出砂油井組合舉升排砂工藝的實驗與應(yīng)用

陳生財 魏吉虎 鐘貴山 嚴(yán)繼發(fā)

青海油田采油一廠技術(shù)中心 青海 海西州 816400

隨著油田的不斷開發(fā)，地層壓力的變化，使得地層原始壓力下降或?qū)娱g矛盾差異的增加，油井出砂問題不斷突出。地層砂進入井筒，導(dǎo)致油層砂埋，油井產(chǎn)量下降；還會導(dǎo)致抽油泵磨損，泵漏失量增大，泵效降低，甚至導(dǎo)致油井砂卡，增加油井維護成本。

1 油井出砂地層類型

流砂類型：指沒有膠結(jié)的地層砂。流砂地層僅靠很小的流體附著力和周圍環(huán)境的圈閉的壓實力來聚集。這種油層一旦射開開采，便連續(xù)不斷的出砂，但產(chǎn)出液含砂量相對穩(wěn)定，雖然累計出砂量不斷增大，但井筒周邊不會產(chǎn)生空穴，只是地層越來越松。隔間層差越來越大[1]。

部分膠結(jié)地層：指含膠結(jié)物較少，膠結(jié)力弱，地層強度低。投產(chǎn)后地層砂在炮眼處不斷脫落，逐漸發(fā)展成空穴。脫落的地層砂沉積，逐步掩埋生產(chǎn)油層，導(dǎo)致油井產(chǎn)量下降。套管外空穴不斷增大，容易導(dǎo)致套管變形或套管錯斷。

脆性砂地層：也稱易碎砂地層，膠結(jié)物較多，中等膠結(jié)（3.45～6.8）投產(chǎn)時出幾天或幾周砂，隨著開采出砂量減少或不出砂。因為投產(chǎn)初期因地層壓力大，地層充實過流面積小，流體相對沖刷力大，導(dǎo)致油井出砂；隨著不斷開采，套管近井地帶的不斷出砂導(dǎo)致出現(xiàn)“蚓洞”流體過流面積增大，流體的沖刷力減弱，油井出砂相對減少或不出砂；若出現(xiàn)強采，增加單井產(chǎn)量導(dǎo)致地層流壓增大，會出現(xiàn)二次出砂，導(dǎo)致近井地帶砂體塌陷，堵塞過流通道。

2 油井防砂工藝措施

人工井壁防砂：采用高壓復(fù)合割縫油管和封隔器配合在防砂井井段進行礫石充填方式在油層套管及油管之間形成一個人造阻砂井壁。優(yōu)點：工藝成熟，簡單，對粒徑較大的砂，防砂阻砂效果好。缺點：井內(nèi)預(yù)留魚頂，當(dāng)井內(nèi)出砂粒徑不均時細(xì)粉砂會通過人工井壁阻砂縫隙進入井內(nèi)，仍然造成油層砂埋，油井產(chǎn)量下降或砂卡抽油泵現(xiàn)象。沖砂時必須采用小油管沖砂[2]。

高壓礫石充填：高壓礫石充填采用金屬激光割縫油管和封隔器配合，用壓裂車組高壓將礫石通過炮眼填充至套管外近井的空穴中，割縫油管和封隔器起到阻止礫石上返作用。高壓礫石充填對于人工井壁而言規(guī)模大，能有效填充套管外出砂導(dǎo)致的空穴，對套管起到保護作用，高壓充填對套管外油層進行改造，有一定的增產(chǎn)作用。缺點：施工費用高，后期油層砂堵時很難撈出。

樹脂防砂：采用樹脂對地層砂進行二次膠結(jié)，提高油井近井地帶地層膠結(jié)強度，達(dá)到防砂目的。優(yōu)點：工藝簡單，施工費用低。缺點：有效期短，通常地層溫度（50～60℃）平均有效期6～8個月，高溫地層有效期更短。

化學(xué)防砂：采用泵車將化學(xué)材料依次擠入地層，在地層中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成膠結(jié)物，達(dá)到阻砂固砂目的。優(yōu)點：工藝簡單，施工費用低。缺點：存在固砂劑返吐現(xiàn)象，導(dǎo)致油井起抽后井卡，或閥爾失靈導(dǎo)致二次作業(yè)。

3 油井出細(xì)粉砂或出泥漿導(dǎo)致的危害

油井生產(chǎn)過程有時會出現(xiàn)新射開層位出泥漿，或生產(chǎn)過程中與附近鉆井出現(xiàn)層竄，導(dǎo)致油井出泥漿現(xiàn)象。當(dāng)油井出現(xiàn)泥漿后，現(xiàn)有有桿式抽油泵無法在泥漿中正常生產(chǎn)。若采取防砂措施，泥漿顆粒較小，防砂不僅增加成本，而且有防不住的風(fēng)險；并且泥漿可能為短暫出現(xiàn)，若能正常生產(chǎn)排出泥漿就能恢復(fù)油井生產(chǎn)。如：躍4-321井前期為長停井，為恢復(fù)老井生產(chǎn)潛力，2023年5月25日-6月5日封堵補孔作業(yè)起抽，排液3天至6月8日井卡，洗井解卡成功；至6月10日井卡，解卡時發(fā)現(xiàn)該井井液內(nèi)含大量泥漿及細(xì)粉砂，解卡后6月12日又出現(xiàn)井卡。

細(xì)粉砂導(dǎo)致油井無法正常生產(chǎn)，躍Ⅱ854井2023年4月15日老井恢復(fù)封堵補孔，補孔后井口起壓轉(zhuǎn)自噴生產(chǎn)，日產(chǎn)液14.42m3，日產(chǎn)油5.69m3，4月23日砂堵，轉(zhuǎn)防砂作業(yè)，5月4日起抽，排液；5月8日井口不出停井，5月12日解卡檢泵恢復(fù)生產(chǎn)，后多次出現(xiàn)井卡，解卡，無法正常生產(chǎn)，6月23日井卡，27日恢復(fù)生產(chǎn)，29日見油，井液內(nèi)含少量地層砂，出現(xiàn)閥爾漏失現(xiàn)象。

4 解決思路

由于地層膠結(jié)強度低，泥漿及細(xì)粉砂粒徑小，易隨著液體流動，人工井壁或高壓礫石充填等工藝具有一定的空隙度，無法阻止泥漿及細(xì)粉砂的通過，所以采取排出地面的工藝方法。

地面驅(qū)動螺桿泵采油工藝，螺桿泵攜砂能力強，有一定的排砂能力，但地面驅(qū)動螺桿泵在我廠出砂井應(yīng)用中因檢泵周期短，能耗高，洗井困難（需要用吊車將轉(zhuǎn)子提出泵筒），應(yīng)用量較少[3]。

多級舉升無泵采油工藝排砂，結(jié)構(gòu)如圖1所示，工藝特點是在機械采油過程中在井下使用若干個舉升工具而不需要抽油泵來完成舉升工作的一種工藝方法。優(yōu)點：根據(jù)液注壓力分段舉升，能將液體內(nèi)攜帶的砂粒分散，防止砂卡。缺點：投入成本高，抽油時漏失量大（70%左右，功圖為雙失（雞蛋型））選井需要液量大，液面高的井。

組合排砂工藝：采用多級舉升工具加防砂泵組合，即有抽油泵采油優(yōu)點，又有油管液注分段防砂卡功能。與多級舉升無泵采油工藝相比，大幅的減少舉升器數(shù)量降低了井下作業(yè)材料成本。

圖1 多級舉升器結(jié)構(gòu)示意圖

以泵深1500m、泵井57mm。液面135m為基礎(chǔ)，計算不同舉升桿柱和舉升器承受載荷對比數(shù)據(jù)見表1～表3。

表1 普通舉升桿柱最大載荷數(shù)據(jù)

表2 組合舉升桿柱承受最大載荷數(shù)據(jù)

表3 舉升器承受載荷數(shù)據(jù)

通過躍4-321 井下入多級舉升器后桿柱與活塞的最大載荷對比，光桿載荷計算至一致，但二級桿柱、三級桿柱載荷較普通機采采油相比減小，泵載荷大幅減小。通過計算舉升器載荷可以看出舉升器將液注載荷均勻分擔(dān)，第五至第八具舉升器連續(xù)接近泵下入，目的是最大可能承擔(dān)活塞以上液注壓力。活塞下行時游動閥上無液注壓力，可以大幅度減小游動閥開啟壓力。

5 現(xiàn)場實施情況

躍4-321井前期為長停井，為恢復(fù)老井生產(chǎn)潛力，2023年5月25日-6月5日封堵補孔作業(yè)起抽，排液3天至6月8日井卡，洗井解卡成功，至6月10日井卡，解卡時發(fā)現(xiàn)該井井液內(nèi)含大量泥漿及細(xì)粉砂，解卡后6月12日又出現(xiàn)井卡，決定返檢作業(yè)。

2023年6月25日返檢作業(yè)起出井內(nèi)管柱，自第25根油管以下管柱內(nèi)均為泥漿，下沖砂管柱，反洗井洗出大量泥漿及地層細(xì)粉砂，根據(jù)井內(nèi)情況和目前防砂手段無法對泥漿及細(xì)粉砂進行有效治理，決定采取組合舉升排砂方式，通過組合優(yōu)化，6月28日起抽產(chǎn)出液為作業(yè)壓井液及少量泥砂，6月29日井口含水85%，井液內(nèi)含有泥砂，7月2日井內(nèi)含水下降至45%，含有少量泥砂，油井生產(chǎn)正常，至7月22日油井生產(chǎn)正常，該井排砂采油實驗獲得成功。

躍Ⅱ854井2023年4月15日老井恢復(fù)封堵補孔，補孔后井口起壓轉(zhuǎn)自噴生產(chǎn)，日產(chǎn)液14.42m3，日產(chǎn)油5.69m3；4月23日砂堵，轉(zhuǎn)防砂作業(yè)，5月4日起抽，排液，5月8日井口不出液，停井，5月12日解卡檢泵恢復(fù)生產(chǎn)，后多次出現(xiàn)井卡，解卡，無法正常生產(chǎn)，6月23日井卡，27日恢復(fù)生產(chǎn)，29日見油，井液內(nèi)含少量地層砂，出現(xiàn)閥爾漏失現(xiàn)象，30日返檢作業(yè)，活塞內(nèi)有細(xì)地層砂，刮削沖砂至井底，7月4日完井起抽，至目前生產(chǎn)正常，取樣井液內(nèi)含0.3%左右地層砂。

因前期實驗兩口井均獲得了較好的防砂卡效果，在后期的采油生產(chǎn)中針對井口出砂或經(jīng)常砂卡井陸續(xù)下入4口均生產(chǎn)正常。

6 經(jīng)濟效益評價

與多級無泵采油工藝相比，采用舉升器與抽油泵結(jié)合方式大幅度減少了舉升器的數(shù)量，如多級無泵采油工藝1200m井深使用近40具，單井工具成本為12.4萬元；而組合舉升1500m泵深只下8具；加抽油泵費用為2.88萬元。材料費用大幅降低，更有利于推廣實施。