第四系疏松砂岩气藏综合治砂工艺技术研究与应用

阿雪庆　冯胜利　康瑞鑫　黄麒钧　陈　君　廖　丽

（中国石油青海油田公司钻采工艺研究院）

第四系疏松砂岩气藏综合治砂工艺技术研究与应用

阿雪庆冯胜利康瑞鑫黄麒钧陈君廖丽

（中国石油青海油田公司钻采工艺研究院）

柴达木盆地涩北气田属于第四系生物成因气藏，储层埋藏浅、泥质疏松，在气田的开发过程中出砂严重，部分气井砂埋产层，地面设备严重损坏。通过改进优化低密度冲砂液配方，有效降低了储层伤害程度，研制连续油管旋转冲砂喷头，进一步提高了冲砂效率，解决了气井沉砂无法生产的问题，最终形成了以“地层控”、“井底防”、“井口除”和“井筒清”为技术思路的综合治砂方法，为该气田的高效开发和持续稳产提供了技术支撑。图8表3参4

柴达木盆地涩北气田出砂监测防砂清砂技术

1　气田出砂现状

柴达木盆地涩北气田属于第四系生物成因气藏，储层埋藏浅、泥质疏松，随着气田的不断开发，生产过程中出砂情况日益严重，部分气井砂埋产层，地面设备严重损坏。

通过砂面资料分析，目前涩北气田砂柱高度94.71 m，砂面上升速度平均51.4 m/a。涩北一号气田砂柱高度84.06 m，砂面上升速度平均45.77 m/a，涩北二号气田砂柱高度103.36 m，砂面上升速度平均47.98 m/a，台南气田砂柱高度94.28 m，砂面上升速度平均44.24 m/a。根据井口产出砂粒径测试结果分析：涩北一号井口出砂平均粒度中值为0.021 2 mm，涩北二号井口出砂平均粒度中值为0.030 4 mm，台南气田井口出砂平均粒度中值为0.009 1 mm。

由于气田特殊的储层特征，气井生产过程中出砂是无法避免的现象，对气井的正常生产影响颇大。因此，为了保证气田的高效开发和持续稳产，应采取合理的治砂思路和手段，尽可能的减少出砂对产量的影响

2　气田综合治砂工艺

自涩北气田投入开发以来，针对气田出砂严重问题，以理论研究为基础，结合室内实验成果，开展治砂工艺现场试验，形成了以“控、防、除、清”相结合的综合治砂工艺技术，为气田的长期稳产做有利的技术支撑。

2.1出砂在线监测

Clampon DSP含砂监测器基于Clampon“超声波智能传感器”技术。传感器安装在一根弯管后面，砂在此处从流体中被挤出，并碰击管壁的内壁，产生一种超声波脉冲信号。超声波信号通过管壁传输，由声敏传感器接收。该设备可以准确的判断出气井是否出砂、阶段出砂量大小，最终结合生产动态数据判断气井合理工作制度。传感器安装见图1。

图1　传感器现场安装图

2011年、2013年选取定点井和出砂严重井开展了出砂在线监测，共监测145口井289井次，监测到出砂现象180井次，进行砂样粒径测试157井次。2013年对气田36口严重出砂井改变工作制度进行定期监测，通过调整工作制度后控砂效果良好，生产压差平均下降36%，出砂速度大幅度降低。现场监测数据见表1、图2。

表1　2013年部分井改变工作制度后出砂在线监测情况

图2　涩试8井出砂监测曲线

2.2直井防砂工艺

随着气田开发的深入，气藏逐渐呈现出压力降低，储层出水加剧，高含水出砂井逐年增多，严重影响气井产量。

通过近几年的研究攻关，涩北气田形成了特有的降水防砂工艺技术。该技术是在涩北气田现有的压裂充填防砂技术上进行改进的，通过室内优化抑水型支撑剂、携砂液体系配方，研制了具有很强的亲水性、较好的气水渗透选择性且自身可固结的颗粒性复合材料，针对防砂目的层孔道的大小和气井出水状况，选择相适应粒径的降水防砂复合材料封堵大孔道，改变水流方向，从而降低气井的含水量，最终实现防砂抑水一体化的降水防砂工艺技术［1］。

室内应用正交实验设计法进行降水防砂颗粒配方优选，并对配方进行性能评价实验。采用DCAT表界面张力/动态接触角测量仪，对自制样品进行润湿性测定，数据采集及计算系统自动采集下行及上行过程中受力随位置的变化曲线（图3），测定结果见表2，三个样品的润湿角分别为13.48°、11.40°和10.40°，由此可以得出该降水充填颗粒润湿性为强亲水。

图3　动态接触角测定结果

表2　润湿角测定基础数据及结果表

运用高温高压多功能驱替装置对降水颗粒样品进行水气驱替对比实验，从实验结果可以看出：抑水砂能够加速烃类通过速度，降低水的通过速度；平均气水渗透率比值为2.9，证明该降水颗粒确有阻水通气的性能（图4）。

图4　降水颗粒水气驱渗透率对比图

现场开展防砂工艺试验8井次，施工后日增产气量8.95×104m3，预计年恢复气井产量0.268 5×108m3。

2.3水平井防砂

近几年，涩北气田水平井应用规模不断加大，大多数气井采取筛管完井方式，到气田开发后期水平井出砂问题日益严重，对产量的影响逐渐增大。为了解决水平井出砂问题，研发了管内砾石充填防砂工艺技术，解决筛管完井的水平井后期出砂严重的问题。管内砾石充填防砂管柱图如图5所示。

图5　水平井管内充填防砂管柱示意图

根据水平井防砂工艺方案设计，优选台H1-9井进行水平井管内充填防砂工艺现场试验，推荐该井采用高压充填防砂技术，用高黏度、高砂比砂浆将地层和井筒一次充填压实，形成一个高渗透的挡砂屏障，阻止地层砂向井筒运移，有效解决目前地层出砂问题，从而达到恢复气井产能的目的。

2013年9月28日对台H1-9井进行管内砾石充填防砂现场试验，恢复了气井产能，目前日产气4.03× 104m3，累计增产天然气1 506.95×104m3，试验取得了显著效果。

2.4井口除砂工艺

除砂器能强制改变携砂流体的流向由直线形式转变为螺旋形式，使流体产生旋转流场，在离心力及重力的联合作用下，使相对密度较大的砂粒被分离进入沉砂口袋。从而达到砂粒与气水自动分离的目的，进行出砂计量。

通过新涩试4井现场试验，试验前砂面上涨速度为68.61 m/a，经常刺坏气嘴或花栏。试验后除砂效果较好，未出现刺坏气嘴或花栏现象；缩小工作制度后，出砂程度减缓，排砂周期延长。（按目前5.5 mm工作制度年出砂量307 kg，缩小工作制度4.5 mm后，年减少177 kg砂。）井口旋流除砂器［2］除细粉砂效果良好，除砂率为83%，极大地减轻出砂对地面设备及管线的影响。现场安装图如图6所示。

2.5井筒清砂工艺

（1）连续油管清砂工具研发

针对涩北气田气井井筒冲砂效果差、效率低，储层污染严重等问题，开展低伤害连续油管清砂工艺［3-4］研究，可以达到比常规油管更好的冲砂效果。为解决清洗井筒中不易冲洗出的有固结现象的或是较致密沉砂时，设计了旋转冲砂喷头及旋转控制器。喷头由正冲喷嘴、斜冲喷嘴、力偶喷嘴和反向喷嘴组成，旋转控制器采用液力阻尼设施，将喷头转速限制在200～400 r/min，可实现过Φ60.3 mm的油管进行冲砂。该工艺的喷头旋转及斜向旋转射流使得井底流场呈螺纹状上升，达到高效清砂解堵；冲洗液经喷嘴节流加速，喷射速度大幅度提高，形成紊流，利于携砂。研制连续油管四向射流旋转冲砂喷头，冲砂效率提高8%，完善了冲砂技术体系。旋转冲砂喷头见图7、8。

图6　新涩试4井井口除砂器安装图

图7　旋转清砂喷头

图8　旋转冲砂控制器

（2）低滤失冲砂液体系研制

针对涩北气田以往所用冲砂液体系存在漏失严重、污染储层等问题，研制了新型低滤失冲砂液体系。低滤失冲砂液体系主要作用是减少在冲砂过程中携带地层砂粒出井筒，并具有一定防漏失能力，避免气井损害和产能大幅下降。该入井液可避免无固相损害、水敏损害。

低滤失冲砂液配方由KCl盐水基液、增稠剂、复合暂堵剂、发泡剂组成，另外添加NaCl来调节配方密度。通过性能指标评价实验数据可以看出：冲砂液配方API失水小于20 mL/30 min，较好的满足降低冲砂液滤失指标，流变性参数表明该流体为假塑性流体，具有很好的剪切稀释性，触变性强，有利于悬浮固相颗粒，黏度适中，密度可调节、抗温性好、地层损害低、配制方便、具有较好的保护气层效果，满足现场洗井、冲砂要求（表3）。

表3　冲砂液性能对比

通过井筒清砂工艺的研究，涩北气田开展连续油管冲砂现场试验4井次推广应用72井次，施工后日增产气量27.69×104m3，预计年恢复气井产量0.830 7×108m3。

3　结论及认识

（1）涩北气田属于粉细砂岩气藏，储层胶结疏松，出砂较严重，气井产量影响较大，气田砂面上升速度平均51.4 m/a，井口出砂粒度中值平均为0.020 23 mm。

（2）“控、防、除、清”的综合治砂工艺技术，完善了涩北气田治砂工艺体系，为涩北气田维护气井正常生产提供了有力技术支撑。

（3）涩北气田在台H1-9井上成功开展了水平井管内砾石充填防砂现场试验，气井恢复了产能，首次实现涩北气田水平井管内砾石充填防砂，为气田水平井后期防砂积累宝贵经验。

（4）建议涩北气田继续研究攻关防砂治水一体化技术，解决气田产量下降等生产难题。

［1］胡才志，李相方，王辉.疏松砂岩储层防砂方法优选实验评价［J］.石油钻探技术，2003，31（6）:51-53.

［2］张淑敏，田金鹏.井口旋流除砂器［J］.国外油田工程，2000（8）:2-2.

［3］胡昌德，赵元才，包慧涛.涩北气田连续油管冲砂作业分析［J］.天然气工业，2009，29（7）:85-88.

［4］杜丙国.严重漏失井井筒清砂工艺的研究与应用［J］.钻采工艺，2007，30（2）:79-82.

（修改回稿日期2015-11-19编辑文敏）

阿雪庆，女，1983年出生，工程师；2006年毕业于西南石油大学化学化工学院，现在青海油田钻采工艺研究院从事采气工艺研究工作。地址：（732202）甘肃省敦煌市七里镇青海油田公司钻采工艺研究院天然气室。电话：（0937）8921725。E-mail：axqqh@petrochina.com.cn