低壓井負壓沖砂強制排砂技術

管九洲

(中油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

引 言

曙光油田由于長期開采和注水井網不完善，地層壓力低，普通沖砂工藝沖砂液漏失嚴重［1］，無法建立循環，常常導致沖砂失敗。同時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、有機和無機結垢、細菌堵塞以及多種酸不溶物堵塞的綜合傷害類型，增加了油井生產成本。為解決這一問題，研制了負壓沖砂強制排砂工藝技術，該技術實現了低壓油井徹底、無污染沖砂，為低壓油田出砂井后期生產提供了技術支持。

1 技術分析

1.1 負壓沖砂強制排砂管柱組成

負壓沖砂強制排砂技術由雙流套管水力噴射泵、聯合沖砂轉向換向裝置、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 技術原理

將工具下入預定位置，利用一次管柱即可實現負壓正反聯合沖砂和強制排砂、再沖砂。

圖1 負壓沖砂強制排砂管柱結構

沖砂時從油套環空注入沖砂液，皮碗封隔器在液力作用下擴張，封隔油套環空。沖砂液通過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，通過沖砂液進口、中心管、限流噴嘴快速噴出沖擊砂面。此時經過限流噴嘴的沖砂液具有高流速、低壓力特點。經過參數優化，對沉砂具有較強沖擊力和擾動力，對地層有較小壓力(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力液驅動噴射泵，將沖砂液和地層砂舉升至地面。通過轉向換向裝置開啟和關閉沖砂液入口，可實現沖砂與排砂過程的轉換。

1.3 關鍵技術

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、擴散管、防堵通道、防倒流閥等組成(圖2)。主要作用是對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題發生。

圖2 雙流道套管水力噴射泵結構

沖、排砂過程中，一部分沖砂液由動力液進口進入噴嘴并高速噴出。在噴嘴出口處，動力液由高壓低速變為高速低壓，在噴嘴附近形成低壓區，另一部分沖砂液沖砂后攜帶泥砂由防堵通道不斷補充到低壓區，并與動力液混合進入喉管。動力液與沖砂液在喉管內充分混合，動力液失去動量和動能，沖砂液得到動量和動能［6］，混合液進入擴散管后，隨著流動面積增加，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，實現壓力接力作用。

射流泵以上管柱壓力為高壓區，射流泵以下管柱壓力為低壓區，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、排砂時沖砂液均通過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，沖砂液可通過防堵通道返到射流泵上部油管中，不需作業即可完成沖砂過程。

1.3.2 轉向換向裝置

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

圖3 轉向換向裝置結構

在閥套本體設計2個沖砂液進口，在滑芯設計1個進口。沖砂時，閥套本體沖砂液進口與閥芯進口連通，動力通過沖砂液通道進入沖砂筆尖完成沖砂。沖砂液經過閥芯側向通道頂開閥球，進入雙流道套管水力噴射泵低壓區，實現負壓沖砂。

排砂時，由油管打壓，首先剪斷銷釘，滑閥下移至限位環，閥套本體沖砂液進口與閥芯進口錯開并關閉。沖砂液全部作為動力液進入噴射泵噴嘴，進行強制排砂。

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

1.4 技術參數

(1)工具長度為2.5 m，最大外徑為152 mm，最小內徑為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)轉向換向裝置一級換向壓力為10～12 MPa，二級換向壓力為13～15 MPa。

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1.5 技術特點

(1)一次管柱即可實現負壓沖砂、射流泵強制排砂、再負壓沖砂3道工序。

(2)沖砂徹底，排砂干凈，可根據油井具體情況適當增加排砂時間及射流泵的排量，達到徹底排砂目的。

(3)沖砂過程中可防止沖砂液漏入油層，降低了沖砂液對油層的傷害。

(4)工藝簡單，施工周期短，投入低，使用常規沖砂車組即可完成全部工序。

2 現場應用

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如下。

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

(2)下入沖砂管柱，下入速度小于5 m/min。

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

(5)沖砂作業時，泵車地面平均壓力為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。單根沖砂液循環油管容積的1.5倍以上，沖砂到人工井底時，沖砂液循環油管容積2倍以上。

圖4 負壓沖砂強制排砂工藝管柱

(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，進行沖、排砂工藝轉換，連接反沖砂流程，進行排砂。

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

2.2 現場實施情況

截至2013年12月，在曙光油田應用96井次，成功率為91%，累計沖出砂量約143 m3。統計可對比的81井次，漏失量降低86.4%，單井平均減少漏失量43 m3，平均沖砂時間縮短了210 min。

曙4-8-05井于1988年8月投產，生產井段為1 111.0～1 160.3 m，油層厚度為13.2 m，共5層。2012年4月測油層中部壓力為7.42 MPa，歷次沖砂時均有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，沖進尺141 m。沖砂時間為3 h，沖砂液無漏失，達到了防漏失的目的。該井沖砂后下泵生產，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 結論

(1)該技術通過地面操作即可實現多功能管柱轉換，完成負壓沖砂、強制排砂和再沖砂過程。

(2)該技術適用于低壓油田漏失井沖砂、新井及防砂作業前的強制排砂。

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

(4)沖砂徹底，可延長油井檢泵周期。

(5)在防砂前利用該工藝負壓沖砂和強制排砂，可提高防砂效果。

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

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