儲(chǔ)氣庫巖心出砂實(shí)驗(yàn)研究

摘要：地下儲(chǔ)氣庫大吞大吐的生產(chǎn)特點(diǎn)出易造成儲(chǔ)層出砂，通過模擬注采氣條件，在不同地層壓力下，開展出砂實(shí)驗(yàn)研究，確定合理的注采氣生產(chǎn)壓差和流速。為優(yōu)化儲(chǔ)氣庫單井注采配產(chǎn)指標(biāo)提供理論依據(jù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氣庫注采井最大調(diào)峰能力提供數(shù)據(jù)參考。

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

一、巖心出砂實(shí)驗(yàn)的必要性

儲(chǔ)氣庫注采安全的影響因素不僅包括注采井失效、損壞的風(fēng)險(xiǎn)，還包括地層出砂的風(fēng)險(xiǎn)。尤其是儲(chǔ)氣庫井需要注氣、采氣兩種運(yùn)行方式，出砂的后果將更嚴(yán)重。出砂關(guān)系著儲(chǔ)氣庫配產(chǎn)的大小、設(shè)備壽命長短等問題。儲(chǔ)氣庫特殊的生產(chǎn)方式，要求快速短期的注入和采出大量氣體，所以控制地層出砂的問題十分重要?？刂频貙映錾白钪苯拥姆椒ň褪强刂坪侠砩a(chǎn)壓差。通過模擬各種注采條件開展出砂實(shí)驗(yàn)，可以確定合理的注采壓差和注采氣速度，防止儲(chǔ)層出砂，為遼地下儲(chǔ)氣庫配產(chǎn)提供理論依據(jù)。

二、出砂實(shí)驗(yàn)原理

一般而言，巖石強(qiáng)度越低越易出砂。通過對(duì)出砂巖石力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，得到干燥巖心及不同含水飽和度巖石破壞強(qiáng)度、彈性模量、泊松比，根據(jù)樣品巖石學(xué)特點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得的參數(shù)，以此判斷儲(chǔ)氣庫出砂原因是剪切破壞還是拉伸破壞。出砂為剪切破壞，則是炮孔周圍應(yīng)力作用的結(jié)果，與過低的井底壓力和過大的生產(chǎn)壓差有關(guān);若是拉伸破壞，則是開采過程中流體作用于炮孔周圍地層顆粒上的拖曳力所致，與過高的開采速度或過大的流體速度有關(guān)。因此，采用不同含水飽和度巖心代表不同的開采階段，分析不同開發(fā)時(shí)期出砂的影響因素。

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，巖心樣品在地層壓力8MPa時(shí)，壓力梯度為1、2、3、4、5、6MPa/m下，通過公式（1）計(jì)算出對(duì)應(yīng)生產(chǎn)壓差分別為0.23、0.70、1.09、1.75、2.41、3.31MPa。

將巖心中氣體的線性滲流與井筒附近氣體的徑向流相結(jié)合，基于采氣強(qiáng)度計(jì)算公式（2），可求得注采井的實(shí)際生產(chǎn)壓差為：

在向巖心注氣的過程中，結(jié)合氣測(cè)滲透率公式（3），對(duì)巖心在氣驅(qū)過程中滲透率的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

在比較小的生產(chǎn)壓差下，巖心的出砂量相對(duì)較少，當(dāng)生產(chǎn)壓差逐漸增大，出砂量突然增大，認(rèn)定此時(shí)巖心達(dá)到臨界狀態(tài)，上一驅(qū)替壓差即為臨界壓差，對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)壓差為臨界生產(chǎn)壓差1.75MPa。

由直井氣體體積流量公式（4）：

可以求得地層壓力8MPa時(shí)臨界生產(chǎn)壓差為1.75MPa下，最大注采氣強(qiáng)度為2.53×104m3/m/d。

由水平井氣體體積流量公式（5）：

可以求得地層壓力8MPa時(shí)臨界生產(chǎn)壓差為1.75MPa下，水平井臨界注采強(qiáng)度為0.39×104m3/m/d。在實(shí)際生產(chǎn)過程中要控制生產(chǎn)壓差調(diào)整注采氣量，確保儲(chǔ)氣庫生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，保證注采效果。

為了便于對(duì)比分析，將1英寸干巖樣及不同含水飽和度的濕巖樣共計(jì)4大組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差與地層壓力的關(guān)系曲線，將全直徑干巖樣及不同含水飽和度濕巖樣共計(jì)4大組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差與地層壓力的關(guān)系曲線，

（1）在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，所以臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差在無水時(shí)最低，濕砂巖的臨界出砂點(diǎn)壓差隨含水率的增加而降低。

（2）在臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差和地層壓力關(guān)系曲線上都出現(xiàn)了明顯的拐點(diǎn)，干巖樣的拐點(diǎn)大約在16MPa，濕巖樣的拐點(diǎn)大約在18MPa。隨著地層壓力升高臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差不斷增大，地層壓力大于拐點(diǎn)處壓力時(shí)，直線斜率變大，臨界出砂點(diǎn)生產(chǎn)壓差增長速度加快。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。

三、結(jié)論及建議

1.在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。

2.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。出砂對(duì)儲(chǔ)層的滲透性產(chǎn)生影響，微粒隨流體運(yùn)移初期，微粒堵塞孔隙，巖石滲透率降低。隨著生產(chǎn)壓差不斷增大，微粒隨流體流出后，巖石滲透性改善，滲透率提高，同時(shí)也容易造成地層砂埋等影響正常生產(chǎn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：鄭世紅，（1968.07.28-），黑龍江大慶人，副研究員，大學(xué)本科，主要從事高職教學(xué)、培訓(xùn)、科研。專長：石油鉆井教學(xué)與培訓(xùn)、課程開發(fā)。