苏里格南气井生产防砂措施探讨

发表时间:2019/9/27   来源:《知识-力量》2019年10月43期   作者:陈志蒙
[导读] 对苏里格南气田除砂作业中出砂情况进行分析,取样判断出砂类型主要为支撑剂陶粒回流。针对如何控制陶粒由地层回流入井筒,开展了气井合理产量优化研究。同时,结合开发中因气井出砂造成的危害,从井下节流器改进到易发生故障部位进行工艺优化,配合开井、排污控制、壁厚检测等相应制度
(川庆钻探长庆井下技术作业公司,陕西 西安 710016)
摘要:对苏里格南气田除砂作业中出砂情况进行分析,取样判断出砂类型主要为支撑剂陶粒回流。针对如何控制陶粒由地层回流入井筒,开展了气井合理产量优化研究。同时,结合开发中因气井出砂造成的危害,从井下节流器改进到易发生故障部位进行工艺优化,配合开井、排污控制、壁厚检测等相应制度,达到防砂目的。针对开井初期高产气井以及开发中期节流器打捞后生产气井,进行井口除砂工艺实施,基本确定不同类型气井除砂制度。该分析研究对保障气田安全高效生产具有一定的意义。
关键词:气井出砂;合理产量;防砂工艺;除砂工艺

 
            鉴于苏里格南作业分公司气田(以下简称苏南气田)特殊井筒工艺,气井开发初期气井井底压力高,井筒出砂较为严重。气井开发后期,随着气田的开发,气井井口压力的下降,开发后期采取下放速度管柱工艺达到排水采气的目的。此项工艺将原先井下节流器防砂筒防砂工艺消除,且速度管柱生产气量相对较大,超过气井的携砂气量。根据检修集气站分离器、清管阀清理以及井口除砂器取样分析认为,苏南气田出砂主要是裂缝出砂,砂粒类型主要为压裂砂。
            1.出砂危害及类型
           苏南气田投运前期,因对气井出砂认识不足,发生了单井管线弯头刺漏,管线汇管刺漏停产整改事件,以及干管清管清除出大量积砂、检修分离器及闪蒸罐内存在大量积砂等问题。
           1)减产或停产作业:气井出砂容易造成井筒砂埋、油管砂堵,地面管汇积砂,降低气井产量,甚至使气井停产。同时,支撑剂回流造成裂缝导流能力变差,使气井产能下降。
           2)地面和井下设备磨蚀:高硬度陶粒砂在高速气流的携带下冲蚀管线、设备及阀门,造成阀门失灵,管线刺漏等问题。
           3)安全及环境问题:由于出砂引起的采气管线、针阀刺漏,及阀门、紧急截断阀失灵,会造成天然气泄漏,可能导致燃烧及爆炸,存在较大的安全环保隐患。
           2.气井合理产量优化
           2.1气井临界携砂气量计算
           在气井正常生产过程中,为避免气量太大将砂粒携带出井口,进而刺漏阀门导致生产管线破坏,因此根据沉降末速来确定将粒径为0.3~0.9mm的砂粒带出井口的天然气临界流量。
 
           式中:QSC为气流携带砂粒所需的临界流量,104m3/d;A为油管截面积,m2;ZSC为标准状态下的压缩因子,ZSC=1;P为井底流压,MPa;T为气流温度,K;Z为井底流压及温度下的气体压缩系数;PSC=0.10135MPa,TSC=293K;μt为气井携砂临界速度,m/s。
           2.2不同压力的临界气量
           气井井底压力不同,对应的雷诺数、临界流速相同,只有临界气量不同(压缩因子0.95,井底温度100℃)。
           产气量大于临界携砂流量后,砂粒即可能被气流携带出井口,影响地面管线安全。通过计算得知气井投产初期,气井井底压力较大,直径为0.3mm砂粒需要7.5×104m3/d的气量就可能被携带出来。随着气井的不断开发,气田整体压力下降,气井的井底压力下降,砂粒被带到井口的临界气量也随着下降,在井底压力下降到10MPa以下时,直径0.3mm砂粒需3.5×104m3/d气量就可能被携带出来。
           3.气田防砂工艺技术研究应用
           根据气田生产工艺特点,从井下节流工艺、管输及输水工艺、井口除砂等方面进行防砂工艺研究,以此达到防砂目的。
           3.1井下节流器优化
           验证节流器的运行效果,2013年对 13口气井进行打捞作业,对节流器分析发现,节流器各部件腐蚀较为严重,节流嘴严重冲蚀或者锈蚀,节流嘴尺寸不同程度改变。气井变化平均 0.91mm。对节流嘴材料改变由原来铬镍铝合金改为钨铬合金,增加气嘴的硬度以及耐腐蚀性,并且增加气嘴长度由12mm变为 20mm减缓气流的冲蚀。
           鉴于气井井下节流器气嘴冲蚀严重,结合因气井除砂给下游造成的影响,进行防砂第一道保护,将气井产出砂挡下,使之留在井底,节流器设计安装防砂网。节流器防砂器主要由滤罩、内胎和滤砂网组成。防砂网 0.2mm,可以对压裂砂 0.4~0.5mm 起到一定防砂效果,减少井下出砂上返。
           3.2井口工艺管线防砂工艺优化
           井丛气井进行分类对待,气井配产超过6×104m3/d,考虑安装和管径DN80的管线。同样瞬时流量可使流速降低2.4倍左右。若气井投运中含砂,可以起到缓冲作用。
           单井入地弯头,原先弯头的曲率半径为1.5D,最大冲蚀率较大。另外是因为当速度从10m/s增大到18m/s,弯头的最大冲蚀率增大。整改措施为将单井管线入地弯头优化为三通加管帽。同弯头不同,三通的管道不存在曲率变化,主要是直管部分。固体颗粒在三通中运动时固体颗粒间的相互干涉现象较少。所以,同弯头的冲蚀情况不同,气井产出沙粒小,此项措施更为有效。
           3.3井口除砂工艺应用
           旋流除砂器的工作原理是:含砂颗粒的气体从除砂器的进口处进入除砂器以后,由于受到除砂器壁面结构的影响,含砂颗粒的气体运动由之前的直线运动变为旋转运动,由于在旋转运动过程中受到离心力的作用,气体中的砂颗粒被甩向除砂器的器壁,碰到器壁砂颗粒将因失去惯性力而随着气体做螺旋向下运动,最终进入排砂管而排出除砂器。井下节流气井试气中除砂相对较多;气井生产初期配产超过5×104m3/d,预制式节流器失效更换卡瓦式节流器,井下节流器未安装防砂筒。
           气井除砂时间:24小时出砂,每两小时取砂进行砂量测量。
           2013年7月-2016年6月底,共计对28口井下节流气井进行除砂作业,气井平均除砂作业8天,井均除砂量为7383g。除砂量大是因节流器失效及节流器未安装防砂筒气井。
           2014年3月-2016年6月底,共计对30口井下未下节流器气井进行除砂作业,气井平均除砂作业7天,井均除砂量为5393g。
           2018年3月-2018年12月底,地面服务队共计对36口下节流器新井进行除砂作业,气井平均除砂作业为5天,井平均除砂量为1050g;对6口老井进行除砂作业,气井平均除砂作业为7天,井平均除砂量为1782g。
           此次除砂的3类气井中,除砂量较大为下节流器老井且产量相对较高气井,其次为未安装节流器新井,前期除砂后再进行速度管柱投产作业气井也不同程度出砂,因此对产量超过3×104m3/d气井也应该考虑进行除砂作业。2018年除砂作业主要是下节流器新井、部分下速度管柱新井以及少量老井。其中老井除砂量较为严重,主要是节流器失效引起,通过更换节流器能有效减少,相对以往除砂作业中砂量减少是因为工艺的改进和材质的提升。新井由于井底压力较高,有部分出砂。
           4结论及认识
           1)通过对苏南区块储层地质研究表明,主力产层山1和盒8层均为石英砂岩储层胶结情况良好确定地层不出砂,同时对产出砂取样分析认为,气田出砂主要是裂缝出砂,砂粒类型主要为压裂砂。
           2)气井合理配产防砂研究,产气量大于临界携砂流量后,砂粒可能被气流携带出井口。通过计算:气井投产初期,气井井底压力较大,直径为0.3mm砂粒需要7.5×104m3/d气量就可能被携带出来。随着气井不断开发,在井底压力下降到10MPa以下时,直径为0.3mm砂粒需要3.5×104m3/d的气量就可能被携带出来。
           3)针对气田防砂工艺,苏里格南对井下节流器、井口管线工艺、进行防砂优化,起到有效防砂作用。
           4)气井井口除砂作业,按照气井产气量及生产特点确定井口气井,调研应用除砂器基本满足除砂要求。
 
 
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