氣井沖砂沖洗解堵復產工藝優化

黃永章 ，馮榮軒，朱禮明，孟海龍，蔣 瑛，李 希，付國維

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安 710018；3.西北大學，陜西西安 710127；4.中國石油長慶油田分公司第六采氣廠，陜西西安 710018；5.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安 710018）

氣田砂面探測普查結果顯示部分氣井有不同程度的井底積砂，其中有些井射孔段已經部分或全部被砂體掩埋嚴重，此外壓裂破膠殘余液隨后期生產會陸續從儲層滲出進入井筒，多組分體系泡排劑、緩蝕劑在井下高溫、高壓的環境中易發生一系列物理化學變化，致使黏度增加，綜合表現砂液混合臟物堵塞井筒，影響氣井產能的發揮甚至關停[1]。因此，沖砂沖洗解堵效果是實現氣井復產的關鍵。

1 沖洗沖砂技術難度分析

井筒內混合臟物在清理過程中存在以下技術難度：

（1）目前氣井井內完井管柱大致分為直井多層分段機械工具、多級水力噴射工具及裸眼分段工具，產層段附件的鉆具結構相對關油管較復雜，且鉆具位置可能存在砂卡，導致起鉆另下沖砂鉆具難度較大，且成本高，存在一定的井控風險；

（2）地層壓力系數較低，井內不能建立沖洗循環，且沖洗過程地層漏失易造成儲層二次污染；

（3）井內有節流器或壓裂鋼球，撈砂工具很難進入預定位置，撈砂作業難度大。

基于以上難點，采用連續油管帶壓開展氣井沖砂沖洗解堵具有不動原管柱、施工高效快捷、對地層傷害小等技術優勢。

2 沖洗沖砂方案設計優化

2.1 連續油管沖砂方式

采用連續油管沖砂的方式主要有以下幾種： 正沖（洗）、反沖（洗）、正正沖（洗）和正反沖（洗）（見圖1）。考慮井筒內鉆具結構和反沖砂子易積在地面連續油管管盤內，優選正沖沖砂方式。

2.2 沖砂介質優選

氣井沖砂對沖砂介質的要求是要具有一定的黏度，以保證有良好的攜砂能力，而且不能傷害儲層。連續油管沖砂介質主要有三種：活性水、泡沫、高黏液體和氣體組合（見表1）。從保護地層角度出發，沖砂介質優選為沖砂膠液與氮氣組合[2]。

2.3 沖砂作業參數優選

2.3.1 施工最低排量 沖砂時，為了使沖砂液將砂粒帶至地面，沖砂液在井內的上升速度必須大于最大直徑砂粒的自由沉降速度，這個速度為攜砂液臨界速度[3]：

式中：Vc-沖砂時攜砂液臨界速度，m/s；d-砂粒直徑，mm；ρs-砂粒密度，kg/m3；ρ1-攜砂液密度，kg/m3。

施工所需的最低排量（見表2）為：

式中：Qmin-沖砂要求的最低排量，m3/s；A-沖砂液上返流動截面積，m2。

2.3.2 摩阻計算 連續油管沖洗施工的摩阻來自于連續油管和環形空間內[4]。氣田直井沖砂井的油管內徑為62 mm。采用的連續油管外徑為38.10 mm，內徑為29.2 mm，長度約5 000 m，最大承受壓力35 MPa。在給定泵注排量下，計算攜砂液在連續油管及環形空間的摩阻梯度（見表3）為：

圖1 沖砂方式

表1 不同沖砂介質的特點

表2 不同尺寸油管施工最低排量

式中：P-壓力梯度，Pa；λ-沿程阻力系數；V-沖砂液流速，m/s；d-管路直徑，m；ρ-沖砂液密度。

表3 38.1 mm 連續油管排量與摩阻的關系

2.3.3 井口最大壓力計算 對需要沖砂井的井深、井底壓力等數據核實，根據連續油管摩阻梯度，可以預測不同施工排量下的井口壓力，當液柱完全充滿連續油管時，井口最大壓力為26.97 MPa，小于井口防噴盒密封件試壓強度值35 MPa。因此，只要在施工排量低于0.4 m3/min，都可以滿足施工條件（見表4）。

2.3.4 連續油管膠液+氮氣循環頂替+交替注入工藝通過連續油管與油管建立起沖砂液的循環通道，保持井筒內液柱壓力小于地層壓力。在作業過程中，采用注入氮氣循環頂替，若井口未返出沖砂膠液，繼續泵注液氮，直至井口返出膠液砂，再繼續交替注入提高沖砂沖洗解堵效率（見圖2）。

圖2 氮氣+膠液循環+交替注入原理

3 現場試驗效果分析

3.1 整體沖砂試驗效果

表4 38.1 mm 連續油管排量與井口壓力的關系

表5 連續油管沖洗沖砂措施實施情況

圖3 連續油管沖砂砂橋前移

針對氣田因井筒出砂、出異物而關停的5 口井開展連續油管沖洗沖砂措施，其中，水平井3 口，直井2口，現場施工成功率100 %，實施后均恢復正常生產（見表5）。

3.2 實例分析

以蘇東BH2 井為例分析連續油管沖砂沖洗解堵作業過程。

該井井內留有114.3 mm（P110）油管394 根，8 段裸眼壓裂鉆具（斯倫貝謝）一套，井內無節流器，因井筒出砂關井停產。連續油管沖砂沖洗作業過程如下：

（1）第一階段：探砂面，清水不能建立循環。連續油管下至井深3 605 m 遇阻，加壓2 t，探2 次未通過，起連續油管至井深3 400.0 m，泵注清水，泵壓29.2 MPa～33.1 MPa，排量200 L/min～230 L/min，入井清水60.0 m3，無返出，點火不燃。

（2）第二階段：繼續嘗試下放連續油管，兩次遇阻位置靠前54 m、20 m。下連續油管至井深3 551.0 m 遇阻，加壓2 t～3 t，探3 次未通過，上提連續油管至井深3 531.0 m 試下放4 次未通過，上提連續油管至井深3 400.0 m，上下活動連續油管泵注清水，泵壓30.8 MPa～34.2 MPa，排量200 L/min～230 L/min，入井清水60.0 m3，無返出，點火不燃。值得注意的是連續油管在下放、上提、循環形成攪動砂橋導致遇阻位置出現逐步靠前的現象（見圖3）。

（3）第三階段：采用氮氣混合邊下邊沖。連續油管再次下至井深3 380.0 m 再次靠前遇阻，探3 次未通過，上提連續油管至井深3 100.0 m，采用氮氣混合邊下邊沖。分別沖過井深3 300 m、3 450 m、3 555 m，出砂1.2 m3和60 m3液體后解堵成功。

4 總結與認識

（1）沖砂沖洗作業試驗表明，連續油管膠液+氮氣循環頂替+交替注入工藝是可行的。

（2）該工藝作業效率高，對地層傷害較小，能有效清除井底積砂，對低壓氣井沖砂作業有一定的指導作用。