修井作業(yè)中沖砂技術(shù)的研究及應(yīng)用

陳昭萬

摘 要：本文簡要介紹了油井出砂的危害、沖砂液性能的要求、及目前沖砂方式和措施;通過計(jì)算水力沖砂的方法，確定沖砂時(shí)的泥漿泵排量;對砂卡時(shí)的解決措施和辦法做了簡要的分析。

關(guān)鍵詞：出砂;沖砂;砂卡;漏失;探砂面

油田開發(fā)的中后期，由于油層膠結(jié)疏松或油井工作制度不合理，以及防砂技術(shù)措施不當(dāng)造成油井出砂。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)出砂逐漸沉淀，堵塞出油通道或掩埋油層，使油井減產(chǎn)甚至停產(chǎn)。為滿足地質(zhì)要求，必須采取措施消除積砂，作業(yè)現(xiàn)場通常采取水力沖砂。但是，在沖砂過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，為了有效預(yù)防砂卡事故的發(fā)生，提高沖砂施工的成功率，就其原因及預(yù)防措施進(jìn)行闡述。

1 油井出砂的原因及危害

油井出砂是油田開發(fā)急需解決的難題之一。油層出砂是由于井底附近地帶的巖石結(jié)構(gòu)破壞引起的，它與巖石的膠結(jié)強(qiáng)度、應(yīng)力狀態(tài)、開采條件、油井含水等因素有關(guān)。出砂的危害主要表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：①油井出砂后，如果井內(nèi)的液流不能將砂全部帶至地面，井內(nèi)砂子逐漸沉積，砂柱增高，堵塞出油通道，增加流動阻力，使油井減產(chǎn)甚至停產(chǎn);②高速的砂粒造成地面及井下設(shè)備加劇磨蝕;③出砂導(dǎo)致地層虧空并坍塌，造成套管損壞使油井報(bào)廢，或者造成井下砂卡事故;④油井出砂同時(shí)增加了原油處理難度;⑤出砂增加環(huán)境污染及運(yùn)輸處理等問題。

2 沖砂的基本原理

沖砂就使用高速流動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過程。

3 沖砂方式及沖砂液性能要求

3.1 沖砂液性能要求

通常采用的沖砂液有油、水、乳化液等。為了防止污染油層，在沖砂液中可以加入表面活性劑。①具有一定的粘度及良好的攜砂性能;②與油層配伍性好，不損害油層;③來源廣，經(jīng)濟(jì)適用。

3.2 沖砂方式的選擇

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正反沖砂：采用正沖的方式?jīng)_散砂堵，并使其呈懸浮狀態(tài)，然后改用反沖洗，將砂子帶到地面的沖砂方式;④沖管沖砂：采用小直徑的管子下入油管中進(jìn)行沖砂，清除砂堵的沖砂方式;⑤汽化液沖砂：當(dāng)在油層壓力低或漏失的井進(jìn)行沖砂時(shí)，常規(guī)沖砂液無法將沖散的砂子循環(huán)到地面，因而采用泵出的沖砂液和壓風(fēng)機(jī)的氣混合而成的混合液，進(jìn)行施工的沖砂方式;⑥旋轉(zhuǎn)沖砂：利用動力源帶動工具旋轉(zhuǎn)，同時(shí)用泵循環(huán)攜砂?，F(xiàn)場施工一般采用正沖砂、反沖砂、正反沖砂方式?jīng)_砂。

3.3 目前沖砂作業(yè)的措施

①沖管沖砂：用小于油管內(nèi)徑的小直徑管柱，從油管內(nèi)徑?jīng)_砂，用于地層出砂而造成砂卡的油水井施工;②連續(xù)油管沖砂：一般用于水平井、大位移井沖砂施工;③反沖砂：沖砂工作液沿沖砂管與套管環(huán)形空間向下流動，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。反沖砂的優(yōu)點(diǎn)是攜砂能力強(qiáng)，上返速度快，返砂時(shí)間短，不會造成卡管柱;缺點(diǎn)是沖砂液對砂子沖擊力小，不易將砂子沖散;④聯(lián)合沖砂：這種沖砂管柱是在沖管下部15-20m處安裝分流器，改變液流通道。分流器上帶有一個(gè)可在液力作用下張開的密封環(huán)，以便密封套管和沖管之間的環(huán)形空間。沖砂液從套管環(huán)形空間進(jìn)入井內(nèi)，經(jīng)分流器改進(jìn)下部沖砂管而將砂堵沖散，被沖散的砂子隨同液體先從下部沖管與套管環(huán)形空間返至分流器，再進(jìn)入上部沖砂管內(nèi)，返至地面。其優(yōu)點(diǎn)是增大了對砂堵的沖刺力，上返液的速度增大，提高沖砂效率，避免沖砂事故的發(fā)生;⑤撈砂泵撈砂：在鉆柱全掏空狀態(tài)下，利用環(huán)空液柱壓力與鉆柱之間的壓差做動力，以液體流動攜砂原理來實(shí)現(xiàn)撈砂，尤其對于超深井、漏失井沖砂十分有效。

4 現(xiàn)場施工步驟及注意事項(xiàng)

現(xiàn)場施工步驟：①準(zhǔn)備工作：檢查泥漿泵及儲液罐，準(zhǔn)備沖砂液;②下沖砂管：下沖砂管柱至預(yù)定深度，連接好沖砂管線;③探砂面：用沖砂管往探砂面，接近砂面時(shí)，應(yīng)放慢下放速度，懸重下降則表明遇到砂面;③沖砂：離砂面3m以上開泵循環(huán)，正常后下放管柱沖砂至設(shè)計(jì)深度。出口含砂量小于0.1%，視為沖砂合格;④觀察砂面：上提管住至油層頂部3Om以上，停泵4h，下放管柱復(fù)探砂面，確認(rèn)沖砂結(jié)果;⑤記錄有關(guān)參數(shù)：泵參數(shù)、砂面參數(shù)、返出物參數(shù)。

5 現(xiàn)場砂卡原因及處理措施

5.1 井漏造成卡鉆

為防止井漏造成砂卡，需要采取以下措施：①沖砂施工時(shí)，當(dāng)沖至油層上界10m時(shí)應(yīng)充分洗井，將油套環(huán)形空間的砂子返出地面，然后再沖開油層;②若在沖砂過程中遇到負(fù)壓層時(shí)，應(yīng)將管柱上提至油層上界，并進(jìn)行大排量洗井，待循環(huán)正常后方可沖砂;③發(fā)生井漏時(shí)，應(yīng)及時(shí)活動管柱，并將管柱上提至漏失段以上，大排量洗井，防止砂卡;④若井下地層漏失嚴(yán)重，造成循環(huán)無返出或者返出量較少，則需要采取暫堵措施，將漏失段用暫堵劑進(jìn)行暫堵，然后進(jìn)行沖砂作業(yè)施工;⑤可采用撈砂泵撈砂工藝。

5.2 沖砂速度過快造成砂卡

為沖砂速度過快造成砂卡，需要采取以下措施：①換單根的時(shí)間要小于單根循環(huán)的時(shí)間，更換單根后，開泵循環(huán)正常方可下放管柱;②連續(xù)沖砂5個(gè)單根后要充分洗井一周，防止油套環(huán)形空間懸浮砂過多;③嚴(yán)格控制下放速度，加壓噸位要合理;④沖砂工具距離油層上部20m時(shí)，應(yīng)控制下放速度，以小于0.3m/min為宜;⑤對于出砂嚴(yán)重的井，更換單根前必須充分洗井，更換單根后需要控制下鉆速度，防止堵卡或憋泵。

5.3 沖砂過程中井噴處理不當(dāng)造成砂卡

在沖砂施工過程中，當(dāng)油層沖開后，如果是高壓層，套管出口排量大于進(jìn)口排量，或有溢流發(fā)生，這時(shí)若處理不當(dāng)就會卡鉆。當(dāng)發(fā)生井噴時(shí)，現(xiàn)場人員忙于防噴，而忽視了井內(nèi)的管柱，致使套管內(nèi)懸浮的砂不能返到地面，導(dǎo)致砂卡。①當(dāng)沖開油層后應(yīng)充分洗井，使得環(huán)形空間的砂能及時(shí)返出井筒;②油層沖開后，要認(rèn)真觀察井口進(jìn)出口排量，若有溢流，則需要進(jìn)行井控，調(diào)整沖砂液比重。如果要防噴，則用油管放噴，嚴(yán)禁從套管放噴。

5.4 沖砂洗井不徹底造成砂卡

沖砂至一定深度后，要充分洗井，若不及時(shí)起鉆會造成砂卡。針對以上情況，要采取以下預(yù)防措施：①沖砂至設(shè)計(jì)深度后應(yīng)大排量洗井至全部砂返出地面。出口含砂量小于0.1%視為沖砂合格;②沖砂洗井后應(yīng)立即上提管柱至安全位置。

6 沖砂技術(shù)發(fā)展未來展望

針對目前沖砂作技術(shù)遇到的困難，未來沖砂技術(shù)有以下三點(diǎn)發(fā)展趨勢：①大排量聯(lián)泵沖砂：在油層壓力低或漏失嚴(yán)重的井進(jìn)行沖砂施工時(shí)，將兩臺以上的泵聯(lián)用，進(jìn)行施工的沖砂方式，以提高沖砂效率;②連續(xù)油管沖砂：適用于出砂嚴(yán)重，地層壓力低油井，漏失嚴(yán)重，水平井。不停泵，防止砂粒在運(yùn)移時(shí)二次回落形成砂卡，沖砂效率高，但是費(fèi)用成本高;③不動管柱沖砂生產(chǎn)一體化：作業(yè)成本低，周期短，對儲層污染風(fēng)險(xiǎn)小。技術(shù)不成熟，對井下配套工具要求高。

7 結(jié)論

針對目前沖砂作業(yè)中存在四個(gè)難點(diǎn)，提出相應(yīng)的處理措施：地層漏失比較大：對于一些負(fù)壓地層，壓力比較低的地層，漏失嚴(yán)重的可以用暫堵劑進(jìn)行暫堵;砂粒的二次回落：在沖砂作業(yè)時(shí)，由于受到接單根的影響，一些在井筒環(huán)空的砂粒，在停泵以后回落到井底，嚴(yán)重的情況會造成砂卡事故，因此現(xiàn)場沖砂作業(yè)要不停泵連續(xù)沖砂，直至返出取樣砂粒含量小于0.01%為沖砂干凈。

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