苏东41-33区块气井合理控砂配产研究

张颀悦 周蕴

摘要：苏东区块上古天然气气属河流相砂岩储层，具有低渗、低压、低丰度等特点。也是苏里格气田的主要地层特征。其中苏东41-33区块单井控制储量较低、其稳产能力不足，并且非均质性也比较强、部分储层动用率较低。在苏东区块开发过程中主要采用大型水力压裂技术手段。水平井开发成为苏东区块开发的主力。然而气井在后续生产运行中，由于配产不合理等问题导致气井出砂，氣流裂缝闭合等不利现象的出现进一步影响了气井的生产开发。并且，气井较大的出砂导致管线冲蚀、井下工具或阀门砂卡。本文主要探讨气井出砂机理及控砂措施，研究建立气井固体颗粒在裂缝和井筒中临界出砂产量公式，从而确定保持压裂裂缝导流 能 力的最大生产产量，并利用此方法优化合理气井配产制度。

关键词：非均质性 出砂 砂卡 产量公式

一、研究目的及意义

近年来苏东41-33区块部分气井出现吐砂情况，通过调研，气井吐砂主要有井筒堆积、裂缝支撑剂回流和井底堆积3种主体情况，苏东41-33区块主要属于第一种情况，即气井出砂造成套管破损、采气设备及管线冲蚀、刺漏、井下工具或阀门砂卡及压裂增产效果下降、影响安全增加成本，主要反应在新井上。

因此，为减少气井出砂对工艺管线造成的冲蚀、刺漏，对气井出砂情况进行研究，推导气井理论出砂公式，为后续的控砂合理配产及管理措施提供有效论证。

二、气井出砂机理分析

（1）气井裂缝支撑剂回流临界流量

压裂气井在生产过程中，若压后气井产量过大，高速气流的冲击力会使得裂缝中的支撑剂回流到井底，裂缝就会失去支撑而发生闭合，这会导致裂缝宽度变窄从而失去其高导流能力。如图1所示，以b砂粒和c砂粒接触点E作为研究点，那么要使砂粒c滚动，必定有： GH

根据动量定律，流体作用在砂粒c 上的冲击力F为：

得砂粒不动的最大流速为：

气井裂缝支撑剂回流临界流量为：

因此，气井产量应小于裂缝支撑剂回流临界流量Qsc，从而使裂缝保持高导流能力。

（2）井筒出砂临界流量

以向下为正方向，根据流动条件建立砂粒的受力分析模型，着重研究砂粒在井筒中的垂直运动，忽略一些力，着重考虑重力、浮力、压力差、拖曳力以下4种力，砂粒在井筒运动中的合力公式：

当砂粒速度达到一定值之后，砂粒受到的向上和向下的力达到平衡，砂粒将在井筒中作匀速运动，反之砂粒则向下作加速运动，以期达到新的力平衡。

当Fo等于零即可得到气井井筒临界携砂流速公式为：

则气井在井筒的临界携砂产量：

因此气井产量应大于井筒临界携砂产量，避免砂粒在井底堆积等现象的发生，延长气井冲砂周期，提高气田开发效益。

三、气井控砂配产及出砂防治措施

（1）配产设定

根据气井出砂机理分析，气井的控砂产量应该维持在裂缝支撑剂回流临界流量与井筒临界携砂流量之间，即井筒临界携砂流量<气井的控砂配产<裂缝支撑剂回流临界流量，这样既可以解决避免裂缝内支撑剂回流，又可以减小气井节流器砂堵和砂粒堆积的问题。

如苏6-2-xx井，201x年x月xx日投产，生产方式：三相分离器。在“四开”配产10万方/天，井口带出压裂砂约8公斤;后配产8万方/天，井口持续带砂约27.2公斤，压降过快;在延续生产期间配产4万方/天，生产稳定，井口无压裂砂带出。通过计算，确定该井裂缝临界携砂流量为8.4881万方。与实际生产情况相符。

通过对苏东41-3区块出砂井出砂配产与裂缝支撑剂回流临界流量关系的数据研究，我们得出气井配产介于井筒携砂流量及裂缝支撑剂回流流量之间为最优。

（2）出砂气井后期管理措施

1、投产前期，针对排液不足，返排率低于50%的气井，可优先开展无阻排液的生产方式，通过排查试气压裂曲线确认压裂效果，排查可能出砂气井;经过优先排液后投产;在后续生产中，加强站内壁厚检测出砂量明显减少。

2、气井控砂产量应控制在裂缝支撑剂回流临界流量与井筒临界携砂流量之间，这样既避免了裂缝内支撑剂回流，又减小了井筒积液、气井节流器砂堵现象的发生几率，降低气井生产和集输的安全风险。

4、对于出砂量大的气井先采用井口安装除砂器和三相分离器进行保供排砂生产，为气井提产和防止气井大规模出砂提供保障，待气井出砂基本控制后投放节流器生产，保证气井井口及站内管线和设备的安全生产。

总结

通过研究分析，苏东41-33区块气井的控砂产量应控制在0.53-9.14万方之间。出砂气井的临界流量计算和实际出砂情况对比结果，表明该规律与实际生产特征符合率达72.72%，具有较强的适用性，对苏东41-33区块低渗压裂气井的实际生产有一定的现场指导意义。

参考文献：

[1] 黄延章.低渗透油层非线性渗流特征[J].特种油气藏，1997，4（1）：9-14

[2] 郭烈锦.两相与多相流动力学[M].西安：西安大学出版社，2002：64-75