冲砂计算公式

小井眼冲砂影响因素的分析

影响因素, 冲砂

随着石油需求的日益加大，老井改造挖潜越来越受到石油工作者的密切关注，老井开窗侧钻小井眼是近年来调整注采方案，挖潜剩余油，提高原油采收率的有效措施，现中原油田小井眼侧钻井数量越来越多，但出砂给油气井的正常生产及各种采油采气工艺的井带来很多麻烦，轻则迫使油气减产，重则会使油气井停产。只有将砂粒冲出才能恢复油气井正常生产。

在冲砂过程中，需要知道砂粒在流体中和沉降速度。砂粒在井筒流体中的运动方式与流体的冲击速度有关，当流体流动速度小于砂粒的自由沉降末速时，砂粒表现为沉降运动，当流体流动速度大于砂粒和沉降末速时，砂粒表现为上升运动，当流体流动速度等于砂粒和沉降末速时，砂粒处于悬浮状态，因此砂粒的沉降末速是流体携砂能力的临界点，确定合理排量，才能将砂粒冲出井筒。

1、砂粒沉降规律

1.1、砂沉降受力

当砂粒在静止的流体中沉降时，作用于砂粒的有两种力，一种是砂粒的重力和浮力，也就是颗粒在流体中的重力，它只取决于颗粒的密度和流体的密度，而与颗粒的运动速度无关，另一种是流体作用于砂粒的阻力，当流体速度大于砂粒沉降进度时，砂粒就会被流体带动。

1.2、砂粒形状对临界流速的影响。

在实际生产中，砂粒形状都是不规则的砂粒，不规则砂粒形状不规则，比同体积的球形砂粒表面积大，砂粒表面粗糙，砂粒形状不对称，这些特点都会引起砂粒运动是阻力增大，也就是不规则砂粒的阻力大于球形砂粒的阻力，因此不规则砂粒的自由沉降末速小于球形砂粒。

1.3、管壁有限空间对临界流速的影响。

当颗粒在有管壁限制的有限空间中沉降时，由于颗粒占据了一定管道截面而使过流截面变小，颗粒与流体的相对速度增大，从而使颗粒得到附加的液体阻力，对于四寸套管冲砂时，颗粒在四寸套管的附加流体阻力更大。

1.3颗粒浓度对临界流速的影响

颗粒密度对临界流界流速的影响。当砂粒浓度很小，沉降过程中彼此干扰很小，可看成自由沉降，浓度较大时，砂粒沉降不表现为大量砂粒的共同运动，砂粒群在沉降时，不仅受到砂粒与砂粒间及泵粒与管壁间的摩擦和碰撞，同时还受到颗粒下落引起流体上升而产生附加阻力，这两方面的阻力都与颗粒群的浓度有关，浓度大而沉降速度减小，当颗粒体积浓度超过2％-3％时，颗粒碰撞的作用有可忽略，所以颗粒群的沉降末速小于自由沉降末速。但由于颗粒群的沉降涉及许多复杂因素，目前缺乏颗粒干扰沉降末速的准确，只能由实验来确定。2冲砂

2.1冲砂时泵车的排量的选择

冲砂时，为使用冲砂液将砂子顺利冲出井筒，流体在井内上速度必须大于最大直径砂粒在冲砂液中的下沉速度，理论上其速度比一般大于或等于2，。

Qb=2λAVi

式中：Qb为泵车排量m3/s；λ阻力系数一般取值为3-5；A为冲砂液上返流道截面积m2；Vi为砂粒在静止冲砂液中自由下沉速度m/s。

2.2冲砂水力计算

2.2.1基础数据

砂粒最大粒径为0.9mm，水中自由沉降速度为0.09m/s，Φ60mm油管内截面积2.025×10-3/m，油套管环空截面积为0.0058m3/m。

2.2.2 最低排量计算

Qmin=2λFVmin

=3600×5×0.0058×2×0.09

=18 m3/h

式中：Qmin为排量m3/h；F为油套环空截面积，m3/m；λ阻力系数取值为5；Vmin为砂粒在静止冲砂液中自由下沉速度m/s。

3结论

通过分析砂粒沉降的影响因素，井下管柱结构及砂粒在水动力条件下的运动特征，通过模拟计算，选择合理的工作参数，控制现场冲砂的施工排量和泵压，与实际情况较为稳合，减少施工的盲目性，从而提高生产效率。