低壓井負(fù)壓沖砂強(qiáng)制排砂技術(shù)

管九洲

(中油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

引 言

曙光油田由于長(zhǎng)期開(kāi)采和注水井網(wǎng)不完善，地層壓力低，普通沖砂工藝沖砂液漏失嚴(yán)重［1］，無(wú)法建立循環(huán)，常常導(dǎo)致沖砂失敗。同時(shí)沖砂液又成為油層的主要污染源，形成了包括固相顆粒堵塞［2-4］、乳化水鎖、有機(jī)和無(wú)機(jī)結(jié)垢、細(xì)菌堵塞以及多種酸不溶物堵塞的綜合傷害類(lèi)型，增加了油井生產(chǎn)成本。為解決這一問(wèn)題，研制了負(fù)壓沖砂強(qiáng)制排砂工藝技術(shù)，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了低壓油井徹底、無(wú)污染沖砂，為低壓油田出砂井后期生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。

1 技術(shù)分析

1.1 負(fù)壓沖砂強(qiáng)制排砂管柱組成

負(fù)壓沖砂強(qiáng)制排砂技術(shù)由雙流套管水力噴射泵、聯(lián)合沖砂轉(zhuǎn)向換向裝置、限流沖砂筆尖、皮碗封隔器［5］和液力高壓井口組成(圖1)。

1.2 技術(shù)原理

將工具下入預(yù)定位置，利用一次管柱即可實(shí)現(xiàn)負(fù)壓正反聯(lián)合沖砂和強(qiáng)制排砂、再?zèng)_砂。

圖1 負(fù)壓沖砂強(qiáng)制排砂管柱結(jié)構(gòu)

沖砂時(shí)從油套環(huán)空注入沖砂液，皮碗封隔器在液力作用下擴(kuò)張，封隔油套環(huán)空。沖砂液通過(guò)限流噴嘴和射流泵噴嘴，按一定比例分成兩部分。一部分作為沖砂液，通過(guò)沖砂液進(jìn)口、中心管、限流噴嘴快速?lài)姵鰶_擊砂面。此時(shí)經(jīng)過(guò)限流噴嘴的沖砂液具有高流速、低壓力特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)參數(shù)優(yōu)化，對(duì)沉砂具有較強(qiáng)沖擊力和擾動(dòng)力，對(duì)地層有較小壓力(小于地層靜壓［6］)，防止沖砂液漏入地層。另一部分作為噴射泵動(dòng)力液驅(qū)動(dòng)噴射泵，將沖砂液和地層砂舉升至地面。通過(guò)轉(zhuǎn)向換向裝置開(kāi)啟和關(guān)閉沖砂液入口，可實(shí)現(xiàn)沖砂與排砂過(guò)程的轉(zhuǎn)換。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 雙流道套管水力噴射泵

雙流道套管水力噴射泵由噴射泵主體、噴嘴、喉管、擴(kuò)散管、防堵通道、防倒流閥等組成(圖2)。主要作用是對(duì)噴射泵以上液柱壓力起到接力作用，防止由于液柱壓力高于油層壓力而形成沖砂液漏入油層的問(wèn)題發(fā)生。

圖2 雙流道套管水力噴射泵結(jié)構(gòu)

沖、排砂過(guò)程中，一部分沖砂液由動(dòng)力液進(jìn)口進(jìn)入噴嘴并高速?lài)姵觥Ｔ趪娮斐隹谔?，?dòng)力液由高壓低速變?yōu)楦咚俚蛪?，在噴嘴附近形成低壓區(qū)，另一部分沖砂液沖砂后攜帶泥砂由防堵通道不斷補(bǔ)充到低壓區(qū)，并與動(dòng)力液混合進(jìn)入喉管。動(dòng)力液與沖砂液在喉管內(nèi)充分混合，動(dòng)力液失去動(dòng)量和動(dòng)能，沖砂液得到動(dòng)量和動(dòng)能［6］，混合液進(jìn)入擴(kuò)散管后，隨著流動(dòng)面積增加，流速逐漸降低，壓力逐漸升高，最終克服管壁阻力及地面回壓從油管流至地面，實(shí)現(xiàn)壓力接力作用。

射流泵以上管柱壓力為高壓區(qū)，射流泵以下管柱壓力為低壓區(qū)，防倒流閥球在壓力差作用下始終坐在閥座上，防倒流閥的上下不連通，沖、排砂時(shí)沖砂液均通過(guò)射流泵喉管返到射流泵上部油管再到地面。如果射流泵喉管被堵塞，防倒流閥被迫打開(kāi)，沖砂液可通過(guò)防堵通道返到射流泵上部油管中，不需作業(yè)即可完成沖砂過(guò)程。

1.3.2 轉(zhuǎn)向換向裝置

轉(zhuǎn)向換向裝置主要由閥套本體、閥芯本體、閥球、閥座、大小剪釘、限位環(huán)等組成(圖3)。

圖3 轉(zhuǎn)向換向裝置結(jié)構(gòu)

在閥套本體設(shè)計(jì)2個(gè)沖砂液進(jìn)口，在滑芯設(shè)計(jì)1個(gè)進(jìn)口。沖砂時(shí)，閥套本體沖砂液進(jìn)口與閥芯進(jìn)口連通，動(dòng)力通過(guò)沖砂液通道進(jìn)入沖砂筆尖完成沖砂。沖砂液經(jīng)過(guò)閥芯側(cè)向通道頂開(kāi)閥球，進(jìn)入雙流道套管水力噴射泵低壓區(qū)，實(shí)現(xiàn)負(fù)壓沖砂。

排砂時(shí)，由油管打壓，首先剪斷銷(xiāo)釘，滑閥下移至限位環(huán)，閥套本體沖砂液進(jìn)口與閥芯進(jìn)口錯(cuò)開(kāi)并關(guān)閉。沖砂液全部作為動(dòng)力液進(jìn)入噴射泵噴嘴，進(jìn)行強(qiáng)制排砂。

排砂后，上提管柱，待泥砂回落后探砂面，需再次沖砂時(shí)，繼續(xù)由油管加壓，閥套本體沖砂液進(jìn)口與閥芯進(jìn)口連通，完成負(fù)壓沖砂工序。

1.4 技術(shù)參數(shù)

(1)工具長(zhǎng)度為2.5 m，最大外徑為152 mm，最小內(nèi)徑為40 mm，抗拉力為700 kN，耐壓為20 MPa，耐溫為 150℃。

(2)射流泵排量為1.0～1.5 m3/min，工作壓力為3～6 MPa。

(3)轉(zhuǎn)向換向裝置一級(jí)換向壓力為10～12 MPa，二級(jí)換向壓力為13～15 MPa。

軟件方面：一是科技助力智慧化監(jiān)管。通過(guò)與中檢公司合作開(kāi)發(fā)全市首創(chuàng)APP“食品安全365在身邊”，利用設(shè)備的自動(dòng)化、互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)化、信息的電子化、手機(jī)的便捷化，實(shí)現(xiàn)結(jié)果自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)一鍵上傳、流程APP管理、內(nèi)容云端更新，達(dá)到檢測(cè)過(guò)程減少人工干預(yù)、保留檢測(cè)痕跡、快速預(yù)警反應(yīng)，基于大數(shù)據(jù)，往前端可溯源排除風(fēng)險(xiǎn)，往后端利于兩隨機(jī)一公開(kāi)監(jiān)管。

1.5 技術(shù)特點(diǎn)

(1)一次管柱即可實(shí)現(xiàn)負(fù)壓沖砂、射流泵強(qiáng)制排砂、再負(fù)壓沖砂3道工序。

(2)沖砂徹底，排砂干凈，可根據(jù)油井具體情況適當(dāng)增加排砂時(shí)間及射流泵的排量，達(dá)到徹底排砂目的。

(3)沖砂過(guò)程中可防止沖砂液漏入油層，降低了沖砂液對(duì)油層的傷害。

(4)工藝簡(jiǎn)單，施工周期短，投入低，使用常規(guī)沖砂車(chē)組即可完成全部工序。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 施工工藝

施工工藝管柱如圖4所示。施工工序及注意事項(xiàng)如下。

(1)下入相應(yīng)尺寸的通井規(guī)和刮管器通井、刮管，通井刮管深度大于封隔器下入深度，用通井管探砂面，獲得砂面深度數(shù)據(jù)。

(2)下入沖砂管柱，下入速度小于5 m/min。

(3)當(dāng)沖砂限流筆尖帶沖砂探管下至距砂面10 m左右時(shí)，下放速度放慢到1 m/min左右，當(dāng)懸重負(fù)荷明顯降低時(shí)，將管柱上提1根管。

(5)沖砂作業(yè)時(shí)，泵車(chē)地面平均壓力為6.5 MPa，沖砂液排量為1.2 m3/min，沖砂管下放速度小于0.5 m/min。單根沖砂液循環(huán)油管容積的1.5倍以上，沖砂到人工井底時(shí)，沖砂液循環(huán)油管容積2倍以上。

圖4 負(fù)壓沖砂強(qiáng)制排砂工藝管柱

(6)上提管柱，將沖砂限流筆尖帶沖砂探管提到油層頂界以上10 m位置，從油管打壓10～12 MPa，進(jìn)行沖、排砂工藝轉(zhuǎn)換，連接反沖砂流程，進(jìn)行排砂。

(7)排砂后，待砂回沉2～3 h，繼續(xù)探砂面，若有砂，從套管打壓13～15 MPa，繼續(xù)進(jìn)行沖砂，若無(wú)砂，可起出全部沖砂管柱完井，待下一步措施。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況

截至2013年12月，在曙光油田應(yīng)用96井次，成功率為91%，累計(jì)沖出砂量約143 m3。統(tǒng)計(jì)可對(duì)比的81井次，漏失量降低86.4%，單井平均減少漏失量43 m3，平均沖砂時(shí)間縮短了210 min。

曙4-8-05井于1988年8月投產(chǎn)，生產(chǎn)井段為1 111.0～1 160.3 m，油層厚度為13.2 m，共5層。2012年4月測(cè)油層中部壓力為7.42 MPa，歷次沖砂時(shí)均有90 m3左右的漏失量。該井于2012年11月6日卡井，探砂面位置為1 034 m，砂面距油層頂界77 m，油層全部被砂埋，沖進(jìn)尺141 m。沖砂時(shí)間為3 h，沖砂液無(wú)漏失，達(dá)到了防漏失的目的。該井沖砂后下泵生產(chǎn)，與上次沖砂檢泵相比，排水期縮短2 d［7］，排水量減少50 m3左右。

3 結(jié)論

(1)該技術(shù)通過(guò)地面操作即可實(shí)現(xiàn)多功能管柱轉(zhuǎn)換，完成負(fù)壓沖砂、強(qiáng)制排砂和再?zèng)_砂過(guò)程。

(2)該技術(shù)適用于低壓油田漏失井沖砂、新井及防砂作業(yè)前的強(qiáng)制排砂。

(3)使用該技術(shù)可以降低油井排水期，同時(shí)可防止沖砂液污染油層，起到保護(hù)油層作用。

(4)沖砂徹底，可延長(zhǎng)油井檢泵周期。

(5)在防砂前利用該工藝負(fù)壓沖砂和強(qiáng)制排砂，可提高防砂效果。

［1］王寶權(quán).遼河油區(qū)稠油水平井技術(shù)及其在遼河灘海地區(qū)的應(yīng)用前景［J］. 特種油氣藏，2002，9(3):40-43.

［2］黃儉波，等.一種強(qiáng)制除砂裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2009，38(9):33-38.

［3］李樹(shù)臻，等.油井負(fù)壓沖砂裝置研究［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2004，33(3):21-23.

［4］徐梅.曙三區(qū)綜合防砂先導(dǎo)試驗(yàn)研究［J］.特種油氣藏，2007，14(6):74-76.

［5］張?jiān)郑?勝利油田水平井完井及采油配套技術(shù)［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2008，15(6):1-5.

［6］李書(shū)應(yīng)，等.小泵深抽技術(shù)在低滲油藏中的應(yīng)用研究［J］. 特種油氣藏，2006，13(6):70-73.

［7］麻洪波.高溫氣體驅(qū)油技術(shù)在超稠油開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用［J］. 特種油氣藏，2002，16(6):67-70.