摘要：通過室內大型模擬試驗研究，利用全尺寸井眼出砂模擬試驗裝置，開展了澀北氣田疏松砂巖氣藏進行不同防砂方式及不同防砂管參數下的防砂模擬試驗，評價了不同防砂方式的優缺點及對該氣田的適用性，并對礫石尺寸和充填厚度等參數對防砂效果的影響進行了模擬試驗，為優選適合該氣田的防砂方式以及優化設計高壓充填參數提供了依據。

關鍵詞：澀北氣田 ；防砂；礫石；充填；試驗；參數

    青海澀北氣田主要包括澀北一號、澀北二號和臺南3個氣田，特點是氣層氣段長(495×1740m)，層多，氣水層交互，地層砂粒徑中值0.04×0.07mm，泥質含量40%，黏土含量28%，孔隙度30%，滲透率30×10^-3～120×10^-3μm²。儲層膠結疏松，欠壓實，成巖性差，氣層極易出砂。為了防止地層出砂，澀北氣田先后開展了80多井次的防砂試驗，形成了以高壓(壓裂)充填為主的防砂工藝技術，但是不同充填方式、礫石尺寸、充填厚度等參數對防砂充填效果的影響一直未進行深入研究，防砂施工參數設計過程中缺乏實驗依據。

    針對防砂管特點研制開發的全尺寸井眼出/防砂模擬試驗裝置，開展了礫石充填防砂物模試驗，使得防砂管的評價手段從機理研究上升到工程評價研究，防砂現象從局部到宏觀^[1]。

實驗裝置包括3個部分：模擬系統，循環系統，測量系統。通過這套設備可以進行不同防砂方式下的防砂效果模擬試驗研究，確保防砂效果，評價防砂方式的優缺點及適用性，優選防砂方式，防砂管管型及相關參數，并對充填礫石尺寸、厚度進行優選。圖1是整個裝置的主視圖。

 

2.1.1 不同防砂方式對防砂效果的影響模擬試驗

    1) 篩管裸眼與普通充填對防砂效果的影響。

    2) 高壓充填與普通充填對防砂效果的影響。

    3) 高壓充填與壓裂充填對防砂效果的影響。

2.1.2 不同礫石充填參數對防砂效果的影響模擬試驗

    1) 單級充填礫石尺寸對防砂效果的影響。

    2) 單級與多級充填對防砂效果的影響。

    3) 充填厚度對防砂效果的影響。

    1) 在每組試驗中，均對產氣量、通過防砂管的壓降、通過礫石層的壓降、通過儲層的壓降及試驗過程中的總出砂量等參數進行測量。

    2) 測試流量及壓力隨時間的變化規律，評價不同防砂條件下的產能。

    3) 測定試驗總出砂量，評價不同防砂條件下的防砂效果的好壞。

    1) 首先將防砂管放入測試模擬器中，用密閉膠(軟塑料)將防砂管端部和測試裝置的底部端密閉壓實，以防漏氣。

    2) 將按照一定比例調配好的砂樣放入裝置。

    3) 關閉出砂實驗裝置所有開關，啟動空氣壓縮機至設定壓力。

    4) 打開調壓閥，調節輸出壓力為實驗要求壓力。

    5) 打開實驗裝置所有開關，啟動壓力監測系統，同時打開出氣口并使氣體閥門浸入水中并開始計時。

    6) 監測壓力，記錄氣體瞬時流量，同時觀察實驗現象。

    7) 處理水桶中沉淀的砂樣。

針對澀北氣田的地層特性，進行了14組試驗，包括割縫管防砂、金屬網優質篩管防砂、金屬棉優質篩管防砂、普通礫石充填防砂、高壓充填及壓裂充填條件下的出砂模擬試驗，評價其防砂效果及對產能的影響規律，確定適合澀北氣田的防砂方式，試驗結果見圖2～4。

 

    從試驗結果可以看出：①澀北氣田直接采用防砂管防砂即使防砂管篩縫參數達到60μm，仍然無法滿足防砂要求，出砂量遠遠高于礫石充填下的出砂量，說明該氣田無法采用機械防砂管直接防砂；②礫石充填相對于裸眼篩管完井，可以提高10%左右的產能，并且產能比較穩定；③普通充填實驗由于礫石層厚度較薄，因而有微量出砂，而高壓充填和壓裂充填的兩次實驗均未見明顯出砂，說明高壓充填和壓裂充填由于增加了礫石層厚度，因而大大提高了礫石層的擋砂能力和滲流面積，改善了防砂效果，具有較高的產能。

    在確定了澀北氣田應該采用高壓充填完井防砂后，通過15組試驗，改變礫石充填尺寸及充填厚度，評價不同條件下的產能及防砂效果，對澀北氣田高壓充填礫石尺寸及厚度進行優化，通過本組試驗建立適合澀北氣田高壓充填的參數設計方法。試驗結果見圖5～8。

 

    從試驗結果可以看出：①相同生產壓差下，充填礫石尺寸越大越容易出砂；對于相同尺寸的礫石，降低生產壓差可以減少出砂甚至不出砂；在兩種壓差下，D₅₀/d₅₀比值為5～6倍時，出砂量為零，提高壓差，在不出砂的條件下單位采氣指數略有增高。②對礫石充填防砂，防砂效果與充填厚度有關，厚度太小或導致防砂失敗，傳統理論認為充填厚度應大于20mm，盡可能保證充填厚度大于30mm；兩級充填時的防砂效果主要決定于外層礫石，采用多級防砂時，若要防止砂產出，應盡可能增加外層礫石的充填厚度。

    1) 澀北氣田不同方式防砂效果從高到低的順序為：高壓(壓裂)充填＞>普通充填＞防砂管，由于高壓(壓裂)充填增加了礫石層厚度，因而大大提高了礫石層的擋砂能力和滲流面積，改善了防砂效果，具有較高的產能。

    2) 通過礫石尺寸的優化試驗可以看出，澀北氣田高壓充填的礫石尺寸以40～50目(0.297～0.419mm)為好，相應的篩管的防砂縫寬為200μm。對于澀北氣田細粉砂實施高壓(壓裂)充填完井防砂時，礫石尺寸以6～8倍為好，如果提高生產壓差生產，取其低值6倍，以保證防砂效果。

    3) 對于礫石層充填厚度的評價試驗可知，充填厚度是影響礫石層防砂效果的一個重要因素，對于產能的影響并不很明顯，因此對于澀北氣田礫石充填完井，建議采用盡可能大的充填厚度(充填厚度不低于30cm)；采用兩級充填時的防砂效果主要決定于外層礫石，應盡可能增加外層礫石的充填厚度。

[1] 唐玉宏，譚顯忠，陳輝.優質篩管模擬試驗裝置的研制與應用[J].石油礦場機械，2007，36(5)：83-85.

[2] 陳宗毅，王偉章，陳陽，等.防砂方法優選模擬試驗裝置[J].石油機械，2006，34(6)：8-10.

 

(本文作者：馮勝利 尉亞民 張啟漢 汪天游 阿雪慶 邢振華 中國石油青海油田公司鉆采工藝研究院)