第四系疏松砂巖氣藏綜合治砂工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

阿雪慶　馮勝利　康瑞鑫　黃麒鈞　陳　君　廖　麗

（中國石油青海油田公司鉆采工藝研究院）

第四系疏松砂巖氣藏綜合治砂工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

阿雪慶馮勝利康瑞鑫黃麒鈞陳君廖麗

（中國石油青海油田公司鉆采工藝研究院）

柴達木盆地澀北氣田屬于第四系生物成因氣藏，儲層埋藏淺、泥質(zhì)疏松，在氣田的開發(fā)過程中出砂嚴重，部分氣井砂埋產(chǎn)層，地面設(shè)備嚴重損壞。通過改進優(yōu)化低密度沖砂液配方，有效降低了儲層傷害程度，研制連續(xù)油管旋轉(zhuǎn)沖砂噴頭，進一步提高了沖砂效率，解決了氣井沉砂無法生產(chǎn)的問題，最終形成了以“地層控”、“井底防”、“井口除”和“井筒清”為技術(shù)思路的綜合治砂方法，為該氣田的高效開發(fā)和持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)提供了技術(shù)支撐。圖8表3參4

柴達木盆地澀北氣田出砂監(jiān)測防砂清砂技術(shù)

1　氣田出砂現(xiàn)狀

柴達木盆地澀北氣田屬于第四系生物成因氣藏，儲層埋藏淺、泥質(zhì)疏松，隨著氣田的不斷開發(fā)，生產(chǎn)過程中出砂情況日益嚴重，部分氣井砂埋產(chǎn)層，地面設(shè)備嚴重損壞。

通過砂面資料分析，目前澀北氣田砂柱高度94.71 m，砂面上升速度平均51.4 m/a。澀北一號氣田砂柱高度84.06 m，砂面上升速度平均45.77 m/a，澀北二號氣田砂柱高度103.36 m，砂面上升速度平均47.98 m/a，臺南氣田砂柱高度94.28 m，砂面上升速度平均44.24 m/a。根據(jù)井口產(chǎn)出砂粒徑測試結(jié)果分析：澀北一號井口出砂平均粒度中值為0.021 2 mm，澀北二號井口出砂平均粒度中值為0.030 4 mm，臺南氣田井口出砂平均粒度中值為0.009 1 mm。

由于氣田特殊的儲層特征，氣井生產(chǎn)過程中出砂是無法避免的現(xiàn)象，對氣井的正常生產(chǎn)影響頗大。因此，為了保證氣田的高效開發(fā)和持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，應(yīng)采取合理的治砂思路和手段，盡可能的減少出砂對產(chǎn)量的影響

2　氣田綜合治砂工藝

自澀北氣田投入開發(fā)以來，針對氣田出砂嚴重問題，以理論研究為基礎(chǔ)，結(jié)合室內(nèi)實驗成果，開展治砂工藝現(xiàn)場試驗，形成了以“控、防、除、清”相結(jié)合的綜合治砂工藝技術(shù)，為氣田的長期穩(wěn)產(chǎn)做有利的技術(shù)支撐。

2.1出砂在線監(jiān)測

Clampon DSP含砂監(jiān)測器基于Clampon“超聲波智能傳感器”技術(shù)。傳感器安裝在一根彎管后面，砂在此處從流體中被擠出，并碰擊管壁的內(nèi)壁，產(chǎn)生一種超聲波脈沖信號。超聲波信號通過管壁傳輸，由聲敏傳感器接收。該設(shè)備可以準確的判斷出氣井是否出砂、階段出砂量大小，最終結(jié)合生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)判斷氣井合理工作制度。傳感器安裝見圖1。

圖1　傳感器現(xiàn)場安裝圖

2011年、2013年選取定點井和出砂嚴重井開展了出砂在線監(jiān)測，共監(jiān)測145口井289井次，監(jiān)測到出砂現(xiàn)象180井次，進行砂樣粒徑測試157井次。2013年對氣田36口嚴重出砂井改變工作制度進行定期監(jiān)測，通過調(diào)整工作制度后控砂效果良好，生產(chǎn)壓差平均下降36%，出砂速度大幅度降低?，F(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1、圖2。

表1　2013年部分井改變工作制度后出砂在線監(jiān)測情況

圖2　澀試8井出砂監(jiān)測曲線

2.2直井防砂工藝

隨著氣田開發(fā)的深入，氣藏逐漸呈現(xiàn)出壓力降低，儲層出水加劇，高含水出砂井逐年增多，嚴重影響氣井產(chǎn)量。

通過近幾年的研究攻關(guān)，澀北氣田形成了特有的降水防砂工藝技術(shù)。該技術(shù)是在澀北氣田現(xiàn)有的壓裂充填防砂技術(shù)上進行改進的，通過室內(nèi)優(yōu)化抑水型支撐劑、攜砂液體系配方，研制了具有很強的親水性、較好的氣水滲透選擇性且自身可固結(jié)的顆粒性復(fù)合材料，針對防砂目的層孔道的大小和氣井出水狀況，選擇相適應(yīng)粒徑的降水防砂復(fù)合材料封堵大孔道，改變水流方向，從而降低氣井的含水量，最終實現(xiàn)防砂抑水一體化的降水防砂工藝技術(shù)［1］。

室內(nèi)應(yīng)用正交實驗設(shè)計法進行降水防砂顆粒配方優(yōu)選，并對配方進行性能評價實驗。采用DCAT表界面張力/動態(tài)接觸角測量儀，對自制樣品進行潤濕性測定，數(shù)據(jù)采集及計算系統(tǒng)自動采集下行及上行過程中受力隨位置的變化曲線（圖3），測定結(jié)果見表2，三個樣品的潤濕角分別為13.48°、11.40°和10.40°，由此可以得出該降水充填顆粒潤濕性為強親水。

圖3　動態(tài)接觸角測定結(jié)果

表2　潤濕角測定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及結(jié)果表

運用高溫高壓多功能驅(qū)替裝置對降水顆粒樣品進行水氣驅(qū)替對比實驗，從實驗結(jié)果可以看出：抑水砂能夠加速烴類通過速度，降低水的通過速度；平均氣水滲透率比值為2.9，證明該降水顆粒確有阻水通氣的性能（圖4）。

圖4　降水顆粒水氣驅(qū)滲透率對比圖

現(xiàn)場開展防砂工藝試驗8井次，施工后日增產(chǎn)氣量8.95×104m3，預(yù)計年恢復(fù)氣井產(chǎn)量0.268 5×108m3。

2.3水平井防砂

近幾年，澀北氣田水平井應(yīng)用規(guī)模不斷加大，大多數(shù)氣井采取篩管完井方式，到氣田開發(fā)后期水平井出砂問題日益嚴重，對產(chǎn)量的影響逐漸增大。為了解決水平井出砂問題，研發(fā)了管內(nèi)礫石充填防砂工藝技術(shù)，解決篩管完井的水平井后期出砂嚴重的問題。管內(nèi)礫石充填防砂管柱圖如圖5所示。

圖5　水平井管內(nèi)充填防砂管柱示意圖

根據(jù)水平井防砂工藝方案設(shè)計，優(yōu)選臺H1-9井進行水平井管內(nèi)充填防砂工藝現(xiàn)場試驗，推薦該井采用高壓充填防砂技術(shù)，用高黏度、高砂比砂漿將地層和井筒一次充填壓實，形成一個高滲透的擋砂屏障，阻止地層砂向井筒運移，有效解決目前地層出砂問題，從而達到恢復(fù)氣井產(chǎn)能的目的。

2013年9月28日對臺H1-9井進行管內(nèi)礫石充填防砂現(xiàn)場試驗，恢復(fù)了氣井產(chǎn)能，目前日產(chǎn)氣4.03× 104m3，累計增產(chǎn)天然氣1 506.95×104m3，試驗取得了顯著效果。

2.4井口除砂工藝

除砂器能強制改變攜砂流體的流向由直線形式轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪问?，使流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流場，在離心力及重力的聯(lián)合作用下，使相對密度較大的砂粒被分離進入沉砂口袋。從而達到砂粒與氣水自動分離的目的，進行出砂計量。

通過新澀試4井現(xiàn)場試驗，試驗前砂面上漲速度為68.61 m/a，經(jīng)常刺壞氣嘴或花欄。試驗后除砂效果較好，未出現(xiàn)刺壞氣嘴或花欄現(xiàn)象；縮小工作制度后，出砂程度減緩，排砂周期延長。（按目前5.5 mm工作制度年出砂量307 kg，縮小工作制度4.5 mm后，年減少177 kg砂。）井口旋流除砂器［2］除細粉砂效果良好，除砂率為83%，極大地減輕出砂對地面設(shè)備及管線的影響。現(xiàn)場安裝圖如圖6所示。

2.5井筒清砂工藝

（1）連續(xù)油管清砂工具研發(fā)

針對澀北氣田氣井井筒沖砂效果差、效率低，儲層污染嚴重等問題，開展低傷害連續(xù)油管清砂工藝［3-4］研究，可以達到比常規(guī)油管更好的沖砂效果。為解決清洗井筒中不易沖洗出的有固結(jié)現(xiàn)象的或是較致密沉砂時，設(shè)計了旋轉(zhuǎn)沖砂噴頭及旋轉(zhuǎn)控制器。噴頭由正沖噴嘴、斜沖噴嘴、力偶噴嘴和反向噴嘴組成，旋轉(zhuǎn)控制器采用液力阻尼設(shè)施，將噴頭轉(zhuǎn)速限制在200～400 r/min，可實現(xiàn)過Φ60.3 mm的油管進行沖砂。該工藝的噴頭旋轉(zhuǎn)及斜向旋轉(zhuǎn)射流使得井底流場呈螺紋狀上升，達到高效清砂解堵；沖洗液經(jīng)噴嘴節(jié)流加速，噴射速度大幅度提高，形成紊流，利于攜砂。研制連續(xù)油管四向射流旋轉(zhuǎn)沖砂噴頭，沖砂效率提高8%，完善了沖砂技術(shù)體系。旋轉(zhuǎn)沖砂噴頭見圖7、8。

圖6　新澀試4井井口除砂器安裝圖

圖7　旋轉(zhuǎn)清砂噴頭

圖8　旋轉(zhuǎn)沖砂控制器

（2）低濾失沖砂液體系研制

針對澀北氣田以往所用沖砂液體系存在漏失嚴重、污染儲層等問題，研制了新型低濾失沖砂液體系。低濾失沖砂液體系主要作用是減少在沖砂過程中攜帶地層砂粒出井筒，并具有一定防漏失能力，避免氣井損害和產(chǎn)能大幅下降。該入井液可避免無固相損害、水敏損害。

低濾失沖砂液配方由KCl鹽水基液、增稠劑、復(fù)合暫堵劑、發(fā)泡劑組成，另外添加NaCl來調(diào)節(jié)配方密度。通過性能指標評價實驗數(shù)據(jù)可以看出：沖砂液配方API失水小于20 mL/30 min，較好的滿足降低沖砂液濾失指標，流變性參數(shù)表明該流體為假塑性流體，具有很好的剪切稀釋性，觸變性強，有利于懸浮固相顆粒，黏度適中，密度可調(diào)節(jié)、抗溫性好、地層損害低、配制方便、具有較好的保護氣層效果，滿足現(xiàn)場洗井、沖砂要求（表3）。

表3　沖砂液性能對比

通過井筒清砂工藝的研究，澀北氣田開展連續(xù)油管沖砂現(xiàn)場試驗4井次推廣應(yīng)用72井次，施工后日增產(chǎn)氣量27.69×104m3，預(yù)計年恢復(fù)氣井產(chǎn)量0.830 7×108m3。

3　結(jié)論及認識

（1）澀北氣田屬于粉細砂巖氣藏，儲層膠結(jié)疏松，出砂較嚴重，氣井產(chǎn)量影響較大，氣田砂面上升速度平均51.4 m/a，井口出砂粒度中值平均為0.020 23 mm。

（2）“控、防、除、清”的綜合治砂工藝技術(shù)，完善了澀北氣田治砂工藝體系，為澀北氣田維護氣井正常生產(chǎn)提供了有力技術(shù)支撐。

（3）澀北氣田在臺H1-9井上成功開展了水平井管內(nèi)礫石充填防砂現(xiàn)場試驗，氣井恢復(fù)了產(chǎn)能，首次實現(xiàn)澀北氣田水平井管內(nèi)礫石充填防砂，為氣田水平井后期防砂積累寶貴經(jīng)驗。

（4）建議澀北氣田繼續(xù)研究攻關(guān)防砂治水一體化技術(shù)，解決氣田產(chǎn)量下降等生產(chǎn)難題。

［1］胡才志，李相方，王輝.疏松砂巖儲層防砂方法優(yōu)選實驗評價［J］.石油鉆探技術(shù)，2003，31（6）:51-53.

［2］張淑敏，田金鵬.井口旋流除砂器［J］.國外油田工程，2000（8）:2-2.

［3］胡昌德，趙元才，包慧濤.澀北氣田連續(xù)油管沖砂作業(yè)分析［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（7）:85-88.

［4］杜丙國.嚴重漏失井井筒清砂工藝的研究與應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2007，30（2）:79-82.

（修改回稿日期2015-11-19編輯文敏）

阿雪慶，女，1983年出生，工程師；2006年畢業(yè)于西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，現(xiàn)在青海油田鉆采工藝研究院從事采氣工藝研究工作。地址：（732202）甘肅省敦煌市七里鎮(zhèn)青海油田公司鉆采工藝研究院天然氣室。電話：（0937）8921725。E-mail：axqqh@petrochina.com.cn