苏里格气田S区气井配套防砂技术及应用

李建阳，杨继刚，白建收，李 娜

（1.中国石油长庆油田分公司第五采气厂，陕西西安 710021；2.西安长庆化工集团有限公司，陕西西安 710018）

苏里格气田S区气井配套防砂技术及应用

李建阳1，杨继刚2，白建收1，李 娜1

（1.中国石油长庆油田分公司第五采气厂，陕西西安 710021；2.西安长庆化工集团有限公司，陕西西安 710018）

出砂是由于油气井开采和作业等综合因素造成井底附近地层破坏出砂或者压裂施工结束支撑剂砂随地层流体进入井筒的现象，除了严重影响气井正常生产外，还会冲蚀套管、井下工具、井口、地面管线，严重者会引发安全事故。本文对苏里格气田S区气井出砂机理展开分析，从出砂不同历程分别提出了工艺优化建议及配套防砂工艺，对于气田防砂工作具有重要意义。

出砂机理；配套防砂；苏里格气田S区；临界流量

气井出砂，作为天然气生产中的“第二杀手”，除了严重影响气井正常生产外，还会冲蚀套管、井下工具、井口、地面管线，严重者会引发安全事故，较气井出水具有更严重的危害性。历年来，通过对气井出砂机理进行分析总结，苏里格气田S区形成了一系列配套气井防砂工艺。

1 苏里格气田S区气井出砂现状

要研究地层砂在地层内的流动状态，必须先对气井出砂机理进行研究[1，2]。气井出砂根据产出砂来源可分为地层出砂和支撑剂回流两种情况。

由于苏里格气田S区下古储层为碳酸盐岩储层，且大部分采用酸化工艺不使用支撑剂，以上两种出砂方式均不存在，因此仅研究上古砂岩储层及压裂工艺。

研究表明，苏里格气田S区上古储层为致密砂岩储层，交接情况良好，地层不出砂，结合地面返排砂情况，认为苏里格气田出砂类型为支撑剂回流。

据统计，目前苏里格气田S区共有42口气井存在气井出砂问题，出砂气井平均产量1.49×104m3/d，近年来，通过下现场不断试验及理论研究。结合气井出砂监测工艺，苏里格气田S区逐渐形成了配套的防砂工艺。

2 气井防砂工作的基础－气井出砂监测技术

历年来，在苏里格气田生产过程中，从未在井口配备相应的出砂监测设备，此前对于气井出砂的判断主要从井口防砂器排砂情况、通井探砂面、气井放喷观察排出物等方式进行。这些方法大部分仅能定性判定气井是否出砂，却无法对气井出砂情况进行量化评价。而要对气井出砂情况进行深入研究，必须引进相应的气井出砂监测工艺[3，4]。

2016年，苏里格气田S区引进了气井出砂监测技术，并在井口进行了出砂监测试验。

2.1 气井出砂监测原理

从20世纪70年代至今，国外提出了声波检测法、ER检测法、X射线检测法、光纤声波检测法、声纳检测法等多种油气井出砂检测方法。目前，技术比较成熟、应用最广的为ER法和声波法。其中ER法需要在管线内插入监测探头，测量的过程中需要伴随地面管线的改造，考虑到现场改造安全，选择声波法进行气井出砂监测。其主要原理为：

气固混合流体输送过程中，在管道弯管处气体与固体砂粒与管壁碰撞，产生超声波信号，通过置于管道外部的超声波传感器拾取该信号，信号经过预处理和A/D转换后，输送到计算机中；根据出砂率和信号幅度之间的关系建立起的模型，计算管道内的砂粒浓度。

2.2 出砂监测设备基本情况介绍

测量前，先将探头取出放置在测量管线环境处，观测现场的噪声幅度，进行手动调零。

测量时，将出砂监测传感器安装在管道流体下游90°弯管下游2倍管径处，弯管与传感器接触面处的油漆应锉掉，并清理掉所有杂物，再涂上耦合剂，并用扎带将传感器紧固在管道上。注意传感器的引线一定要与流体流动方向相一致。参照相同井的测试和标定情况，输入仪器常数C，该值影响到测试的定量精度，参考以前测试过的管径相同、流速接近的且标定过出砂量的C值。仪器即可自动测量并记录数据（见图1）。

图1 传感器安装位置示意图

2.3 室内试验效果评价

在实验室环境下，模拟井上出砂环境，测试此出砂装置的运行状况：

测试时间：2016年5月8日9:30

空管测试时间：9:30～11:42

测试噪声：20 mV～30 mV

管径：25 mm

气流量：0.3×104m3/d

砂粒大小：20～40 目

采样率：10 000 Hz

开泵前滤波后峰值为18 mV，将Sigma值调整为2.5，C值调整为1时，正好无出砂信号显示，系统处于稳定状态。12 min后开泵，滤波后峰值不变。

经过多次试验测量，最终在滤波后信号幅值为10 mV，Sigma值为4.7，C值为18时，不仅能正常显示出砂信号，而且计算出的出砂量也比较准确。软件计算出来的出砂量为479.048 g，实际的砂子质量为503 g，误差率4.76%，在误差允许范围内。

2.4 现场测量情况

2016年至2017年对19口气井先后进行24次气井出砂监测，重点针对2016年投产气井、高产出砂气井进行测量，并针对部分防砂工艺气井进行多次测量从而评价防砂工具性能。

引进气井出砂监测工艺可以为出砂气井安全生产提供参考，同时可以对气井防砂工具效果进行量化评价，是后期开展气井防砂工艺的基础[5，6]。

3 气井配套防砂技术

3.1 高产气井井下防砂技术

与井筒内液相流动类似，砂在井筒内被天然气携带至井口，也存在临界携砂流量。

参考特纳模型对砂粒在井筒内的受力状态进行分析，砂粒受气体向上的曳力F：

以及垂向的自身重力G：

当F=G，即二者受力平衡时，砂粒可悬浮至井筒内，此时流速μc即为气井的临界携砂流速，通过代入公式可得：

式中：ρs-砂粒密度，kg/m3；ρg-天然气密度，kg/m3；d-砂粒直径，m；g-重力加速度，取 9.8 m/s2；Cd-曳力系数，对于球形模型，取0.44。

由此可以计算出临界携砂流量：

不同压力下直井中的临界携砂流量（见表1），从计算的结果可以看出，当井筒压力越低时临界携砂流量越低，考虑到井筒内有节流器的情况，选取套压为井筒压力计算气井的临界携砂流量。

表1 不同压力下井筒临界携砂流量计算值

对于产量高于临界携砂流量的出砂气井，主要采用下入井下防砂工具的方式进行井下防砂。该工具采用多功能数控激光切割机割出梯形细缝，缝宽可满足0.3 mm～4 mm加工精度要求；具有钢性好、抗刮磨、缝隙均匀等特点。结合2016年气井出砂监测试验，对2口下入防砂器的气井进行了气井出砂监测，从气井出砂监测情况看，下入割缝焊管防砂器后气井出砂情况明显改善，具有明显效果。

3.2 冬季高峰供气气井地面防砂技术

冬季高峰供气生产过程中，由于部分调产气井存在出砂问题，且气井产气量较大，气井出砂对地面管线、针阀影响更大，因此需要采取进一步措施进行地面防砂。目前常用的地面防砂工具为撬装式地面除砂器。

撬装式除砂器分为旋流器、储砂筒两个部分，是根据流体中的固体颗粒在旋流器里旋转时的筛分原理制成，集漩流与过滤为一体，实现除砂及液分离。当携带砂子和液体的气体在一定压力下，从除砂器进口以切向进入设备后，产生强烈的旋转运动，由于砂子、液体、气体密度不同，在离心力、向心浮力、流体曳力的作用下因受力不同，从而使密度低的气体及液体上升由出气口排出，密度大的砂子及部分沉降到储砂筒中由底部排砂口排出，从而达到除砂的目的（见图2）。

图2 井口除砂器结构图

2016年对3口井口安装撬装重力式除砂器气井除砂器上下游进行气井出砂监测，除砂器上游气井平均出砂129.96 g/h，除砂器下游气井平均出砂9.24 g/h，表明除砂器在排砂充分、正常使用的情况下可以有效控制气井出砂，降低气井出砂伤害。

4 结论

（1）苏里格气田S区出砂性质为支撑剂回流出砂气井平均产量较高，有必要采取相关措施对气井出砂进行控制。

（2）通过引进气井出砂监测工具，从而实现气井出砂量化研究，对于气井出砂防治具有重要意义。

（3）通过井筒、井口、地面配套防砂技术，苏里格气田S区气田在气井防砂方面取得了明显的成果。

［1］刘国昌.气井出砂预测方法研究［D］.成都：西南石油大学，2008.

［2］何生厚，张琪.油气井防砂理论及其应用［M］.北京：中国石化出版社，2003.

［3］刘小利，夏宏南，欧阳勇，等.出砂预测模型综述［J］.断块油气田，2005，12（4）：59-62.

［4］李耀，解亚鹏，薛辉，等.榆林气田气井出砂机理分析及合理配产确定［J］.石油化工应用，2016，35（11）：86-90.

［5］方怡妏，李治平，周龙军，等.低渗压裂气井出砂产量确定方法研究［J］.断块油气田，2007，14（1）：32-34.

［6］温哲浩，冯朋鑫，曾萍，等.苏里格气田防砂合理产量优化分析［C］.第十一届宁夏青年科学家论坛论文集，2015.

TE931.1

A

1673-5285（2017）10-0083-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.10.021

2017－10-08