裸眼水平井防砂管內(nèi)沖砂技術(shù)探討

陳建慶，章桂庭 （中海石油 （中國(guó)）有限公司天津分公司生產(chǎn)部，天津300452）

隨著水平井鉆完井技術(shù)的不斷提高，利用水平井裸眼防砂完井開采淺層稠油油藏的做法得到了廣泛的認(rèn)可。由于水平裸眼段的防砂篩管受到上覆巖層的擠壓作用，在油井生產(chǎn)一段時(shí)間后，因稠油和細(xì)粉砂堵塞篩孔形成 “熱點(diǎn)”沖蝕或注熱開采后上覆巖石應(yīng)力變化造成篩管擠壓破損，地層出砂在水平段內(nèi)堆積成硬質(zhì)砂橋，油流通道受阻，導(dǎo)致油井產(chǎn)量急劇下降或電泵機(jī)組砂卡故障停產(chǎn)。這就迫切需要把防砂管內(nèi)沉砂沖散并循環(huán)返出地面，通過沖砂作業(yè)重新疏通水平段防砂篩管的生產(chǎn)通道，根據(jù)地層出砂程度下小篩管二次防砂，或撈出水平段防砂管柱重新完井，恢復(fù)油井生產(chǎn)。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)水平井沖砂技術(shù)進(jìn)行了許多研究。根據(jù)水平井井眼軌跡特點(diǎn)，劉希圣[1]研究表明，在大斜度井和水平井沖砂過程中，因沖砂鉆具偏向下井壁形成 “偏心環(huán)流”。環(huán)空的地層砂出現(xiàn)向下井壁徑向沉降的趨勢(shì)，且偏心環(huán)空流速不均勻，易在下井壁形成砂床，給大斜度井和水平井沖砂帶來威脅。賴楓鵬等[2]對(duì)水平井水力沖砂最優(yōu)工作參數(shù)進(jìn)行了模型計(jì)算。Ovesen[3]應(yīng)用連續(xù)油管結(jié)合特殊沖砂工具，提出了Tornado沖砂法。將泵入的流體經(jīng)過向下高能噴嘴加壓后，對(duì)砂體堵塞物進(jìn)行沖擊貫穿，而后工具轉(zhuǎn)向逆向噴射，所有的流體又都會(huì)通過一個(gè)向上的低能旋渦噴嘴，旋渦可以?shī)A帶著固體顆粒沿著井筒隨連續(xù)管的起出而流出井筒。即使在目前的技術(shù)條件下，對(duì)于大井眼斜井來說，連續(xù)管所帶來的偏心環(huán)流通道使得大量砂子更易于沉積，往往容易出現(xiàn)黏卡連續(xù)油管的危險(xiǎn)情況，即使采用大尺寸的連續(xù)油管也無濟(jì)于事。針對(duì)水平井低壓地層，沖砂液漏失量大的情形，李松巖等[4]對(duì)水平井采用低密度泡沫流體沖砂清洗技術(shù)進(jìn)行了理論研究，劉東明等[5]將氮?dú)馀菽合淳に噾?yīng)用于渤海SZ36－1油田修井中，取得了一定的效果。但涉及氮?dú)獍l(fā)生裝置、加藥起泡裝置、混合泵等地面設(shè)備多，泡沫液性能受井下地層水礦化度和高價(jià)陽(yáng)離子影響，抗鹽穩(wěn)定性較差，返出泡沫液需要加消泡劑促進(jìn)砂子沉降分離，后期進(jìn)平臺(tái)生產(chǎn)流程影響電脫水等眾多因素，氮?dú)馀菽瓫_砂技術(shù)并沒有在渤海油田得到推廣應(yīng)用。相反，非連續(xù)常規(guī)沖砂技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化步驟，配合優(yōu)質(zhì)性能的攜砂液，在裸眼水平井防砂篩管內(nèi)沖砂取得了很好的效果。

1 裸眼水平井沖砂難點(diǎn)

水平井優(yōu)質(zhì)篩管與裸眼環(huán)空充填為礫石，地層泄油面積大，井筒導(dǎo)流能力強(qiáng)。在水平井沖砂過程中，防砂管內(nèi)地層砂或礫石的運(yùn)移是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，其運(yùn)移狀態(tài)受到?jīng)_砂方式、泵沖參數(shù)、沖砂介質(zhì)、儲(chǔ)層物性、沖砂進(jìn)尺、砂粒大小形狀、攜砂密度等眾多因素影響，很難精確描述地層砂瞬時(shí)運(yùn)移狀態(tài)。不同的沖砂方式有各自不同的問題和難點(diǎn)，主要如下：

1）正循環(huán)方式?jīng)_砂 （如圖1所示）。在工具前端沖擊貫穿砂橋推動(dòng)一部分沉砂以α波的形式向 “趾端”推移，另一部分沉砂則獲得一個(gè)類似斜拋或平拋的初速度，以β波的形式沿偏心環(huán)空向 “跟部”回返，從防砂管小環(huán)空上移到套管內(nèi)大環(huán)空，返速急劇減小，不均勻偏心環(huán)空流速導(dǎo)致地層砂在該井段再次形成砂床，容易造成沖砂鉆具砂卡。

2）反循環(huán)方式?jīng)_砂。相同泵速條件下，對(duì)地層產(chǎn)生的正壓差大，即地層漏失增大，在篩管破損情況下還會(huì)有一部分地層砂重新擠入裸眼環(huán)空，同時(shí)沖砂液漏失污染儲(chǔ)層。一旦停泵接單根時(shí)，地層反壓差激動(dòng)導(dǎo)致裸眼環(huán)空的砂子反吐回防砂管內(nèi)，無法將水平段砂子沖洗干凈，將給下一步作業(yè)帶來潛在的風(fēng)險(xiǎn)。此外，反循環(huán)沖砂需要開關(guān)萬能防噴器以適應(yīng)鉆具接箍通過，且長(zhǎng)井段進(jìn)尺磨損防噴器膠芯，容易密封不嚴(yán)或膠塊碎裂落井，即使采用旋轉(zhuǎn)防噴器也不可避免。

3）當(dāng)撈出一段優(yōu)質(zhì)篩管并暴露相應(yīng)長(zhǎng)度水平裸眼段后，長(zhǎng)時(shí)間大排量正反沖砂均會(huì)加劇裸眼井壁失穩(wěn)，水平裸眼段容易垮塌形成 “大肚子”，或沖出新井眼，無法進(jìn)入下一段篩管內(nèi)進(jìn)行沖砂等作業(yè)。

圖1 水平井正沖砂示意圖

2 解決措施

針對(duì)裸眼水平井沖砂特點(diǎn)和難點(diǎn)，通過優(yōu)化常規(guī)沖砂鉆具組合，采取分井段沖砂方式，配置優(yōu)質(zhì)攜砂液，成功解決了 “跟部”沉砂砂床、沖砂液漏失污染、地層反吐砂、裸眼段井壁失穩(wěn)坍塌問題，主要措施有：

1）在防砂篩管內(nèi)通徑（φs）允許范圍內(nèi)，充分?jǐn)U大沖砂鉆具的徑向尺寸（φf），提高兩管的同心度（C＝φf/φs，推薦C值在0.6以上），以弱化偏心環(huán)空流速不均勻?qū)Τ辽暗挠绊憽?/p>

2）調(diào)節(jié)沖砂液的流變性能，將沖砂液流性指數(shù)范圍保持在0.4～0.7之間，確保沖砂液在水平裸眼段形成平板型層流狀態(tài)[6]。這樣砂粒在徑向上受重力、浮力以及固液間黏滯阻力作用下，只需維持較低的偏心環(huán)空返速 （0.5～0.6m/s）就能夠?qū)崿F(xiàn)有效攜砂，也避免了大排量紊流狀態(tài)下攜砂液對(duì)裸眼井壁的沖蝕，防止井壁失穩(wěn)坍塌導(dǎo)致地層出砂。

3）在優(yōu)質(zhì)沖砂液基礎(chǔ)上，優(yōu)選合理的泵排量，維持穩(wěn)定的正向壓差，控制穩(wěn)定漏失在可接受范圍內(nèi)，如圖2所示，泵入量增量ΔQP與返出液增量ΔQR曲線。在泵入增量為ΔQP0時(shí)井筒才開始有返出，ΔQL為某一段時(shí)間內(nèi)的漏失量。斜直線①上ΔQP＝ΔQR，表示井筒無漏失；其左半邊區(qū)域Ⅰ，ΔQP＜ΔQR，表示井筒有溢流；右半邊區(qū)域Ⅱ，ΔQP＞ΔQR，表示地層存在漏失。曲線②表示調(diào)節(jié)沖砂液流變性能后，漏失量從不可接受的高漏失BC段，轉(zhuǎn)變?yōu)榭山邮艿牡吐┦E段（一般要求漏失量小于2m3/h）。在沖砂持續(xù)進(jìn)尺時(shí)，一旦出現(xiàn)異常嚴(yán)重的漏失層段，則配置高黏度段塞 （漏斗黏度120s以上），降低泵速頂替到位，正擠稠塞暫堵高漏失層，關(guān)井?dāng)U散。

圖2 沖砂過程沖砂液性能改善地層漏失情況

4）分井段三步法沖砂徹底清潔井筒。①先正循環(huán)持續(xù)下放沖砂，接單根或立柱時(shí)上下活動(dòng)2～3次，現(xiàn)場(chǎng)施工中依據(jù)振動(dòng)篩返出砂量情況和軸向摩阻變化來判斷是否需要短起下，一直沖砂至目的深度。②循環(huán)一周并監(jiān)測(cè)返砂情況，邊循環(huán)邊起鉆至套管鞋以內(nèi)，有頂驅(qū)的可利用倒劃眼的辦法攪動(dòng)并清除砂床，緩慢停泵靜置1h后復(fù)探砂面。③上提沖砂鉆具至套管鞋以上30m，關(guān)閉萬能防噴器，反循環(huán)洗井一周，停泵等待壓力擴(kuò)散1h，釋放剩余壓力，打開萬能防噴器，下鉆復(fù)探砂面變化情況。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

NB35－2B平臺(tái)稠油熱采裸眼水平井，裸眼尺寸219.5mm，裸眼段1663.43～1938m。采用礫石充填優(yōu)質(zhì)篩管防砂完井，篩管外徑139.7mm，內(nèi)徑φs＝124.26mm，篩管段1663.58～1924.36m，沖砂鉆具外徑φf＝73～105mm，同心度C＝φf/φs＝0.59～0.84。采用無固相優(yōu)質(zhì)沖砂液，漏斗黏度范圍45～55s，提高攜砂性能，同時(shí)將地層循環(huán)動(dòng)態(tài)漏失量從20m3/h降低到2m3/h，靜態(tài)漏失降為0。利用分井段三步?jīng)_砂法，順利正循環(huán)沖砂至目的深度1826.28m。降低泵排量以減少對(duì)井壁的沖刷，邊循環(huán)邊緩慢起鉆至1630m以減小地層抽吸，停泵靜置后復(fù)探砂面1826.28m不變。上提沖砂鉆具至套管內(nèi)，關(guān)閉萬能防噴器反循環(huán)，返出液未見地層砂。緩慢停泵壓力擴(kuò)散為0，消除了快速放壓激動(dòng)引起地層砂反吐。再次探砂面深度不變，井筒潔凈，沖砂成功。

4 結(jié)論與建議

1）水平井防砂管內(nèi)沖砂作業(yè)是處理水平井出砂的一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)工作，正確認(rèn)識(shí)水平井偏心環(huán)流特征以及影響砂粒軸向運(yùn)移的各個(gè)因素是沖砂成功的關(guān)鍵。

2）優(yōu)化沖砂鉆具尺寸，選擇無固相優(yōu)質(zhì)沖砂液，優(yōu)化合理的泵沖參數(shù)，在保障低循環(huán)漏失量的基礎(chǔ)上，利用其良好的流變性能，在井筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)平板型層流流態(tài)，取得了良好的攜砂效果。

3）現(xiàn)場(chǎng)沖砂作業(yè)實(shí)踐證明，非連續(xù)常規(guī)沖砂步驟優(yōu)化為分井段三步?jīng)_砂法，可以應(yīng)用于水平井沖砂作業(yè)，能徹底清潔井筒，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]劉希圣 .鉆井工藝原理 [M].北京：石油工業(yè)出版社，1988.

[2]賴楓鵬，李治平，岑芳，等 .水平井水力沖砂最優(yōu)工作參數(shù)計(jì)算 [J].石油鉆探技術(shù)，2007，35（1）：69～71.

[3]Ovesen M.Efficient sand cleanouts in large wellbores using coiled tubing：a new approach making an old problem simple [J].SPE81727，2003.

[4]李巖松，李兆敏，孫茂盛，等 .水平井泡沫流體沖砂洗井技術(shù)研究 [J].天然氣工業(yè)，2007，27（6）：71～74.

[5]劉東明，楊海林，孟偉斌 .氮?dú)馀菽合淳に囋赟Z36－1油田修井中的應(yīng)用及評(píng)價(jià) [J].中國(guó)海上油氣，2006，18（5）：338～340.