储气库岩心出砂实验研究

摘要：地下储气库大吞大吐的生产特点出易造成储层出砂，通过模拟注采气条件，在不同地层压力下，开展出砂实验研究，确定合理的注采气生产压差和流速。为优化储气库单井注采配产指标提供理论依据，对实现储气库注采井最大调峰能力提供数据参考。

关键词：出砂实验;出砂机理;储气库

一、岩心出砂实验的必要性

储气库注采安全的影响因素不仅包括注采井失效、损坏的风险，还包括地层出砂的风险。尤其是储气库井需要注气、采气两种运行方式，出砂的后果将更严重。出砂关系着储气库配产的大小、设备寿命长短等问题。储气库特殊的生产方式，要求快速短期的注入和采出大量气体，所以控制地层出砂的问题十分重要。控制地层出砂最直接的方法就是控制合理生产压差。通过模拟各种注采条件开展出砂实验，可以确定合理的注采压差和注采气速度，防止储层出砂，为辽地下储气库配产提供理论依据。

二、出砂实验原理

一般而言，岩石强度越低越易出砂。通过对出砂岩石力学性质实验，得到干燥岩心及不同含水饱和度岩石破坏强度、弹性模量、泊松比，根据样品岩石学特点，通过实验测得的参数，以此判断储气库出砂原因是剪切破坏还是拉伸破坏。出砂为剪切破坏，则是炮孔周围应力作用的结果，与过低的井底压力和过大的生产压差有关;若是拉伸破坏，则是开采过程中流体作用于炮孔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。因此，采用不同含水饱和度岩心代表不同的开采阶段，分析不同开发时期出砂的影响因素。

通过实验结果可知，岩心样品在地层压力8MPa时，压力梯度为1、2、3、4、5、6MPa/m下，通过公式（1）计算出对应生产压差分别为0.23、0.70、1.09、1.75、2.41、3.31MPa。

将岩心中气体的线性渗流与井筒附近气体的径向流相结合，基于采气强度计算公式（2），可求得注采井的实际生产压差为：

在向岩心注气的过程中，结合气测渗透率公式（3），对岩心在气驱过程中渗透率的变化进行监测，记录实验数据。

在比较小的生产压差下，岩心的出砂量相对较少，当生产压差逐渐增大，出砂量突然增大，认定此时岩心达到临界状态，上一驱替压差即为临界压差，对应的生产压差为临界生产压差1.75MPa。

由直井气体体积流量公式（4）：

可以求得地层压力8MPa时临界生产压差为1.75MPa下，最大注采气强度为2.53×104m3/m/d。

由水平井气体体积流量公式（5）：

可以求得地层压力8MPa时临界生产压差为1.75MPa下，水平井临界注采强度为0.39×104m3/m/d。在实际生产过程中要控制生产压差调整注采气量，确保储气库生产运行平稳，保证注采效果。

为了便于对比分析，将1英寸干岩样及不同含水饱和度的湿岩样共计4大组实验数据，绘制临界出砂点生产压差与地层压力的关系曲线，将全直径干岩样及不同含水饱和度湿岩样共计4大组实验数据绘制临界出砂点生产压差与地层压力的关系曲线，

（1）在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，所以临界出砂点生产压差在无水时最低，湿砂岩的临界出砂点压差随含水率的增加而降低。

（2）在临界出砂点生产压差和地层压力关系曲线上都出现了明显的拐点，干岩样的拐点大约在16MPa，湿岩样的拐点大约在18MPa。随着地层压力升高临界出砂点生产压差不断增大，地层压力大于拐点处压力时，直线斜率变大，临界出砂点生产压差增长速度加快。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。

三、结论及建议

1.在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。

2.物理模拟实验分析可知，具有大孔隙的砂質岩类易于微粒运移出砂。出砂对储层的渗透性产生影响，微粒随流体运移初期，微粒堵塞孔隙，岩石渗透率降低。随着生产压差不断增大，微粒随流体流出后，岩石渗透性改善，渗透率提高，同时也容易造成地层砂埋等影响正常生产运行。

参考文献

[1] 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.

[2] 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.

作者简介：郑世红，（1968.07.28-），黑龙江大庆人，副研究员，大学本科，主要从事高职教学、培训、科研。专长：石油钻井教学与培训、课程开发。