储气库岩心出砂实验分析

郑世红

摘 要：随着天然气消费量日渐增加，地下储气库的建设越发紧迫和重要。在储气库的建设和生产中面临着许多技术挑战，确保注采井的有效、平稳生产即其中之一。因储气库快速注采的工作制度，导致气井出砂现象非常普遍，储气库注采经验表明出砂对储层的长期有效平稳运行造成威胁。

关键词：储气库;出砂机理;出砂实验

前言

出砂是油气田开采过程中不可避免的问题之一，出砂预测的研究越来越受到科学工作者的重视，为进行准确的出砂预测，首先需要对其出砂机理有较全面、深入的理解。几十年来国内外专家学者对油气井的出砂机理进行了大量的研究工作，并得出了许多有价值的结论，这些结论对现今的防砂工艺和技术起到了积极的推动作用。

一、基本概况

兴隆台油层发育于E3S1下～E3S2层位，是本区的主要目的层。兴隆台油层为一套灰白色砾岩、砾状砂岩、含砾砂岩、砂岩为主夹灰白色粉砂、深灰色泥岩沉积，复合正旋回沉积特点，中下部岩性粗、单层度大。

兴隆台油层发育“漏斗”泥岩、高感泥岩两个对比标准层和钙质泥岩段、兴隆台底部泥岩段两个辅助对比标志层。依据上述对比标志层的控制，以地层岩性与电性的旋回韵律性，逐级将兴隆台油层划为3个油层组、10个砂岩组、18个小层。

总之，地层出砂是多种因素综合作用的结果。在油气井开采过程中，只有详细分析可能导致地层出砂的各种因素，才能全面的研究地层的出砂机理对地层出砂机理的研究越来越细致，越来越具体，对出砂预测的发展有很大的推动作用。

二、出砂实验原理

通过物理模拟方法研究出砂实验，在地层压力8～24MPa时，研究不同压差、不同含水饱和度下的岩心出砂量及出砂前后岩心渗透率变化。针对储气库井易出砂等问题，进行出砂机理及其影响因素研究。

1实验原理

实验采用稳态法。将气、水以一定的比例同时恒速注入岩心，在岩样进、出口压力以及气水流量稳定时，气水在岩样孔隙中的分布均衡，此时气水的有效渗透率是恒定的，测定岩样进、出口压力以及气水流量，根据达西定律计算油水有效渗透率。通过调整气水比例，即可得到一系列不同含水状态下的渗透率值及出砂状况。

在不同压差条件下，流体在岩心多孔介质中流动，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，岩心内部发生剪切破坏，出砂量增加，大量出砂前的流量即为出砂临界流量。根据达西定律，在设定条件下注入流体，采用恒压法进行驱替测量.确定临界流量及其渗透率的变化。试验分析参照SY/T 5358-2002《砂岩储层敏感性评价试验方法》中的相关规定。

2实验方法

按流程图1接好管线，并将试验流体装入高压活塞容器;将不同条件处理后的岩样放入岩心夹持器;缓慢将围压调至一定压力，启动ISCO驱替泵，按设定时间测量流量，观察流量变化及是否出砂;有明显出砂现象。

当气驱压力8MPa时，驱替压差根据压力梯度定，若岩心长度为5cm，压力梯度为1MPa/m，驱替压差为0.05MPa，逐漸增加每一压差点驱替一定时间后，返回初始压差点（0.05MPa）测相应的渗透率，随着压力梯度逐渐增加到9MPa/m，驱替压差最终增加到0.45MPa，并称量岩心质量，计算岩心失重量。相应的气体流量从低到高。实验过程中观察不同气驱压差与流量条件下的岩心出砂情况，并计算渗透率的变化。

3实验结果及分析

本次实验主要模拟地层不同压力、温度等条件下干砂岩与含水砂岩在不同压力梯度下出砂情况，找出出砂临界流量，合理控制注采气量，保证储气库生产平稳运行。

通过实验结果对比可以看出相同地层压力下干砂岩临界出砂点生产压差高于含水砂岩临界生产压差，同时含水率越高，临界生产压差越小。分析地层水淹后，胶结松散，地层砂易被携出。

通过实验数据表明，随着地层压力升高出砂临界生产压差不断增大，地层压力小于20MPa时，临界出砂点生产压差增长缓慢。地层压力大于20MPa时，临界出砂点生产压差快速增长。说明地层压力越小，地层骨架拉伸破坏及微粒运移越容易，地层砂易被气体携带出，反之地层压力越大，地层砂越不容易被携带出。随着地层压力不断升高，临界出砂生产压差不断增大，单井最大注采气强度不断增大。通过确定不同地层压力下临界出砂点生产压差及最大注采气强度，为储气库制定合理的生产制度提供依据。

通过岩心的生产压差与渗透率、出砂量的变化关系，随着驱替压差的增大，渗透率逐渐变小，表明这类岩样具有较好的孔隙结构，微细颗粒发生移动堵塞孔道使渗透率变小。

通过八个大组实验，分别对1英寸岩心的干砂岩和含水率10%、30%、50%模拟地层压力为于8、10、12、14、16、18、20、22、24MPa下压力梯度为1、3、5、7、9MPa/m下地层累计出砂量，以及全直径干砂岩和含水率10%、30%、50%模拟地层压力为于8、10、12、14、16、18、20、22、24MPa下压力梯度为1、2、3、4、5、6MPa/m下地层累计出砂量，根据实验收集的岩心总出砂量判断出砂临界点，通过驱替压差折算出临界出砂点生产压差，同时根据临界出砂点气体流量计算出砂临界注采强度。

三、 结论

（1）通过实验结果对比可以看出相同地层压力下干砂岩临界出砂点生产压差高于含水砂岩临界出砂点生产压差，同时含水率越高，临界出砂点生产压差越小。分析认为在没有水流动的条件下，出砂形式主要是微粒运移，但骨架砂未遭破坏，出砂轻微。当有水流动时，则易产生岩石破坏出砂，使出砂加剧。

（2）随着地层压力升高临界出砂点生产压差不断增大，地层压力小于20MPa时，临界出砂点生产压差增长缓慢。地层压力大于20MPa时，临界出砂点生产压差快速增长。分析认为地层压力越小，地层骨架拉伸破坏及微粒运移越容易，地层砂易被气体携带出，反之地层压力越大，地层砂越不容易被携带出。

（3）随着地层压力不断升高，临界出砂生产压差不断增大，单井最大注采气强度不断增大。

（4）物理模拟实验分析可知，具有大孔隙的砂质岩类易于微粒运移出砂。

参考文献：

[1]杨万里，王志武，钟其权等.松辽陆相盆地石油地质[J].北京：石油工业出版社，1985.1～386.

[2]戴金星，裴锡古，戚厚发主编.中国天然气地质学（卷一）.北京：石油工业出版社，1992.

[3]Aplin，A.C.，Larter，S.R.，Bigge，M.A.，Macleod，G.，et al. Confocal microscopy of fluid inclusions reveals fluid- pressure histories of sediments and an unexpect- ed origin of gas condensate.Geology， 2000，28，1047～1050.

[4]卢双舫，薛海涛，钟宁宁.石油保存下限的化学动力学研究[J].石油勘探与开发，2002.29（6）：1～3