摘要：通过室内大型模拟试验研究，利用全尺寸井眼出砂模拟试验装置，开展了涩北气田疏松砂岩气藏进行不同防砂方式及不同防砂管参数下的防砂模拟试验，评价了不同防砂方式的优缺点及对该气田的适用性，并对砾石尺寸和充填厚度等参数对防砂效果的影响进行了模拟试验，为优选适合该气田的防砂方式以及优化设计高压充填参数提供了依据。

关键词：涩北气田 ；防砂；砾石；充填；试验；参数

    青海涩北气田主要包括涩北一号、涩北二号和台南3个气田，特点是气层气段长(495×1740m)，层多，气水层交互，地层砂粒径中值0.04×0.07mm，泥质含量40%，黏土含量28%，孔隙度30%，渗透率30×10^-3～120×10^-3μm²。储层胶结疏松，欠压实，成岩性差，气层极易出砂。为了防止地层出砂，涩北气田先后开展了80多井次的防砂试验，形成了以高压(压裂)充填为主的防砂工艺技术，但是不同充填方式、砾石尺寸、充填厚度等参数对防砂充填效果的影响一直未进行深入研究，防砂施工参数设计过程中缺乏实验依据。

    针对防砂管特点研制开发的全尺寸井眼出/防砂模拟试验装置，开展了砾石充填防砂物模试验，使得防砂管的评价手段从机理研究上升到工程评价研究，防砂现象从局部到宏观^[1]。

实验装置包括3个部分：模拟系统，循环系统，测量系统。通过这套设备可以进行不同防砂方式下的防砂效果模拟试验研究，确保防砂效果，评价防砂方式的优缺点及适用性，优选防砂方式，防砂管管型及相关参数，并对充填砾石尺寸、厚度进行优选。图1是整个装置的主视图。

 

2.1.1 不同防砂方式对防砂效果的影响模拟试验

    1) 筛管裸眼与普通充填对防砂效果的影响。

    2) 高压充填与普通充填对防砂效果的影响。

    3) 高压充填与压裂充填对防砂效果的影响。

2.1.2 不同砾石充填参数对防砂效果的影响模拟试验

    1) 单级充填砾石尺寸对防砂效果的影响。

    2) 单级与多级充填对防砂效果的影响。

    3) 充填厚度对防砂效果的影响。

    1) 在每组试验中，均对产气量、通过防砂管的压降、通过砾石层的压降、通过储层的压降及试验过程中的总出砂量等参数进行测量。

    2) 测试流量及压力随时间的变化规律，评价不同防砂条件下的产能。

    3) 测定试验总出砂量，评价不同防砂条件下的防砂效果的好坏。

    1) 首先将防砂管放入测试模拟器中，用密闭胶(软塑料)将防砂管端部和测试装置的底部端密闭压实，以防漏气。

    2) 将按照一定比例调配好的砂样放入装置。

    3) 关闭出砂实验装置所有开关，启动空气压缩机至设定压力。

    4) 打开调压阀，调节输出压力为实验要求压力。

    5) 打开实验装置所有开关，启动压力监测系统，同时打开出气口并使气体阀门浸入水中并开始计时。

    6) 监测压力，记录气体瞬时流量，同时观察实验现象。

    7) 处理水桶中沉淀的砂样。

针对涩北气田的地层特性，进行了14组试验，包括割缝管防砂、金属网优质筛管防砂、金属棉优质筛管防砂、普通砾石充填防砂、高压充填及压裂充填条件下的出砂模拟试验，评价其防砂效果及对产能的影响规律，确定适合涩北气田的防砂方式，试验结果见图2～4。

 

    从试验结果可以看出：①涩北气田直接采用防砂管防砂即使防砂管筛缝参数达到60μm，仍然无法满足防砂要求，出砂量远远高于砾石充填下的出砂量，说明该气田无法采用机械防砂管直接防砂；②砾石充填相对于裸眼筛管完井，可以提高10%左右的产能，并且产能比较稳定；③普通充填实验由于砾石层厚度较薄，因而有微量出砂，而高压充填和压裂充填的两次实验均未见明显出砂，说明高压充填和压裂充填由于增加了砾石层厚度，因而大大提高了砾石层的挡砂能力和渗流面积，改善了防砂效果，具有较高的产能。

    在确定了涩北气田应该采用高压充填完井防砂后，通过15组试验，改变砾石充填尺寸及充填厚度，评价不同条件下的产能及防砂效果，对涩北气田高压充填砾石尺寸及厚度进行优化，通过本组试验建立适合涩北气田高压充填的参数设计方法。试验结果见图5～8。

 

    从试验结果可以看出：①相同生产压差下，充填砾石尺寸越大越容易出砂；对于相同尺寸的砾石，降低生产压差可以减少出砂甚至不出砂；在两种压差下，D₅₀/d₅₀比值为5～6倍时，出砂量为零，提高压差，在不出砂的条件下单位采气指数略有增高。②对砾石充填防砂，防砂效果与充填厚度有关，厚度太小或导致防砂失败，传统理论认为充填厚度应大于20mm，尽可能保证充填厚度大于30mm；两级充填时的防砂效果主要决定于外层砾石，采用多级防砂时，若要防止砂产出，应尽可能增加外层砾石的充填厚度。

    1) 涩北气田不同方式防砂效果从高到低的顺序为：高压(压裂)充填＞>普通充填＞防砂管，由于高压(压裂)充填增加了砾石层厚度，因而大大提高了砾石层的挡砂能力和渗流面积，改善了防砂效果，具有较高的产能。

    2) 通过砾石尺寸的优化试验可以看出，涩北气田高压充填的砾石尺寸以40～50目(0.297～0.419mm)为好，相应的筛管的防砂缝宽为200μm。对于涩北气田细粉砂实施高压(压裂)充填完井防砂时，砾石尺寸以6～8倍为好，如果提高生产压差生产，取其低值6倍，以保证防砂效果。

    3) 对于砾石层充填厚度的评价试验可知，充填厚度是影响砾石层防砂效果的一个重要因素，对于产能的影响并不很明显，因此对于涩北气田砾石充填完井，建议采用尽可能大的充填厚度(充填厚度不低于30cm)；采用两级充填时的防砂效果主要决定于外层砾石，应尽可能增加外层砾石的充填厚度。

[1] 唐玉宏，谭显忠，陈辉.优质筛管模拟试验装置的研制与应用[J].石油矿场机械，2007，36(5)：83-85.

[2] 陈宗毅，王伟章，陈阳，等.防砂方法优选模拟试验装置[J].石油机械，2006，34(6)：8-10.

 

(本文作者：冯胜利 尉亚民 张启汉 汪天游 阿雪庆 邢振华 中国石油青海油田公司钻采工艺研究院)