摘要：对苏里格南气田除砂作业中出砂情况进行分析，取样判断出砂类型主要为支撑剂陶粒回流。针对如何控制陶粒由地层回流入井筒，开展了气井合理产量优化研究。同时，结合开发中因气井出砂造成的危害，从井下节流器改进到易发生故障部位进行工艺优化，配合开井、排污控制、壁厚检测等相应制度，达到防砂目的。针对开井初期高产气井以及开发中期节流器打捞后生产气井，进行井口除砂工艺实施，基本确定不同类型气井除砂制度。该分析研究对保障气田安全高效生产具有一定的意义。
关键词：气井出砂；合理产量；防砂工艺；除砂工艺
鉴于苏里格南作业分公司气田（以下简称苏南气田）特殊井筒工艺，气井开发初期气井井底压力高，井筒出砂较为严重。气井开发后期，随着气田的开发，气井井口压力的下降，开发后期采取下放速度管柱工艺达到排水采气的目的。此项工艺将原先井下节流器防砂筒防砂工艺消除，且速度管柱生产气量相对较大，超过气井的携砂气量。根据检修集气站分离器、清管阀清理以及井口除砂器取样分析认为，苏南气田出砂主要是裂缝出砂，砂粒类型主要为压裂砂。
1.出砂危害及类型
苏南气田投运前期，因对气井出砂认识不足，发生了单井管线弯头刺漏，管线汇管刺漏停产整改事件，以及干管清管清除出大量积砂、检修分离器及闪蒸罐内存在大量积砂等问题。
1）减产或停产作业：气井出砂容易造成井筒砂埋、油管砂堵，地面管汇积砂，降低气井产量，甚至使气井停产。同时，支撑剂回流造成裂缝导流能力变差，使气井产能下降。
2）地面和井下设备磨蚀：高硬度陶粒砂在高速气流的携带下冲蚀管线、设备及阀门，造成阀门失灵，管线刺漏等问题。
3）安全及环境问题：由于出砂引起的采气管线、针阀刺漏，及阀门、紧急截断阀失灵，会造成天然气泄漏，可能导致燃烧及爆炸，存在较大的安全环保隐患。
2.气井合理产量优化
2.1气井临界携砂气量计算
在气井正常生产过程中，为避免气量太大将砂粒携带出井口，进而刺漏阀门导致生产管线破坏，因此根据沉降末速来确定将粒径为0.3~0.9mm的砂粒带出井口的天然气临界流量。
式中：QSC为气流携带砂粒所需的临界流量，104m3/d；A为油管截面积,ｍ2；ZSC为标准状态下的压缩因子，ZSC=1；Ｐ为井底流压，MPa；T为气流温度，Ｋ；Ｚ为井底流压及温度下的气体压缩系数；PSC=0.10135MPa，TSC=293K；μt为气井携砂临界速度，m/s。
2.2不同压力的临界气量
气井井底压力不同，对应的雷诺数、临界流速相同，只有临界气量不同（压缩因子0.95，井底温度100℃）。
产气量大于临界携砂流量后，砂粒即可能被气流携带出井口，影响地面管线安全。通过计算得知气井投产初期，气井井底压力较大，直径为0.3mm砂粒需要7.5×104m3/d的气量就可能被携带出来。随着气井的不断开发，气田整体压力下降，气井的井底压力下降，砂粒被带到井口的临界气量也随着下降，在井底压力下降到10MPa以下时，直径0.3mm砂粒需3.5×104m3/d气量就可能被携带出来。
3.气田防砂工艺技术研究应用
根据气田生产工艺特点，从井下节流工艺、管输及输水工艺、井口除砂等方面进行防砂工艺研究，以此达到防砂目的。
3.1井下节流器优化
验证节流器的运行效果，2013年对 13口气井进行打捞作业，对节流器分析发现，节流器各部件腐蚀较为严重，节流嘴严重冲蚀或者锈蚀，节流嘴尺寸不同程度改变。气井变化平均 0.91mm。对节流嘴材料改变由原来铬镍铝合金改为钨铬合金，增加气嘴的硬度以及耐腐蚀性，并且增加气嘴长度由12mm变为 20mm减缓气流的冲蚀。
鉴于气井井下节流器气嘴冲蚀严重，结合因气井除砂给下游造成的影响，进行防砂第一道保护，将气井产出砂挡下，使之留在井底，节流器设计安装防砂网。节流器防砂器主要由滤罩、内胎和滤砂网组成。防砂网 0.2mm，可以对压裂砂 0.4~0.5mm 起到一定防砂效果，减少井下出砂上返。
3.2井口工艺管线防砂工艺优化
井丛气井进行分类对待，气井配产超过6×104m3/d，考虑安装和管径DN80的管线。同样瞬时流量可使流速降低2.4倍左右。若气井投运中含砂，可以起到缓冲作用。
单井入地弯头，原先弯头的曲率半径为1.5D，最大冲蚀率较大。另外是因为当速度从10m/s增大到18m/s，弯头的最大冲蚀率增大。整改措施为将单井管线入地弯头优化为三通加管帽。同弯头不同，三通的管道不存在曲率变化，主要是直管部分。固体颗粒在三通中运动时固体颗粒间的相互干涉现象较少。所以，同弯头的冲蚀情况不同，气井产出沙粒小，此项措施更为有效。
3.3井口除砂工艺应用
旋流除砂器的工作原理是：含砂颗粒的气体从除砂器的进口处进入除砂器以后，由于受到除砂器壁面结构的影响，含砂颗粒的气体运动由之前的直线运动变为旋转运动，由于在旋转运动过程中受到离心力的作用，气体中的砂颗粒被甩向除砂器的器壁，碰到器壁砂颗粒将因失去惯性力而随着气体做螺旋向下运动，最终进入排砂管而排出除砂器。井下节流气井试气中除砂相对较多；气井生产初期配产超过5×104m3/d，预制式节流器失效更换卡瓦式节流器，井下节流器未安装防砂筒。
气井除砂时间：24小时出砂，每两小时取砂进行砂量测量。
2013年7月-2016年6月底，共计对28口井下节流气井进行除砂作业，气井平均除砂作业8天，井均除砂量为7383g。除砂量大是因节流器失效及节流器未安装防砂筒气井。
2014年3月-2016年6月底，共计对30口井下未下节流器气井进行除砂作业，气井平均除砂作业7天，井均除砂量为5393g。
2018年3月-2018年12月底，地面服务队共计对36口下节流器新井进行除砂作业，气井平均除砂作业为5天，井平均除砂量为1050g；对6口老井进行除砂作业，气井平均除砂作业为7天，井平均除砂量为1782g。
此次除砂的3类气井中，除砂量较大为下节流器老井且产量相对较高气井，其次为未安装节流器新井，前期除砂后再进行速度管柱投产作业气井也不同程度出砂，因此对产量超过3×104m3/d气井也应该考虑进行除砂作业。2018年除砂作业主要是下节流器新井、部分下速度管柱新井以及少量老井。其中老井除砂量较为严重，主要是节流器失效引起，通过更换节流器能有效减少，相对以往除砂作业中砂量减少是因为工艺的改进和材质的提升。新井由于井底压力较高，有部分出砂。
4结论及认识
1）通过对苏南区块储层地质研究表明，主力产层山1和盒8层均为石英砂岩储层胶结情况良好确定地层不出砂，同时对产出砂取样分析认为，气田出砂主要是裂缝出砂，砂粒类型主要为压裂砂。
2）气井合理配产防砂研究，产气量大于临界携砂流量后，砂粒可能被气流携带出井口。通过计算：气井投产初期，气井井底压力较大，直径为0.3mm砂粒需要7.5×104m3/d气量就可能被携带出来。随着气井不断开发，在井底压力下降到10MPa以下时，直径为0.3mm砂粒需要3.5×104m3/d的气量就可能被携带出来。
3）针对气田防砂工艺，苏里格南对井下节流器、井口管线工艺、进行防砂优化，起到有效防砂作用。
4）气井井口除砂作业，按照气井产气量及生产特点确定井口气井，调研应用除砂器基本满足除砂要求。
论文作者:陈志蒙
论文发表刊物:《知识-力量》2019年10月43期
论文发表时间:2019/9/27
标签：气井论文; 除砂论文; 作业论文; 井口论文; 气量论文; 砂粒论文; 气田论文; 《知识-力量》2019年10月43期论文;