水平井冲砂洗井技术研究

水平井冲砂洗井技术研究

摘要：论文针对水平井冲砂洗井过程中，由于水平井结构特殊造成的水平段砂粒易沉降、井壁粘结杂质不易冲洗干净等问题，介绍了几种水平井冲砂洗井的工艺技术。通过对比说明了不同洗井工艺的优缺点，需根据不同的油井出砂状况来选择正确的冲砂工艺，以实现高效的水平井冲砂作业。

关键词：开采后期、防砂工艺、技术探讨

1引言

水平井已经成为国内外一项重要的采油工艺技术，随着水平井数量的增多，也伴随着产生了一系列关于水平井的技术问题，水平井的冲砂解堵工艺就是其中一项。由于水平井井身结构的特殊性，与直井冲砂相比，水平井冲砂工艺存在以下问题：由于需冲洗的井段很长，尤其是洗井液在水平井段及斜井段的携砂能力低，因此砂粒容易沉降，不易被冲起和清除干净，而且在停泵时很容易在大斜度井段形成砂桥，造成冲砂过程中的砂卡事故。因此，发展与水平井相配套的冲砂解堵工艺技术具有重要的工程价值。

2 水平井冲砂洗井技术

2.1 油管液体冲砂

我国各油田普遍采用水力冲砂的方式将油井中的积砂冲到地面，目前应用最多的就是传统油管液体冲砂。它是利用高速液体将井底砂子冲散，然后利用循环上返的液体将冲散的砂子带到地面。

油管液体冲砂有三种方式：（1）正冲：冲砂液沿冲砂管流入，冲散的砂子和冲砂液沿冲砂管和套管之间的环空返回地面；此工艺可以在井底产生较高的冲击力，冲散井底砂层。（2）反冲：与正冲恰好相反，冲砂液沿油井环空注入，冲散的砂子和冲砂液沿冲砂管柱返回地面，此工艺可利用管柱内空间较小的特点，提高冲砂液上返速率，从而增加冲砂液的携砂率。（3）正反冲：同时采用正冲和反冲，利用两者各自的优点。

常规油管液体冲砂技术弊端在于：冲完一根管柱停泵接单根时，冲砂液停止循环，砂粒上返过程中易在井斜大的部位重新堆积，造成砂卡堵的现象。因此，目前国内外大部分油田开始选用连续油管作为水平井冲砂管柱，避免了作业中接单根的工序，同时保证了冲砂液的连续循环，实现高效安全的冲砂洗井。

2.2 连续冲砂洗井工艺技术

虽然连续油管可有效解决洗井过程中停泵导致的冲砂液暂停循环问题，但我国使用的连续油管及相关设备依赖进口，费用较高，随着我国水平井数量的不断

增加，目前的连续油管设备已经不能完全满足水平井的修井作业需求。因此，国内研发出了可替代连续油管的连续冲砂洗井装备技术。

图2为国内某连续洗井的井口设备，冲砂液由井口注入，经过组合阀进入冲砂管柱内部，利用组合阀双重开关的原理，阀上面和侧面各有一个入口，正常工作时上口开启侧口关闭，接单根时上口关闭侧口开启，以此实现连续冲砂。

2.3泡沫流体冲砂洗井技术

泡沫洗井工艺的研究最早是在美国和加拿大，已达数十年的历史。其原理是根据泡沫流体密度低，携带沉砂及清洗井底杂物能力强等优点，对油井实施特殊的泡沫作业；清洗井底杂物、剥落结蜡层，在井底油层处造成负压或低压循环，激励产层，顺畅通道，是诱喷求产和恢复老井产能的有效工艺技术。

泡沫流体是在发泡介质中加入发泡剂得到的。常用的有氮气泡沫流体，它是由含起泡剂和稳泡剂的水溶液和氮气组成，其中氮气是分散相，液体是连续相。气泡分散在水中，降低了流体密度。由于氮气泡沫流体密度小、粘度大、携砂能力强，遇水敏性地层不会产生粘土膨胀等问题，用它做洗井液可获得很好的效果。

为使泡沫洗井的携砂率达到90%以上，通过理论研究及现场试验应用，得到了水平井底泡沫流体的流速应满足的条件，如表1所示[5]：

2.4 旋转射流冲砂洗井工艺

旋转射流冲砂洗井技术是近年来国内外新兴的一种洗井工艺，通过旋转射流清洗工具在井筒内产生射流冲击作用和环空旋流效应进行洗井作业，该工具依靠高压射流在井底的环空中产生旋流场，将砂粒和杂质悬浮起来，克服了水平井段砂粒易沉降等问题，同时喷头也可以进行旋转，能够对管壁进行全方位的清洗，从而大大提高了水平井冲砂洗井的效率[6-7]。

2.4.1 旋转射流产生机理

不同的旋转射流产生方式得到的射流冲击力及环空旋流场各不相同，目前研究出的旋流方式主要有以下几种：

（1）切向注入法。将流体沿切向注入，并可通过改变切向和轴向进入喷嘴的流体比

例来改变旋流参数。

（2）导向加旋法。通过导向元件如涡轮转子等对管柱内液体加旋。

（3）自旋转喷头。设计利用水力自旋转的射流喷头产生旋转射流，此工艺为目前新兴的工艺技术。

2.4.2 旋转射流洗井工具

二者均采用自旋转喷头工艺，喷头上加工有不同方向的喷嘴，冲砂液经喷嘴喷出后，在井底形成不同方向的冲击射流，在侧向射流反冲力的作用下喷头开始旋转，实现对圆周井壁的全方位清洗，前向射流对井底砂床进行清除；在旋转喷头的作用下，各向射流在环空中形成旋流场，使井底尘砂悬浮起来，大幅提高了冲砂液的携砂能力，从而实现高效的冲砂作业。

3结论

（1）产层出砂对油气井的生产有极大危害，与直井冲砂相比，由于水平井井身结构的特殊性，水平井冲砂工艺存在其他技术问题，因此需对水平井冲砂洗井工艺展开研究。

（2）相比传统的冲砂洗井技术，连续冲砂洗井和泡沫流体冲砂洗井工艺具有更高的优越性。

（3）旋转射流冲砂洗井技术是一种新兴的冲砂技术，依靠特殊的旋转射流工具在井底形成旋流场，实现对水平井筒高效安全的冲砂作业。

参考文献

[1]姜涛. 水平井冲砂技术研究与应用[J]. 石油地质与工程，2009，23（4）：99-101.

[2]宋彦武.连续冲砂工艺技术的开发与应用[J]. 石油机械，2004，32（8）：40-42