彭芬，袁學(xué)芳，張楊（中石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆 庫(kù)爾勒841000）

婁爾標(biāo)，曹獻(xiàn)平 （中石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆 庫(kù)爾勒841000）

庫(kù)車(chē)前陸盆地地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜、地應(yīng)力強(qiáng)（最小水平主地應(yīng)力梯度21MPa／km）、地層壓力系數(shù)1.8，氣井目的層系為古近系和白堊系砂巖，目的層埋藏近7000m［1］，屬于典型的超深、超高壓、低孔、低滲儲(chǔ)層，且單井建井成本高，只有在較高的生產(chǎn)壓差下才能獲得經(jīng)濟(jì)配產(chǎn)，生產(chǎn)壓差過(guò)大會(huì)增加地層出砂的風(fēng)險(xiǎn)，庫(kù)車(chē)前陸盆地多口氣井在測(cè)試中出現(xiàn)了不同程度的出砂現(xiàn)象（見(jiàn)表1）。儲(chǔ)層出砂，產(chǎn)出的砂粒堵塞測(cè)試管柱，增加了破壞井筒完整性的風(fēng)險(xiǎn)，影響氣井生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益［2］。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)大量油氣井生產(chǎn)資料得出［3］，傳統(tǒng)臨界值不適用于庫(kù)車(chē)前陸盆地致密砂巖氣藏的出砂預(yù)測(cè)。筆者通過(guò)氣井試氣出砂情況分析，修正了B指數(shù)法和聲波時(shí)差法的臨界值，應(yīng)用德魯克－普拉格準(zhǔn)則計(jì)算生產(chǎn)壓差臨界值，將出砂井的生產(chǎn)壓差控制在臨界生產(chǎn)壓差內(nèi)，使出砂情況得到了明顯改善。

表1 試氣生產(chǎn)中的出砂情況

1 修正的出砂預(yù)測(cè)法

1.1 修正的B指數(shù)法

B指數(shù)法（出砂指數(shù)法）［4］是基于儲(chǔ)層段的巖石力學(xué)特性來(lái)預(yù)測(cè)出砂：

表2 不同B指數(shù)臨界值預(yù)測(cè)的出砂情況

式中，E為彈性模量，Pa；μ為泊松比，1。傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，當(dāng)B＞2×104MPa時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中不易出砂，且B值越大，潛在出砂風(fēng)險(xiǎn)越小。

基于式（1），筆者利用測(cè)井資料計(jì)算了庫(kù)車(chē)前陸盆地4口井（DX1、DX2、WX1和WX2）的B指數(shù)值，該4口井儲(chǔ)層段B指數(shù)值均大于經(jīng)驗(yàn)B指數(shù)臨界值2×104MPa，預(yù)測(cè)試氣過(guò)程中地層不會(huì)出砂，而實(shí)際試氣中有出砂現(xiàn)象，將B指數(shù)值修正到4×104MPa時(shí)，小于該修正值的層段會(huì)出砂，符合測(cè)試情況（見(jiàn)表2）。

1.2 修正的聲波時(shí)差法

聲波時(shí)差［5］能夠反映巖石成巖效果及其力學(xué)性能，聲波時(shí)差值越低，巖石越致密，力學(xué)穩(wěn)定性越佳，經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為聲波時(shí)差值小于90μs／ft時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中出砂的潛在風(fēng)險(xiǎn)越小。

庫(kù)車(chē)前陸盆地儲(chǔ)層特點(diǎn)是低孔、低滲，巖石強(qiáng)度高，聲波時(shí)差值偏低，均小于經(jīng)驗(yàn)臨界值90μs／ft，預(yù)測(cè)試氣中地層不會(huì)出砂，與實(shí)際情況不符，若將聲波臨界值修正到75μs／ft，大于該臨界值的層段會(huì)出砂，與試氣過(guò)程出砂現(xiàn)象相符合（見(jiàn)表3）。

表3 不同聲波時(shí)差臨界值預(yù)測(cè)的出砂情況

2 臨界生產(chǎn)壓差的計(jì)算

臨界生產(chǎn)壓差指地層在不出砂的情況下承受的最大壓降，氣井臨界生產(chǎn)壓差計(jì)算中不僅要考慮巖石強(qiáng)度，同時(shí)要兼顧構(gòu)造應(yīng)力及地層孔隙壓力的影響［6］。

氣井井壁圍巖應(yīng)力狀態(tài)方程：

依據(jù)德魯克 －普拉格準(zhǔn)則，臨界生產(chǎn)壓差為［7］：

其中：

式中，B為出砂指數(shù)，MPa；σr為儲(chǔ)層基巖受到的徑向應(yīng)力，MPa；σθ為儲(chǔ)層基巖受到的周向應(yīng)力，MPa；σz為儲(chǔ)層基巖受到的垂向應(yīng)力，MPa；σH為儲(chǔ)層最大水平主應(yīng)力，MPa；σh為儲(chǔ)層最小水平主應(yīng)力，MPa；σv為儲(chǔ)層上覆地層壓力，MPa；θ為井周角，（°）；pw為井底流壓，MPa；pp為地層孔隙壓力，MPa；α為Biot系數(shù)；φ為巖石內(nèi)摩擦角，（°）；σc為巖石抗壓強(qiáng)度，MPa。

試氣中制定的生產(chǎn)壓差低于臨界生產(chǎn)壓差時(shí)，地層出砂現(xiàn)象能得到有效預(yù)防。

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例

采用修正的出砂預(yù)測(cè)方法對(duì)DX3和DX4井進(jìn)行出砂預(yù)測(cè)，并計(jì)算2口井的臨界生產(chǎn)壓差，通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)壓差來(lái)改善出砂情況（見(jiàn)表4）。

表4 出砂預(yù)測(cè)和生產(chǎn)壓差制定

由表4可知，DX3井儲(chǔ)層段B指數(shù)值大于修正值，聲波指數(shù)值小于修正值，預(yù)測(cè)試氣過(guò)程中不會(huì)出砂，DX4井試氣段（5900～5950m）B指數(shù)值小于修正值，聲波時(shí)差值大于臨界值，預(yù)測(cè)地層有出砂現(xiàn)象，符合實(shí)際情況。

基于式（3），利用2口井儲(chǔ)層段的巖石力學(xué)和測(cè)井資料，得到了其儲(chǔ)層段的臨界生產(chǎn)壓差（見(jiàn)表4），DX3試氣生產(chǎn)壓差小于臨界生產(chǎn)壓差，試氣中沒(méi)有出砂現(xiàn)象，而DX4儲(chǔ)層段（5900～5950m）的試氣生產(chǎn)壓差大于臨界生產(chǎn)壓差，將生產(chǎn)壓差降低到15MPa后，該井儲(chǔ)層段沒(méi)有出砂現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1）常規(guī)的經(jīng)驗(yàn)出砂預(yù)測(cè)方法不能準(zhǔn)確對(duì)庫(kù)車(chē)前陸盆地氣井出砂情況進(jìn)行判斷，說(shuō)明傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)值不適用庫(kù)車(chē)前陸盆地裂縫性致密砂巖儲(chǔ)層，若將B指數(shù)法的臨界值修正到4×104MPa，聲波時(shí)差法的臨界值修正到75μs／ft，修正后的經(jīng)驗(yàn)方法預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)出砂情況相符合。

2）庫(kù)車(chē)前陸盆地氣井目的層巖石強(qiáng)度較高，試氣的生產(chǎn)壓差大，通過(guò)計(jì)算臨界生產(chǎn)壓差公式調(diào)整生產(chǎn)壓差后，能有效地防止地層出砂。

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