裂缝性致密砂岩气藏出砂原因及对产气量的影响——以塔里木盆地克深气田为例

为了解决塔里木盆地克深气田面临的气井出砂问题,从储层改造方式、裂缝壁面上岩石颗粒脱落条件、产气量及井筒完整性等4个方面分析了该气田气井出砂的原因,并基于井筒内砂粒受力分析,建立气井临界携砂产气量计算公式,进而研究气藏出砂对产气量的影响。在此基础上,针对气井出砂的不同阶段提出了相应的治砂对策。研究结果表明:(1)引起裂缝性致密砂岩气藏出砂的原因包括储层裂缝发育、储层改造规模大、产气量高及井筒完整性差等方面,其中储层裂缝发育和产气量高是主要的出砂原因;(2)对于无游离砂的情况,当气井产气量大于21.2×10~4m~3/d时,近井区域裂缝壁面的砂粒逐渐脱落;(3)对于存在游离砂的情况,当气井产气量大于9.4×10~4m~3/d时,近井区域裂缝壁面砂粒逐渐脱落;(4)井口及井底积砂是影响气井产气量的关键因素,在出砂早期阶段井口积砂是导致产气量降低的主要因素,在出砂中后期阶段井底积砂是导致产气量降低的主要因素;(5)克深气田出砂临界产气量较低,临界携砂产气量相对较高,及时排砂以避免井筒大规模积砂是治理该类气藏出砂的关键。结论认为,该研究成果可以为裂缝性致密砂岩气藏治理出砂问题提供借鉴。     

两相流理论在气井携砂中的运用

在天然气气井生产过程中,由于大多数砂岩地层和胶结弱的地层在生产过程中很容易出砂,当生产气量小到不足以将其带出地面时,砂粒就有可能堵塞产层或者沉降在井底堵死气井;当生产气量很大时又会大量带走地层中的砂粒,使地层被抽空,严重威胁到气井的稳定生产.通过对气固两相流的理论的分析来研究砂粒在垂直井筒中的受力,研究其力学模型及砂粒在气流中的各种沉降举升规律,讨论并分析了影响临界流速和临界产量的各种因素,推导天然气气井携砂的临界流速和临界产量,并用于分析了一组实际天然气气井生产数据.这些数据对气井生产作业、合理配产都有一定的实际意义.     

垂直井简低黏度液流最小携砂速度研究

油气井出砂开采或储层出砂后的垂直井筒最小携砂速度是井筒携砂的重要设计参数,一般的方法是对颗粒自由沉降末速附加一个固定的修正系数.基于理论和试验分析,用颗粒的等沉降速度当量直径取代了等体积当量直径,进而利用沉降试验解决了颗粒的形状系数测定问题,并通过携砂试验得到了埕北地区东营组油藏砂粒的最小携砂速度计算公式.研究结果表明,在低黏度流体中最小携砂速度的修正系数随颗粒直径减小而增加,在携砂试验条件下其变化范围为1.45～2.90.研究成果可用于计算垂直井筒内低浓度砂粒无淤塞的最低携砂流速,对于解决其他地质区块和微小颗粒的垂直井筒携砂问题具有借鉴意义.     

垂直井筒低黏度液流最小携砂速度研究

油气井出砂开采或储层出砂后的垂直井筒最小携砂速度是井筒携砂的重要设计参数，一般的方法是对颗粒自由沉降末速附加一个固定的修正系数。基于理论和试验分析，用颗粒的等沉降速度当量直径取代了等体积当量直径。进而利用沉降试验解决了颗粒的形状系数测定问题，并通过携砂试验得到了埕北地区东营组油藏砂粒的最小携砂速度计算公式。研究结果表明，在低黏度流体中最小携砂速度的修正系数随颗粒直径减小而增加，在携砂试验条件下其变化范围为1．45～2．90。研究成果可用于计算垂直井筒内低浓度砂粒无淤塞的最低携砂流速，对于解决其他地质区块和微小颗粒的垂直井筒携砂问题具有借鉴意义。     

天然气采集过程防砂装置的应用

天然气生产过程中经常会出现气井出砂,砂粒随着高速流动的天然气一起流入地面集输管网,在气流方向改变时,高速运动的砂粒会对设备、阀门、管线等造成冲蚀磨损,尤其在管线弯头处经常出现磨穿刺漏现象,形成极大安全风险。采取限制配产、控制生产压差的办法会降低气井产能。在确定气田出砂类型后,采用了机械法除砂。在不影响气田生产的条件下,研发井下防砂工具,地面防砂装置,阀组等配套除砂工具,实现了气田防砂提产,安全运行的目的。     

高黏度流体垂直井筒携砂临界流速实验与计算

生产实践证明适度出砂开采稠油能够有效增加油井产能,高黏度流体在井筒内携砂临界流速的确定是稠油适度出砂生产设计的关键参数之一。结合调研文献资料,考虑砂粒形状、砂粒浓度和器壁干涉等因素影响后,给出了适用于高黏流体计算砂粒沉降速度的砂粒器壁干涉沉降速度经验公式,采用垂直井筒携砂模拟实验装置进行实验,静态沉降实验得出了砂粒形状校正系数,高黏流体携砂临界流速实验测得实际携砂临界流速,拟合砂粒器壁干涉沉降速度和携砂临界流速,得出高黏流体携带不同粒径砂粒的临界流速计算式。结果表明,砂粒器壁干涉沉降速度与携砂临界流速基本上呈线性关系;黏度越大,砂粒器壁干涉沉降速度与其携砂临界流速值越接近。     

适度出砂井电泵生产管柱结构优化与应用

针对BZ油田油井频繁出砂导致井筒砂埋、砂堵，电潜泵故障率高，制约高速高效开发的问题，该文采用球形砂粒沉降末速理论开展最小携砂量研究，指导电潜泵选型，并通过生产管柱优化的方式提高井筒携砂能力。该技术实施后，出砂井平均检泵周期由328 d提升至735 d，出砂井机组故障率由21%降至11%，因生产制度变化导致的油井砂堵、砂埋降至0。矿场实践证明，通过电潜泵选型优化及生产管柱结构优化，适度出砂井的井筒携砂能力显著提高，检泵周期延长，有效提高油田开发效益。     

冲砂泡沫流体室内携砂规律研究

为了解冲砂泡沫流体的携砂规律,在自制的试验装置上研究了冲砂时间与砂面高度的关系以及井筒倾角和砂粒直径对携砂率和停留时间的影响。试验结果表明,砂面高度首先快速下降,然后缓慢下降直至趋于平缓;直径小于0.5 mm的砂粒在泡沫中携砂率大于90%,此时井筒倾角对携砂率和停留时间基本没有影响;直径1.0～1.5 mm的砂粒,携砂率随倾角的增大先减小后增大,停留时间随倾角的增大而缩短,倾角在45°～60°时携砂率最小。对于相同的倾角,砂粒直径越大,携砂率越低且停留时间越长。垂直井筒中砂粒以均匀悬浮方式随泡沫流体一起运移;倾斜井筒中砂粒以跳跃方式运移,且明显滑向较低一侧。     

苏里格气田S区气井配套防砂技术及应用

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。     

多层疏松砂岩气田气井合理配产

多层疏松砂岩气田储层岩性疏松,气水层交互,边水环绕.若配产不合理,将导致气井大量出水出砂,仅仅考虑气井无阻流量的单因素配产方法已经不能满足需要.根据系统试井产能分析、生产数据动态分析、单井控制储量和临界出砂状态的计算,结合最小携液产量和最大冲蚀产量的计算,考虑采气速度均衡、压降均衡、出砂安全、携液安全进行多因素配产方案研究,并运用气藏数值模拟技术,结合水侵动态和稳产年限对气井配产方案进行调整,建立了一套针对该类型气田的科学合理的气井配产模式.模拟结果表明:实例数值模拟调整后气井产水得到有效控制,气田稳产年限达到13 a以上.     

垂直气井气流携砂实验分析

在气井开采过程中,为了避免因气流过大导致井筒中的砂粒对井口设备产生严重的冲蚀、磨蚀损坏,同时又要保证砂粒能够全部被携带出井口而不至于堆积在井底造成砂堵油管等严重事故,确定垂直气井气流携砂模型的准确性至关重要.借助自发研制的垂直井筒携砂实验装置,实验分析研究了不同气量和压力下气流携砂状况.根据实验分析得出,携砂临界参数的理论计算结果与实测数据平均误差在5％以内,理论计算误差满足工程计算精度要求.     

浅谈气井降压排水采气方法

气田在产水气井生产中,井筒积液是一个严重的问题。当气井产量下降,气体流速低于临界携液流速时,气井井筒就会发生积液。气体无法把产出水全部携带出井筒,水会回落到井底并聚集成液柱,堵塞炮眼,增加气藏回压,急剧降低气体流速,导致气井产量大幅度下降或是将气井压死。解决气井井筒积液的措施方法有很多,本文介绍了某海上平台根据现有流程,通过降低井口压力,增大生产压差,提高天然气在井筒中的流速大于临界携液流速,以达到排出气井井筒积液的目的。     

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在气井的加砂压裂测试过程中，由于压裂作业遗留在井筒和地层返出的支撑剂，随着高速流动的天然气和压裂液的混合流体进入测试管道，形成高速含砂射流，它对管道及其附件造成非常严重的破坏。通过损坏机理分析，结合现场生产实际，在气井的加砂压裂测试地面流程中，使用耐磨的硬质合金材料和优化油嘴、堵头等管件的结构，改变其冲击角，可减少流体对管件的冲蚀破坏。在节流上游段使用分离沉砂装置，收集井筒和地层返出的支撑剂，减少其在流体中的含量。在放喷出口处采用堵塞三通，消耗砂粒的冲击动能，减少砂粒对管壁的冲蚀破坏。上述技术经在现场使用，分离沉砂装置可收集98％以上的砂粒，大大地减少地面流程中支撑剂的含量。硬质合金的使用和管件结构的优化，增强了其耐磨性。堵塞三通的应用，减少了对管壁的冲蚀破坏。三种技术可将流程安全控制时间延长数十倍以上，且成本被控制在比较合理的水平，从而达到了安全、经济生产的目的。     

苏里格气田压裂井合理配产研究

苏里格气田部分压裂井在生产中因配产不合理,出现了大量出砂、井筒积液、水淹停产、产量和压力下降快等现象,很大程度上影响了气井的生产效果。结合问题症结及气田实际生产情况,有针对性地对临界携砂产量、临界携液产量进行了定量研究,同时考虑延长气井稳产时间,综合多项条件确定了合理配产量,为类似苏里格“四低”气田高效开发提供了有益的借鉴。图2表3参5     

天然气水合物试采中节流螺旋管段微米级砂粒运移沉积规律数值模拟

海洋天然气水合物（以下简称水合物）开采过程中需要考虑储层微米级砂粒突破井筒防砂设施后对井筒设备造成的磨损问题，而对于微米级砂粒（粒径小于44 μm）随地层流体进入井筒后的运移、沉积、堵塞方面的研究尚未见到有文献报道。为此，以水合物降压开采法中输送水流的节流螺旋管段的砂粒为研究对象，建立流道几何模型，进行数值模拟，研究微米级砂粒运移沉积规律，获得了不同条件下微米级砂粒临界不沉积水速。研究结果表明：①微米级砂粒主要堆积在复杂管路螺旋段，沉砂情况随着水速的增加而逐渐改善，其中螺旋段上部的砂粒清洁难度要大于螺旋段下部；②临界不沉积水速随着砂粒粒径和出砂浓度的增大而逐渐增大；③应用Buckingham-Π定理，对变量进行无量纲化，利用OriginPro 2019非线性拟合工具可以得到水合物试采局部复杂井段井筒沉砂浓度预测模型；④提出的砂沉积浓度比概念，结合沉积预测模型可方便计算微米级砂粒临界不沉积水速及判断井筒内沉砂情况。结论认为：提出了一种确定水合物试采局部复杂井段微米级砂粒临界不沉积水速的方法，得到了3种粒径、3种出砂浓度下微米级砂粒的临界不沉积水速；该项研究成果可以为安全合理安排水合物生产制度、降压幅度等提供依据。     

垂直井筒气流携砂理论模型分析

确定垂直井筒中气流携砂的合理工艺参数,力求高速含砂气流对井口设备的冲蚀、磨蚀程度最小,又能保证有足够带出全部砂粒的气流,对气井正常生产至关重要。以砂粒受力是其运动的本质为出发点,通过分析垂直井筒中砂粒的受力情况,建立气流携砂的理论模型。在临界状态下,砂粒受力平衡,据此推导出确定气流携砂临界参数的理论公式。该模型推导的理论公式对垂直气井携砂生产具有一定的借鉴意义。     

涩北气田气井动态多因素合理配产研究

涩北气田面临着岩性疏松应力敏感易出砂、气水关系复杂易出水、多层合采储量动用不均衡、边水推进不均衡、气藏压力下降井筒积液等开发技术难题。为确保气田合理高效开发,制定合理的气井产量非常关键。本文从气井的生产实际入手,以气藏均衡开发、稳气控水控砂、单井产量优化配置为目的,采用产能试井分析方法、气井生产系统节点分析方法,结合气井生产动态主控因素,兼顾气井最小携液、主动防砂原则,提出了具有产能试井资料和不具有产能试井资料的两种气井合理配产方法,建立了涩北气田科学的气井动态多因素合理配产模式。     

气井携砂数值分析方法

在天然气开采过程中,气井出砂是危害天然气生产的重要因素之一。为了解携砂的整个过程,基于气固两相流理论,研究了砂粒在垂直井筒中的受力情况,建立了砂粒举升过程中的力学模型。运用数学分析方法,讨论了气井携砂的临界产量和已知产量下砂粒在井筒上升任一深度的运动状态,并结合某区块实际天然气气井生产数据,探究了油管直径、砂粒直径和密度等对临界产量的影响规律,得出了砂粒在携带过程中的运动图版。该研究结果为天然气生产管理措施的制定提供了理论依据。     

天然气井井筒积液预测方法研究与应用

对于裂缝发育的边水气藏．随着气藏开发不断深入,气井必然产水。当气井产气量小于井筒携液临界流量时,井筒形成积液．造成井筒回压增大．井口油套压降低．生产能力降低．影响气井的正常生产最终影响气藏采收率。     

出砂抽油井合理产量的确定

1.砂粒在静液中的自由沉降 砂粒在井筒流体中的运动方式与流体的冲击速度有关。当流体流动速度小于砂粒的自由沉降末速时,砂粒表现为沉降运动;当流体流动速度大子砂粒的自由沉降末速时,砂粒表现为上升运动;当流体流动速度等于砂粒的自由沉降末速时,砂粒处于悬浮状态。因而可将砂粒自由沉降作为研究的出发点,并将砂粒的自由沉降末速作为流体携砂能力的临界点。