苏东南区气井出砂对生产的影响及对策

田晓龙 姜涛 李梦洁 陈家舟(中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第一采气厂，陕西 西安 710021)

苏东南区气井出砂对生产的影响及对策

田晓龙 姜涛 李梦洁 陈家舟(中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第一采气厂，陕西 西安 710021)

气井出砂问题在现代天然气开采过程中已属常见，其对于气田生产的危害不言而喻，本文分析了气井出砂的原因及危害，总结了临界流量法控制出砂公式，并根据现场生产数据对公式进行了修正、完善。

气井出砂、防治措施、临界流量、修正系数

气井出砂一般是指气井开采和作业过程中某些综合因素造成井底附近地层破坏，导致地层里的砂体随流体进入井筒，继而随生产气流进入集输管网的现象。影响出砂的因素一般有岩层的应力状态、胶结性质、渗透率、气井固井质量和生产模式等等。

1 出砂原因及危害

为提高丛式井日产量，苏东南区普遍采取地层压裂改造的方式提升储层之间的连通性以增加气井的产能。但在实际生产过程中发现，压裂支撑剂的回流是气井出砂主要原因。现场生产经验结合理论分析认为，造成支撑剂回流的原因主要有三种：

一是裂缝较宽或地层松软、闭合压力低。

二是在裂缝未完全闭合的情况下就进行排液。

三是由于排液、抽汲、开采速度过大以及频繁开关井作业等，导致裂缝内压降过大或压力波动过快。

气井出砂的危害主要有以下几点：

一是冲刷、磨损采输气管线，尤其是弯头、三通部位冲刷严重，易造成管壁磨损过快最终导致管线刺漏。

二是腐蚀、破坏设备设施，如磨损阀门阀芯，导致阀门密封不严，损坏、堵塞流量计部件，造成仪表故障，影响计量结果。

三是阻滞、影响输气流程，如造成井筒砂埋、油管砂堵，地面管汇积砂，降低气井产量，甚至使气井停产。

2 临界流量法控制出砂

2.1 临界流量

气井携砂从力的角度分析是由于天然气对砂粒向上的合力大于砂粒的重力（竖直井筒中），如果天然气对砂粒的作用力不足以将砂粒带起，气井就不会出砂，因此存在一个临界作用力使砂粒刚好静止或悬浮在气流中。

这里将压裂砂近似为球形，天然气为湍流状态，根据流体动力学的相关知识，物体在流体中相对运动时最多可能受到9个力的作用：

l重力（G=ρpgVp）;浮力（FB=ρgVp）;粘滞阻力（fn=6πrvη）

根据上述各公式成立的条件可以求出井筒中砂粒所受的合力为：

根据真实气体状态方程PV=NZRT，设井筒内气体状态方程为p1V=NZ1RT1，标况下状态方程为p2V2=NZ2RT2，两式相比，整理得

将式(1-2)代入式(1-3)整理得气井临界携砂流量为

式中p1为天然气压力，Z为天然气气体压缩因子。

2.2 公式修正

由于实际情况中压裂砂并非为规则的球形，且在井筒中运动时存在与液体、杂质粘连在一起的情况等，导致其体积和阻力系数存在一定偏差，因此实际应用时应给砂粒半径和阻力系数附加一个修正系数，以减小计算误差：

式中α为体积修正系数，β为阻力修正系数。

挑选符合条件的气井数据（有调整气井出砂至不出砂时的产量记录）,求出理论临界流量Q。然后利用测试法依次改变α和β的值，找到理论临界流量与实际不出砂时的最大配产最接近的情况，这时的α和β即是平均误差最小时的修正系数。

通过计算可得，大约在α=0.1，β=3时平均误差最小，约为8.62%。

因此修正后的临界流量公式为

2.3 公式验证

任选井底压力代入修正后的流量公式并计算出各自的临界流量，将结果与气井实际最低不出砂配产相比，得出计算误差为8.01%，所得临界流量误差在可接受范围内，因此可以依据该公式初步指导气井生产参数。

3 结语

气井出砂是目前天然气开采面临的一个普遍而重要的问题，本文着重改进了临界流量法控制出砂的公式，通过增加修正系数并根据实际生产参数进行修正，使公式与生产实际结合，弥补了参数取值不精确、理论公式存在偏差等缺点，使结果更准确、更能适应实际的生产情况。

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[2]王修武.垂直气井气流携砂实验分析.天然气技术与经济，2012,6（2）：42～44.

[3]叶禹卿.物体在流体中运动所受到的作用力.北京教育学院学报.

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田晓龙（1987-）男，汉族，甘肃庆阳人，助理主办，主要从事人力资源管理工作。