水平井负压冲砂工艺技术的研究与应用

水平井负压冲砂工艺技术的研究与应用

摘要:目前水平井采油技术是油田开发的一项重要工艺技术,而影响该技术发展是水平井冲砂问题能否有效解决。针对出砂水平井井底沉砂清除的技术难题,提出水平井负压冲砂工艺技术方案,通过现场实施,该技术可有效实现水平井负压冲砂、负压替泥浆,为水平井采油技术的实施提供技术支持,对于水平井采油将具有重要意义。

关键词:负压冲砂技术水平井应用研究

水平井采油技术是油田开发的一项重要工艺技术,可以有效提高采收率,实施效果显著[1]。目前油井出砂现象普遍,水平井技术的应用不可避免地要涉及砂的问题。出砂水平井采油是一个新的技术领域。

1 水平井采油主要问题

常规冲砂作业对于直井段和小斜度井段是有效的。水平井井底沉砂必然沉积于水平井段,对于大斜度井段和水平井段冲砂,目前技术现状仍以常规冲砂方式为主,为了增加冲砂液的携砂能力,采用高成本的稀油冲砂,仍然达不到预期的效果,无法将井底沉砂彻底清理干净,其直接后果是井底有效沉砂空间不足,频繁出现砂埋油层,造成检泵周期缩短,油井频繁作业。水平段冲砂困难的主要原因为:

(1)井底沉砂的搅动及悬浮。竖直井段冲砂笔尖推进的方向垂直于井底砂面,井底砂可以被充分搅动起来,悬浮于冲砂液中。但对于大

斜度井及水平井,用常规冲砂方式冲砂时,冲砂笔尖推进的方向趋于与井底砂面平行,冲砂液流不能直接垂直作用于井底砂面,井底沉砂不能被充分搅动起来并悬浮于冲砂液中,造成砂冲不出来。(2)井底砂的水平运移。各种井斜角情况下都有重力影响存在,相关试验及资料表明,井斜角在0～30°之间,液流中的砂粒有足够长的沉降距离,而且砂和井壁的摩擦力也非常小。因此当液流流速高于砂粒的沉降速度就可将之携出。随着井斜角增加,砂粒沉降到井壁的距离在缩短,而且砂和井壁的摩擦力也在增加,给砂的运移带来困难。(3)地层压力普遍较低,现有的常规冲砂方式属于带压冲砂,存在冲砂液回灌地层的问题,严重的冲砂液无法返回地面,尤其是热采水平井,对油层造成伤害。

2 系统构成及工作原理[2-3]

2.1 水平井反循环水力喷射泵负压冲砂

地面采用常规冲砂设备,管柱采用同心双管冲砂管柱,井下采用反循环水力喷射泵（带冲砂喷嘴）,冲砂、排砂相结合,主要解决井底沉砂水平运移及低地层压力油井沉砂回注油层问题,实现水平井负压冲砂、负压替泥浆。水平井负压冲砂示意图如图1所示。

动力液由双管环空输入井下后分为两部分:一部分经冲砂喷嘴以100m/s以上的流速正向喷出,射流在井筒内充分扩散,使水平段沉砂充分悬浮于冲砂液中;另一部分经水力喷射泵喷嘴驱动井下喷射泵工作将高含砂液排出,并在井底形成负压。乏动力液与高含砂液的混合液

由同心管柱的内层管柱内输出井筒,内层管柱内液体在井下喷射泵驱动下高速流动,流速可达2m/s以上,可以彻底解决水平井段砂运移的问题。

2.2 双向喷嘴反循环水力喷射泵

井下反循环水力喷射泵设双向喷嘴,动力液由双管环空输入井下后分为两部分:一部分经冲砂喷嘴以高流速正向喷出,射流在井筒内呈扇形扩散,使水平段沉砂充分悬浮于冲砂液中;另一部分经水力喷射泵喷嘴驱动井下喷射泵工作,将高含砂液排出,并在井底形成负压。

2.3 反循环水力喷射泵负压冲砂管柱

井下采用同心双管冲砂管柱,设交叉流道密封器,整个管分为上部竖直井段部分和下部水平井段部分,由交叉流道密封器实现流道转换。在水平井段部分乏动力液与高含砂液的混合液由同心管柱的内层管输出,混合液在喷射泵驱动下在圆柱形管内高速流动,流速可达2m/s 以上,可以彻底解决水平段砂运移的问题;在竖直井段部分高压冲砂动力液由冲砂管内输入井下,高含砂混合液由冲砂管和衬管之间的环空输出,实现与地面常规冲砂流程的对接,由交叉流道密封器在衬管内的滑动实现冲砂管柱水平井段部分在井筒中的移动。

3 现场应用情况及效果评价

水平井负压冲砂技术累计现场应用7井次。该项技术的研究有望突破出砂水平井水平段沉砂及泥浆清除这一瓶颈技术,解决严重制约水平井采油技术在出砂区块应用的关键问题,并可以拓展应用到低地层压力水平井、常规井替泥浆,及低地层压力油井冲砂,解决一系列长期困扰油田生产的技术难题,具有显著的经济效益。

4 结语

(1)水平井反循环水力喷射泵负压冲砂工艺技术可以实现水平井水平段冲砂和负压冲砂。(2)井下双向喷嘴反循环水力喷射泵,依靠冲砂喷嘴的扇形高速液体射流有效解决了水平段沉砂搅动和悬浮问题,并实现了井下有动力负压冲砂。(3)同心双管反循环水力喷射泵负压冲砂管柱及交差流道密封器,实现了管柱移动中动力液与携砂液流道转换,并依靠改变携砂液的流动状态有效解决了水平段砂运移问题。(4)水平井负压冲砂技术有待于与连续冲砂技术相结合,以取得更好的实施效果。

参考文献

[1]王百,吕亿明,韩二涛,等.水平井生产测试管柱防垢工艺[J].石油

矿场机械,2010,39(9):74～77.

[2]王常斌.机械采油工艺原理[M].北京:石油工业出版社,1998.

[3]万仁溥,罗英俊.采油技术手册[K].北京:石油工业出版社,1993.