水平井負(fù)壓旋轉(zhuǎn)沖砂工藝技術(shù)的研究與應(yīng)用

O 劉偉 楊淇 羅寶莉（西安石油大學(xué) 陜西西安 710000）

水平井負(fù)壓旋轉(zhuǎn)沖砂工藝技術(shù)的研究與應(yīng)用

O 劉偉 楊淇 羅寶莉
（西安石油大學(xué) 陜西西安 710000）

針對水平井沖砂，由于地層虧空嚴(yán)重，傳統(tǒng)方法返排率極低，沖砂風(fēng)險程度大，不能有效保護儲層。負(fù)壓旋轉(zhuǎn)沖砂是利用專用工具實現(xiàn)水平井反循環(huán)旋轉(zhuǎn)沖砂，實現(xiàn)了限速旋轉(zhuǎn)、紊流攜砂、深層解堵功能，可以防止砂粒下沉和砂卡事故，提高了攜砂能力。實踐表明該技術(shù)對水平井沖砂具有較好的成效和經(jīng)濟效果。

水平井；負(fù)壓旋轉(zhuǎn)；沖砂

前言

傳統(tǒng)的沖砂工藝雖然滿足了直井和定向井的要求，但是對于儲層呈水平狀，地層虧空嚴(yán)重，沖砂液返排率極低的定邊油田延長組深部油藏水平井效果極差。目前定邊采油廠水平井開采延長組的有43口，全部實行的多段大砂量、高砂比水力噴射壓裂投產(chǎn)措施，部分因地層出砂形成砂橋或其他原因?qū)е碌牡彤a(chǎn)井，需要通過沖砂來提高其生產(chǎn)能力，所以亟需在油井沖砂方面有技術(shù)突破，解決目前定邊油田水平井開發(fā)困境。

一、水平井沖砂的難點

1．套管水平段液體呈現(xiàn)上快下慢循環(huán)通道，井眼底邊流速很低，攜砂能力弱，容易導(dǎo)致卡鉆。2．沖砂液在水平井段和斜井段攜砂能力弱，沖砂過程中，在斜井段容易形成砂橋，造成砂卡事故。3．地層出砂后，油砂容易膠結(jié)形成砂橋，嚴(yán)重時堵住井眼，形成井下局部高壓，具有井控風(fēng)險。4．采用多段壓裂技術(shù)，深部油藏地層壓力低，地層存在吸水現(xiàn)象，無法將砂子帶出井筒。

二、負(fù)壓旋流沖砂技術(shù)

負(fù)壓旋流沖砂技術(shù)是采用淹沒式射流泵+截流皮碗+旋流頭結(jié)構(gòu)，利用淹沒式射流泵形成負(fù)壓減少地層污染、截流皮碗分流和旋流頭形成旋轉(zhuǎn)湍流增加沖砂、攜砂能力，套洗頭和負(fù)壓沖砂，對井下浮砂進行攪拌、負(fù)壓沖洗，針對井下存在膠結(jié)物、壓裂脫落膠皮等難以靠水流沖洗出井外的異物，可進行打碎后再沖洗作業(yè)，這樣既解決了因地層虧空、返排效率底的問題，又解決了井下混合物無法形成湍流和沖洗無效的問題。

三、井下洗井管柱（自下而上）結(jié)構(gòu)

水力旋轉(zhuǎn)沖砂器（Φ3．0mm噴頭）+倒角油管串(造斜點位置至人工井底位置)+加厚油管串+250井口，計算出所需倒角油管串?dāng)?shù)，在沖砂的過程中從井口續(xù)加加厚油管（Φ73．0mm）。

井口裝置有高壓自封封井器，主要是防止井噴作用，井下沖砂裝置包括倒角油管和水力旋轉(zhuǎn)沖砂器，主要是對地層的沖洗和防偏磨、套損造成事故，水力旋轉(zhuǎn)沖砂器(圖1）的作用是在套管內(nèi)分流。

圖1 水力旋轉(zhuǎn)除砂器設(shè)計圖(1)

圖2 水力旋轉(zhuǎn)除砂器設(shè)計圖(2)

圖3 水力旋轉(zhuǎn)除砂器設(shè)計圖(3)

四、水平井沖砂工藝技術(shù)的施工設(shè)計與應(yīng)用

水平井在進行沖砂施工時要進行過連續(xù)的作業(yè)，嚴(yán)禁機泵突然停止的現(xiàn)象發(fā)生。在機泵停止工作前，上提沖砂的管柱至固定角度。第一步，在井斜小于30度的地方采用常規(guī)直井沖砂工藝，沖砂作業(yè)要穩(wěn)中求保證，以相對穩(wěn)定的速度進行管柱的放置和沖砂。第二步，在井斜度數(shù)大于30卻小于60的井段處，由于此處已經(jīng)有上返的沙粒，這些沙粒很容易二次沉積，所以進行沖洗作業(yè)時候要提速，將排量提高。管柱的放置要下放50m為最佳，提高管柱負(fù)荷和憋壓，將沖洗的力量增大。第三步，在井斜度數(shù)大于60小于90的井段，這里是沖砂管柱遇阻的阻力最大的井段。這時候要對井底加壓，并減慢下放速度，管柱每根上下移動三次，使砂床松化，在此井段出現(xiàn)憋壓的情況，要立即把排量增大，把管柱上提。水平井沖砂工藝技術(shù)在應(yīng)用上目前采用的水平井正循環(huán)連續(xù)沖砂工藝和雙泵反循環(huán)沖砂工藝。第s四步，負(fù)壓旋轉(zhuǎn)沖砂水力參數(shù)。

負(fù)壓旋流沖砂水力參數(shù)的確定，沖砂液為清水，沖砂排量Q為0．6-0．8m3/min，工作壓力為12-15Mpa。

沖砂時，為了使沖砂液更好的攜砂，沖砂液上返的速度必須大于最大砂粒的自由下沉速度，因而確保砂粒返排出來的條件是沖砂液上返的速度（m/s）V液大于2倍的砂粒在沖砂液中的自由下沉速度（m/s）V砂，即V液≥2V砂。

沖砂洗井時所需的最小排量Qmin=A×V液min，A-沖砂液上返時的最大截面積，m2；V液min—保持砂粒返排到地面的最低沖砂液流動速度,m/s。

沖砂時（主要是反沖洗攜砂能力較強），沖砂排量Q介于0．6-0．8m3/min，沖砂液在油管內(nèi)的流速V=Q/A，是介于1．105-1．469m/s，沖砂液的上返速度超過了砂粒上返所需要的最低流速2×0．094m/s（定邊油田水平井壓裂所用砂粒，目數(shù)為20-40，真密度2．65g/cm3，粒徑0．425-0．85mm，根據(jù)計算的出其在清水中的沉降速度小于0．094m/s）。

五、負(fù)壓旋轉(zhuǎn)沖砂過程及控制

目前在定邊油田進行3口水平井沖砂洗井作業(yè)，取得了良好的效果，由于原始地層壓力較低，為減小地層傷害，使用泡沫洗井液負(fù)壓沖砂洗井，泡沫沖砂液配方為0．6%的YFP-1起泡劑+0．3%COP-1助排劑+0．3%CF-5B粘土穩(wěn)定劑+0．1%SP-169活性劑+0．3%穩(wěn)泡劑。

沖砂過程中的管柱下方上提嚴(yán)格控制，沖砂過程中鉆具要上下起放，一般下方50米，上提一次，沒有負(fù)荷大幅度增加現(xiàn)象和憋壓情況，才能繼續(xù)沖砂，入窗和到達(dá)水平段，也是沖砂管柱磨阻最大階段，加壓下放速度要小于0．3m/ min，并每單根上下移動2次，已達(dá)到破壞“固化的砂床”，如果遇到憋壓情況，上提活動管柱。

六、措施前后效果對比

定邊采油廠共有3口水平井試驗了負(fù)壓旋流沖砂技術(shù)，在很大程度上縮短了作業(yè)時間，降低了風(fēng)險同時也提高了油井的生產(chǎn)時率，3口水平井都順利完成了沖砂作業(yè)，未發(fā)生砂卡、砂埋等事故，油井供液能力得到了增強（動液面明顯上升），同時也起到了一定的增油效果。

七、結(jié)論與認(rèn)識

1．在沖砂的過程中，返出的液體中有少量的黑色粉末狀固體，通過實驗室化驗分析，其主要是一些硅酸鹽，分析認(rèn)為這些物質(zhì)主要來源于鉆井液以及壓裂液，由此可見，經(jīng)過負(fù)壓旋流沖砂洗井，也可以給近井地帶起到一定的解堵作用，降低表皮系數(shù)，降低含水、提高油井產(chǎn)量。

2．負(fù)壓旋轉(zhuǎn)沖砂器獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使水平井沖砂效率提高30%。

3．負(fù)壓旋轉(zhuǎn)沖砂工藝基本解決了水平井沖砂的技術(shù)難題，可減少沖砂作業(yè)中砂卡事故的發(fā)生，不僅能提高油井產(chǎn)能還可以恢復(fù)部分停抽井，恢復(fù)水平井的正常生產(chǎn)。

4．通過理論研究和實踐摸索，最終形成了適合定邊油田水平井的沖砂現(xiàn)場施工工藝，包括泵車排量、管柱組合、管柱上提下放速度等現(xiàn)場施工參數(shù)。

[1]曲洪娜，黃中偉、李根生，等.水平井旋轉(zhuǎn)射流沖砂洗井水力參數(shù)設(shè)計方法-石油鉆探技術(shù)[J].2011.36(6).

[2]吳寧，張琪，曲占慶，固體顆粒在液體中沉降速度的計算方法評述[J].2000.22(2).

[3]、陳立人,馬廣蛇. 國內(nèi)外石油鉆井裝備技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與思考[A]. 2005年石油裝備技術(shù)發(fā)展學(xué)術(shù)交流年會論文集[C]. 2005 .

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Research and Application of Horizontal Well Negative Pressure Rotary Sand Cut Technology

Liu Wei Yang Qi Luo Baoli
(Xi'an Shiyou University,Shanxi Xian ,710000)

For horizontal well sand cut,because of serious formation depletion, traditional method has an extremely low f owback rate and gr eat degree of sad cut risk, which cannot protect reservoir. Negative pressure rotary sand cut is that by utilizing professional instrument to achieve the reverse circulation sand cut of horizontal well, which has the function of speed limit rotation,turbulent f ow with sand and deep broken down and it ca n prevent the accident of sand sinking and sand plug and improve prop carrying capacity . The practic indicates that this technology has better effect and economic effects on horizontal well sand cut.

horizontal well；negative pressure rotary；sand cut

TD

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