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      蘇東41-33區(qū)塊氣井合理控砂配產(chǎn)研究

      2020-09-07 07:13:23張頎悅周蘊(yùn)
      石油研究 2020年8期

      張頎悅 周蘊(yùn)

      摘要:蘇東區(qū)塊上古天然氣氣屬河流相砂巖儲層,具有低滲、低壓、低豐度等特點。也是蘇里格氣田的主要地層特征。其中蘇東41-33區(qū)塊單井控制儲量較低、其穩(wěn)產(chǎn)能力不足,并且非均質(zhì)性也比較強(qiáng)、部分儲層動用率較低。在蘇東區(qū)塊開發(fā)過程中主要采用大型水力壓裂技術(shù)手段。水平井開發(fā)成為蘇東區(qū)塊開發(fā)的主力。然而氣井在后續(xù)生產(chǎn)運行中,由于配產(chǎn)不合理等問題導(dǎo)致氣井出砂,氣流裂縫閉合等不利現(xiàn)象的出現(xiàn)進(jìn)一步影響了氣井的生產(chǎn)開發(fā)。并且,氣井較大的出砂導(dǎo)致管線沖蝕、井下工具或閥門砂卡。本文主要探討氣井出砂機(jī)理及控砂措施,研究建立氣井固體顆粒在裂縫和井筒中臨界出砂產(chǎn)量公式,從而確定保持壓裂裂縫導(dǎo)流 能 力的最大生產(chǎn)產(chǎn)量,并利用此方法優(yōu)化合理氣井配產(chǎn)制度。

      關(guān)鍵詞:非均質(zhì)性 出砂 砂卡 產(chǎn)量公式

      一、研究目的及意義

      近年來蘇東41-33區(qū)塊部分氣井出現(xiàn)吐砂情況,通過調(diào)研,氣井吐砂主要有井筒堆積、裂縫支撐劑回流和井底堆積3種主體情況,蘇東41-33區(qū)塊主要屬于第一種情況,即氣井出砂造成套管破損、采氣設(shè)備及管線沖蝕、刺漏、井下工具或閥門砂卡及壓裂增產(chǎn)效果下降、影響安全增加成本,主要反應(yīng)在新井上。

      因此,為減少氣井出砂對工藝管線造成的沖蝕、刺漏,對氣井出砂情況進(jìn)行研究,推導(dǎo)氣井理論出砂公式,為后續(xù)的控砂合理配產(chǎn)及管理措施提供有效論證。

      二、氣井出砂機(jī)理分析

      (1)氣井裂縫支撐劑回流臨界流量

      壓裂氣井在生產(chǎn)過程中,若壓后氣井產(chǎn)量過大,高速氣流的沖擊力會使得裂縫中的支撐劑回流到井底,裂縫就會失去支撐而發(fā)生閉合,這會導(dǎo)致裂縫寬度變窄從而失去其高導(dǎo)流能力。如圖1所示,以b砂粒和c砂粒接觸點E作為研究點,那么要使砂粒c滾動,必定有: GH

      根據(jù)動量定律,流體作用在砂粒c 上的沖擊力F為:

      得砂粒不動的最大流速為:

      氣井裂縫支撐劑回流臨界流量為:

      因此,氣井產(chǎn)量應(yīng)小于裂縫支撐劑回流臨界流量Qsc,從而使裂縫保持高導(dǎo)流能力。

      (2)井筒出砂臨界流量

      以向下為正方向,根據(jù)流動條件建立砂粒的受力分析模型,著重研究砂粒在井筒中的垂直運動,忽略一些力,著重考慮重力、浮力、壓力差、拖曳力以下4種力,砂粒在井筒運動中的合力公式:

      當(dāng)砂粒速度達(dá)到一定值之后,砂粒受到的向上和向下的力達(dá)到平衡,砂粒將在井筒中作勻速運動,反之砂粒則向下作加速運動,以期達(dá)到新的力平衡。

      當(dāng)Fo等于零即可得到氣井井筒臨界攜砂流速公式為:

      則氣井在井筒的臨界攜砂產(chǎn)量:

      因此氣井產(chǎn)量應(yīng)大于井筒臨界攜砂產(chǎn)量,避免砂粒在井底堆積等現(xiàn)象的發(fā)生,延長氣井沖砂周期,提高氣田開發(fā)效益。

      三、氣井控砂配產(chǎn)及出砂防治措施

      (1)配產(chǎn)設(shè)定

      根據(jù)氣井出砂機(jī)理分析,氣井的控砂產(chǎn)量應(yīng)該維持在裂縫支撐劑回流臨界流量與井筒臨界攜砂流量之間,即井筒臨界攜砂流量<氣井的控砂配產(chǎn)<裂縫支撐劑回流臨界流量,這樣既可以解決避免裂縫內(nèi)支撐劑回流,又可以減小氣井節(jié)流器砂堵和砂粒堆積的問題。

      如蘇6-2-xx井,201x年x月xx日投產(chǎn),生產(chǎn)方式:三相分離器。在“四開”配產(chǎn)10萬方/天,井口帶出壓裂砂約8公斤;后配產(chǎn)8萬方/天,井口持續(xù)帶砂約27.2公斤,壓降過快;在延續(xù)生產(chǎn)期間配產(chǎn)4萬方/天,生產(chǎn)穩(wěn)定,井口無壓裂砂帶出。通過計算,確定該井裂縫臨界攜砂流量為8.4881萬方。與實際生產(chǎn)情況相符。

      通過對蘇東41-3區(qū)塊出砂井出砂配產(chǎn)與裂縫支撐劑回流臨界流量關(guān)系的數(shù)據(jù)研究,我們得出氣井配產(chǎn)介于井筒攜砂流量及裂縫支撐劑回流流量之間為最優(yōu)。

      (2)出砂氣井后期管理措施

      1、投產(chǎn)前期,針對排液不足,返排率低于50%的氣井,可優(yōu)先開展無阻排液的生產(chǎn)方式,通過排查試氣壓裂曲線確認(rèn)壓裂效果,排查可能出砂氣井;經(jīng)過優(yōu)先排液后投產(chǎn);在后續(xù)生產(chǎn)中,加強(qiáng)站內(nèi)壁厚檢測出砂量明顯減少。

      2、氣井控砂產(chǎn)量應(yīng)控制在裂縫支撐劑回流臨界流量與井筒臨界攜砂流量之間,這樣既避免了裂縫內(nèi)支撐劑回流,又減小了井筒積液、氣井節(jié)流器砂堵現(xiàn)象的發(fā)生幾率,降低氣井生產(chǎn)和集輸?shù)陌踩L(fēng)險。

      4、對于出砂量大的氣井先采用井口安裝除砂器和三相分離器進(jìn)行保供排砂生產(chǎn),為氣井提產(chǎn)和防止氣井大規(guī)模出砂提供保障,待氣井出砂基本控制后投放節(jié)流器生產(chǎn),保證氣井井口及站內(nèi)管線和設(shè)備的安全生產(chǎn)。

      總結(jié)

      通過研究分析,蘇東41-33區(qū)塊氣井的控砂產(chǎn)量應(yīng)控制在0.53-9.14萬方之間。出砂氣井的臨界流量計算和實際出砂情況對比結(jié)果,表明該規(guī)律與實際生產(chǎn)特征符合率達(dá)72.72%,具有較強(qiáng)的適用性,對蘇東41-33區(qū)塊低滲壓裂氣井的實際生產(chǎn)有一定的現(xiàn)場指導(dǎo)意義。

      參考文獻(xiàn):

      [1] 黃延章.低滲透油層非線性滲流特征[J].特種油氣藏,1997,4(1):9-14

      [2] 郭烈錦.兩相與多相流動力學(xué)[M].西安:西安大學(xué)出版社,2002:64-75

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