大牛地气田出砂井特性分析及预防对策

何 云 (长江大学石油工程学院，湖北 荆州 434023；中石化华北分公司，河南 郑州 450006)

陈敬轶，李冰毅，徐 嘉 (中石化华北分公司，河南 郑州 450006)

大牛地气田出砂井特性分析及预防对策

何 云 (长江大学石油工程学院，湖北 荆州 434023；中石化华北分公司，河南 郑州 450006)

陈敬轶，李冰毅，徐 嘉 (中石化华北分公司，河南 郑州 450006)

出砂在油气开发过程中对井下和井场等生产系统各环节都有极大的危害，限制了油气的产能。主要从地质条件和开发工艺2个方面分析大牛地气田采气一队致密储层气藏出砂的特征。出砂严重的气井都属于斜井，位于盒3层段，出砂测井临界值不同于常规气藏，特别是在气井投产早期，出砂规模较大，其中生产压差是气井出砂的关键因素。并提出合理控制气井生产压差、稳定生产、预防出砂的对策。

大牛地气田；气藏；出砂；测井；生产压差

出砂规模对油气井的生产过程危害程度不同，轻则磨蚀井下和地面管道，刺大或刺漏油嘴，造成阀门受损，但对单井产能并无大的影响；重则井壁坍塌，甚至生产层段被砂掩埋、测试工具损害、套管变形。所以分析出砂的原因、特征，提出合理的预防对策，对保证气田的稳定生产、实现气田的高效开发尤为重要。

大牛地气田位于陕西省榆林市大牛地西南缘，伊陕斜坡西翼，所辖气藏属于低压、低渗、低丰度“三低”岩性气藏。气井生产层位主要分布在下石盒子组的盒3段，其次为盒2段、山1段、山2段、盒1段。对该气田采气一队230口投产气井进行跟踪分析，其中共有出砂井27口，6口气井出砂较为严重(见表1)，主要表现为气嘴刺漏、阀门受损等地面采气流程中的设备、管件更换、维修较为频繁，如D1-1-104井，投产前2年更换或维修气嘴、阀门7次。

表1 采气一队严重出砂井统计

1 出砂井特性分析

油气井出砂的机理主要表现为地质因素和开采条件，地质因素包括砂岩的胶结程度、应力场的分布、流体特征等；而开采条件指后天的钻井方式、开采方式、增产措施及管理方式等。

图1 出砂井分布区域

1)出砂严重的井主要位于盒3层段 通常，砂岩胶结程度是影响出砂的主要因素，地层埋藏越浅，压实作用越弱，胶结程度疏松，地层越容易出砂[1-4]。由表1可以看出，出砂严重的井主要位于盒3段，储集岩岩石类型以中-粗粒岩屑砂岩为主，含少量细砾岩，相对于其他开采层段，砂岩胶结程度不强，以孔隙式胶结为主。另外，出砂井都分布在盒3段曲流河道部位(图1)，孔隙度较高，渗透率较好，储层砂岩胶结程度不高的微小砂粒很容易随气流运移，造成采气过程中出砂。

2)井斜的影响 6口比较严重的出砂井都是斜井，这并不是偶然的现象，从力学角度分析，斜井比直井更容易出砂[2]。

气层出砂是剪切破坏机理和拉伸破坏机理的相互耦合过程，前者是射孔孔眼周围构造应力和上覆岩层重力共同作用的结果，后者则是开采过程中流体作用于孔眼周围地层颗粒上的拖曳力所致，与过高的开采速度或过大的流体速度有关。对于斜井，一方面气流的速度会大量冲蚀孔壁，松散的岩石颗粒随气流带走；另一方面，孔洞的不断扩大，改变了周围的应力分布，造成塌孔，骨架岩石受到破坏，形成了更多微小颗粒，这两方面都加剧了出砂的规模。

3)具有致密砂岩储层的测井显示特征 测井曲线能够较好反映储层的岩性、物性、含气性特征，由此利用声波、孔隙度、出砂指数等可以对出砂井进行地质条件预测[5-6]。但是大牛地气田储层为低孔、低渗的致密储层，测井曲线特征明显有别于常规储层，所以预测气井出砂的临界值也不同。

表2 严重出砂井测井参数

由表2可知，出砂井的测井曲线特征与常规井不同，一般出砂井的声波和孔隙度都较高，声波一般大于228μs/m， 孔隙度大于8%。这与国内大多数砂岩气藏的出砂临值295μs/m相比[5]，差别较大。

通过分析声波时差与出砂量相对较少时生产压差之间的关系发现，两者之间具有很好的线性关系，声波时差越小，出砂临界生产压差就越小(图2)，依据这个关系，已知声波时差可以近似确定这口井的出砂临界压差，即出砂最小生产压差。

图2 出砂井声波时差与出砂最小生产压差的关系图

4)气井投产早期易出砂 气井早期生产，储层中的游离砂及完井过程出现的微小松散颗粒极易随气流进入井筒。由于地层压力下降较快，在上覆岩层压力不变的情况下，地层压力下降导致施加在岩石颗粒上的力越来越大，当其超过地层承受极限时，地层应力达到地层岩石破坏临界值，岩石骨架发生变形破坏，在气体快速流动下，地层岩石颗粒被携至井底，引起出砂。

6口出砂严重的井投产初期出砂量较大，更换气嘴或阀门维修的次数比较频繁，如D1-1-104井，投产前2年更换或维修气嘴、阀门7次，而2007年3月至今才更换一次气嘴，阀门没有出现问题。

5)生产压差是造成出砂的重要因素 在不同压差条件下，流体在储层多孔介质中流动，当流速达到某一速度时，引起微粒的运移，开始少量出砂，当继续增加流速时，骨架砂岩发生剪切破坏，出砂量增加，一般认为大量出砂的流量即为出砂临界流量。

对于同一口井，生产压差越大，采气速度越高，出砂越严重，采气一队的出砂井也说明了这个问题。投产初期，生产压差较大，出砂较为严重，气嘴刺漏、阀针、阀座受损现象经常发生，更换、维修频繁；后期，随着压差的降低，出砂量减少，气嘴和阀门更换、维修明显减少。

2 气井出砂的预防对策

图3 出砂井与常规井套压下降速率对比

对于油气井出砂的预防对策主要采用化学工艺固砂和机械方式防砂[7-9]，但采气一队的气井出砂主要对生产设备具有一定的损害，没有根本改变储层的物性，导致压降速率大幅度下降，产量波动。对出砂井和常规井套压下降速率进行比较表明，压降速率差别不大，压降趋势也比较一致，都是在早期下降较快，后期趋于平缓(见图3)，由此决定了以后的防砂工作应注重于采气工艺方面。

1)合理控制生产压差 生产压差决定了采气速度的大小，合适的生产压差会使储层不出砂而只排除游离砂，不仅不会对生产产生负面影响，相反，可以改善井筒附近储层的物性[10]，油气井的产量不减反增。通过室内试验和生产数据也说明，采用 “适度出砂”的管理模式，能够提高油气的产量，降低生产成本，可见控制生产压差对油气井开采具有重要的现实意义。

对于出砂严重的气井，应在满足生产的条件下降低生产压差进行生产。通过优化气井开采制度，使生产压差小于出砂临界生产压差。理论上，射孔壁上周围的最大应力随着压差增加而改变，骨架岩石发生剪切屈服，出砂的可能性就会增大。因此，不恰当的压差可能引起地层过早、过量出砂。

2)气井的稳定生产 当气井生产制度变化较大时，瞬时采气速度大幅度增加，达到气藏储层岩石发生剪切破坏的出砂极限条件，会造成骨架的破坏，引起大量出砂。特别是气井生产过程调产过于频繁，容易引起胶结疏松的颗粒脱落、游离，在气流的作用下运移进入井筒，形成出砂。因为流体流动速度的变化，可能造成储层岩石中微粒运移、堵塞喉道，从而导致岩石渗透率或有效渗透率下降的现象，即所谓的“速敏效应”。

3 结 论

1)致密砂岩气层与常规气藏出砂井的特征明显不同，严重出砂的气井都属于斜井，一般分布在盒3段，预测出砂的声波时差、孔隙度测井数值明显低于常规气藏的标准。从采气工艺上说，投产早期容易出砂，并且规模较大，其中生产压差是气井出砂的关键因素。

2)出砂井出砂规模没有明显影响储层的物性，压降速度与常规井变化趋势基本一致，出砂时期产量波动也不大，说明以后防砂的工作应注重优化采气的工作制度。

3)通过分析出砂井的特征，出砂井的预防对策首先应选择合适的生产压差，生产过程调产不易频繁，尽量稳定生产。

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[编辑] 洪云飞

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.03.021

TE358.1

A

1673-1409(2012)03-N062-03

2012-01-14

何云(1982-)，男，2004年大学毕业，工程师，硕士生，现主要从事采气生产技术方面的研究工作。