儲(chǔ)氣庫(kù)巖心出砂實(shí)驗(yàn)分析

鄭世紅

摘 要：隨著天然氣消費(fèi)量日漸增加，地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)越發(fā)緊迫和重要。在儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)和生產(chǎn)中面臨著許多技術(shù)挑戰(zhàn)，確保注采井的有效、平穩(wěn)生產(chǎn)即其中之一。因儲(chǔ)氣庫(kù)快速注采的工作制度，導(dǎo)致氣井出砂現(xiàn)象非常普遍，儲(chǔ)氣庫(kù)注采經(jīng)驗(yàn)表明出砂對(duì)儲(chǔ)層的長(zhǎng)期有效平穩(wěn)運(yùn)行造成威脅。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)氣庫(kù);出砂機(jī)理;出砂實(shí)驗(yàn)

前言

出砂是油氣田開采過(guò)程中不可避免的問(wèn)題之一，出砂預(yù)測(cè)的研究越來(lái)越受到科學(xué)工作者的重視，為進(jìn)行準(zhǔn)確的出砂預(yù)測(cè)，首先需要對(duì)其出砂機(jī)理有較全面、深入的理解。幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)油氣井的出砂機(jī)理進(jìn)行了大量的研究工作，并得出了許多有價(jià)值的結(jié)論，這些結(jié)論對(duì)現(xiàn)今的防砂工藝和技術(shù)起到了積極的推動(dòng)作用。

一、基本概況

興隆臺(tái)油層發(fā)育于E3S1下～E3S2層位，是本區(qū)的主要目的層。興隆臺(tái)油層為一套灰白色礫巖、礫狀砂巖、含礫砂巖、砂巖為主夾灰白色粉砂、深灰色泥巖沉積，復(fù)合正旋回沉積特點(diǎn)，中下部巖性粗、單層度大。

興隆臺(tái)油層發(fā)育“漏斗”泥巖、高感泥巖兩個(gè)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)層和鈣質(zhì)泥巖段、興隆臺(tái)底部泥巖段兩個(gè)輔助對(duì)比標(biāo)志層。依據(jù)上述對(duì)比標(biāo)志層的控制，以地層巖性與電性的旋回韻律性，逐級(jí)將興隆臺(tái)油層劃為3個(gè)油層組、10個(gè)砂巖組、18個(gè)小層。

總之，地層出砂是多種因素綜合作用的結(jié)果。在油氣井開采過(guò)程中，只有詳細(xì)分析可能導(dǎo)致地層出砂的各種因素，才能全面的研究地層的出砂機(jī)理對(duì)地層出砂機(jī)理的研究越來(lái)越細(xì)致，越來(lái)越具體，對(duì)出砂預(yù)測(cè)的發(fā)展有很大的推動(dòng)作用。

二、出砂實(shí)驗(yàn)原理

通過(guò)物理模擬方法研究出砂實(shí)驗(yàn)，在地層壓力8～24MPa時(shí)，研究不同壓差、不同含水飽和度下的巖心出砂量及出砂前后巖心滲透率變化。針對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)井易出砂等問(wèn)題，進(jìn)行出砂機(jī)理及其影響因素研究。

1實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)采用穩(wěn)態(tài)法。將氣、水以一定的比例同時(shí)恒速注入巖心，在巖樣進(jìn)、出口壓力以及氣水流量穩(wěn)定時(shí)，氣水在巖樣孔隙中的分布均衡，此時(shí)氣水的有效滲透率是恒定的，測(cè)定巖樣進(jìn)、出口壓力以及氣水流量，根據(jù)達(dá)西定律計(jì)算油水有效滲透率。通過(guò)調(diào)整氣水比例，即可得到一系列不同含水狀態(tài)下的滲透率值及出砂狀況。

在不同壓差條件下，流體在巖心多孔介質(zhì)中流動(dòng)，當(dāng)流速達(dá)到某一速度時(shí)，引起微粒的運(yùn)移，開始少量出砂，當(dāng)繼續(xù)增加流速時(shí)，巖心內(nèi)部發(fā)生剪切破壞，出砂量增加，大量出砂前的流量即為出砂臨界流量。根據(jù)達(dá)西定律，在設(shè)定條件下注入流體，采用恒壓法進(jìn)行驅(qū)替測(cè)量.確定臨界流量及其滲透率的變化。試驗(yàn)分析參照SY/T 5358-2002《砂巖儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法》中的相關(guān)規(guī)定。

2實(shí)驗(yàn)方法

按流程圖1接好管線，并將試驗(yàn)流體裝入高壓活塞容器;將不同條件處理后的巖樣放入巖心夾持器;緩慢將圍壓調(diào)至一定壓力，啟動(dòng)ISCO驅(qū)替泵，按設(shè)定時(shí)間測(cè)量流量，觀察流量變化及是否出砂;有明顯出砂現(xiàn)象。

當(dāng)氣驅(qū)壓力8MPa時(shí)，驅(qū)替壓差根據(jù)壓力梯度定，若巖心長(zhǎng)度為5cm，壓力梯度為1MPa/m，驅(qū)替壓差為0.05MPa，逐漸增加每一壓差點(diǎn)驅(qū)替一定時(shí)間后，返回初始?jí)翰铧c(diǎn)（0.05MPa）測(cè)相應(yīng)的滲透率，隨著壓力梯度逐漸增加到9MPa/m，驅(qū)替壓差最終增加到0.45MPa，并稱量巖心質(zhì)量，計(jì)算巖心失重量。相應(yīng)的氣體流量從低到高。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察不同氣驅(qū)壓差與流量條件下的巖心出砂情況，并計(jì)算滲透率的變化。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

本次實(shí)驗(yàn)主要模擬地層不同壓力、溫度等條件下干砂巖與含水砂巖在不同壓力梯度下出砂情況，找出出砂臨界流量，合理控制注采氣量，保證儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以看出相同地層壓力下干砂巖臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差高于含水砂巖臨界生產(chǎn)壓差，同時(shí)含水率越高，臨界生產(chǎn)壓差越小。分析地層水淹后，膠結(jié)松散，地層砂易被攜出。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著地層壓力升高出砂臨界生產(chǎn)壓差不斷增大，地層壓力小于20MPa時(shí)，臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差增長(zhǎng)緩慢。地層壓力大于20MPa時(shí)，臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差快速增長(zhǎng)。說(shuō)明地層壓力越小，地層骨架拉伸破壞及微粒運(yùn)移越容易，地層砂易被氣體攜帶出，反之地層壓力越大，地層砂越不容易被攜帶出。隨著地層壓力不斷升高，臨界出砂生產(chǎn)壓差不斷增大，單井最大注采氣強(qiáng)度不斷增大。通過(guò)確定不同地層壓力下臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差及最大注采氣強(qiáng)度，為儲(chǔ)氣庫(kù)制定合理的生產(chǎn)制度提供依據(jù)。

通過(guò)巖心的生產(chǎn)壓差與滲透率、出砂量的變化關(guān)系，隨著驅(qū)替壓差的增大，滲透率逐漸變小，表明這類巖樣具有較好的孔隙結(jié)構(gòu)，微細(xì)顆粒發(fā)生移動(dòng)堵塞孔道使?jié)B透率變小。

通過(guò)八個(gè)大組實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)1英寸巖心的干砂巖和含水率10%、30%、50%模擬地層壓力為于8、10、12、14、16、18、20、22、24MPa下壓力梯度為1、3、5、7、9MPa/m下地層累計(jì)出砂量，以及全直徑干砂巖和含水率10%、30%、50%模擬地層壓力為于8、10、12、14、16、18、20、22、24MPa下壓力梯度為1、2、3、4、5、6MPa/m下地層累計(jì)出砂量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)收集的巖心總出砂量判斷出砂臨界點(diǎn)，通過(guò)驅(qū)替壓差折算出臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差，同時(shí)根據(jù)臨界出砂點(diǎn)氣體流量計(jì)算出砂臨界注采強(qiáng)度。

三、 結(jié)論

（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以看出相同地層壓力下干砂巖臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差高于含水砂巖臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差，同時(shí)含水率越高，臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差越小。分析認(rèn)為在沒(méi)有水流動(dòng)的條件下，出砂形式主要是微粒運(yùn)移，但骨架砂未遭破壞，出砂輕微。當(dāng)有水流動(dòng)時(shí)，則易產(chǎn)生巖石破壞出砂，使出砂加劇。

（2）隨著地層壓力升高臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差不斷增大，地層壓力小于20MPa時(shí)，臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差增長(zhǎng)緩慢。地層壓力大于20MPa時(shí)，臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差快速增長(zhǎng)。分析認(rèn)為地層壓力越小，地層骨架拉伸破壞及微粒運(yùn)移越容易，地層砂易被氣體攜帶出，反之地層壓力越大，地層砂越不容易被攜帶出。

（3）隨著地層壓力不斷升高，臨界出砂生產(chǎn)壓差不斷增大，單井最大注采氣強(qiáng)度不斷增大。

（4）物理模擬實(shí)驗(yàn)分析可知，具有大孔隙的砂質(zhì)巖類易于微粒運(yùn)移出砂。

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