淺談水平井沖砂技術(shù)

陳曉東

【摘要】近年來，隨著水平井鉆井技術(shù)的發(fā)展，油田開發(fā)建設(shè)中水平井的數(shù)量急劇上升，隨之而來的是水平井的后期維護(hù)作業(yè)次數(shù)也大幅增加。但受水平井客觀條件的限制，水平井的作業(yè)維護(hù)較普通直、斜井有很多技術(shù)難題，而地層出砂頻繁是影響水平井生產(chǎn)、維護(hù)最為頭疼的難題之一。本文分析了水平井沖砂的技術(shù)難題，并結(jié)合冀東油田水平井沖砂的實(shí)際案例，提出了一些水平井沖砂中的注意的事項(xiàng)和防止砂卡的措施。

【關(guān)鍵詞】水平井 沖砂 砂卡

1 水平井的發(fā)展及應(yīng)用

目前世界上已開發(fā)的油氣田，其采收率高的已超過70%，低的則不足10%。我國(guó)東部各大油田的平均采收率約在30%左右，也就是說尚有2/3的原油滯留在地下沒有被開采出來。原有的直井開采技術(shù)已經(jīng)難以滿足三次采油的需要，很難再有較大程度地提高原油采收率。而水平井在提高老油區(qū)原油的采收率的三次采油中發(fā)揮著巨大的作用。

目前常見的水平井完井方式有裸眼完井、割縫襯管完井、管外封隔器的割縫襯管完井、射孔完井和礫石充填完井五類。冀東油田水平井主要完井的方式是套管固井射孔完井。套管射孔完井方式能夠有效分隔層段、避免層段之間竄通，可以進(jìn)行包括壓裂在內(nèi)的任何選擇性增產(chǎn)措施，可以根據(jù)鉆井軌跡和油層情況優(yōu)化生產(chǎn)井段。其缺點(diǎn)是完井成本相對(duì)較高，儲(chǔ)層易受水泥漿污染，射孔操作技術(shù)較高。

2 水平井沖砂中存在的技術(shù)難題

水平井由于井眼軌跡的特殊性，沖砂作業(yè)與常規(guī)定向井作業(yè)有很大不同，因此施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和施工難度高于普通井作業(yè)。

水平井沖砂較普通直井有以下幾項(xiàng)技術(shù)難題：

（1）井內(nèi)管柱貼近井壁低邊，管柱受“鐘擺力”和摩擦面積大的雙重作用，更易形成砂卡。

圖1 水平井、斜井油管受力示意圖

由圖1可得鐘擺力為：F=W×sinα

式中：α—井斜角 ；W—管柱重量

由上圖可以看出隨著α角的增大，鐘擺力F逐漸增大，摩擦面積逐漸增大，摩擦力也隨之逐漸增大。當(dāng)α角度為90度時(shí)，F(xiàn)最大，此時(shí)油管平躺在水平段上，此時(shí)油管移動(dòng)所克服的摩擦力是最大的。在作業(yè)機(jī)提升負(fù)荷一定的情況下，油管上升和下放的速度都會(huì)大大降低，大大增加了砂子沉降卡鉆的幾率。

（2）正沖砂時(shí)，沖起的砂粒在造斜段和水平段容易再次沉積形成砂橋。

沖砂時(shí)，沖起的砂粒會(huì)在重力的作用下產(chǎn)生沉降現(xiàn)象。在水平段垂直方向的空間狹小，是砂粒很容易沉降下來，并在井眼低邊形成砂床造成卡鉆。當(dāng)砂子流到造斜段時(shí)，沖砂液流向發(fā)生改變，損失較多能量，導(dǎo)致流速和攜砂能力下降，使砂子下沉速度加快。同時(shí)由于直井段的砂粒也都沉降在造斜段，使造斜段更易形成砂橋，造成卡鉆。

（3）修井液環(huán)空流速偏差很大，井眼低邊的流速很低，攜砂能力下降，易導(dǎo)致管柱被卡。沖砂管柱平躺在水平井段，造成井眼高低邊的油套環(huán)空大小不等，使井眼高邊油套環(huán)空的阻力較小，而低邊的油套環(huán)空阻力較大。因此，沖砂液在井眼高邊流速較高，攜砂能力強(qiáng)，而在井眼低邊流速低，攜砂能力弱。這樣，在井眼低邊造成大量砂粒沉積形成砂床，導(dǎo)致管柱被卡。

3 水平井沖砂（卡鉆）實(shí)例分析

下面以冀東油田某作業(yè)區(qū)的P6井位實(shí)例分析其沖砂失敗的原因。

該井施工目的為不產(chǎn)液，液面在1700米，懷疑砂埋，為恢復(fù)該井產(chǎn)量，決定沖砂檢泵。自搬上起出電泵，下探砂管柱，砂面1798.87m；活性水45m3反循環(huán)洗井后，反沖砂，沖下25根油管，后沖砂無進(jìn)尺；經(jīng)請(qǐng)示改為正沖砂，正沖下25根，沖砂井段：2037.43m -2276.22m。 停止沖砂，并要求將沖砂管柱提出造斜點(diǎn)后，改為反沖。當(dāng)起油管至第31根時(shí)，油、套管發(fā)生溢流，溢流高度約1.5米，現(xiàn)場(chǎng)人員為防止井噴發(fā)生，立即搶裝旋塞閥，連接管線，進(jìn)行正洗井，泵壓0MPa，出口未返。隨后提管，管柱卡，活動(dòng)解卡400KN無效，經(jīng)請(qǐng)示作業(yè)區(qū)后，采取了如下措施：

正洗井，出口未返，泵壓0MPa；邊洗邊活動(dòng)解卡，最大負(fù)荷480KN。

反洗井，洗井出口未返，最高泵壓15MPa。旋轉(zhuǎn)管柱解卡，管柱轉(zhuǎn)不動(dòng)

原因分析：①進(jìn)行正沖砂施工時(shí)，在工作液流體帶動(dòng)下，水平井段沉砂向前推移，同時(shí)造斜段的沉砂也比較嚴(yán)重，由于大套管施工，以及施工時(shí)循環(huán)洗井情況不好，造成地層砂未能徹底沖凈，形成砂橋是卡管柱的原因之一；

②通過對(duì)P6井所在的斷塊進(jìn)行地質(zhì)資料調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)由于地層連通或竄槽），造成P6井地層壓力異常增高，破壞井筒壓力平衡，使地層砂在流體帶動(dòng)下大量進(jìn)入套管，并造成油、套管同時(shí)發(fā)生溢流現(xiàn)象，同時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員處理緊急狀況的經(jīng)驗(yàn)不足，未能及時(shí)建立油、套管之間的循環(huán)通道，將地層砂沖洗出套管，而是立即搶裝旋塞閥，耽誤了時(shí)間，造成地層砂大量堆積在造斜段及水平段，卡死管柱造成了本次沖砂卡鉆事故。

4 結(jié)論

通過對(duì)水平井沖砂技術(shù)難題、案例的分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程要求。為防止水平井沖砂過程中出現(xiàn)砂卡事故，施工中一般要遵循以下幾點(diǎn)要求：

（1）施工前必須認(rèn)真查閱施工井地質(zhì)資料，掌握施工井的地質(zhì)情況；

（2）采用反沖砂的施工方式，大排量循環(huán)正常后方可進(jìn)行施工；

（3）若確實(shí)需要進(jìn)行正沖砂施工，必須徹底沖洗出油、套管內(nèi)的浮砂，連續(xù)施工；

（4）沖砂時(shí)需耐心緩慢沖進(jìn)，開泵循環(huán)正常后均勻緩慢下放管柱沖砂，沖砂時(shí)排量應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

（5）每次單根沖完必須充分循環(huán)，洗井至少循環(huán)一周以上（時(shí)間不得小于15min）；

（6）采取下2根上提1根無超負(fù)荷后下入的辦法，限速20根/小時(shí)，連續(xù)沖砂超過3個(gè)單根后，要至少洗井循環(huán)1周以上方可繼續(xù)下沖；

（7）沖砂時(shí)不得中途停泵，若泵車發(fā)生故障或其它原因不能連續(xù)沖砂時(shí)，上提油管出水平段（理論上井斜超過60度為水平段），到套管開窗懸掛器以上10 m，或距離原始砂面以上100m，并反復(fù)活動(dòng)管柱沉砂，防止卡鉆；

（8）若發(fā)現(xiàn)有明顯漏失或地層大量出砂時(shí)，必須及時(shí)采取相應(yīng)措施；

（9）高壓自噴井沖砂時(shí)要嚴(yán)格控制出口排量，防止井噴；

（10）沖砂施工必須使用合適密度工作液，保證井筒壓力平衡；

（11）沖砂施工必須有沉砂池，進(jìn)、出口罐分開，防止將沖出的砂又循環(huán)帶入井內(nèi)；

（12）沖砂至設(shè)計(jì)深度后，要大排量循環(huán)，當(dāng)出口含砂量小于0.2%時(shí)為止。然后上提管柱出水平段，沉降4小時(shí)以上后復(fù)探砂面，記錄深度。

參考文獻(xiàn)

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