泡沫沖砂、洗井技術(shù)在江漢油區(qū)的應(yīng)用

謝甜

（中國石化江漢油田分公司井下作業(yè)處，湖北 潛江433123）

江漢油區(qū)已經(jīng)進(jìn)入開發(fā)中后期，長期開采造成了地層壓力明顯下降，在采用清水沖砂、洗井等作業(yè)過程中，常見油層壓力低于靜水柱壓力的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象易造成大量洗井液漏入地層。沖砂、洗井液侵入地層后，可能形成暫時水堵或永久性水堵、沖砂液溫度較低時還可能導(dǎo)致地層的暫時性蠟堵；有時還會造成黏土膨脹，使?jié)B透率降低；沖砂液漏失到地層時還將帶入井底砂，油井開抽后漏失到地層的砂子會重新返回井底，造成沖砂周期縮短。

常規(guī)清水水力沖砂已不能滿足低壓、負(fù)壓油井沖砂洗井的技術(shù)需要。為了解決低壓、負(fù)壓油井沖砂洗井技術(shù)難題，確保油區(qū)的穩(wěn)定生產(chǎn)，密度低、攜砂能力強(qiáng)的泡沫流體沖砂洗井技術(shù)在江漢油區(qū)得到了研究和應(yīng)用，取得了較好的效果。

1 泡沫沖砂、洗井技術(shù)簡介

2009年，江漢油田采油工藝研究院便開展了對泡沫流體沖砂技術(shù)的研究，并開發(fā)研制了關(guān)鍵的泡沫發(fā)生器和相應(yīng)的工藝技術(shù)。早期研發(fā)的泡沫發(fā)生器主要由接頭、孔板和填充物組成，其特點(diǎn)是利用填充物間的空隙產(chǎn)生均勻細(xì)小的泡沫。早期的泡沫沖砂工藝與普通水力沖砂洗井工藝相比，是在洗井管路上增加了一套空氣增壓設(shè)備（壓風(fēng)機(jī) ）和泡沫發(fā)生器裝置?，F(xiàn)場應(yīng)用（共實施了19口井）證明，早期的泡沫沖砂工藝技術(shù)雖有一定的效果，但并不是很理想，主要存在泡沫液攜砂能力差、施工后排水期長（3－8天 ）、負(fù)壓井沖砂液無返排等問題。

多方調(diào)研認(rèn)為，由山東恒業(yè)公司研制產(chǎn)生的泡沫沖砂、洗井設(shè)備在國內(nèi)石油機(jī)械行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，應(yīng)用該公司設(shè)備及相應(yīng)技術(shù)，有望有效解決江漢油區(qū)低壓油井沖砂效果差的難題。該設(shè)備為撬裝可移動式整套設(shè)備，主要包括泡沫流體發(fā)生系統(tǒng)和泡沫流體密度測控系統(tǒng)兩大部分。

1.1 泡沫沖砂、洗井技術(shù)原理

泡沫沖砂技術(shù)就是利用泡沫流體粘度高、密度小、攜帶性能好的特點(diǎn)，將泡沫流體作為攜帶液或壓井液，從油管中打入油井，利用泡沫流體沖散井內(nèi)積砂或結(jié)蠟并攜帶其從套管返出，達(dá)到洗井、沖砂的目的。由于泡沫的密度小，其液柱在井底的壓力低于油層壓力，有利于泡沫流體沖散井內(nèi)積砂或結(jié)蠟。另外，酸化后利用泡沫液進(jìn)行徹底洗井，可以降低井筒內(nèi)液體對地層的壓力，為酸液的返排提供一定的能量，使殘酸溶液能夠盡快排出地面，這對保護(hù)油氣層、提高酸化效果、縮短油井產(chǎn)量恢復(fù)期，最終延長油井免修期具有重要意義。

1.2 起泡劑、消泡劑的優(yōu)選

起泡劑和消泡劑的性能優(yōu)劣，直接關(guān)系到泡沫沖砂、洗井的工藝效果，對起泡劑和消泡劑的優(yōu)選，是保障措施效果的關(guān)鍵。

1.2.1 起泡劑的優(yōu)選

評價起泡劑性能的方法有很多，如Din孔盤打擊法、Ross－Miles法、API法、壓氣氣流法、WaringBlender法等。在此采用Ross－Miles法對起泡劑的起泡能力進(jìn)行評價。

1）耐溫性評價

采用Waring Blender攪拌法，對起泡劑HY－2的耐溫性進(jìn)行評價，結(jié)果見表1。

由實驗結(jié)果得知:溫度對復(fù)配后的起泡劑的泡沫體積以及半衰期影響不大，抗溫性良好。

表1 HY－2在不同溫度下的起泡性能

2）濃度優(yōu)選評價

以清水作為溶劑勾兌起泡劑溶液，所生成泡沫的體積會隨濃度的增加而增大，待起泡劑的濃度達(dá)到一定的上限值后，生成的泡沫體積將不再變化，此時的濃度即是優(yōu)選出的最佳起泡劑溶液濃度。具體實驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 HY－2在不同濃度下的起泡效果

通過實驗數(shù)據(jù)可以看出，起泡劑 HY－2開始隨著濃度的增加，起泡體積也隨著增加，但是在超過0.8%以后，起泡體積幾乎不再發(fā)生變化，說明已經(jīng)達(dá)到了臨界膠束濃度，所以將0.8% 作為 HY－2的最佳的起泡濃度。

1.2.2 消泡劑的評選

沖砂成功后，泡沫將攜帶砂粒排入循環(huán)罐，為了保證作業(yè)后及時消泡，在循環(huán)罐中投入消泡劑，以免泡沫液涌出造成環(huán)境的污染。消泡劑為一些低表面張力的物質(zhì)，當(dāng)在泡沫溶液中加入消泡劑后，消泡劑分子極易吸附于泡沫液膜上，使液膜的局部表面張力降低，同時帶走液膜下鄰近液體，破壞泡沫穩(wěn)定性，導(dǎo)致液膜變薄而破裂，表3為各種消泡劑的消泡效果。

綜合消泡時間和消泡后泡沫減少的體積兩點(diǎn)因素，發(fā)現(xiàn)DF 282消泡效果與其他消泡劑相比，效果最好。

表3 各種消泡劑消泡效果

2 泡沫沖砂現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 選井條件

泡沫沖砂、排液工藝技術(shù)的實施，首先應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、工藝及技術(shù)自身的限制選擇合適的井，才能充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

符合以下條件之一者都可以采用泡沫沖砂、排液技術(shù):

1）地層壓力系數(shù)較低，用傳統(tǒng)的清水沖砂無法建立起井筒內(nèi)液體循環(huán)的井；

2）井筒內(nèi)為懸浮砂，探砂面時無法探到準(zhǔn)確的砂面位置，但是一旦下泵生產(chǎn)，井筒內(nèi)的懸浮砂便進(jìn)入泵筒，造成砂堵、卡，不得不再上作業(yè)的井；

3）地層能量匱乏，增產(chǎn)措施后要求盡快地排出殘液的井。

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用情況

1）施工簡況

2012年，在江漢油區(qū)實施泡沫沖砂、排液施工29井次，其中沖砂24井次，排液5井次，除一次（浩平3井）因地層負(fù)壓情況極其嚴(yán)重，無法建立循環(huán)外，其他井次均取得了成功，施工成功率達(dá)到了96.5%。排水期最長的為5天，最短的僅1天，平均排水期為3天，與常規(guī)水力沖砂施工相比，明顯縮短了排水期時間。

典型井例:潭34－7－5B井:井深950.0m，由于該井地層壓力系數(shù)極低，以往洗井過程中都無法建立液體的循環(huán)，沖砂過程中都是冒著風(fēng)險緩慢輕探下放，施工中必須密切關(guān)注指重表的顯示情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常必須立即上提管柱，以免發(fā)生卡鉆事故。2012年2月22日搬上作業(yè)，設(shè)計要求沖砂至人工井底，通過了解該井的井史資料，得知該井負(fù)壓嚴(yán)重，因此采用雙泵沖砂的方法。探得砂面后，首先用活性水60m3反循環(huán)沖砂，排量達(dá)到1 m3／min，泵壓0，施工歷時近1.5h出口始終無液返出，該次沖砂失敗。決定改用泡沫液沖砂，泵壓2MPa，泡沫排量350L／min，泡沫液用量30m3便建立循環(huán)，隨后按照設(shè)計要求沖砂至人工井底，進(jìn)尺85.43m，沖砂成功。

鐘新8－23CZ井:井深2 618.5m。2011年1月壓裂后軟探砂面有砂，設(shè)計要求沖砂至人工井底，施工時采用的是氣化水沖砂，泵壓8MPa，排量（500～600）L／min，施工歷時近2h出口始終未見液返出，可見該井負(fù)壓情況非常嚴(yán)重，該次沖砂失敗。2012年3月經(jīng)討論決定重上作業(yè)，并改用泡沫液進(jìn)行沖砂；施工時，井筒內(nèi)注入泡沫液35 m3后，出口開始返液，循環(huán)建立，泵壓2MPa，泡沫排量330L／min，沖砂進(jìn)尺29.3m，沖砂成功。

2）效果分析

為了監(jiān)測和確定泡沫液的在井中的平均密度，在明9斜－9－5和廣斜408兩口井的作業(yè)過程中使用了電子壓力計監(jiān)測井底的壓力變化。根據(jù)電子壓力計記錄的數(shù)據(jù)測算，作業(yè)過程中這兩口井的井底泡沫密度分別為0.756g／cm3、0.563g／cm3。泡沫液密度預(yù)期（0.4～0.6）g／cm3，可見，在廣斜408井的沖砂過程中，泡沫液密度達(dá)到了預(yù)期水平，而明9斜－9－5泡沫液的密度仍然偏高。

密度的變化主要是由于進(jìn)口氣液比的不同引起的，具有一定的可調(diào)性。

3 施工中存在的問題及建議

泡沫沖砂、排液技術(shù)雖然在江漢油區(qū)已經(jīng)得到成功的應(yīng)用，但是在施工中由于硬件及環(huán)境等方面的限制，仍然存在一些需要解決的問題。

1）建議配備排量更大的壓風(fēng)車或是在原有壓風(fēng)車的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提高壓風(fēng)車的供氣排量。

室內(nèi)研究表明，泡沫氣液比控制在30～50范圍內(nèi)時，起泡劑的利用率高，洗井最為經(jīng)濟(jì)。一般情況下，將氣液比控制在30～50的范圍內(nèi)后，產(chǎn)生的泡沫液密度在（0.4～0.8）g／cm3范圍內(nèi)可調(diào)，能夠達(dá)到施工要求。但隨著井深的增加，由于泡沫液被壓縮，密度也會隨之增加，為了降低井筒內(nèi)泡沫液的密度，必須提高氣液比，即氣液比應(yīng)隨著井深的增加而增加。

針對部分壓力高的深井，為了滿足泡沫洗井的施工要求，有必要配備排量更大的壓風(fēng)車加大供氣量，從而達(dá)到在高壓下的氣液比要求。

2）建議配備一批內(nèi)徑稍大的旋塞，便于沖出外徑較大的雜物?？砂赐鈴?≤102mm、內(nèi)通徑42mm～48mm配備。

目前施工所使用的配套工具油管旋塞內(nèi)徑偏小，只有35mm，直徑稍大的井底雜物或是沉砂堆積很容易堵塞旋塞，在實際過程中曾發(fā)生堵塞，嚴(yán)重影響沖砂施工。

［1］吳奇.井下作業(yè)工程師手冊［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2002:159－177.