天然气井口地面防砂装置的应用研究

天然气井口地面防砂装置的应用研究

党治军  李小峰  徐明

中国石油长庆油田分公司采气二厂 陕西 榆林  719000

摘要：天然气井在生产过程中经常会出现气井出砂问题，砂粒随着高速流动的天然气一起进入地面集输管网，而在气流方向改变时，高速运动的砂粒会对设备、阀门、管线等造成冲蚀磨损，特别在管线弯头处经常出现磨穿刺漏现象，形成极大安全风险。因此，及时做好天然气井的防砂对于稳定天然气井产能与安全生产都至关重要。而对于天然气井的防砂主要分为井下防砂和地面防砂两类，这其中地面防砂是对井下防砂工艺的有效补充，其以物理方法进行除砂，通过采用地面防砂装置、阀组等配套除砂工具，可以有效实现天然气井的防砂提产与安全运行目的。

关键词:气井出砂；地面防砂装置；物理除砂

前言

在天然气生产过程中，地层砂砾以及压裂砂粒会随生产天然气到达地面，达到一定数量时，会因堵塞集输管线而影响生产，严重时会损坏节流闸阀，引发安全事故。因此，做好气井防砂至关重要。其中气井防砂的形式主要分为井下防砂和地面防砂，根据工艺原理，大致可分为机械防砂、化学防砂和砂拱防砂等。而井下防砂是将防砂工具，砾石筛管等下入油管，防止气井出砂，达到保证地面设施安全的目的。但是在实践中发现井下防砂技术在产量较小、出砂量少的气井中应用效果较好，而对于高产量的水平气井而言，井下防砂器分离出的砂粒会在气井水平段堆积而堵塞气流通道，影响气井产能的发挥。由于榆林等气田出砂的气井既包括产量较低的裸眼井也有高产水平井，因此，在高产水平井防砂工艺上，则需采用地面防砂技术，以物理方法进行除砂，需要综合使用井下防砂工具和地面防砂装置、阀组才能确保气井正常生产及下游地面设施的安全运行，实现安全、经济的防砂增产目的。

1天然气井出砂类型分析

天然气气井井底出砂是由于井底地带的岩层结构被破坏和裂缝结构被破坏所引起的，故分为地层出砂和裂缝出砂两种类型。地层出砂是脱落的岩石碎屑，裂缝出砂是气层压裂改造过程中所加的压裂砂。经现场取样分析发现，目前气田出砂均为压裂砂，这在子洲气田的多口水平井尤为明显，分析认为导致这一类出砂的原因主要受气井的压裂工艺、生产制度、裂缝出砂临界产量的影响，井底压差稍有变化，就会有压裂砂被生产气流带出井底闭。压裂砂较普通岩石碎屑硬度大，颗粒细小，对井口至下游管道、阀门、设备的破坏性更强。因此通过除砂工具能有效地去除井底出砂，是气田天然气生产过程的一种现实需要。

2地面防砂装置的应用

2.1I型地面防砂装置

I型地面防砂装置分离管道内设有过滤沙砾的滤网管；分离管道两端分别连接堵头和油气管接头，储砂管两端均连接堵头；分离管道和储砂管分别设在管道支撑的上、下部；管道 支撑内设有连通分离管道和储砂管的纵向通道。本防砂装置以物理方法除砂，可防止节流闸阀及管汇被砂砾冲蚀，防止输送管线被砂砾堵塞。

生产时，本装置安装在井口，井口不节流。高压气及砂砾进入本装置分离通道后，砂砾被阻隔在滤网管外部，干净的天然气进入滤网管，并经其气管接头进入地面生产流程。高压气及砂砾进入本装置后，一些砂砾依自身重力，沿管道支撑内的纵向通道直接落入储砂管，而被滤网管分离出的砂砾则由流动气推至分离通道后端，落入储砂管。当砂量储积到一定量时，打开储砂管两端的堵头，清理储砂即可。

2.2II型地面防砂装置

II型地面防砂装置主要有 10个关键部件组成的除砂筒设在支架上，除砂筒两端分别连接混合气进口法兰和除砂口法兰盖，除砂筒顶部设有泄压口，底部设有气液出口，气液出口通过弯管连接气液出口法兰；除砂筒内密封设置由导轨支撑的、水平放置的过滤筒；吊杆两端分别连接除砂口法兰盖顶面和除砂筒侧面。

混合气体经混合和气井口水平进入位于除砂筒内的过滤筒，过滤砂被截留在筒内，气体和水则通过气液出口流出，进入下一级管线。由于气液出口位于除砂筒的最低点，所以装置内不会存留积液，从而避免冻堵发生。停产时，开启除砂口法兰盖，抽出过滤筒，清除筒内砂粒，将过滤筒放回除砂筒内，继续使用。

2.3地面防砂阀组

地面防砂阀组由两套地面防砂器和5个阀门组成，既可并联运行，也能串联运行，共有5种工艺流程输送天然气至集气站。地面防砂阀组 首先连接井口来气管线，之后分为两路并联管线，一路串联连接第一闸阀、第一防砂装置和第四闸阀，另一路串联连接第二闸阀、第二防砂装置和第三闸阀嘲。另有第五闸板阀位于两套防砂器中间与第二闸板阀和第四 闸板阀相连，导通后可以越过防砂器，直接进行生产

地面防砂阀组使用灵活，应用条件广泛，可以根据不同生产需要，进行变更不同的工艺流程(表1)。

表 1 防砂阀组工艺流程及功能作用表

3应用效果

地面防砂装置应用范围广，其费用略高于井下防砂具，安装简单，防砂效果好，可及时排掉井筒出砂，易管理。但对气井出砂造成的采气树阀门损伤无法防除，且在井口动火焊接作业存在一定安全风险。由于I型地面防砂装置在冬季低温环境下运行时存在冰堵现象，因此II型地面防砂装置在结构设计上将气液出口位于除砂筒的最低点，防止积液冻堵，所以在产液量较大的出砂气井应用II型地面防砂装置更适合。而地面防砂阀组则适合用于工况更为复杂(出砂大、产量高、压力高、产液量大)的高产气井。

4结语

生产过程中发现榆林气田气井出砂为压裂砂，主要出砂的原因受气井压裂工艺、生产制度、裂缝出砂临界产量的影响。而由于出砂的气井出砂量、产量、运行 压力等工况差异性大，需要根据出砂气井的工况，具体施行井下、地面的防砂、除砂方法。而井下除砂技术除了适用于产量较小、出砂量少的气井，对于产量较高的气井则效果不佳，这时在天然气井口应用

地面防砂装置可以有效解决高产天然气出砂井问题，不仅型号多，功能全而且除砂效果好，可以有效解决井底砂堵问题。

参考文献：

[1]李莲明，刘占良，乔亚斌，等．榆林上古压裂气井防砂工艺 技术研究及应用[J]．石油化工应用，2006，25(6)：6-10．