气井井筒携砂规律研究

代云龙，胡园园

（东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆 163000）

气井井筒携砂规律研究

代云龙，胡园园

（东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆 163000）

气井出砂问题是由多种因素导致的，通过实验分别研究了固体颗粒形状、油管直径、井口压力对气井临界携固量和临界携固流速的影响。应用公式计算临界携固流量与流速，并与实际生产数据相对比，得出上述因素对临界流量与临界流速的影响规律。

颗粒形状；颗粒直径；井口压力；井深

气井出砂是砂岩开采过程中常见的问题，其主要与地层岩石物性、地层流体性质、气井生产因素、作业措施不当、射孔参数设定这几个因素有关[1，2]。出砂问题对整个气井的生产过程损害都非常大，可能造成储层地质结构破坏，降低产能。砂体在井底堆积造成砂堵、液堵，同时被带至地面的砂体对设备具有极强的腐蚀性[3，4]。因此，气井携砂性能研究对降低生产成本，实现天然气的高效、安全、经济生产有着显著的现实意义。

1 气井携砂模型

气井在实际生产中，产生的固体颗粒形状不规则，较相同体积的球形颗粒表面积要大，表面相对较粗糙，这些特点使得颗粒在运移过程中所受阻力大于球形颗粒，因此，不规则颗粒小于球形颗粒的沉降速度。因此，在球形颗粒沉降速度公式中引入不规则形状系数，就能够得到不规则形状颗粒的沉降速度，表1为不规则颗粒的形状参数。所以一般取形状系数φ作为计算不规则颗粒沉降末速的修正系数[5，6]。则不规则颗粒的携砂临界流速公式为：

表1 不规则颗粒的形状参数

在一定的表观速度下，当固体颗粒的循环量超过当前情况下气体表观速度的携砂临界流量时，井筒底部出现砂粒堆积，使井筒中的压力梯度分布成S型[7]。得出携砂临界流量公式：

根据临界携砂流量和临界携砂流速计算公式对气井生产数据进行计算得到以下生产数据，见表2。

表2 气田气井临界携带量

2 气井携砂影响因素

由上面得出的气井临界携流量与临界携固流速公式计算得出，临界流量与固体颗粒形状、油管直径、气体压力有如下关系。某井生产数据见表3。

表3 某井生产数据

（1）根据公式计算的出油管直径对临界携固产量的影响规律，如图1所示。从图中可看出，随着油管直径增加其临界携砂产量增加。原因是：当气井产气量不变时，油管直径越大，横截面越大，单位面积上的固体颗粒速度越小，相应的气体拖拽力越小，所以在井口压力、固体颗粒相同的条件下，油管直径越大时，需要的临界产量就越大。

图1 油管直径与临界携砂产量关系曲线

（2）固体颗粒直径对临界携固产量和临界携固流速的影响规律如图2、图3所示，固体颗粒直径越大需要的临界流速越大，在颗粒密度保持不变的条件下，颗粒直径越大，虽然在井筒中的受到的浮力，压差力和流体的拽力相应的增加，但是这些力的增加量小于固体重力的增加量，故颗粒直径越大，所需要的临界流速越大。

图2 固体颗粒直径与临界携砂产量关系

图2 固体颗粒直径与临界携砂产量关系

图3 固体颗粒直径与临界携砂产量关系曲线

（3）井口压力、井深和携固临界流速成反比，对于相同气体产量压力越小，则气体的密度越小，固体颗粒所受到的浮力越小；同时在相同产量下气体压力越大，则在流动过程中压力下降越快，则固体颗粒受到的压差力越大，所以压力越大所需要的产量越小。其特点如图4所示。

图4 井口压力与临界携固产量关系曲线

同理井深越大，压力越高，流体密度和压力梯度越大，则其携带固体的临界产量越低，而携砂临界流速则随着井深的增加而不断增大。其特点如图5、图6所示。

图5 井深与临界携砂产量关系

图6 井深与临界携砂流速的关系

3 结论

不同颗粒所受表面力不同，建立不同颗粒形状下的临界携带产量与流速计算公式。运用以上计算的临界固体携带量和流速计算公式，对出砂井的实际携砂临界产量与流速进行了计算，说明该井目前产量能满足携砂要求。并且，从计算公式中可以看出，临界携砂产量与固体颗粒直径、油管直径成正比，和井口压力成反比。

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[7]张忠禄.气液固流动机理及气井井筒的携液携砂能力研究[D].中国石油大学（华东），2013.

Study on Gas Wells with the Sand Carrying Capacity

Dai Yun-long，Hu Yuan-yuan

The problem of gas well product sand is caused by many factors，this paper studies the shape of solid particles，the diameter of the tubing，the wellhead pressure of gas well critical with fixed quantity and critical with solid velocity，the effect of application of the formula to calculate the critical carrying solid flow rate and flow velocity.And coMParing to the actual production data，it is concluded that the above factors on the critical flow rate，and the influence law of critical flow.

particle shape；particle diameter；wellhead pressure；well depth

TE37

A

1003–6490（2016）04–0032–02

2016–04–10

代云龙（1990—），男，辽宁省凌源人，硕士在读，主要研究方向为多相流体力学。