氮?dú)馀菽黧w沖砂技術(shù)在大港油田低壓漏失井中的應(yīng)用

張康衛(wèi)，劉 剛，周新華，孫廣龍

(中國(guó)石油大港油田分公司井下作業(yè)公司，天津大港 300280)

氮?dú)馀菽黧w沖砂技術(shù)在大港油田低壓漏失井中的應(yīng)用

張康衛(wèi)，劉 剛，周新華，孫廣龍

(中國(guó)石油大港油田分公司井下作業(yè)公司，天津大港 300280)

低壓漏失井、水平井采用常規(guī)的水基液沖砂作業(yè)存在漏失嚴(yán)重、難以建立循環(huán)、攜砂能力弱、地層砂難以返出地面等缺點(diǎn)。氮?dú)馀菽黧w具有低密度、高黏度、攜砂能力強(qiáng)的特點(diǎn)，其作為沖砂液能將地層砂全部攜帶出井筒。氮?dú)馀菽黧w連續(xù)沖砂技術(shù)在港西油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該技術(shù)有效解決了水基液沖砂作業(yè)存在的問(wèn)題，提高了作業(yè)效果，縮短了作業(yè)時(shí)間，產(chǎn)能恢復(fù)期明顯縮短，增產(chǎn)效果明顯。

大港油田；氮?dú)馀菽黧w；沖砂技術(shù)；低壓漏失井

大港油田經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采，油層壓力普遍降低：一方面，產(chǎn)層壓力系數(shù)降低，遠(yuǎn)低于正常地層壓力系數(shù)，許多井壓力系數(shù)僅能達(dá)到0.6～0.7；另一方面多半生產(chǎn)井出現(xiàn)了出水量增加、含砂增多等生產(chǎn)問(wèn)題，生產(chǎn)周期縮短，修井作業(yè)頻次加大。目前的修井維護(hù)作業(yè)過(guò)程中多數(shù)采用水基修井液，漏失非常嚴(yán)重，雖然部分井采用了暫堵液、膠結(jié)砂堵漏等工藝，但也僅能建立循環(huán)，修井液漏失仍然非常嚴(yán)重，造成油井維護(hù)后產(chǎn)能恢復(fù)期長(zhǎng)，沖砂后的地層砂難以返出地面，大部分漏入地層投產(chǎn)后很快又砂埋油層，油井維護(hù)頻率高。

泡沫流體是一種可壓縮的非牛頓流體，具有密度低、方便調(diào)節(jié)、黏度高、摩阻低、攜砂能力強(qiáng)的特點(diǎn)，作為入井液便于控制井底壓力，減少漏失和對(duì)地層污染，廣泛應(yīng)用于低壓、漏失及水敏性地層的鉆井、完井、修井和油氣增產(chǎn)措施中。

1 氮?dú)馀菽黧w的特點(diǎn)

氮?dú)馀菽话闶怯蓛?nèi)充氣體、泡沫基液等形成的分散體系，泡沫基液一般是由液體、起泡劑和穩(wěn)泡劑按一定比例配制而成。氣液混合的方式可以是機(jī)械攪拌，也可以是液力攪拌。經(jīng)過(guò)攪拌，氣體破碎成小氣泡。攪拌越徹底，氣泡越小，泡沫流體的質(zhì)量越好，氮?dú)馀菽纳蛇^(guò)程見(jiàn)圖1[1]。

(1)泡沫對(duì)地層滲透率有選擇性，即泡沫對(duì)高滲層具有較強(qiáng)的封堵作用，而對(duì)低滲層的封堵作用較弱。氮?dú)馀菽诟摺⒌蜐B巖心并聯(lián)分流實(shí)驗(yàn)表明，隨著注入泡沫量的增加，兩個(gè)巖心的最終流量相接近，說(shuō)明氮?dú)馀菽哂袑?duì)高滲透層的封堵作用，有效減少了泡沫液的漏失。

圖1 氮?dú)馀菽闪鞒?/p>

(2)泡沫對(duì)油水層有選擇性，泡沫遇油消泡，遇水穩(wěn)定，堵水層不堵油層，泡沫對(duì)水層具有較強(qiáng)的封堵作用。用滲透率基本相同的飽和水巖心和殘余油巖心進(jìn)行泡沫驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，從圖2可以看出，含油巖心的分流量明顯比飽和水巖心的高，這說(shuō)明氮?dú)馀菽瓕?duì)水層具有封堵作用，這對(duì)沖砂后油井的產(chǎn)能恢復(fù)作用明顯。

(3)泡沫流體具有較高的表觀黏度，攜帶能力強(qiáng)(攜液、攜固)，返排時(shí)可將井底積液和固體污染物攜帶出井筒。不同直徑的砂粒在泡沫中的沉降速率見(jiàn)圖3[3]?？梢钥闯觯傲Ｖ睆綄?duì)砂粒沉降速度影響較大，直徑為0.5 mm的砂粒，幾乎可以懸浮在泡沫中，而直徑為2 mm的砂粒的沉降速度最大可達(dá)10-2m/s的數(shù)量級(jí)，說(shuō)明泡沫具有較好的懸浮性能和攜砂性能。同時(shí)泡沫黏度達(dá)到常規(guī)液體的10～100倍，能強(qiáng)力將井筒內(nèi)地層砂、污染物等全部攜帶出井筒。

圖2 泡沫在含水含油滲巖心中的分流實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3 砂粒沉降速度與泡沫特征值的關(guān)系

(4)泡沫流體密度低且方便調(diào)節(jié)，可以達(dá)到需要的井筒密度和井底壓力，特別適用于低壓井和漏失井。通過(guò)調(diào)整地面氮?dú)廛嚭退嘬嚨呐帕?，即調(diào)整氣液的比例，可以得到不同的泡沫流體密度，最低密度可以達(dá)到0.45 g/cm3。

(5)泡沫流體中氣體膨脹能為返排提供能量，使得返排更徹底，適用于低壓井、漏失井和水平井。泡沫液進(jìn)入井筒時(shí)處于壓縮狀態(tài)，返出井筒時(shí)壓力得到釋放，氣體膨脹為返排提供了能量，同時(shí)可以在井底形成負(fù)壓，有效地促進(jìn)返排。

2 氮?dú)馀菽黧w沖砂施工參數(shù)的確定

根據(jù)施工井地質(zhì)資料提供的井底流壓、靜壓、漏失量、井深結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)，利用氮?dú)馀菽黧w沖砂參數(shù)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算出主要參數(shù)，為工藝設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

2.1 施工管柱的確定

對(duì)不同井況下的泡沫流體沖砂洗井作業(yè)，管柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化至關(guān)重要，不合理的管柱結(jié)構(gòu)容易發(fā)生沖砂時(shí)憋壓、不能建立有效循環(huán)、砂卡管柱等情況，導(dǎo)致沖砂失敗，甚至造成工程事故。通過(guò)在港西地區(qū)幾口井的應(yīng)用，優(yōu)化出了以下幾種針對(duì)不同井況下的管柱結(jié)構(gòu)。

(1)漏失量大、沖砂井段長(zhǎng)的水平井進(jìn)行氮?dú)馀菽瓫_砂作業(yè)，采用氮?dú)馀菽浜线B續(xù)油管車進(jìn)行沖砂作業(yè)。水平井沖砂過(guò)程中存在地層砂難以返出地面、砂粒容易在水平段堆積造成卡管柱的情況。利用連續(xù)油管作業(yè)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)施工過(guò)程井筒中流體循環(huán)不間斷，大大降低砂粒堆積的可能，解決了砂卡管柱以及沖砂不徹底的問(wèn)題。

(2)港西地區(qū)出砂嚴(yán)重，很多油井采取了防砂措施，但防砂管的內(nèi)徑小于普通油管的直徑，因此要沖出防砂管內(nèi)的地層砂必須采用不同管徑組合的施工管柱。管徑組合選擇不合理容易造成泵車蹩壓、循環(huán)排量達(dá)不到?jīng)_砂要求、沖砂液漏失等。經(jīng)過(guò)理論計(jì)算以及現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)，得到了一系列針對(duì)不同井況下的最佳管柱組合方案，見(jiàn)表1。采用73 mm油管+48 mm油管(內(nèi)徑40 mm)110 m做為防砂管內(nèi)沖砂管柱進(jìn)行沖砂，壓力損失大幅度減少，可以滿足反循環(huán)沖砂的要求。

表1 沖砂組合管柱壓耗計(jì)算

2.2 沖砂泡沫液量的確定[4-6]

泡沫液量主要取決于井筒容積、井深、地層漏失量，一般情況下泡沫液量按實(shí)際井筒容積的1.5～2倍設(shè)計(jì)。

2.3 正、反循環(huán)沖砂工藝的確定

針對(duì)漏失不嚴(yán)重的水平井，一般采用反循環(huán)沖砂工藝；對(duì)漏失嚴(yán)重的井，為了達(dá)到施工排量以及沖砂徹底的目的，一般采用正循環(huán)沖砂工藝。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果評(píng)價(jià)

氮?dú)馀菽黧w沖砂技術(shù)在港西油田實(shí)施了兩口井，取得了良好的效果，與常規(guī)水基沖砂作業(yè)相比，作業(yè)用時(shí)縮短、產(chǎn)能恢復(fù)期縮短、沖出砂量增加，具體情況見(jiàn)表2。

3.1 兩口井前期常規(guī)水基沖砂施工情況

西40-6-11H井是港西開(kāi)發(fā)區(qū)一區(qū)三斷塊的一口油層套管為177.8 mm的水平井，最大井斜93.78°，水平段長(zhǎng)524 m。2011年7月9日-7月12日進(jìn)行作業(yè)，探砂面深度為800 m，沖砂至1 215 m后由于出口返出泥漿而中斷了作業(yè)，井口返出泥漿和地層砂6 m3。

表2 水基沖砂與泡沫沖砂對(duì)比

西9-7-4井于2011年7月29日-7月30日進(jìn)行正循環(huán)沖砂作業(yè)，累計(jì)打入清水60 m3，全部漏失。

3.2 氮?dú)馀菽瓫_砂施工情況

通過(guò)兩口井進(jìn)行的常規(guī)水基沖砂施工可以看出西9-7-4井漏失嚴(yán)重，根本無(wú)法建立循環(huán)；西40-6-11H井水基沖砂液攜帶能力差，考慮到套管有損壞，進(jìn)入油層段有可能漏失，水平段進(jìn)行常規(guī)沖砂，地層砂很難攜帶出井筒，地層砂容易在水平段堆積造成卡管柱等風(fēng)險(xiǎn)。因此決定實(shí)施氮?dú)馀菽瓫_砂。

西40-6-11H井進(jìn)行沖砂施工后，沖砂進(jìn)尺173 m，泡沫密度0.75 g/cm3；西9-7-4井沖砂施工后進(jìn)尺145 m，泡沫密度0.6 g/cm3，施工達(dá)到了預(yù)期效果。

3.3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

(1)西40-6-11H如果使用常規(guī)水基沖砂作業(yè)需要用時(shí)5.0 h以上，而氮?dú)馀菽瓫_砂作業(yè)用時(shí)3.5h，施工用時(shí)縮短了41.7%；累計(jì)沖出地層砂3.5 m3，與沖砂井段對(duì)應(yīng)的井筒體積相當(dāng)，泡沫液將井筒內(nèi)地層砂全部攜帶出地面。該井在投產(chǎn)后產(chǎn)量恢復(fù)很快，7月14日下完井，7月15日出油1.98 t，7月18日該井日產(chǎn)液達(dá)16.2 m3，日產(chǎn)油6.63 t，恢復(fù)到了停產(chǎn)前的日產(chǎn)水平，產(chǎn)能恢復(fù)期為4 d，和常規(guī)的產(chǎn)能恢復(fù)期7天相比，產(chǎn)能恢復(fù)期縮短了42.8%；7月21日日產(chǎn)液已達(dá)16.5 m3，日產(chǎn)油7.98 t，超過(guò)停產(chǎn)前日產(chǎn)量的30%，増油效果顯著。

(2)西9-7-4井進(jìn)行氮?dú)馀菽瓫_砂，僅用100 min就建立起循環(huán)，沖砂作業(yè)得到有效實(shí)施，地層砂全部被攜帶出井筒，該井在投產(chǎn)后產(chǎn)液量恢復(fù)很快，3 d后液量恢復(fù)到了停產(chǎn)前的水平，和常規(guī)的產(chǎn)能恢復(fù)期7 d相比，產(chǎn)能恢復(fù)期縮短了57.1%；13 d后日產(chǎn)液、日產(chǎn)油量與停產(chǎn)前相比都有大幅提升，増油效果顯著。

4 結(jié)論

(1)泡沫流體沖砂技術(shù)很好地解決了低壓漏失井常規(guī)流體介質(zhì)不能建立有效循環(huán)、水平井沖砂不徹底、攜帶能力差以及容易卡管柱的難題。

(2)泡沫流體黏度高，其攜帶能力和清洗能力比常規(guī)沖砂液強(qiáng)，提高了作業(yè)效果、縮短了作業(yè)時(shí)間。

(3)泡沫流體超強(qiáng)的攜帶能力能將井底炮眼周圍的固體顆粒、堵塞物帶出井筒，作業(yè)后油井產(chǎn)油量明顯增加，因此有明顯的地層解堵功能。

(4)泡沫流體的密度比清水低，對(duì)地層產(chǎn)生的靜液柱壓力比同樣深度的清水低，減少了沖砂過(guò)程中沖砂液的漏失，降低了沖砂液對(duì)地層的傷害，開(kāi)井生產(chǎn)后產(chǎn)能恢復(fù)期明顯縮短。

[1] 王淵，李兆敏，王德新．泡沫流體洗井設(shè)計(jì)[A]//第十四屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集[C].北京：石油工業(yè)出版社，2000．

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編輯：李金華

1673-8217(2015)05-0116-03

2015-04-20

張康衛(wèi)，高級(jí)工程師，1971年生，1995年畢業(yè)于石油大學(xué)(北京)，現(xiàn)從事修井技術(shù)研究和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)管理工作。

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