提高油氣井沖砂作業(yè)成功率的探討

陶然++谷攀然++尹小龍

[摘 要]冀東油田目前處于油田開(kāi)采的后期，為保證油田產(chǎn)量，提高采收率，老井改造挖潛越來(lái)越受到油田高層重視，但井下出砂嚴(yán)重影響了油氣井的正常生產(chǎn)，輕則迫使油氣減產(chǎn)，重則會(huì)使油氣井停產(chǎn)，只有通過(guò)沖砂作業(yè)將砂粒沖出才能恢復(fù)油氣井正常生產(chǎn)。

[關(guān)鍵詞]油氣井；沖砂作業(yè)；卡鉆；預(yù)防措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TE358 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）09-0399-01

前言

在沖砂過(guò)程中，需要知道砂粒在流體中的自由下沉速度和沖砂液上返速度[1]。砂粒在井筒流體中的運(yùn)動(dòng)方式與流體的沖擊速度有關(guān)，當(dāng)沖砂液上返速度小于砂粒的自由下沉速度時(shí)，砂粒表現(xiàn)為沉降運(yùn)動(dòng)，當(dāng)沖砂液上返速度大于砂粒下沉速度時(shí)，砂粒表現(xiàn)為上升運(yùn)動(dòng)，當(dāng)沖砂液上返速度等于砂粒的自由下沉速度時(shí)，砂粒處于懸浮狀態(tài)，因此砂粒的下沉速度是流體攜砂能力的臨界點(diǎn)，確定合理排量，才能將砂粒沖出井筒[2]。同時(shí)，在沖砂過(guò)程中由于種種原因很容易卡鉆，造成井下砂卡事故，使井況復(fù)雜化，因此只有效預(yù)防砂卡事故發(fā)生，才能有效提高沖砂作業(yè)的成功率。

一、沖砂作業(yè)原理及沖砂方式

1、沖砂作業(yè)原理

沖砂就是用高速流動(dòng)的液體將井底的砂子沖散，并利用循環(huán)上返的液流將沖散的砂子帶至地面的工藝流程。油井出砂后，如果井內(nèi)的液流不能將出砂全部帶至地面，井內(nèi)砂子逐漸沉積，砂柱增高，堵塞出油通道，增加流動(dòng)阻力，使油井減產(chǎn)甚至停產(chǎn)，同時(shí)會(huì)損失井下設(shè)備造成井下砂卡事故。沖砂的目的在于解除砂堵，恢復(fù)油井正常生產(chǎn)。

2、沖砂方式

1）正沖砂：沖砂液沿著油管流向井底，由油套環(huán)形空間返出地面。

2）反沖砂：沖砂液沿油套環(huán)形空間流向井底，由油管返出地面。

3）旋轉(zhuǎn)沖砂：利用動(dòng)力源帶動(dòng)工具旋轉(zhuǎn)，同時(shí)用泵循環(huán)攜砂。

現(xiàn)場(chǎng)施工一般采用正沖砂方式?jīng)_砂。

二、沖砂液的要求

1、具有一定的粘度，攜砂能力強(qiáng)。

2、具有一定的密度，形成液柱壓力防止井噴。

3、配伍性好，不傷害油層。

4、來(lái)源廣，價(jià)格便宜。

常用的沖砂液類(lèi)型有油、水、乳狀液和汽化液等。為了防止污染油層，在沖砂液中可以加入表面活性劑。

三、沖砂水力的計(jì)算

冀東油田原油中細(xì)砂平均直徑0.53mm，圓度為0.546；粗砂平均直徑0.95mm，圓度0.685；同時(shí)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定密度2.64g/cm3、不同直徑的砂粒在各種沖砂液中的自由降落速度vd，由此可得出保證砂子上返地面的最低速度：

從而可由下式求出沖砂時(shí)所需的最低排量：

應(yīng)盡可能選用大排量泵，以保證沖砂速度，并減少液流返出截面，以保持高的液流上返速度[3]。在沖砂的過(guò)程中，砂粒從井底上升到地面所需要的時(shí)間為：

四、造成沖砂卡鉆的原因及預(yù)防措施

1、井漏造成的卡鉆

在沖砂過(guò)程中，被埋油層為負(fù)壓層，造成地層吸水，導(dǎo)致出口不返水，或少量返水，出砂能量下降。同時(shí)，沖砂前循環(huán)不返水，井筒懸浮的砂粒下降速度加快，都是容易造成卡鉆的原因。

預(yù)防措施如下：

1）對(duì)于沖砂過(guò)程中遇到負(fù)壓層時(shí)，可以用雙泵沖砂。也可以先進(jìn)行大排量洗井，將管柱上提致到油層上界，等循環(huán)正常后方可沖砂。

2）在需要的情況下，可以暫堵，將漏失點(diǎn)用暫堵劑進(jìn)行暫堵。

3）沖砂施工時(shí)，將油套環(huán)形空間的砂子返出地面，然后再?zèng)_開(kāi)油層，當(dāng)沖至油層上界10米時(shí)應(yīng)充分進(jìn)行洗井。

4）對(duì)于活動(dòng)管柱，將管柱上提至漏失段以上，防止砂卡，也可采用撈砂泵撈砂工藝。

2、沖砂時(shí)間短造成砂卡

沖砂時(shí)現(xiàn)場(chǎng)操作人員未嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)范，導(dǎo)致單根循環(huán)時(shí)間短，盲目追求施工進(jìn)度，忽視施工質(zhì)量，使套管內(nèi)的砂礫在換單根時(shí)快速下沉，造成砂卡。

預(yù)防措施如下：

1）必須按操作規(guī)程控制管柱下放速度，加壓噸位要符后標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于出砂嚴(yán)重的井，更換單根前必須充分洗井，更換單根后下放速度要慢，為防止堵卡或憋泵，沖砂工具以小于0.3m/min為宜，距離油層上界20m時(shí)控制下放速度。

2）換單根的時(shí)間一定要小于單根循環(huán)的時(shí)間，更換單根后，開(kāi)泵循環(huán)正常方可下放管柱。為防止油套環(huán)形空間懸浮砂過(guò)多，需要連續(xù)沖砂5個(gè)單根后充分洗井。

4、洗井不充分、起鉆不及時(shí)造成的卡鉆

按設(shè)計(jì)要求沖砂至一定深度后，必須進(jìn)行洗井作業(yè)，如果洗井不充分徹底，部分砂礫滯留于套管中，此時(shí)不起鉆會(huì)造成砂卡。

預(yù)防措施如下：

1）沖砂洗井后立即將管柱提至安全位置。

2）沖砂達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，大排量洗井至出口含砂量小于0.1%時(shí)，方可達(dá)沖砂合格標(biāo)準(zhǔn)。

5、其它原因造成砂卡

1）循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，停泵時(shí)應(yīng)及時(shí)上提管柱至砂面以上，并反復(fù)活動(dòng)管柱。

2）機(jī)械動(dòng)力或提升系統(tǒng)出現(xiàn)故障無(wú)法保持正常循環(huán)。

五、目前沖砂流程的新方法

1、循環(huán)沖砂。沖砂液從井內(nèi)的套管環(huán)形空間進(jìn)入，然后經(jīng)過(guò)分流器對(duì)下部沖砂管的砂堵進(jìn)行沖散，被沖散的砂子與液體先從下部套管環(huán)形空間出來(lái)返至分流器，再進(jìn)入井內(nèi)上部沖砂管內(nèi)，最后返至地面。這種沖砂管柱是在沖管下部15-20米處可以下一個(gè)分流器，用來(lái)改變液流通道，分流器上面帶有一個(gè)通過(guò)液力作用張開(kāi)的密封環(huán)，可以密封套管和沖管之間的環(huán)形空間。它的優(yōu)點(diǎn)是增大了上返液的速度增大，加強(qiáng)了對(duì)砂堵的沖刺力，提高了沖砂效率。

2、鉆柱壓力撈砂。它是以液體流動(dòng)攜砂原理來(lái)實(shí)現(xiàn)撈砂，利用環(huán)空液柱壓力與鉆柱之間的壓差當(dāng)作沖砂動(dòng)力，可以沖洗干凈，尤其對(duì)于超深井、漏失井沖砂效果十分顯著。

3、沖管沖砂。這主要是由油管內(nèi)徑?jīng)_砂，可以用小于油管內(nèi)徑的小直徑管柱，解決由于地層出砂而造成砂卡的油水井施工。對(duì)于套管沖砂，沖砂工作液沿沖砂管與套管環(huán)形空間向下流動(dòng)，沖擊井底沉砂，沖散的砂子與沖砂工作液混合后，沿沖砂管返至地面。

六、結(jié)論

總之，在沖砂施工過(guò)程中，應(yīng)注意出口返砂、泵壓變化情況，并對(duì)泵參數(shù)、砂面參數(shù)、返出物參數(shù)等進(jìn)行記錄，并根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及參數(shù)異常波動(dòng)情況采取有效的預(yù)防措施，避免出現(xiàn)砂卡事故，提高油氣井沖砂作業(yè)的成功率。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈燕來(lái)，陳建武.沖砂洗井水力計(jì)算方法綜述[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展（A輯），1998年03期.

[2] 王學(xué)海.密閉連續(xù)沖砂工藝技術(shù)應(yīng)用研究[J].石油化工應(yīng)用，2007年02期.

[3] 李秋燕，劉鐵軍，梁宇庭，等.連續(xù)油管技術(shù)在沖砂作業(yè)中應(yīng)用效果[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2012，41（6）：84-87.