苏里格南气田生产期防砂工艺应用研究

刘炳森，李 岩，乔 鹏，马 力

中国石油长庆油田苏里格南作业分公司 （陕西 西安 710018）

■生产工艺

苏里格南气田生产期防砂工艺应用研究

刘炳森，李 岩，乔 鹏，马 力

中国石油长庆油田苏里格南作业分公司 （陕西 西安 710018）

对苏里格南气田气井出砂情况进行分析，认为出砂类型为支撑剂回流。针对如何控制支撑剂由地层回流入井筒，开展了气井合理产量优化研究。同时，结合开发中因气井出砂造成的危害，从井下节流器改进到易发生故障部位进行工艺优化，配合开井、排污控制、壁厚检测等相应制度，达到防砂目的。针对开井初期高产气井以及开发中节流器打捞无阻生产气井，进行井口除砂工艺实施，基本确定不同类型气井除砂制度。该分析研究对保障气田安全高效生产具有重要的意义。

气井出砂；合理产量；防砂工艺；除砂工艺

气田开发过程中，气井开发初期气井井底压力高，气井生产时只能采取限产、控制生产压差的生产。随着气田的开发,气井井口压力的下降，在同样配产情况下井底流速增大，鉴于中国石油长庆油田苏里格南作业分公司气田（以下简称苏南气田）特殊井筒工艺，开发后期需要采取下放速度管柱工艺达到排水采气的目的。此项工艺将原先井下节流器防砂筒防砂工艺消除。且速度管柱生产气量相对较大，超过气井的携砂气量[1-2]。

1 出砂危害及类型

苏南气田投运前期，因对气井出砂认识不足，发生了单井管线弯头刺漏，站采出水管线汇管刺漏停产整改事件，以及干管清管清除大量积砂、检修分离器及闪蒸罐内大量积砂等问题。严重影响了该区块气井产能的发挥,急待解决上古压裂气井出砂问题并提出防砂对策。

1）减产或停产作业：气井出砂容易造成井筒砂埋、油管砂堵，地面管汇积砂，降低气井产量，甚至使气井停产。同时，支撑剂回流造成裂缝导流能力变差，使气井产能下降。

2）地面和井下设备磨蚀：高硬度陶粒砂在高速气流的携带下冲蚀管线、设备及阀门，造成阀门失灵，管线刺漏等问题。

3）安全及环境问题：由于出砂引起的采气管线、针阀刺漏，及阀门、紧急截断阀失灵，会造成天然气泄漏，可能导致燃烧及爆炸，存在较大的安全环保隐患。

气井出砂根据产出物质特征可分为地层出砂和裂缝吐砂2种类型。地层出砂可以分为骨架砂和填隙物2种。骨架砂一般为大颗粒的砂粒。主要成分为石英和长石等和填隙物是环绕在骨架砂周围的微细颗粒，主要成分为黏土矿物和微粒；裂缝吐砂是对于中、低渗砂岩油气层，压裂改造是目前最有效的增产措施。利用压裂车把高压大排量具有一定黏度的液体挤人地层，压出许多裂缝后加人大量支撑剂从而在储层中形成高导流能力的支撑裂缝带，减少流体的流通阻力，达到油气井增产的目的。

储层地质研究表明，苏南主力产层山1和盒8均为石英砂岩储层，胶结情况良好，确定地层不出砂。同时根据检修集气站分离器、清管阀清理以及井口除砂器取样分析认为，苏南气田出砂主要是裂缝出砂，砂粒类型主要为压裂砂。

2 气井合理产量优化

2.1 气井临界携砂气量计算

在气井正常生产过程中，为避免气量太大将砂粒携带出井口，进而刺漏阀门导致生产管线破坏，因此根据沉降末速来确定将粒径为0.3～0.9mm的砂粒带出井口的天然气临界流量。

式中：QSC为气流携带砂粒所需的临界流量，104m3/d；A为油管截面积,m2；ZSC为标准状态下的压缩因子，ZSC=1；P为井底流压,MPa;T为气流温度，K；Z为井底流压及温度下的气体压缩系数；PSC=0.101 35 MPa，TSC=293K；μt为气井携砂临界速度，m/s。

2.2 不同压力的临界气量

气井井底压力不同，对应的雷诺数、临界流速相同，只有临界气量不同（压缩因子0.95，井底温度100℃），如表1所示。

产气量大于临界携砂流量后，砂粒即可能被气流携带出井口，影响地面管线安全。通过计算得知气井投产初期，气井井底压力较大，直径为0.3mm砂粒需要7.5×104m3/d的气量就可能被携带出来。随着气井的不断开发，气田整体压力下降，气井的井底压力下降，砂粒被带到井口的临界气量也随着下降，在井底压力下降到10MPa以下时，直径0.3mm砂粒需3.5×104m3/d气量就可能被携带出来。

3 气田防砂工艺技术研究应用

根据气田生产工艺特点，从井下节流工艺、管输及输水工艺、井口除砂、排液管线滤砂等方面进行防砂工艺研究，以此达到防砂目的。

3.1 井下节流器优化

验证节流器的运行效果，2013年对13口气井进行打捞作业，对节流器分析发现，节流器各部件腐蚀较为严重，节流嘴严重冲蚀或者锈蚀，节流嘴尺寸不同程度改变。气井变化平均0.91mm。对节流嘴材料改变由原来铬镍铝合金改为钨铬合金，增加气嘴的硬度以及耐腐蚀性，并且增加气嘴长度由12mm变为20mm减缓气流的冲蚀。

鉴于气井井下节流器气嘴冲蚀严重，结合因气井除砂给下游造成的影响，进行防砂第一道保护，将气井产出砂挡下，使之留在井底，节流器设计安装防砂网。

节流器防砂器主要由虑罩、内胎和虑砂网组成。防砂网0.2mm，可以对压裂砂0.4～0.5mm起到一定防砂效果，减少井下出砂上返。

3.2 井口工艺管线防砂工艺优化

井丛气井进行分类对待，气井配产超过6×104m3/d，考虑安装和管径DN80的管线。同样瞬时流量可使流速降低2.4倍左右。若气井投运中含砂，可以起到缓冲作用。

单井入地弯头，原先弯头的曲率半径为1.5D，最大冲蚀率较大。另外是因为当速度从10m/s增大到18m/s，弯头的最大冲蚀率增大。整改措施为将单井管线入地弯头优化为三通加管帽。同弯头不同，三通的管道不存在曲率变化，主要是直管部分。固体颗粒在三通中运动时固体颗粒间的相互干涉现象较少。所以，同弯头的冲蚀情况不同，气井产出沙粒小，此项措施更为有效。

3.3 集气站排液管线防砂工艺优化

2013年7月中旬C1站2#DN50排液管线正对方向DN200汇管管段本体刺漏，破损孔洞直径30mm。刺漏点以及其他易冲刷刺漏部位壁厚检测结果显示表明排液管线弯头和异径三通为损伤的主要位置。技改措施为将1#、2#、3#分离器DN50排污管道出口弯头更换为DN50的等径三通加管帽。同时将排污汇管与1#、2#、3#分离器DN50排污管连接处DN200×DN50异径三通更换为异径四通。

3.4 井口除砂工艺应用

旋流除砂器的工作原理是：含砂颗粒的气体从除砂器的进口处进入除砂器以后，由于受到除砂器壁面结构的影响，含砂颗粒的气体运动由之前的直线运动变为旋转运动，由于在旋转运动过程中受到离心力的作用，气体中的砂颗粒被甩向除砂器的器壁，碰到器壁砂颗粒将因失去惯性力而随着气体做螺旋向下运动，最终进入排尘管而排出除砂器[3-5]。

井下节流气井试气中除砂相对较多；气井生产初期配产超过5×104m3/d，预制式节流器失效更换卡瓦式节流器，井下节流器未安装防砂筒。

井下无节流，节流器打捞前产量超过3×104m3/d；速度管柱作业完成后产量超过3×104m3/d气井。

除砂时间：每天对除砂量测量小于200g视为除砂结束。

2013年7月—2016年6月底，共计对28口井下节流气井进行除砂作业，气井平均除砂作业8天，井均除砂量为7 383g。除砂量大是因节流器失效及节流器未安装防砂筒气井。

2014年3月—2016年6月底，共计对30口井下未节流气井进行除砂作业，气井平均除砂作业7天，井均除砂量为5 393g。

此次除砂的3类气井中，除砂量较大未节流器打捞后产量相对较高气井，其次为未安装节流器新井，前期除砂后再进行速度管柱投产作业气井也不同程度出砂，对产量超过3×104m3/d气井进行除砂。

3.5 过滤器升级改造

苏里格南分离器检修、Y型过滤器应用及清洗状况，过滤器过滤网孔过大过滤精度粗，容积小，无法到达现场应用要求。同时闪蒸罐至输水泵没有过滤器，进泵之前防砂措施不当。

鉴于上述情况，自主设计改进过滤器，将原先的Y型过滤器改为篮式过滤器，并将过滤网的过滤精度250μm(60目)，同时将原先的容积增大6L。

现场应用：将原分离器排液Y型过滤器更换篮式过滤器，在分液罐进泵之前增加过滤器。2014年运行至今，转液系统运行平稳，压力运行在合理范围之内，同时通过定期清洗过滤器发现，过滤器能有效过滤液体的杂质。

4 结论及认识

1）通过对苏南区块储层地质研究表明，主力产层山1和盒8层均为石英砂岩储层胶结情况良好，确定地层不出砂,同时对产出砂取样分析认为，气田出砂主要是裂缝出砂，砂粒类型主要为压裂砂。

2）气井合理配产防砂研究，产气量大于临界携砂流量后，砂粒可能被气流携带出井口。通过计算：气井投产初期，气井井底压力较大，直径为0.3mm砂粒需要7.5×104m3/d气量就可能被携带出来。随着气井不断开发，在井底压力下降到10MPa以下时，直径为0.3mm砂粒需要3.5×104m3/d的气量就可能被携带出来。

3）针对气田防砂工艺，苏里格南对井下节流器、井口管线工艺、集气站排液管线工艺进行防砂优化，起到有效防砂作用。

4）气井井口除砂作业，按照气井产气量及生产特点确定井口气井，调研应用除砂器基本满足除砂要求。

5）集气站排污除砂自主设计篮式过滤器解决了原先Y型过滤器过滤精度及容积问题。

[1]陈 荣,张国辉,邹晓燕,等.系统除砂新技术在港东、港西油田的应用[J].油气田地面工程,2002,21(6)：65-66.

[2]寇 杰.油田地面除砂技术[J].油气田地面工程,2001,20(5)：36-37.

[3]王金宏，李东阳.油田地面除砂设备的应用[J].科技资讯,2007(27)：35.

[4]陈 荣,陆守权,张国辉,等.无回压旋流除砂新技术研究[J].油气田地面工程,2003,22(9)：77.

[5]王万福，何银花，贺红旭，等.新型高效除砂装置的研究与应用[J].油气田环境保护，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

刘炳森（1982-），男，工程师，主要从事天然气开采与采气工艺技术研究工作。

2017-07-11