水平井连续油管冲砂工艺及冲砂液性能研究

水平井连续油管冲砂工艺及冲砂液性能研究

【摘要】水平井连续油管冲砂工艺及冲砂液性能一直是水平井连续油管冲砂技术研究的热点和重点之一，通过对连续油管冲砂工艺及冲砂液体系研究，采用正冲砂工艺和胍胶浓度为4‰的冲砂液，并结合前人冲砂油管管径和冲砂工具研究成果，利用小直径连续油管在大直径作业管径中成功实现水平井冲砂作业，取得了很好的现场应用效果。

【关键词】水平井连续油管冲砂工艺冲砂液

1 前言

近年来，水平井大面积投入生产，带来了生产效益大幅度增长。但由于水平井水平井段的特殊性，在压裂过程中容易发生砂堵情况，导致无法顺利完成中、深井水平井冲砂需要，严重制约生产。因此水平井冲砂技术一直是业内研究的热点和重点，尤其是对冲砂工艺及冲砂液体系的研究更为紧迫[1-3]。

2 冲砂工艺研究

利用连续油管解除管柱内砂堵的冲砂方式理论上有两种，即正冲砂和反冲砂两种方式。

反冲砂：从连续油管和作业管柱构成的环形空间注入冲砂液，冲砂液由连续油管内返出。反冲砂缺点：一是由于冲砂液产生的高压液流无法直接作用在砂面上，很难将砂子冲起；二是冲砂液即使将砂子冲起，在砂子上返至连续油管滚筒时，很容易滑落到滚筒内未入井的连续油管的底部，从而堵塞连续油管，造成事故。正冲砂：从连续油管内注入冲砂液，冲砂液由连续油管和作业管柱构成的环形空间返出。正冲砂优点：连续油管可直接接触到砂面，冲砂液产生的高压液流可直接作用在砂面上，将砂子冲起，被冲起的砂子随着上返的冲砂液体从连续油管和作业管柱形成的环空返出地面。正冲砂缺点：冲砂液上返截面积较大，冲砂液需要很大的排量和粘度才能将砂子携带出地面。通过两种冲砂方式的优缺点对比，连续油管冲砂选择正冲砂方式。

3 冲砂液排量

冲砂时，为了使冲砂液能够将砂子携带出地面，冲砂液在井内的上返速度必须大于最大直径砂粒的自由沉降速度[4]。

Vs=VL-Vd （1）

式1中

Vs——冲砂时砂粒上返速度，m/s；

VL——冲砂液上返速度，m/s；

Vd——砂子在静止冲砂液中的自由沉降速度，m/s。

根据玉门油田石英砂在水中所做的实验表明：

n=VL/Vd （2）

当n≈1.6～1.7时，砂子在上返液流中呈悬浮状态，而当液流上返速度稍增加时，砂子变开始上升。因而在冲砂时应尽可能提高泵的排量并尽可能减小冲砂液的上返截面积，保证冲砂液有较高的上返速度。

理论上认为直井冲砂时，冲砂液的上返速度至少不低于砂子在冲砂液中沉降速度的2倍才能将砂子冲出地面；水平井冲砂时，冲砂液的上返速度至少不低于砂子在冲砂液中沉降速度的3-5倍才能将砂子冲出地面。

根据式1，得出冲砂所需的最低排量为：

Q=VL×A （3）

式中，

Q——冲砂要求的最低排量，m3/s；

VL——冲砂液上返速度，m/s；

A——冲砂液上返流动截面积，m2。

室内模拟使用外径38.1mm的连续油管在水平井段外径114.3mm套管内冲砂，砂粒直径0.9mm，选择最小排量为0.0033m3/s，计算冲砂液的上返速度为：

H=Q/∏（R2-r2）（4）

式中，

H——冲砂液上返速度，m/s；

Q——冲砂液排量，m3/s；

R——套管半径，m；

r——连续油管半径，m。

通过计算得出，H等于0.54m/s。

通过查表2，粒径0.9mm砂子沉降速度Vd≈0.094m/s，5Vd=5×0.094m/s=0.47m/s。H>5Vd，对比得出，冲砂液的上返速度大于砂子在冲砂液中沉降速度的5倍，可以完成水平井冲砂施工作业。

4 冲砂液性能

冲砂时，对冲砂液有一定的要求：（1）具有一定的粘度，以保证有良好的携砂能力；（2）具有一定的比重，以便形成适当的液柱压力，防止井喷；（3）来源方便，而又不伤害地层。

针对以上要求选取高粘液体进行冲砂实验，实验室模拟在清水中加入胍胶，配制成浓度为3-4‰的胍胶液，测试粘度达到40-45mpa.s，密度为975kg/m3，摩阻降低到清水摩阻的50﹪。不仅增加了冲砂液的粘度，提高携砂性能，而且降低了砂子的沉降速度。

5 实际应用

在分析吉林油田某井钻井基础数据、井深结构以及7级压裂完井工具参数后，应用上述研究成果，进行连续油管冲砂作业。各项参数如下：地面泵压35Mpa，冲砂液胍胶浓度为4‰，冲砂液排量0.0033m3/s，冲砂液密度为975kg/m3。井内沉砂粒径为0.45～0.85mm，平均颗粒密度为2.6 g/cm3，颗粒在水中的沉降速度约为0.094m/s，沉砂体积约为0.7m3。连续油管外径38.1mm，壁厚为3.4-3.9mm，目的层深度1882m。冲砂工具在1372m处遇阻，此时开始冲砂，泵注40m3冲砂液后，排液口开始出砂，冲砂至1850m遇阻，反复下入连续油管，不进尺，提出连续油管发现冲砂工具损坏，距离最终冲砂目的层相差32m，冲砂结束。冲砂时间累计12小时，共计用液160m3，累计出砂约0.4m3，取得了很好的现场应用效果。

6 结语

通过对冲砂工艺和冲砂液优化，实现了水平井连续油管冲砂。在现场应用中，使用外径38.1mm的连续油管在水平井段外径114.3mm的套管内冲砂，成功将粒径为0.9mm的砂子冲起，证实该技术成功可行，可应用于油田生产实际中。

参考文献：

[1]李昌武，徐占东，付杰.水平井连续油管冲砂技术研究[J].断块油气田，2012，12.

[2]王鸿勋，张琪.采油工艺原理.石油工业出版社，1990-9.316～318.