水平井沖砂技術(shù)的改進與應用

水平井沖砂技術(shù)的研究與應用匯報內(nèi)容概述水平井井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀水平井沖砂工藝技術(shù)研究技術(shù)創(chuàng)新點現(xiàn)場應用經(jīng)濟效益分析結(jié)論

一、概述

水平井以油層滲流面積大、產(chǎn)出率高的特點，在油田開發(fā)中獲得越來越廣泛的應用，從2004年開始，水平井、側(cè)鉆水平井作為老油區(qū)改造的重要措施之一獲得了規(guī)模應用。錦州采油廠在97年6月就鉆成了遼河油田第一口側(cè)鉆水平井。2001年我廠在錦27塊西部成功完鉆了錦27-平1井，從此步入了水平井新的應用領域。但是，由于水平井井身結(jié)構(gòu)的特殊性，給油井維修作業(yè)帶來了一定的困難，尤其是出砂水平井，致使油井停產(chǎn)、利用率低，嚴重地影響了油田的正常生產(chǎn)。

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

水平井井身結(jié)構(gòu)

如圖所示，水平井大體上可以分為垂直段、造斜段、穩(wěn)斜段、水平段四個部分。垂直段的井身結(jié)構(gòu)與普通直井相同，水平段采用裸眼完井后下入防砂管投產(chǎn)。339.7mm水泥返高444.5mm244.5mm215.9mm177.8mm懸掛器位置：技套鞋以上50m

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

我廠現(xiàn)有水平井典型結(jié)構(gòu)339.7mm水泥返高444.5mm244.5mm215.9mm177.8mm懸掛器位置：技套鞋以上50m

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

我廠現(xiàn)有水平井典型結(jié)構(gòu)339.7mm（或273.05mm）水泥返高444.5mm（或346.0mm）177.8mm241.3mm152.4mm127mm懸掛器位置：技套鞋以上50m339.7mm（或273.05mm）水泥返高444.5mm（或346.0mm）139.7mm（調(diào)長光管+篩管）215.9mm

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

水平段典型特點上翹式波浪式下凹式

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

水平井沖砂技術(shù)現(xiàn)狀1、水平井的積砂特點

目前錦州油田部分水平井段為上翹式，油層出砂后，砂子隨產(chǎn)液進入井筒，較大顆粒的砂子首先沉降在水平段的低位形成砂床，較小顆粒的砂子隨產(chǎn)液進入垂直井段后，由于過流面積增大造成流速下降，使得部分砂粒進一步沉降，在造斜段處形成砂橋。產(chǎn)液攜砂造成抽油泵磨損、砂卡，管柱砂卡，砂埋油層，導致油井無法正常生產(chǎn)。

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

水平井沖砂技術(shù)現(xiàn)狀2、水平井沖砂存在的問題常規(guī)水力沖砂技術(shù)解決水平井砂害，會遇到以下問題：①沖砂管柱下放、上提過程中遇阻，沖砂管柱地面顯示交替載荷變化大難以判斷井下狀況；②沖完一根管柱停泵接單根過程中，砂上返易在井斜大的部位重新堆積造成砂卡堵的現(xiàn)象，嚴重的引起油井大修；③采用常規(guī)沖砂筆尖，沖砂管柱進入水平段后，沖砂液易在流動阻力小的上部形成循環(huán)通道，下部的砂床難以清理干凈；④老油區(qū)的地層壓力普遍較低，水平井的油層裸露面積又大，水力沖砂過程中沖砂液攜砂漏入地層，無法將砂子帶出井筒，油井投產(chǎn)后漏入地層的砂子隨產(chǎn)液重新進入井筒，不但造成反復沖砂，而且沖砂液的漏失會造成儲層傷害。

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

水平井沖砂技術(shù)現(xiàn)狀3、國內(nèi)外水平井沖砂技術(shù)

國內(nèi)外水平井沖砂管柱大多選擇連續(xù)油管、反沖砂方式進行作業(yè)，不論沖砂管柱如何移動都能保證沖砂液連續(xù)循環(huán)，從而達到高效安全的沖砂目的。但是我國使用的連續(xù)油管依賴進口，隨著我國各油田水平井的不斷投產(chǎn)，目前所持有的連續(xù)油管設備不能滿足水平井修井工作量的需求。對此，我們經(jīng)過多年的研究、實踐、改進完善了一套水平井沖砂技術(shù)。通過沖砂液的設計、沖洗工具設計及沖砂工藝設計，實現(xiàn)了比常規(guī)連續(xù)油管作業(yè)更安全有效的沖砂方法。

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

1、井口連續(xù)正沖砂工藝的研究對于水平井沖砂，采用正循環(huán)連續(xù)沖砂工藝技術(shù)，主要解決水平井沖砂施工過程中，由于接單根停泵砂子回落造成的砂卡管柱問題?；谡龥_砂要求，管柱能在起下單根時保持沖砂液循環(huán)，同時又是滿足井控要求的耐壓密閉系統(tǒng)。因此，我們應用研究了雙通道沖砂器和配套的沖砂封井器。

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

1、井口連續(xù)正沖砂工藝的研究

①雙通道沖砂器上圖為正常沖砂時的工作狀態(tài)，下圖接單根時的工作狀態(tài)。將該裝置連接于油管上部，進行正沖砂時，水流正常通過，見上圖；沖完一根單根后，通過高壓換向閥使沖砂液換向，從換向井口的側(cè)孔進入油管內(nèi)部，進行正洗井，見下圖；待接完單根后，再次通過高壓換向閥改變沖砂液流向進行正沖砂。重復上述過程，實現(xiàn)不停泵連續(xù)正沖砂，防止砂卡沖砂管柱事故。

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

1、井口連續(xù)正沖砂工藝的研究

②沖砂封井器（專用自封）

該封井器的密封耐壓壓力7MPa，同時通過卡瓦連接的兩個250型閘門提供沖砂器側(cè)向工作通道。

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

2、水平井沖砂工具的設計③旋轉(zhuǎn)噴射沖砂筆尖的設計

如圖，在沖砂管柱底端安裝特制旋轉(zhuǎn)噴射筆尖，在沖砂液的帶動下，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，并將沖砂液沿工作管柱軸向60°夾角方向加速沖出，最大出口速度達到30m/s，達到高效沖洗的目的。旋轉(zhuǎn)噴射筆尖結(jié)構(gòu)圖

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

2、水平井沖砂工具的設計④水平井液力驅(qū)動旋轉(zhuǎn)式井下清砂器針對水平段沉砂不能被充分攪動起來并懸浮于沖砂液中，造成沖砂不凈的問題。我們研制出砂水平井液力驅(qū)動旋轉(zhuǎn)式井下清砂器，解決井底砂充分攪動及懸浮的問題；同時設計反向沖砂機構(gòu)，在沖砂管柱起出時進行反向沖砂，將水平段管柱下部的沉砂充分清除。水平井液力驅(qū)動旋轉(zhuǎn)式井下清砂器

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

⑤采用分級管柱組合，保證強度及液流上返速度為了保證上返沖砂液速度，并考慮地層存在漏失，沖砂管柱匹配時，盡可能減小環(huán)套空間，對通徑水平井一般采用二級管柱組合，對變徑的側(cè)鉆水平井、分支水平井最多可設計三級管柱組合，沖砂管材質(zhì)全部采用韌性好的N80級鋼材。⑥采用大倒角油管接箍為了減少油管壁外接箍與套管及完井篩管的剛性刮削作用，延長水平井的壽命周期，對油管接箍進行改進，加大導斜面面積，并使倒角的角度大于45°，在一定程度上降低了管柱上下行程中的載荷差。2、水平井沖砂工具的設計

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

水平井沖砂工藝受多種因素制約，應以安全快速、不損害油氣層、有利于砂屑運移為目標。沖砂前我們盡可能了解地層出砂的粒徑，從而選擇合適的沖砂方式，我們通過計算可以得到正沖與反沖可以攜帶的最大砂粒粒徑。通過公式計算出上升的沖砂流速：

Vmin＝Q/3600*F

其中Vmin－液體上返速度

Q-泵車排量

F－過流面積設定泵車排量0.85m3/min，Φ178mm套管，Φ89mm油管，則計算出沖砂液流的最大流速如下表。3、沖砂工藝的設計正沖流速（米/秒）反沖流速（米/秒）0.9849213.12443

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

根據(jù)經(jīng)驗公式，當沖砂液流上升的速度大于3倍砂子下沉的速度時，沉砂才能沖出到地面。由此可以得到，理想狀態(tài)下正沖砂最大攜帶砂子粒徑可大7.3mm，反沖沖出的砂子粒徑更大。但是實際沖砂時考慮沖砂速度、地層漏失、沖砂管內(nèi)徑、泵車排量損失等多方因素，盡量選擇較大排量沖砂，來保證沖砂效果。因此我們掌握以下原則：①出細砂井盡量直接采用一泵車正沖；②砂子粒徑在5mm以上時采用雙泵車正沖；③出砂粒徑在8mm以上直接采用雙泵車反沖。3、沖砂工藝的設計石英砂在水中的沉降速度（采油工藝原理）砂粒徑（mm）11.910.37.36.45.54.63.52.82.31.851.55沉降速度（m/s）0.3930.3610.3030.2890.2600.2400.2090.1910.1670.1470.127

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

水平井沖砂液必須具有高攜砂能力、抗剪切、低磨阻和低傷害的特性，在現(xiàn)場應用還要盡可能選擇容易獲得、性能容易控制和對環(huán)境污染小的沖砂液。最初，我們在設計第一口水平井錦27-平1沖砂時，考慮水平井裸漏地層面積大，可能存在一定的漏失現(xiàn)象，為了保護油層我們自己設計配置了專用的攜砂液，攜砂液采用加有防膨劑、聚丙烯酰胺等藥劑具有一定粘度的化學溶液，但費用較高，第二次沖砂時，直接選擇歡西油田錦16興隆臺油層脫氣原油為基質(zhì)的油基沖砂液。4、沖砂液的選擇

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

沖砂液入井前要達到以下幾項指標：4、沖砂液的選擇參數(shù)適用范圍推薦范圍粘度（mpa.s）≤180100-180膠質(zhì)含量（%）≤305.0-25.0密度（g/cm3）0.8-0.950.88-0.93溫度（℃）≥5060-70含水率（%）≤155-10固相含量（%）≤0.50.05-0.3凝固點（℃）≤-15同左

沖砂液的油基特性可獲得較高的攜砂能力，對沖砂管柱、套管和完井篩管的接觸面起到較好的潤滑作用，可以有效改善水平井沖砂作業(yè)高磨阻的狀況。目前，考慮稠油水平井漏失較小，且注蒸汽開采，在攜砂能力達到的條件下，多采用熱污水或軟化水（泥質(zhì)含量高）作為沖砂液，減少投入費用。

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

5、地面動力系統(tǒng)的設計考慮到水平井井筒體積大，沖砂液的漏失量大的特點，對于出砂粒徑較大的油井要求地面最少采用兩臺泵車聯(lián)作，具體泵車型號可以根據(jù)施工井地層壓力進行設計。地面為了保證起下單根時井內(nèi)正沖砂循環(huán)不停，在地面連接兩條入井管線，如下圖所示，當接單根時將兩條入井管線匯合處的轉(zhuǎn)向閥扳至通向沖砂封井器的一側(cè)。

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

6、現(xiàn)場施工工藝的設計

水平井沖砂施工過程中必須保證連續(xù)作業(yè)，杜絕意外造成停泵循環(huán)的現(xiàn)象，如果要停泵，必須上提沖砂管柱至井斜小于30°的直井眼內(nèi)。另外根據(jù)井身傾角的不同，排量設計和工具的運動有所不同，具體分為如下幾個階段：（1）0～30°基本與直井沖砂方式相同，沖砂過程中不要急于求成，以0.5m/min穩(wěn)定的速度下放管柱。（2）30°～60°時，上返的地層砂容易再次沉降形成砂卡，沖洗時將排量提高到1000～1200l/min為宜，并管柱要上下起放，一般下放50m，上提一次，沒有負荷大幅度增加現(xiàn)象和憋壓情況，才能繼續(xù)沖洗。（3）60°～90°時，沖砂管柱磨阻最大階段，加壓下放速度小于0.3m/min,并每單根上下移動2～3次為宜，以破壞“固化的砂床”，沖洗排量不低于1000l/min，如遇憋壓情況，立即增大排量，上提管柱。

四、技術(shù)創(chuàng)新點

水平井沖砂工藝技術(shù)經(jīng)過多年的實踐與改進，我們主要在以下幾方面進行了創(chuàng)新：改進應用了雙通道沖砂器及井口專用自封，并取得成功，完善了水平井連續(xù)沖砂技術(shù)；完成了水平井沖砂工具的研究與設計，主要完成了旋轉(zhuǎn)沖砂筆尖、液力驅(qū)動旋轉(zhuǎn)式井下清砂器的研制、設計以及現(xiàn)場應用。通過理論研究與實踐，我們完成了水平井沖砂工藝的研究與設計，根據(jù)油井出砂狀況，采取相應的水平井沖砂工藝，達到水平井沖砂要求；逐步完善、改進了水平井沖砂液，現(xiàn)場取得較好的使用效果；通過摸索，逐步形成了適合我廠水平井的沖砂現(xiàn)場施工工藝，包括泵車排量、管柱組合、管柱下放速度等現(xiàn)場施工參數(shù)。五、現(xiàn)場應用

至2007年底，我們利用水平井正循環(huán)連續(xù)沖砂工藝技術(shù)和雙泵反循環(huán)沖砂工藝技術(shù)，實施水平井沖砂作業(yè)42井次，施工成功率達到了100%，創(chuàng)經(jīng)濟效益409.3萬元，取得了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。五、現(xiàn)場應用

典型井：

錦16-于H19井，該井2006年6月投產(chǎn)，6月28日作業(yè)搬上檢泵，探砂1106ｍ遇阻，采用熱污水正常沖砂，沖出大量砂子，其中有3ｍｍ以上砂粒，沖到1178ｍ洗井，洗2小時仍有砂，停，6月30日回探1090ｍ阻，采用雙泵車正沖砂，沖洗近8小時，沖出細砂2.5ｍ3以上，其中仍有大粒砂。最大粒徑在8ｍｍ以上，大部分在2-3ｍｍ。7月4日探砂面1055ｍ阻，鑒于前面沖砂粒徑較大，決定使用雙泵車反沖砂，在垂深最低點1226m、1428ｍ處反復沖洗，返出大量砂子。多為4mm以上砂粒，最大達到10mm，共沖出約有2ｍ3大粒砂。7月8日下螺桿泵生產(chǎn)，8月20日不出，采用水平井沖砂工藝繼續(xù)沖砂后注汽投產(chǎn)。該井正常生產(chǎn)150天，累產(chǎn)油1558噸，現(xiàn)注汽。該井采用水平井沖砂工藝將井內(nèi)沉砂清凈，恢復了該井產(chǎn)能，沖砂效果較好。六、經(jīng)濟效益分析

到2007年底，我們利用水平井沖砂工藝技術(shù)實施水平井沖砂作業(yè)42井次，保證了水平井的生產(chǎn)，水平井實施后累增油2862噸，減少檢泵26井次。經(jīng)濟效益分析：以每噸原油2356元計算，成本