大斜度水平井井筒清洗技術(shù)探討

大斜度、水平井井筒清洗技術(shù)探討 大斜度井、水平井和普通直井同樣，在試油工藝及開發(fā)中，井下不可避免會出現(xiàn)出砂問題，為此就必須采用井筒清洗技術(shù)，才干恢復(fù)井下正常。作業(yè)現(xiàn)場慣用的清砂工藝重要有水力沖砂和機(jī)械撈砂兩種方式。水力沖砂工藝合用于能建立循環(huán)的井，清潔效果好，應(yīng)用比較普遍。機(jī)械撈砂工藝不僅適宜于能建立循環(huán)的井，也可用于嚴(yán)重漏失的井（負(fù)壓井），它是運(yùn)用抽吸的原理，因此也叫負(fù)壓撈砂，但效率要不大于水力沖砂，因此它重要用在漏失井較多。本文針對大斜度井、水平井的清潔工藝存在技術(shù)難題作針對性的研究。第一節(jié)水力沖砂工藝的研究水平井清洗技術(shù)難點(diǎn)重要有兩個方面：一是清洗不徹底、二是極容易卡鉆。由于井筒斜度大，沉砂在運(yùn)動過程中的垂直下落距離短，在重力作用下一旦上返速度達(dá)不到規(guī)定或循環(huán)不充足，很快就緊貼套管壁堆積，形成很長一段砂床。如果沉砂堆積過多，則發(fā)生砂埋卡鉆或粘附卡鉆。因此這決定了大斜度井、水平井的井筒清洗技術(shù)與直井有所區(qū)別，必須采用合理的沖砂方式，才干達(dá)成高效、安全的沖砂目的。一、水平井沖砂的水力學(xué)分析（一）水平井井筒內(nèi)固—液兩相流流動規(guī)律的分析為了更加直觀地理解水平井井筒清潔技術(shù)，為現(xiàn)場施工提供可靠的參考根據(jù)，有必要在攜砂液、固體顆粒在水平段的運(yùn)動方式和沉降規(guī)律等方面進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)。圖1直井、水平井沖砂過程砂粒運(yùn)移示意圖水平井與直井的區(qū)別在水平井段,圖1是水平井沖砂時砂粒在水平段運(yùn)移示意圖。水平井沖砂時,在水平段沖砂液上返流動方向與砂粒自由沉降方向不在一條線上,砂粒沉降方向始終指向套管內(nèi)壁底側(cè),與沖砂液流動方向成近乎90°的夾角,也就是說,如果沖砂液粘度太低,對砂粒沒有足夠的懸浮能力,井底被沖起的砂粒在運(yùn)移很短距離后便再次沉積形成砂丘(或砂床),很容易出現(xiàn)砂堵或砂卡管柱現(xiàn)象。圖2為低粘度沖砂液、反循環(huán)沖砂時水平井段油管內(nèi)砂粒沉降分布示意圖。圖1直井、水平井沖砂過程砂粒運(yùn)移示意圖圖2反循環(huán)沖砂水平段油管內(nèi)砂粒分布圖從上面分析能夠看出,水平井實(shí)施沖砂作業(yè),沖砂液排量大小已不是決定沖砂效果的重要因素。要解決水平井沖砂問題,一是提高沖砂液的懸浮和攜帶能力；二是干擾和破壞砂丘(或砂床)形成，即制止砂粒在水平井段的二次沉積。但根據(jù)國內(nèi)某些油田的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)實(shí)、經(jīng)濟(jì)、有效的辦法還是從改善沖砂液的性能入手，也就是說水平井沖砂要解決的核心技術(shù)是沖砂液懸浮和攜帶能力。產(chǎn)層所產(chǎn)出的地層砂(固體顆粒)，大都是不規(guī)則的。由于形狀的不規(guī)則，在流體中自由沉降時的阻力系數(shù)比規(guī)則顆粒要大，并且其在沉降過程中還伴有水平方向的漂移運(yùn)動，在相似狀況下比規(guī)則的顆粒（如壓裂充填的石英砂）沉降末速要小。砂粒在流動液體中的沉降速度受粒徑大小、形狀、液體流速、液體粘度等多個因素的影響，表1為砂粒在流動清水中的沉降實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表1流水?dāng)y砂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就某一油田或某口井而言，井筒沉砂粒徑大小不是人為能變化的。從表1能夠看出，水流速度增加，砂粒沉降速度有所下降。砂粒在沉降運(yùn)動中，當(dāng)阻力、重力和浮力達(dá)成平衡時，砂粒下沉速度不再增加，稱其為沉末速度。球形顆粒在液體中的沉降速度與顆粒在液體中所受的重力、浮力、阻力有關(guān)，當(dāng)顆粒沉降速度穩(wěn)定后，顆粒所受阻力F為重力W減去浮力T，即：F=W-T………（1）其中：，，將其代入式(1)則可得：不同雷諾數(shù)下的顆粒移動阻力系數(shù)不同。在層條件下(Re<1),Cd=3π/Re；過渡流條件下(1<Re<500),。層流區(qū)(Re<1)沉降則沉降速度為：過渡流區(qū)(1<Re<500)沉降則沉降速度為：雷諾數(shù)Re為500～10000紊流條件下的沉降速度計算：式中：υ—沉降速度，cm/s;Cd—阻力系數(shù)，,取決于雷諾數(shù)據(jù)；ds—球形砂粒直徑，mm；ρl—沖砂液密度，g/cm3；ρs—砂粒密度，g/cm3；μ—沖砂液粘度，mPa.s；g—重力加速度，m/s2。表2砂粒沉降實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2砂粒沉降實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖3為根據(jù)實(shí)驗(yàn)成果繪制的沖砂液中增粘劑濃度與砂粒平均沉降速度關(guān)系曲線。從圖3能夠看出:①隨著增粘劑質(zhì)量濃度的增加即沖砂液粘度增大,砂粒平均沉降速度逐步下降;②就某一種增粘劑而言,當(dāng)其質(zhì)量濃度增加至某一值時,繼續(xù)加大濃度,其溶液粘度增加值很小;③當(dāng)沖砂液粘度增大到某一值時,砂粒平均沉降速度會變得很小。根據(jù)實(shí)驗(yàn),沖砂液粘度達(dá)成3～4mPa·s時,砂粒平均沉降速度僅為0.146cm·s-1,繼續(xù)增大沖砂液粘度,砂粒平均沉降速度減幅明顯變小。圖3圖3增粘劑質(zhì)量濃度與砂粒平均沉降速度關(guān)系（二）沖砂使用的攜砂液配方研究從以上井筒內(nèi)固液相流動規(guī)律的研究能夠看出，大斜度、水平井段沖砂的特點(diǎn)：一是沖砂液粘度越大，沙粒沉降速度變慢，形成二次沉砂及砂床的時間延長；二是提高排量并不能明顯提高攜砂能力，但能夠使砂粒在井筒中返出的時間縮短；三是部分水平井能量局限性，高排量造成井底壓力升高而漏失，低排量難于返出地面，既難于完畢沖砂，同時又污染地層。因此采用何種方式、如何提高沖砂液的粘度是研究的主導(dǎo)方向。通過對比HPAM（聚丙烯酰胺）、CMC、胍膠等高分子化合物增粘效果與使用濃度的關(guān)系，篩選出HPAM和胍膠作為增粘劑，效果較好。不同使用濃度增粘劑的粘度測試成果見表3。表3不同濃度的胍膠與HPAM的粘度測試表濃度%0.10.20.30.40.50.71.0胍膠12255278105180240HPAM264065125165340779注：粘度測試條件：20℃，毛細(xì)管粘度計系數(shù)170由于沖砂液的粘度越高，其攜砂能力越高。因而使用濃度較低但含有較高粘度的增粘劑被優(yōu)選采用。但是并不是粘度越高越好，由于粘度增加，循環(huán)阻力加大，會造成循環(huán)泵壓升高，對地面設(shè)備的規(guī)定就更大。地層砂粒徑普通在2mm下列，根據(jù)公式計算，當(dāng)下沉速度不大于1m/min時，攜砂液的粘度不低于68mpa.s，因而選用0.3-0.4%的HPAM，可滿足沖砂規(guī)定。對嚴(yán)重漏失的井，可加入一定量的暫堵劑。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其加入量約為1%-1.5%，粒徑應(yīng)控制在20-40目左右即可。因而現(xiàn)場推薦攜砂液以下配方：配方1：（非漏失井）：0.3-0.4%HPAM+清水配方2：（漏失井）：0.3-0.4%HPAM+1%暫堵劑+清水從以上研究我們能夠得出下述結(jié)論：1、對于水平井沖砂工藝，在條件許可下，盡量采用較大排量進(jìn)行，提高沖砂液的攜帶速度。同時，采用動態(tài)的沖砂方式，減少砂床的形成。2、根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成果，攜砂液粘度越高越好，但考慮到摩阻因素，宜采用0.3-0.4%的HPAM溶液作為攜砂液能夠達(dá)成抱負(fù)的效果。二、水平井沖砂工藝技術(shù)的調(diào)研水平井持續(xù)沖砂技術(shù)就是運(yùn)用井口持續(xù)沖砂換向工具或持續(xù)油管操作，實(shí)現(xiàn)不停泵持續(xù)作業(yè)，在地面將流體從油管或環(huán)空注入井內(nèi)，將井底的沉砂沖起并隨著液流返到地面,達(dá)成清理井底、恢復(fù)油井正常生產(chǎn)的目的。這種工藝實(shí)現(xiàn)持續(xù)循環(huán)，避免了因停泵造成沉砂卡鉆。持續(xù)沖砂技術(shù)涉及“油管持續(xù)沖砂工藝”和“持續(xù)油管沖砂工藝”，現(xiàn)在遼河、大港、冀中檔油田已對“油管持續(xù)沖砂工藝”作了專項(xiàng)研究，重要有“地面換向持續(xù)沖砂技術(shù)”、“套管內(nèi)換向持續(xù)沖砂技術(shù)”、“旋流工具持續(xù)沖砂工藝技術(shù)”三種工藝?！俺掷m(xù)油管沖砂工藝”是比較成熟的工藝，它運(yùn)用持續(xù)油管作業(yè)車，下入持續(xù)油管柱進(jìn)行沖砂，這項(xiàng)技術(shù)在各大油氣田都有大量運(yùn)用。（一）油管持續(xù)沖砂工藝1、地面換向持續(xù)沖砂技術(shù)這種工藝重要是通過地面換向工具的配合操作，在不停泵的狀況下能接油管單根加深，達(dá)成持續(xù)沖砂的目的。A重要工具：（1）油管換向短接：圖4地面換向沖砂油管換向短節(jié)構(gòu)造圖（2）井口換向自封：圖5井口換向自封頭構(gòu)造示意圖（3）地面高壓三通換向閥：圖6地面高壓三通換向閥B工作原理：在沖砂時，單根上端接有換向短接，當(dāng)換向短接進(jìn)入換向自封后，扳動高壓三通換向閥，循環(huán)通道則從自封側(cè)向進(jìn)入，此時卸下水龍帶再接上下一根帶換向短接的單根，再扳動高壓三通換向閥變化循環(huán)通道，如此重復(fù)達(dá)成持續(xù)沖砂的目的。沖砂液通過通過油管換向短接、井口換向自封、高壓換向閥的作用，增加了一條沖砂液循環(huán)通道，在沖砂換單根時，仍舊保持井內(nèi)沖砂液的持續(xù)循環(huán)，避免了因沖砂液斷流造成的砂卡事故和減少沖砂效率的問題。圖7地面換向持續(xù)沖砂裝置工藝連接圖C技術(shù)特點(diǎn)：1）避免了因停泵接單根時油套環(huán)空的泥砂沉降，提高了沖砂施工效率，有效避免了因沉砂快或換單根慢而造成的卡管柱的事故；2）每接單根時，需要人工配合操作地面三通換向閥，變化循環(huán)通道；3）每根單根上都帶有換向短節(jié)，因此沖砂井段越長，所需的換向短節(jié)越多；4）自封頭是靠本身彈性密閉油管環(huán)空，因此承壓能力普通不大于10MPa。圖8套管內(nèi)換向持續(xù)沖砂井口圖8套管內(nèi)換向持續(xù)沖砂井口裝置示意圖這種工藝是在井口第一根套管內(nèi)座封一根襯管，換向工具在襯管內(nèi)變化循環(huán)通道，在不停泵的狀況下接油管單根加深，達(dá)成持續(xù)沖砂的目的。A工作原理：套管內(nèi)換向持續(xù)沖砂裝置的構(gòu)成，總體示意圖如右：從示意圖懂得，套管內(nèi)換向持續(xù)沖砂裝置涉及三部分：一是機(jī)械、液壓雙賠償自封、二是襯管部分，三是換向密封短接。（2）持續(xù)沖砂原理：沖砂液從沖砂自封處-1進(jìn)入由襯管-10、密封短接-（13、14、16）、油管和換向閥-12構(gòu)成的密封環(huán)空，推動換向短接的滑閥打開油管通道，使液流導(dǎo)入油管內(nèi)部達(dá)成沖砂筆尖，然后攜帶泥砂上返，通過導(dǎo)引接頭的空槽進(jìn)入襯管-10和套管的環(huán)空，最后從大四通的出口返到地面除砂池子。沖完一根油管單根，直接下入另一根接有換向密封短接的油管，繼續(xù)沖砂，不需停泵后再接沖砂單根，當(dāng)換向密封短接進(jìn)入襯管后，液流自動換向從第二級換向閥導(dǎo)入油管內(nèi)，關(guān)閉第一級換向閥，液流持續(xù)達(dá)成沖砂筆尖，從而完畢不停泵套管內(nèi)換向持續(xù)沖砂作業(yè)。B重要工具：圖9雙賠償自封頭示意圖機(jī)械、液壓雙賠償自封——含有內(nèi)外壓力平衡構(gòu)造設(shè)計，確保密封的可靠性；含有機(jī)械、液壓雙壓縮賠償設(shè)計，能夠避免沖砂過程中膠芯磨損泄漏，更換密封膠芯，提高了沖砂的安全性，減少了沖砂液泄漏污染。圖9雙賠償自封頭示意圖襯管——為了實(shí)現(xiàn)套管內(nèi)換向密封，研制了襯管、懸掛器和導(dǎo)引頭，襯管內(nèi)部光滑，懸掛在大四通內(nèi)，底部連接分瓣導(dǎo)引頭。光滑管減輕膠芯磨損，彈性分瓣導(dǎo)引頭，扶正接箍避免刮碰事故。圖10襯管構(gòu)造示意圖圖11換向密封短節(jié)換向密封短接——為了實(shí)現(xiàn)套管內(nèi)換向密封研制了換向密封短接，上部含有液壓換向構(gòu)造，下部是襯管密封構(gòu)造，滿足了套管內(nèi)換向持續(xù)沖砂和密封的需要。圖10襯管構(gòu)造示意圖圖11換向密封短節(jié)C技術(shù)特點(diǎn)：1）沖砂過程中不停泵，有效避免了由于換單根停泵而造成的沉砂卡管事故；2）油管上部不用接水龍帶或活動彎頭，減少了沖砂作業(yè)的勞動強(qiáng)度。3）襯管總成安裝較為復(fù)雜，每根沖砂單根都有一種換向閥，沖砂段越長，所需換向閥越多；4）自封頭承壓均不能超出10MPa。3、旋流工具持續(xù)沖砂工藝圖12旋流沖砂管柱構(gòu)造示意圖由于水平井其特殊的物理特性，井下沉積物不停沉積在管壁的下部，長時間在某些膠結(jié)物和壓差的作用下發(fā)生固化，形成較堅硬的砂床，圖12旋流沖砂管柱構(gòu)造示意圖介于這種狀況，遼河、江蘇等油田通過研究、攻關(guān)，采用使用特殊的旋流沖砂工具，在井底形成高壓旋轉(zhuǎn)射流，能有效地將井筒中形成的致密砂床進(jìn)行破碎，對井筒進(jìn)行充足清洗。A、管柱構(gòu)造及工具①管柱構(gòu)造：見圖。管柱構(gòu)造相對簡樸。重要由反沖洗閥、油管、扶正器和旋流除砂器構(gòu)成。②扶正器：采用了一種新型的彈性扶正器。起到了消除偏流影響，并保護(hù)沖砂器的皮碗密封的雙重作用。上接頭中心管外管支撐環(huán)皮碗保護(hù)套備帽噴頭圖13上接頭中心管外管支撐環(huán)皮碗保護(hù)套備帽噴頭圖13旋流沖砂器構(gòu)造示意圖圖14反沖洗閥構(gòu)造④反沖洗閥：反沖洗閥重要由油管接箍、壓蓋、彈簧、閥球、球座、中心管、護(hù)套、矩形彈簧、O形密封圈、滑動閥、下接頭等零件構(gòu)成。它與自封頭通過換向滑套共同作用，可實(shí)現(xiàn)不停泵接單根作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)水平井持續(xù)沖砂作業(yè)圖14反沖洗閥構(gòu)造圖15旋流沖砂示意圖B圖15旋流沖砂示意圖采用反循環(huán)方式，沖砂液從環(huán)空通過旋流沖砂器變成高速紊流，直接沖洗井內(nèi)沉砂，沉砂從油管內(nèi)返出。通過反循環(huán)，縮短沉砂返出時間，同時有效避免環(huán)空出現(xiàn)沉砂卡鉆。C、工藝規(guī)定在沖砂過程中，盡量不能將管柱靜止在井內(nèi)洗井，否則將由于偏流導(dǎo)到井底邊的流速減少，砂粒形成二次沉淀，造成卡鉆。因此，在換單根時，停泵時間盡量的短，操作速度要快。在井口壓力的許可范疇內(nèi)，泵的排量一定要大，以足以形成高速紊流，對沉砂床進(jìn)行破碎。同時，在砂床破碎的條件下，可適宜調(diào)節(jié)工作參數(shù)，通過提高洗井液的粘度，即在適宜的時候定時向井內(nèi)打入一段高粘液柱，確保流體的攜砂能力。另外，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，可從具體井況分段采用清水和洗井液交替使用，同樣可滿足工藝規(guī)定。在使用大排量沖砂時，洗井液的粘度規(guī)定要低某些，以發(fā)揮更大的水力效率。對于某些松散的地層砂，可采用層流沖砂，并選擇粘度高一點(diǎn)的洗井液，確保其攜砂能力。D、技術(shù)難點(diǎn)1）與地面換向持續(xù)沖砂的原理同出一轍，不同之處在于循環(huán)方式和沖砂頭；2）沖砂工具多且外徑大，管柱摩阻大，容易出現(xiàn)掛卡，易發(fā)生工具卡鉆；3）自封頭承壓能力不大于10MPa。4）這種工藝解決了去除井筒內(nèi)膠結(jié)堅硬的砂床或結(jié)垢的問題，但其增加了工具卡鉆的次生風(fēng)險。（三）、持續(xù)油管沖砂工藝持續(xù)油管是一種纏繞在持續(xù)油管作業(yè)機(jī)大滾筒上的，可持續(xù)下入或起出油井的一整根無螺紋連接的油管。持續(xù)油管沖砂就是通過持續(xù)油管作業(yè)機(jī)的液壓驅(qū)動設(shè)備將持續(xù)油管下入套管內(nèi)或通過油管下入井底，并運(yùn)用水泥車將沖砂液從油管內(nèi)泵入井底，高速液流沖散砂堵，同時借助上返液流將井底泥砂攜帶出地面的過程。持續(xù)油管作業(yè)含有機(jī)動性強(qiáng)，作業(yè)效率高、設(shè)備操作集中方便、自動化程度高、可帶壓持續(xù)作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。因此，在大斜度井、水平井沖洗井底等方面含有很大的優(yōu)越性。1、持續(xù)油管沖砂管柱構(gòu)造圖16持續(xù)油管沖砂管柱構(gòu)造圖16持續(xù)油管沖砂管柱構(gòu)造持續(xù)油管沖砂管柱由噴頭總成、旋轉(zhuǎn)控制器、扶正器、安全接頭以及回壓閥五部分構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)正向旋轉(zhuǎn)沖砂、解堵同時進(jìn)行，減少油層二次損害和污染，能夠解決水平井沖砂作業(yè)沉砂、攜砂、鉆壓傳遞、砂堵管柱的技術(shù)難題。旋轉(zhuǎn)控制器采用液力阻尼設(shè)施，將噴頭轉(zhuǎn)速限制在200～400r/min，克服了射流霧化現(xiàn)象。沖砂噴頭：該噴頭由4組噴嘴構(gòu)成，即正沖噴嘴，斜沖噴嘴、力偶噴嘴和動力噴嘴。扶正器：可過油管下入，壓力控制扶正葉片的收放。2、工藝原理噴頭旋轉(zhuǎn)及斜向旋轉(zhuǎn)射流使得井底流場呈螺紋狀上升，達(dá)成高效清砂解堵目的；沖砂液經(jīng)噴嘴節(jié)流加速，噴射速度大幅度提高，形成紊流，使得液體上返速度超出砂?；撍俣?0倍以上，解決了地面設(shè)備排量小的狀況下水平段沉砂問題，實(shí)現(xiàn)了水力自進(jìn)、限速旋轉(zhuǎn)、紊流攜砂、深層解堵功效。從沖砂實(shí)踐能夠看出，在大直徑套管中沖砂，用清水做沖砂液難度較大，增加沖砂液粘度即可解決。3、持續(xù)油管沖砂的特點(diǎn)持續(xù)油管纏繞在持續(xù)油管作業(yè)機(jī)大滾筒上的，可持續(xù)下入或起出。由于持續(xù)油管沖砂作業(yè)不停泵，作業(yè)的全過程處在動態(tài)，避免了沉砂卡鉆；持續(xù)油管是通過油管中下入的，液體返出是通過油管與持續(xù)油管的環(huán)形空間，作業(yè)液流動空間小而含有較高的流速，減少了砂粒的沉降速度，增加了攜帶能力，使沖砂更徹底等優(yōu)點(diǎn)。因此，在大斜度井、水平井沖洗井底等方面含有很大的優(yōu)越性。第二節(jié)機(jī)械撈砂工藝的研究上一節(jié)重要對水力沖砂的井筒清潔技術(shù)作了研究，它合用于能建立循環(huán)的井。但本地層壓力系數(shù)低時，沖砂液會大量漏進(jìn)地層，損害油層，從而增大排液開采難度；當(dāng)井很深而地層壓力較低時，沖砂液難以返至地面，水力沖砂失效，且易出現(xiàn)砂卡；本地層為水敏性地層時，水力沖砂法易漏入地層，損害產(chǎn)層。本地層出現(xiàn)嚴(yán)重漏失的狀況時，即使使用暫堵劑進(jìn)行暫堵沖砂成功率也相對較低。因此此種狀況下能夠采用機(jī)械撈砂工藝。機(jī)械撈砂重要運(yùn)用抽吸形成負(fù)壓的原理，使井底沉砂吸入沉砂筒內(nèi)，達(dá)成清潔井筒的目的，它不僅合用于正壓井，也合用于漏失井（負(fù)壓井），因此這種辦法又叫負(fù)壓撈砂工藝。機(jī)械撈砂工藝現(xiàn)在重要分為鋼絲繩輸送式撈砂和油管輸送式撈砂兩種。鋼絲繩輸送式撈砂是用鋼絲繩將撈砂裝置下入井內(nèi)進(jìn)行撈砂作業(yè)。油管輸送式撈砂為運(yùn)用油管將撈砂裝置下入井內(nèi)進(jìn)行撈砂作業(yè)。這兩種撈砂裝置都能夠?qū)⒕矁?nèi)沉砂清至地面。兩種工藝在使用中也有其各自不同的特點(diǎn)：(1)鋼絲繩輸送式撈砂能夠極大減輕工人的勞動強(qiáng)度，且節(jié)省大量的沖砂用管材，但一次撈砂量受到限制，一次撈砂量50m以內(nèi)，若遇砂柱高度在50m以上時，需要多次撈砂作業(yè)，同時井斜度大的井，下放較困難，上提強(qiáng)度有限，在此我們不作研究。撈砂泵圖17撈砂泵管柱示意圖(2)油管輸送式撈砂，管柱強(qiáng)度大，一次撈砂量也大，可達(dá)100m撈砂泵圖17撈砂泵管柱示意圖一、構(gòu)造及工作原理油管輸送式撈砂裝置的管柱構(gòu)造重要由油管、排液孔、泵筒、柱塞、游動凡爾、沉砂管（筒）、底部固定凡爾和撈砂錐尖構(gòu)成，見圖。在井中工作時，底閥接觸砂面，底閥、儲砂油管（沉砂筒）、砂泵的重量由砂面支撐。當(dāng)上提油管時，帶動注塞桿、活塞上行。這時，上部單流閥關(guān)閉，下部底閥打開，撈砂泵內(nèi)形成真空，撈砂泵內(nèi)和環(huán)空形成一種壓差，此壓差等于底閥的沉沒度形成的壓差和泵內(nèi)真空之和減去儲砂管的攜砂液形成的壓差，井液靠此壓差攜帶砂子高速進(jìn)入儲砂油管。儲砂管隨井內(nèi)砂面的減少而下降，普通狀況每抽撈一次的下降量為10~20cm，儲砂油管中砂子和井液上行時，砂子和液體靠重力差分離，液體在上，砂子在下；下放油管時，活塞桿、活塞下行。這時上部單流閥打開,下部底閥關(guān)閉，砂子不能回到套管內(nèi)，而上面不含砂子的液體通過上部單流閥和循環(huán)口又回到油套環(huán)行空間。通過重復(fù)抽汲，可把井底沉砂全部撈人儲砂油管中。撈砂管柱自下而上次序?yàn)椋旱组y+沉砂管柱（沉砂筒）+撈砂泵+油管。其中，沉砂管的長度可根據(jù)井筒沉砂狀況而定，在能容下井筒沉砂數(shù)量的長度后再加長100m為佳，以利于砂液分離；沉砂管普通不超出500m，如沉砂數(shù)量太多可分次撈出，以滿足施工規(guī)定。二、水平井機(jī)械撈砂普通機(jī)械撈砂工藝重要用于直井，同樣也可用于在大斜度井、水平井中。勝利油田對此作了大量的研究與應(yīng)用，已推廣應(yīng)用到其它各大油田，效果十分明顯，其撈砂管柱以下圖：圖18水平井撈砂管柱示意圖由于機(jī)械撈砂是靠活塞抽吸實(shí)現(xiàn)的，為了不影響活塞運(yùn)行效果以及砂液在筒中的分離效果，因此撈砂泵重要下入位置在直井段，在水平段和斜井段則加長為沉砂管。如果因水平段太長，可適宜考慮撈砂泵下在不大于30°的井段內(nèi)，否則易發(fā)卡，因摩擦阻力在井口難以判斷操作的精確性，同時也加大了卡鉆的可能性。常規(guī)撈砂泵的凡爾球的開關(guān)重要是依靠重力和壓差作用實(shí)現(xiàn)，但在水平井中，重力將不起作用，這勢必會造成球座開關(guān)不嚴(yán)或失效，從而影響撈砂效率。通過研究，對撈砂泵進(jìn)行了改善，并對閥的凡爾球加裝了彈簧。圖19常規(guī)撈砂泵構(gòu)造示意圖圖20水平井撈砂泵構(gòu)造示意圖三、操作辦法圖21水平井撈砂示意圖油管下到一定位置，底閥接觸砂面后，沉砂油管全部重量加在砂面上，指重表懸重為上部油管的重量。這時砂泵活塞處在上死點(diǎn)，砂泵活塞開始下行，活塞下行過程中，指重表懸重穩(wěn)定，其懸重仍為上部油管的重量；砂泵活塞行至下死點(diǎn)后，指重表懸重稍有下降，即開始上提油管，圖21水平井撈砂示意圖四、水平井機(jī)械撈砂的特點(diǎn)(1)在負(fù)壓井中，砂泵必須在井筒靜液面下列工作。隨著砂泵沉沒度增大，其形成的壓差增大，攜砂能力越強(qiáng)，撈砂效率越好。但隨著儲砂管儲砂量的增多，其沉砂管的攜砂液形成的壓差在增大，攜砂能力和撈砂效率也隨之減少。若撈砂泵沉沒度太小，其攜砂能力能夠降至零，使撈砂失敗。(2)對于水平井井段長（不不大于500m）且井下存在落物或套管變形的井，機(jī)械撈砂不能合用，必須采用復(fù)合工藝施工。(3)加深油管接單根時，速度要快，避免沉砂管內(nèi)砂子因時間過長沉積堵死底閥。抽汲時要確保抽汲速度，速度過慢，管內(nèi)砂子易沉積堵死底閥，因此應(yīng)控制抽汲速度，普通撈砂泵抽汲速度不不大于15m／min，最少每