水平井高壓水射流泡沫酸洗工藝應(yīng)用

付繼彤

（中國(guó)石化勝利油田分公司孤島采油廠，山東東營(yíng)257231）

·油氣鉆采工程·

水平井高壓水射流泡沫酸洗工藝應(yīng)用

付繼彤

（中國(guó)石化勝利油田分公司孤島采油廠，山東東營(yíng)257231）

新投產(chǎn)水平井普遍采用裸眼篩管方式完井，但裸眼篩管容易被鉆井泥漿污染堵塞。為解除泥漿污染，通常采用皮碗封隔器酸洗—氮?dú)饣炫殴に?，該工藝存在酸洗不徹底、皮碗封隔器膠皮易脫落等缺陷。高壓水射流泡沫酸洗工藝通過節(jié)流管柱產(chǎn)生高能量脈沖射流，可以有效解除全篩管段的泥餅和泥漿污染，較好地改善近井地帶滲流狀況。將該工藝應(yīng)用于孤島油田16口井，截至2015年6月底，排出泥漿及地層污物是傳統(tǒng)酸洗混排工藝的2～3倍，熱采井平均注汽壓力下降1 MPa以上，單井增油量為2 t以上，增產(chǎn)效果顯著。同時(shí)該工藝正洗可以實(shí)現(xiàn)管外充填防砂，有效保護(hù)篩管及管外地層。

水平井裸眼篩管酸洗混排高壓水射流消泡劑洗井閥

近年來，孤島油田在特稠油、薄層稠油等區(qū)塊大量采用水平井開發(fā)方式，其中2013—2014年每年投產(chǎn)的水平井都在50口以上，且呈逐年增多的趨勢(shì)。由于儲(chǔ)層膠結(jié)疏松，新井投產(chǎn)時(shí)需實(shí)施防砂處理才能保證油井的正常生產(chǎn)。裸眼篩管防砂完井具有完善程度高、泄油面積大和滲流阻力小的優(yōu)點(diǎn)，目前新投產(chǎn)水平井普遍采用該完井方式（占85%以上）。該防砂工藝采用管外封隔器、分級(jí)箍、盲板（或免鉆塞工具）以及泥餅清洗器、補(bǔ)償器等一系列特殊完井工具，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層頂部注水泥固井、儲(chǔ)層段下入完井篩管（一種精密濾砂管）完井。由于儲(chǔ)層自鉆開至投入生產(chǎn)期間均浸泡在鉆井液中，且投產(chǎn)時(shí)不再進(jìn)行射孔作業(yè)，鉆井泥餅及鉆井液的污染對(duì)油井生產(chǎn)狀況影響較大［1］。

為清除鉆井泥餅及消除鉆井液污染，充分釋放儲(chǔ)層產(chǎn)能，通常采用皮碗封隔器酸洗工藝，施工時(shí)在篩管段使用2個(gè)皮碗封隔器，反洗井時(shí)使油套環(huán)形空間的酸液轉(zhuǎn)向流經(jīng)篩管外環(huán)形空間，通過沖洗、浸泡而達(dá)到清除泥餅和疏通儲(chǔ)層的目的。但實(shí)際施工時(shí)由于篩管段較長(zhǎng)，而篩管外泥餅、泥漿形成的阻力較大，酸洗液存在“繞流”現(xiàn)象［2］，即繞過篩管外環(huán)形空間而回流至篩管內(nèi)，形成“S”型短路，造成局部泥餅得不到處理或處理不徹底，同時(shí)處理徹底段因熱沖擊大易損傷［3］，從而影響產(chǎn)能。

由于水平井造斜率大，在皮碗封隔器上提過程中，受到完井工具接頭和套管接箍等處的卡頓作用，皮碗封隔器膠皮易于脫落而形成井下落物，據(jù)統(tǒng)計(jì)封隔器完好率不足10%，對(duì)下一步的作業(yè)措施產(chǎn)生一定的不利影響［4］。從生產(chǎn)的需要出發(fā)，摒棄水平井酸洗工藝，引進(jìn)高壓水射流泡沫酸洗工藝。

1　工藝裝置組成及原理

水平井高壓水射流裝置（圖1）采用的是內(nèi)外管連接，外管由轉(zhuǎn)換工具、高壓水射流管柱和水平井清洗轉(zhuǎn)換器組成，底部接水平井泥餅清洗器專用插管（表1）。轉(zhuǎn)換工具可實(shí)現(xiàn)液流轉(zhuǎn)向，使反洗井時(shí)的氣、液混合物由油套環(huán)形空間進(jìn)入高壓內(nèi)管與高壓水射流管柱之間的小環(huán)形空間；水平井清洗轉(zhuǎn)換器則密封高壓內(nèi)管與高壓水射流管柱的環(huán)形空間，從而使氣、液混合物自高壓水射流管柱上均勻分布的節(jié)流孔高速噴出，形成徑向高壓水射流，消除泥餅和鉆井液形成的污染，射流后形成的泥、細(xì)砂等污染物則通過水平井泥餅清洗器、專用插管、自高壓內(nèi)管和油管返出地面。

圖1　高壓水射流裝置結(jié)構(gòu)Fig.1　Structure of high pressure water jet equipment

表1　高壓水射流裝置中的工具規(guī)格Table1　Tool specifications for each part of the high pressure water jet equipment

針對(duì)水平井近井地帶的堵塞，通過高壓水射流泡沫酸洗工藝，將近井地帶泥餅、泥漿和粉細(xì)砂與重油混合物形成泡沫液返排，徹底改善近井地帶滲流狀況［5］。施工時(shí)首先根據(jù)完井篩管長(zhǎng)度，下入高壓水射流管柱，確認(rèn)打開泥餅清洗器后，采用壓風(fēng)機(jī)或氮?dú)廛嚺c水泥車共同作業(yè)，高排量（1.5 m3/min）反洗井液流通過轉(zhuǎn)換工具進(jìn)入內(nèi)外管夾壁腔，經(jīng)過高壓水射流解堵工具產(chǎn)生高沖擊力、高能量的脈沖射流，沖擊篩管內(nèi)壁，然后通過篩管，以及篩管與泥餅的環(huán)空，將泥漿帶上地面，可以有效消除全篩管段的泥餅和泥漿污染。對(duì)防砂篩管、鉆井泥餅及近井地帶進(jìn)行清洗疏通，疏通油流通道，達(dá)到解堵、增產(chǎn)的目的。高壓脈沖水射流泡沫解堵工藝的優(yōu)點(diǎn)是：①全井段均勻布酸，使全篩管段都達(dá)到解堵目的［6］；②壓力高，可實(shí)現(xiàn)深部解堵，提高油層滲透性；③高壓脈沖射流對(duì)地層多次脈沖沖洗和氮?dú)馀菽餐饔茫瑢⒔貛芪g的泥餅、泥漿和粉細(xì)砂與油混合物以及殘酸形成泡沫返排出地面，避免了對(duì)油層造成二次污染［7］。同時(shí)射流沖擊力隨泵壓和排量的增加而增大，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)增加排量效率會(huì)更高。根據(jù)井段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)不同的酸液量。

2　工藝配套改進(jìn)

2.1返出液處理系統(tǒng)

高壓水射流施工排量大、返出泡沫液量大、返出快，普通作業(yè)施工的12 m3循環(huán)池難以滿足要求，易造成泡沫液漫出池外形成環(huán)境污染［8］。為此，研制了配套的返出液處理系統(tǒng)，其運(yùn)行流程是：①解堵液（油田水+氮?dú)猓┙?jīng)車組加速（1.5 m3/min）加壓（壓力為5～18 MPa）后注入井內(nèi)進(jìn)行高壓水射流解堵；②對(duì)所排出的帶泡沫污物經(jīng)消泡器進(jìn)行第1次消泡后，進(jìn)入旋流氣液分離裝置進(jìn)行氣、液、固相分離和2次消泡；③分離后的污水泵入大罐，運(yùn)送至污水處理站集中處理。使用時(shí)根據(jù)井場(chǎng)實(shí)際確定擺放位置后，拉運(yùn)返出液處理系統(tǒng)到井場(chǎng)，轉(zhuǎn)運(yùn)立罐到井場(chǎng)指定位置?；厥昭b置及立罐到位后，組裝、連接管線，進(jìn)行清潔處理，防止藥劑系統(tǒng)堵塞。根據(jù)施工情況調(diào)節(jié)藥劑排量和回收水泵啟停，原則上循環(huán)池內(nèi)液面不超過1/2，最終將廢液回收至立罐。

2.2消泡劑篩選評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

返出液處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三級(jí)消泡設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)廢液的徹底消泡回收。但消泡劑使用量大，需要進(jìn)行篩選及濃度優(yōu)化評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。主要實(shí)驗(yàn)儀器包括BS4202S電子天平、稱量瓶、分液漏斗、量筒及其他玻璃器皿。實(shí)驗(yàn)用劑及藥劑包括高溫發(fā)泡劑、HBXP-10油溶性消泡劑（現(xiàn)場(chǎng)）和水溶性消泡劑SH（現(xiàn)場(chǎng)）。參照Q/SH 1020 1967—2008高溫發(fā)泡劑通用技術(shù)條件［9］、Q/SH 1020 2194—2013原油消泡劑通用技術(shù)條件［10］和GB/T 26527—2011有機(jī)硅消泡劑中的實(shí)驗(yàn)方法及技術(shù)要求［11］進(jìn)行評(píng)價(jià)。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的高溫發(fā)泡劑200 mL，發(fā)泡后滴加一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的消泡劑0.25 mL，記錄消泡體積及速度。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的發(fā)泡劑中，水溶性消泡劑消泡速度快、消泡徹底，且稀釋5%后仍具有較好的消泡效果（表2）。按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%配制水溶液，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證消泡完全，效果良好，單井節(jié)約該項(xiàng)費(fèi)用1萬(wàn)元以上。

表2　消泡劑評(píng)價(jià)結(jié)果Table2　Evaluation results of defoamer

2.3泥餅清洗器改進(jìn)

原水平井泥餅清洗器為針對(duì)下皮碗封隔器酸洗而設(shè)計(jì)，將其應(yīng)用于高壓水射流泡沫酸洗工藝，在結(jié)構(gòu)和功能方面存在一定的缺陷［12］，具體表現(xiàn)在：①目前水平井泥餅清洗器為單級(jí)密封彈簧式單流閥，施工時(shí)無法確認(rèn)洗井閥是否打開；②洗井閥通徑較小（約35 cm左右），大排量施工時(shí)限制了液流的排出，從而影響返排效果；③無法實(shí)施管外充填防砂，在粉細(xì)砂巖油藏應(yīng)用時(shí)存在一定局限性。

針對(duì)以上問題，研制了新型洗井閥（圖2），設(shè)計(jì)兩級(jí)開關(guān)總成，靠耐高溫的板簧關(guān)閉密封孔，兩級(jí)密封孔和酸洗孔分開，酸洗徑向孔始終處于敞開狀態(tài)。它依靠服務(wù)器推開兩級(jí)開關(guān)總成連通酸洗徑向孔，收回服務(wù)器兩級(jí)開關(guān)總成分別關(guān)閉密封孔。

圖2　新型洗井閥結(jié)構(gòu)Fig.2　Structure of the new well flushing valve

該泥餅清洗器能夠根據(jù)反洗井時(shí)壓力變化情況確認(rèn)洗井閥是否打開。洗井閥服務(wù)器插入到泥餅清洗器前開泵反循環(huán)，實(shí)現(xiàn)管內(nèi)洗井；繼續(xù)下入管柱，當(dāng)進(jìn)入泥餅清洗器雙級(jí)開關(guān)總成之間時(shí)，洗井通道關(guān)閉，出口排量明顯減小，泵壓上漲；當(dāng)通過泥餅清洗器第二級(jí)開關(guān)總成時(shí)，進(jìn)行管外洗井，出口排量明顯增加，泵壓下降。泥餅清洗器工具總長(zhǎng)為3.0 m左右，洗井閥服務(wù)器長(zhǎng)度為2.7 m，可上下活動(dòng)2.0 m，確保密封孔全打開，作業(yè)隊(duì)調(diào)節(jié)管柱長(zhǎng)度的余地大。改進(jìn)后洗井閥通徑較大，為62 cm，可以提高施工排量。該洗井閥與高壓水射流工具配套設(shè)計(jì)，反洗井可進(jìn)行水平井高壓水射流管外解堵，正擠可實(shí)現(xiàn)管外充填防砂［13］。

3　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用

截至2015年6月底，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)16口井?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況與傳統(tǒng)下皮碗封隔器酸洗工藝進(jìn)行對(duì)比，高壓水射流泡沫酸洗工藝的效果明顯，表現(xiàn)在：①排出廢液量增多。排出的泥漿、泥砂污物是傳統(tǒng)酸洗混排量的2～3倍，由于高壓水射流對(duì)泥餅和儲(chǔ)層的沖刷作用強(qiáng)、施工排量大，近井地帶粉細(xì)砂可隨返出液攜帶至地面，視儲(chǔ)層膠結(jié)出砂情況每口井排出粉細(xì)砂1～2 m3不等。②熱采井注汽壓力明顯下降。對(duì)比同區(qū)塊投產(chǎn)水平井，應(yīng)用高壓水射流工藝的井平均注汽壓力下降1 MPa以上，這說明平均分布的射流管柱及較強(qiáng)的物理解堵作用對(duì)泥餅的清洗和對(duì)儲(chǔ)層的疏通效果更好，擴(kuò)大了吸汽剖面。③油井產(chǎn)液量和產(chǎn)量增加。對(duì)比同是墾53區(qū)塊的2口井KXK53P3和KXK53P4井，采用了高壓水射流泡沫酸洗工藝的KXK53P4井比采用下皮碗封隔器酸洗工藝的KXK53P3井的產(chǎn)液量高7 t，產(chǎn)油量高2 t，說明其水平段儲(chǔ)層得到了更好的利用。

典型井例南3-平409，該井是新井投產(chǎn)，生產(chǎn)層位為Ng35，完井濾砂管長(zhǎng)度為135 m，實(shí)施高壓水射流泡沫酸洗工藝，再進(jìn)行管外充填防砂施工，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期。施工工序?yàn)椋孩傧滤峄⒎郎耙淮喂苤?；②均勻布酸；③高壓水射流、氮?dú)馀菽蹬畔淳滑F(xiàn)場(chǎng)排出大量泥漿及泥砂2 m3。④管外礫石充填，擠壓充填0.4～0.8 mm石英砂20 t。該井投產(chǎn)后日產(chǎn)液量為17.7 t/d，到2015年7月16日已累積產(chǎn)油1 300 t。

4　結(jié)論

高壓水射流泡沫酸洗工藝能徹底消除附著在水平段篩管表面的泥餅和泥質(zhì)堵塞；在全井段均勻分布射流口，能產(chǎn)生高能脈沖水流，實(shí)現(xiàn)均勻清洗，將近井地帶泥漿、泥餅、泥質(zhì)與稠油混合物高效排出，消除全篩管段的堵塞，徹底改善近井地帶滲流狀況。

研制了新型的返出液處理系統(tǒng)，它主要由多個(gè)大型立罐和三級(jí)消泡設(shè)備組成，使用后可以滿足大排量的要求，井場(chǎng)環(huán)保整潔；進(jìn)行多種起泡劑和消泡劑優(yōu)選評(píng)價(jià)，最終選出高效廉價(jià)起泡劑和消泡劑，使用量降低80%以上，大大降低了施工費(fèi)用；針對(duì)目前的水平井泥餅清洗器存在的一些缺陷，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，應(yīng)用之后實(shí)現(xiàn)下入一次管柱即可完成射流解堵和礫石充填防砂2項(xiàng)工藝，具有明顯的節(jié)約創(chuàng)效價(jià)值。

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編輯劉北羿

Application of foamed acid washing technology by high pressure water jet in horizontal well

Fu Jitong
（Gudao Oil Production Plant，Shengli Oilfield Company，SINOPEC，Dongying City，Shandong Province，257231，China）

The screen in open hole，a commonly used new horizontal well completion method，is easy to be polluted and sealed by drilling mud.Foamed acid washing is often used in the cleaning process with a cup-type packer and nitrogen-enriched mixed gas emission，which has the disadvantage of washing unthoroughly and easily falling off the rubber on the cuptype packer.The jet can be produced at high energy pulse through the throttling pipe string for the foam acid washing technology by high pressure water jet.It can effectively remove mud cake and mud pollution in the whole screen section and the flow condition near wellbore can be thoroughly improved.This technology has been applied in16 wells of Gudao oilfield.By the end of June 2015，two to three times of mud and formation pollutants were drained compared to those by traditional acid washing and mixed gas emission.For the steam injection thermal recovery wells，the steam injection pressure decreased more than 1 MPa.The incremental oil of single well was more than 2 tons.The technology has significant production effect. At the same time，the technology can achieve sand control effect by filling outside tube when the conventional well-flushing is used.It can effectively protect the screen in the open hole and the formation outside the tube.

horizontal well；screen in open hole；acid washing and mixed gas emission；high pressure water jet；defoamer；well flushing valve

TE252.9

A

1009-9603（2015）05-0123-04

2015-07-02。

付繼彤（1962—），男，山東沂水人，高級(jí)工程師，博士，從事采油工程技術(shù)研究。聯(lián)系電話：18561216521，E-mail：fujitong. slyt@sinopec.com。