摘要：通過(guò)室內(nèi)大型模擬試驗(yàn)研究，利用全尺寸井眼出砂模擬試驗(yàn)裝置，開(kāi)展了澀北氣田疏松砂巖氣藏進(jìn)行不同防砂方式及不同防砂管參數(shù)下的防砂模擬試驗(yàn)，評(píng)價(jià)了不同防砂方式的優(yōu)缺點(diǎn)及對(duì)該氣田的適用性，并對(duì)礫石尺寸和充填厚度等參數(shù)對(duì)防砂效果的影響進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，為優(yōu)選適合該氣田的防砂方式以及優(yōu)化設(shè)計(jì)高壓充填參數(shù)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：澀北氣田 ；防砂；礫石；充填；試驗(yàn)；參數(shù)

    青海澀北氣田主要包括澀北一號(hào)、澀北二號(hào)和臺(tái)南3個(gè)氣田，特點(diǎn)是氣層氣段長(zhǎng)(495×1740m)，層多，氣水層交互，地層砂粒徑中值0.04×0.07mm，泥質(zhì)含量40%，黏土含量28%，孔隙度30%，滲透率30×10^-3～120×10^-3μm²。儲(chǔ)層膠結(jié)疏松，欠壓實(shí)，成巖性差，氣層極易出砂。為了防止地層出砂，澀北氣田先后開(kāi)展了80多井次的防砂試驗(yàn)，形成了以高壓(壓裂)充填為主的防砂工藝技術(shù)，但是不同充填方式、礫石尺寸、充填厚度等參數(shù)對(duì)防砂充填效果的影響一直未進(jìn)行深入研究，防砂施工參數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中缺乏實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

    針對(duì)防砂管特點(diǎn)研制開(kāi)發(fā)的全尺寸井眼出/防砂模擬試驗(yàn)裝置，開(kāi)展了礫石充填防砂物模試驗(yàn)，使得防砂管的評(píng)價(jià)手段從機(jī)理研究上升到工程評(píng)價(jià)研究，防砂現(xiàn)象從局部到宏觀^[1]。

實(shí)驗(yàn)裝置包括3個(gè)部分：模擬系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)。通過(guò)這套設(shè)備可以進(jìn)行不同防砂方式下的防砂效果模擬試驗(yàn)研究，確保防砂效果，評(píng)價(jià)防砂方式的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性，優(yōu)選防砂方式，防砂管管型及相關(guān)參數(shù)，并對(duì)充填礫石尺寸、厚度進(jìn)行優(yōu)選。圖1是整個(gè)裝置的主視圖。

 

2.1.1 不同防砂方式對(duì)防砂效果的影響模擬試驗(yàn)

    1) 篩管裸眼與普通充填對(duì)防砂效果的影響。

    2) 高壓充填與普通充填對(duì)防砂效果的影響。

    3) 高壓充填與壓裂充填對(duì)防砂效果的影響。

2.1.2 不同礫石充填參數(shù)對(duì)防砂效果的影響模擬試驗(yàn)

    1) 單級(jí)充填礫石尺寸對(duì)防砂效果的影響。

    2) 單級(jí)與多級(jí)充填對(duì)防砂效果的影響。

    3) 充填厚度對(duì)防砂效果的影響。

    1) 在每組試驗(yàn)中，均對(duì)產(chǎn)氣量、通過(guò)防砂管的壓降、通過(guò)礫石層的壓降、通過(guò)儲(chǔ)層的壓降及試驗(yàn)過(guò)程中的總出砂量等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。

    2) 測(cè)試流量及壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律，評(píng)價(jià)不同防砂條件下的產(chǎn)能。

    3) 測(cè)定試驗(yàn)總出砂量，評(píng)價(jià)不同防砂條件下的防砂效果的好壞。

    1) 首先將防砂管放入測(cè)試模擬器中，用密閉膠(軟塑料)將防砂管端部和測(cè)試裝置的底部端密閉壓實(shí)，以防漏氣。

    2) 將按照一定比例調(diào)配好的砂樣放入裝置。

    3) 關(guān)閉出砂實(shí)驗(yàn)裝置所有開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)至設(shè)定壓力。

    4) 打開(kāi)調(diào)壓閥，調(diào)節(jié)輸出壓力為實(shí)驗(yàn)要求壓力。

    5) 打開(kāi)實(shí)驗(yàn)裝置所有開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)打開(kāi)出氣口并使氣體閥門浸入水中并開(kāi)始計(jì)時(shí)。

    6) 監(jiān)測(cè)壓力，記錄氣體瞬時(shí)流量，同時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

    7) 處理水桶中沉淀的砂樣。

針對(duì)澀北氣田的地層特性，進(jìn)行了14組試驗(yàn)，包括割縫管防砂、金屬網(wǎng)優(yōu)質(zhì)篩管防砂、金屬棉優(yōu)質(zhì)篩管防砂、普通礫石充填防砂、高壓充填及壓裂充填條件下的出砂模擬試驗(yàn)，評(píng)價(jià)其防砂效果及對(duì)產(chǎn)能的影響規(guī)律，確定適合澀北氣田的防砂方式，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2～4。

 

    從試驗(yàn)結(jié)果可以看出：①澀北氣田直接采用防砂管防砂即使防砂管篩縫參數(shù)達(dá)到60μm，仍然無(wú)法滿足防砂要求，出砂量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于礫石充填下的出砂量，說(shuō)明該氣田無(wú)法采用機(jī)械防砂管直接防砂；②礫石充填相對(duì)于裸眼篩管完井，可以提高10%左右的產(chǎn)能，并且產(chǎn)能比較穩(wěn)定；③普通充填實(shí)驗(yàn)由于礫石層厚度較薄，因而有微量出砂，而高壓充填和壓裂充填的兩次實(shí)驗(yàn)均未見(jiàn)明顯出砂，說(shuō)明高壓充填和壓裂充填由于增加了礫石層厚度，因而大大提高了礫石層的擋砂能力和滲流面積，改善了防砂效果，具有較高的產(chǎn)能。

    在確定了澀北氣田應(yīng)該采用高壓充填完井防砂后，通過(guò)15組試驗(yàn)，改變礫石充填尺寸及充填厚度，評(píng)價(jià)不同條件下的產(chǎn)能及防砂效果，對(duì)澀北氣田高壓充填礫石尺寸及厚度進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)本組試驗(yàn)建立適合澀北氣田高壓充填的參數(shù)設(shè)計(jì)方法。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5～8。

 

    從試驗(yàn)結(jié)果可以看出：①相同生產(chǎn)壓差下，充填礫石尺寸越大越容易出砂；對(duì)于相同尺寸的礫石，降低生產(chǎn)壓差可以減少出砂甚至不出砂；在兩種壓差下，D₅₀/d₅₀比值為5～6倍時(shí)，出砂量為零，提高壓差，在不出砂的條件下單位采氣指數(shù)略有增高。②對(duì)礫石充填防砂，防砂效果與充填厚度有關(guān)，厚度太小或?qū)е路郎笆。瑐鹘y(tǒng)理論認(rèn)為充填厚度應(yīng)大于20mm，盡可能保證充填厚度大于30mm；兩級(jí)充填時(shí)的防砂效果主要決定于外層礫石，采用多級(jí)防砂時(shí)，若要防止砂產(chǎn)出，應(yīng)盡可能增加外層礫石的充填厚度。

    1) 澀北氣田不同方式防砂效果從高到低的順序?yàn)椋焊邏?span>(壓裂)充填＞>普通充填＞防砂管，由于高壓(壓裂)充填增加了礫石層厚度，因而大大提高了礫石層的擋砂能力和滲流面積，改善了防砂效果，具有較高的產(chǎn)能。

    2) 通過(guò)礫石尺寸的優(yōu)化試驗(yàn)可以看出，澀北氣田高壓充填的礫石尺寸以40～50目(0.297～0.419mm)為好，相應(yīng)的篩管的防砂縫寬為200μm。對(duì)于澀北氣田細(xì)粉砂實(shí)施高壓(壓裂)充填完井防砂時(shí)，礫石尺寸以6～8倍為好，如果提高生產(chǎn)壓差生產(chǎn)，取其低值6倍，以保證防砂效果。

    3) 對(duì)于礫石層充填厚度的評(píng)價(jià)試驗(yàn)可知，充填厚度是影響礫石層防砂效果的一個(gè)重要因素，對(duì)于產(chǎn)能的影響并不很明顯，因此對(duì)于澀北氣田礫石充填完井，建議采用盡可能大的充填厚度(充填厚度不低于30cm)；采用兩級(jí)充填時(shí)的防砂效果主要決定于外層礫石，應(yīng)盡可能增加外層礫石的充填厚度。

[1] 唐玉宏，譚顯忠，陳輝.優(yōu)質(zhì)篩管模擬試驗(yàn)裝置的研制與應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2007，36(5)：83-85.

[2] 陳宗毅，王偉章，陳陽(yáng)，等.防砂方法優(yōu)選模擬試驗(yàn)裝置[J].石油機(jī)械，2006，34(6)：8-10.

 

(本文作者：馮勝利 尉亞民 張啟漢 汪天游 阿雪慶 邢振華 中國(guó)石油青海油田公司鉆采工藝研究院)