)頁(yè)巖氣井出砂情況，現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用連續(xù)油管沖砂的方式來(lái)解除井筒堵塞。而目前該地區(qū)采用的大通徑橋塞及可溶橋塞分段壓裂工具，均可能導(dǎo)致連續(xù)油管沖砂過程中發(fā)生卡鉆，增加了井下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)及作業(yè)成本。從而做好長(zhǎng)寧地區(qū)地層出砂的防控顯得尤為重要。

二、頁(yè)巖氣井支撐劑回流原因分析

1.頁(yè)巖滲透率極低，人工裂縫閉合時(shí)間長(zhǎng)

頁(yè)巖儲(chǔ)層相比常規(guī)天然氣儲(chǔ)層滲透率極低，地層綜合濾失系數(shù)小。相比常規(guī)天然氣儲(chǔ)層壓裂，頁(yè)巖儲(chǔ)層人工裂縫的閉合時(shí)間更長(zhǎng)。目前長(zhǎng)寧地區(qū)采用壓后“悶井”數(shù)天才開井排液的排采制度，開井排液期間，頁(yè)巖儲(chǔ)層裂縫可能尚未完全閉合，使得裂縫壁對(duì)支撐劑的夾持力比較微弱，在壓裂液及天然氣的高速?zèng)_刷下，支撐劑被拖拽入井筒。

2.大規(guī)模壓裂施工降低了裂縫壁對(duì)支撐劑的夾持力

頁(yè)巖質(zhì)地脆、膠結(jié)差、天然層理、裂縫發(fā)育，相比常規(guī)天然氣井壓裂，頁(yè)巖氣井采用的“大液量、大排量、大砂比”大規(guī)模壓裂模式，大量壓裂液對(duì)地層的擠壓及高速流體對(duì)近井頁(yè)巖的剪切，易造成近井地帶小巖塊發(fā)生剪切破壞而崩落，降低了裂縫壁對(duì)支撐劑的夾持力，為支撐劑回流創(chuàng)造了條件。

3.滑溜水?dāng)y砂性能差

現(xiàn)有頁(yè)巖氣井壓裂主體采用滑溜水，滑溜水具有黏度低、攜砂性能差等特點(diǎn)。為順利泵送橋塞，長(zhǎng)寧地區(qū)頁(yè)巖氣井通常在一段壓裂施工結(jié)束前注入一定量的膠液進(jìn)行清掃井筒，減少井筒沉砂。若膠液在井下破膠不徹底，在返排期間，近井筒膠液具有較高的黏度，對(duì)支撐劑具有較大的拖拽力，從而發(fā)生支撐劑回流。

通過對(duì)X1、X2平臺(tái)各井出砂情況與膠液使用量的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，各井出砂量與膠液使用量具有一定的正相關(guān)關(guān)系(圖1)。

圖1 寧201井區(qū)X1、X2平臺(tái)膠液使用量與出砂量關(guān)系圖

4.不合理的返排制度加速了支撐劑的回流

在地層尚未閉合的情況下，采用大油嘴排液，井底生產(chǎn)壓差大，高速流動(dòng)的返排液會(huì)攜帶支撐劑回流至井筒。

通過對(duì)X1平臺(tái)出砂期間井筒壓力分析，在該平臺(tái)下半支井出砂期間，井底壓力均高于裂縫閉合壓力，說明開井排液初期，儲(chǔ)層人工裂縫尚未完全閉合(見表2)。

表2 長(zhǎng)寧地區(qū)X1平臺(tái)下半支井地層

三、頁(yè)巖氣井防砂治理建議

1.開展纖維防砂工藝試驗(yàn)減小支撐劑回流

纖維防砂即采用纖維和支撐劑充分混合后隨壓裂液一起泵入地層，纖維的纏繞固砂能力能夠有效防止地層出砂，可提高支撐劑在人工裂縫中的固定強(qiáng)度，提高臨界出砂流速，減少了支撐劑的失穩(wěn)和回流，有效減少或避免井筒出砂。

2.優(yōu)化排液制度延長(zhǎng)小直徑油嘴排液時(shí)間

井口壓力接近或高于折算地面閉合壓力時(shí)，地層裂縫尚未完全閉合，不宜增大油嘴排液，大尺寸油嘴排液會(huì)導(dǎo)致井底生產(chǎn)壓差過大，返排液流速過高，從而導(dǎo)致井底出砂。

通過對(duì)X1、X2兩平臺(tái)下半支井出砂情況分析、總結(jié)，對(duì)平臺(tái)上半支井開展了延長(zhǎng)小直徑油嘴排液時(shí)間的排采制度優(yōu)化措施，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，延長(zhǎng)小直徑油嘴排液時(shí)間的上半支井出砂量明顯低于相應(yīng)平臺(tái)下半支井，取得了一定的防砂、控砂效果。

3.確保膠液在儲(chǔ)層中徹底破膠

根據(jù)長(zhǎng)寧X1、X2平臺(tái)出砂情況分析，單井出砂量與膠液使用量具有一定的正相關(guān)關(guān)系，故在壓裂施工過程中，泵注膠液期間，應(yīng)確保破膠劑的質(zhì)量與數(shù)量。同時(shí)做好破膠劑的性能評(píng)價(jià)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保在儲(chǔ)層條件下，膠液破膠徹底。避免返排期間高黏液體攜砂入井筒。

四、結(jié)語(yǔ)

頁(yè)巖氣井出砂防治是頁(yè)巖氣井生產(chǎn)管理的重要內(nèi)容，多種因素綜合影響導(dǎo)致頁(yè)巖氣井出砂。通過對(duì)長(zhǎng)寧地區(qū)頁(yè)巖氣井地層出砂原因的分析，可為后期頁(yè)巖氣井防砂工藝的制定提供技術(shù)支撐。長(zhǎng)寧地區(qū)X1、X2平臺(tái)上半支井排采制度優(yōu)化結(jié)果顯示，延長(zhǎng)小直徑油嘴排液時(shí)間取得了一定的控砂效果。