氮氣泡沫流體沖砂技術在大港油田低壓漏失井中的應用

張康衛，劉 剛，周新華，孫廣龍

(中國石油大港油田分公司井下作業公司，天津大港 300280)

氮氣泡沫流體沖砂技術在大港油田低壓漏失井中的應用

張康衛，劉 剛，周新華，孫廣龍

(中國石油大港油田分公司井下作業公司，天津大港 300280)

低壓漏失井、水平井采用常規的水基液沖砂作業存在漏失嚴重、難以建立循環、攜砂能力弱、地層砂難以返出地面等缺點。氮氣泡沫流體具有低密度、高黏度、攜砂能力強的特點，其作為沖砂液能將地層砂全部攜帶出井筒。氮氣泡沫流體連續沖砂技術在港西油田現場應用表明，該技術有效解決了水基液沖砂作業存在的問題，提高了作業效果，縮短了作業時間，產能恢復期明顯縮短，增產效果明顯。

大港油田；氮氣泡沫流體；沖砂技術；低壓漏失井

大港油田經過多年的開采，油層壓力普遍降低：一方面，產層壓力系數降低，遠低于正常地層壓力系數，許多井壓力系數僅能達到0.6～0.7；另一方面多半生產井出現了出水量增加、含砂增多等生產問題，生產周期縮短，修井作業頻次加大。目前的修井維護作業過程中多數采用水基修井液，漏失非常嚴重，雖然部分井采用了暫堵液、膠結砂堵漏等工藝，但也僅能建立循環，修井液漏失仍然非常嚴重，造成油井維護后產能恢復期長，沖砂后的地層砂難以返出地面，大部分漏入地層投產后很快又砂埋油層，油井維護頻率高。

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

1 氮氣泡沫流體的特點

氮氣泡沫一般是由內充氣體、泡沫基液等形成的分散體系，泡沫基液一般是由液體、起泡劑和穩泡劑按一定比例配制而成。氣液混合的方式可以是機械攪拌，也可以是液力攪拌。經過攪拌，氣體破碎成小氣泡。攪拌越徹底，氣泡越小，泡沫流體的質量越好，氮氣泡沫的生成過程見圖1[1]。

(1)泡沫對地層滲透率有選擇性，即泡沫對高滲層具有較強的封堵作用，而對低滲層的封堵作用較弱。氮氣泡沫在高、低滲巖心并聯分流實驗表明，隨著注入泡沫量的增加，兩個巖心的最終流量相接近，說明氮氣泡沫具有對高滲透層的封堵作用，有效減少了泡沫液的漏失。

圖1 氮氣泡沫生成流程

(2)泡沫對油水層有選擇性，泡沫遇油消泡，遇水穩定，堵水層不堵油層，泡沫對水層具有較強的封堵作用。用滲透率基本相同的飽和水巖心和殘余油巖心進行泡沫驅替實驗，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，這說明氮氣泡沫對水層具有封堵作用，這對沖砂后油井的產能恢復作用明顯。

(3)泡沫流體具有較高的表觀黏度，攜帶能力強(攜液、攜固)，返排時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圖3[3]。可以看出，砂粒直徑對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10-2m/s的數量級，說明泡沫具有較好的懸浮性能和攜砂性能。同時泡沫黏度達到常規液體的10～100倍，能強力將井筒內地層砂、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驗結果

圖3 砂粒沉降速度與泡沫特征值的關系

(4)泡沫流體密度低且方便調節，可以達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。通過調整地面氮氣車和水泥車的排量，即調整氣液的比例，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。泡沫液進入井筒時處于壓縮狀態，返出井筒時壓力得到釋放，氣體膨脹為返排提供了能量，同時可以在井底形成負壓，有效地促進返排。

2 氮氣泡沫流體沖砂施工參數的確定

根據施工井地質資料提供的井底流壓、靜壓、漏失量、井深結構等數據，利用氮氣泡沫流體沖砂參數設計軟件計算出主要參數，為工藝設計提供理論依據。

2.1 施工管柱的確定

對不同井況下的泡沫流體沖砂洗井作業，管柱結構的優化至關重要，不合理的管柱結構容易發生沖砂時憋壓、不能建立有效循環、砂卡管柱等情況，導致沖砂失敗，甚至造成工程事故。通過在港西地區幾口井的應用，優化出了以下幾種針對不同井況下的管柱結構。

(1)漏失量大、沖砂井段長的水平井進行氮氣泡沫沖砂作業，采用氮氣泡沫配合連續油管車進行沖砂作業。水平井沖砂過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。利用連續油管作業實現了整個施工過程井筒中流體循環不間斷，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題。

(2)港西地區出砂嚴重，很多油井采取了防砂措施，但防砂管的內徑小于普通油管的直徑，因此要沖出防砂管內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、循環排量達不到沖砂要求、沖砂液漏失等。經過理論計算以及現場的試驗，得到了一系列針對不同井況下的最佳管柱組合方案，見表1。采用73 mm油管+48 mm油管(內徑40 mm)110 m做為防砂管內沖砂管柱進行沖砂，壓力損失大幅度減少，可以滿足反循環沖砂的要求。

表1 沖砂組合管柱壓耗計算

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際井筒容積的1.5～2倍設計。

2.3 正、反循環沖砂工藝的確定

針對漏失不嚴重的水平井，一般采用反循環沖砂工藝；對漏失嚴重的井，為了達到施工排量以及沖砂徹底的目的，一般采用正循環沖砂工藝。

3 現場試驗及效果評價

氮氣泡沫流體沖砂技術在港西油田實施了兩口井，取得了良好的效果，與常規水基沖砂作業相比，作業用時縮短、產能恢復期縮短、沖出砂量增加，具體情況見表2。

3.1 兩口井前期常規水基沖砂施工情況

西40-6-11H井是港西開發區一區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524 m。2011年7月9日-7月12日進行作業，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，井口返出泥漿和地層砂6 m3。

表2 水基沖砂與泡沫沖砂對比

西9-7-4井于2011年7月29日-7月30日進行正循環沖砂作業，累計打入清水60 m3，全部漏失。

3.2 氮氣泡沫沖砂施工情況

通過兩口井進行的常規水基沖砂施工可以看出西9-7-4井漏失嚴重，根本無法建立循環；西40-6-11H井水基沖砂液攜帶能力差，考慮到套管有損壞，進入油層段有可能漏失，水平段進行常規沖砂，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險。因此決定實施氮氣泡沫沖砂。

西40-6-11H井進行沖砂施工后，沖砂進尺173 m，泡沫密度0.75 g/cm3；西9-7-4井沖砂施工后進尺145 m，泡沫密度0.6 g/cm3，施工達到了預期效果。

3.3 應用效果評價

(1)西40-6-11H如果使用常規水基沖砂作業需要用時5.0 h以上，而氮氣泡沫沖砂作業用時3.5h，施工用時縮短了41.7%；累計沖出地層砂3.5 m3，與沖砂井段對應的井筒體積相當，泡沫液將井筒內地層砂全部攜帶出地面。該井在投產后產量恢復很快，7月14日下完井，7月15日出油1.98 t，7月18日該井日產液達16.2 m3，日產油6.63 t，恢復到了停產前的日產水平，產能恢復期為4 d，和常規的產能恢復期7天相比，產能恢復期縮短了42.8%；7月21日日產液已達16.5 m3，日產油7.98 t，超過停產前日產量的30%，増油效果顯著。

(2)西9-7-4井進行氮氣泡沫沖砂，僅用100 min就建立起循環，沖砂作業得到有效實施，地層砂全部被攜帶出井筒，該井在投產后產液量恢復很快，3 d后液量恢復到了停產前的水平，和常規的產能恢復期7 d相比，產能恢復期縮短了57.1%；13 d后日產液、日產油量與停產前相比都有大幅提升，増油效果顯著。

4 結論

(1)泡沫流體沖砂技術很好地解決了低壓漏失井常規流體介質不能建立有效循環、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沖砂液強，提高了作業效果、縮短了作業時間。

(3)泡沫流體超強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，作業后油井產油量明顯增加，因此有明顯的地層解堵功能。

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

[1] 王淵，李兆敏，王德新．泡沫流體洗井設計[A]//第十四屆全國水動力學研討會文集[C].北京：石油工業出版社，2000．

[2] 尹忠．泡沫的性質及其在油田的應用[J].表面活性劑，1996，(3)：50-53．

[3] 李兆敏.氮氣泡沫酸化技術在華港1 04一P2井的應用[J].鉆井液與完井液，2009,26(4)：45-47.

[4] 王強軍.氮氣泡沫沖砂洗井工藝在靖邊氣田的應用[J].石油化工應用，2010，29(11)：38-40.

[5] 劉東明.氮氣泡沫液洗井工藝在SZ36-1油田修井中的應用及評價[J].中國海上油氣，2006,18(5)：56-58.

[6] 劉偉.泡沫洗井工藝的研究及應用[J].鉆采工藝，2002,25(2)：61-63.

編輯：李金華

1673-8217(2015)05-0116-03

2015-04-20

張康衛，高級工程師，1971年生，1995年畢業于石油大學(北京)，現從事修井技術研究和現場技術管理工作。

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