水平井冲砂管柱及方法的改进

水平井冲砂管柱及方法的改进

【摘要】随着油田开发的需要水平井越来越多，在水平井修井作业中冲砂施工也逐步增多，现在采油五厂还几乎没有一种较成功的施工工艺，能有效的提高水平井的冲砂施工效率。为了解决以上问题，改进了水平井冲砂管柱结构，研制加工了新型涡流工具和油套液流变向组合工具，冲砂中运用这两种工具相配合，选用合理的冲砂参数、方法，有效提高工作液的冲洗与携带能力，冲砂效率得到提高。

【关键词】水平井管柱改造冲砂工艺

1 水平井沉砂、冲砂的特点

1.1 水平井沉砂、冲砂的特点

（1）水平井中沉积物是钻硝、油砂、修井液、完井液及其他增产措施施工后残留的固相沉积。（2）地层砂随原油运动到井筒，沉砂附着在水平井段套管空间的下部形成沉砂床，在重力、压差作用下沉积，沉砂床发生固化。（3）冲砂过程中沉砂床很难被破坏，冲砂液容易在套管上部空间形成“短路”，井壁上的砂很难被完全冲起。（4）同一口井中，不同的井段作业参数不同。（5）冲起的砂粒在大斜度井段、水平井段在重力作用下容易再次沉积，造成事故。由于以上现象造成水平井冲砂效率低，施工难度大。

1.2 现在现场采用的主要方法

（1）采用联泵大排量冲砂：此种方法一般用于正冲砂，即加大循环液的流动速度，增加修井液对井底沉砂的冲击，破坏沉砂床使砂子悬浮在工作液中随较高的循环速度的工作液返出井口。但是由于油套环形空间流通面积较大，如果水平井段较长，在重力作用下，贴着套管下部还会形成沉砂床，影响冲砂效果，使用双泵造成了浪费。（2）采用反循环冲砂：反循环冲砂有效的提高了循环液的携带能力，但是对井底的冲击力小，不能将吸附在井壁上的砂子完全冲起，严重影响冲砂效果，在一定条件下如果盲目加大施工排量，还会造成工作液的大量漏失，造成对地层的污染。

2 水平井冲砂管柱的改进

2.1 涡流冲砂工具的研制

根据水平井沉砂的特点，砂子主要沉积在水平段套管下部，紧贴在套管内壁上，施工时首先增加工作液对套管内壁的冲洗，这样才能将水平井段的砂子完全冲起，然后增加修井液的上返携带能力，实现有效冲砂施工。为了实现此目的，我研制出了涡流冲砂器。冲砂器的工作原理：水流通过循环通道进入工具内，部分工作液经过工具中心管进入套管，实现对套管中心部位的冲洗，冲洗出一定的

空间，确保工具在套管内前进通道畅通，防止工具堵塞，其余工作液经过均匀分布在中心管周围具有一定反转角度的斜面流出，在压差作用下，液流冲击工具斜面，流动方向发生改变，产生旋转力，工具上部加工成轴承连接，这样工具在液力作用下产生旋转，又加上修井液经斜面喷流出后，呈一定喷射角度冲击在套管内壁上，实现周圈冲洗套管内壁，并且产生一定的反作用力，加快工具转动速度，在工具旋转作用下样产生了旋转涡流，涡流产生后，有效加大了液体对套管内壁周圈的冲击力，破坏了沉砂床存在，使沉积在套管内壁上油砂被冲起，随工作液做高速旋转，在旋转力的作用下液体中悬浮的砂子具有了势能，形成了近似于水利喷砂的效果，对下部沉砂床形成较大的冲刷力，有效增加冲砂速度，使工作液效率得到有效提高，工作液形成涡流后携带砂子的能力大大增强，因为在旋转力作用下，质量越大的油井砂产生的离心力越大，上返速度越快，使砂子在涡流井段不至于在重力作用下重新沉积，而且由于涡流中心部位压力比较小，有利于砂子上返，大大增加砂子上返速度。这样在不增加地面设备的情况下，将部分液能转化成为旋转能，涡流工具的转速与排量成正比，这样在施工中就可以通过调节地面设备的排量来调节工具转速。

2.2 配套工具的应用

为保证涡流、换向工具在套管内居中，应接扶正器，考虑到管柱在水平井段的摩擦阻力，将下井扶正器扶正片顶部加工成滚轮装置，在活动管柱过程中大大降低了与套管内壁的摩擦阻力，减少了管柱的疲劳程度。在换向工具上部连接安全接头，在施工中，如果下部管柱遇卡，可由此处实现与上部管柱的分离，防止事故复杂化。

3 冲砂方法

3.1 冲砂液的选择

水平井冲砂施工使用的修井液必须有高携砂能力、抗剪切、低摩阻低伤害的性能。

（1）水平井为保证液体的流动性能一般采用低黏度的修井液。黏度高的工作液携带能力强，但是流动性能差，冲砂时泵压高，压力高。（2）固相物质易清除。冲砂过程中，工作液一般是循环使用，如果砂子不容易从工作液中分离出来，砂子容易被带入井中，影响施工，甚至造成事故。（3）具有一定密度，防止井喷与漏失。在选择冲砂工作液时，应根据地质设计提供的压力系数选择密度合适的工作液，使施工在不喷不漏的情况下进行。（4）配伍性好，不伤害油层。根据地层特点选择合适的液性工作液或假如有效的化工产品，尽可能减少对储层的伤害，同时尽量缩短施工时间。（5）失水量小。（6）适当加入润滑剂。可加入适量原油、柴油，增加冲砂液的润滑性，减少工具管柱与套管内壁的摩擦力。

3.2 在施工管柱组合与冲砂液满足使用要求后，重要的是施工方法

（1）准备工作。检查施工用泵性能是否良好，排量是否满足施工要求，储

液罐、循环罐良好，准备好足够量的冲砂液，，连接管线必要时试压。（2）探砂面。用冲砂管柱探砂面，冲砂工具距砂面20m时，减慢下放速度，加压适当探准砂面深度。（3）冲砂。距离砂面3m开泵循环，记录压力、排量等数据，正常后下放管柱冲砂。经过长期实践证明：利用管柱机械破坏与水利冲洗相结合是水平井最理想冲砂的方法。水平井段进行冲砂施工时，当冲入一根施工管柱进行循环时，管柱尽量不能静止在井内要保持不间断的上下活动，如果有旋转驱动装置应还应适当转动管柱。因为管柱静止在井内，其偏心环空必然导致井底流速降低，不但洗不出砂反而会引起新的沉积造成事故，上下活动和转动管柱可以使修井液保持均匀的流变性，可以利用钻具接古破坏沉砂床，搅动井底沉砂，提高冲砂效率，同时管柱与工作液之间有粘连作用，造成砂子吸附在上面，活动管柱会防止砂子沉积，有利于砂子随工作液向上返到地面。连续冲砂2-3根后应大循环洗井，洗出油管内砂子，防止砂子回吐堵塞涡流冲砂工具。冲砂完后进行大排量洗井，出口含砂量小于0.2%合格。（4）复探砂面。上提管柱到油层以上30m，停泵4h 复探砂面。

3.3 注意事项

（1）不准带泵、封隔器等探砂面和冲砂。（2）接单根前充分循环，操作速度要快，开泵循环正常后，方可下放管柱。（3）冲砂过程中不可停泵，避免沉砂将管柱卡住或堵塞。（4）对于严重出砂井，要有相应措施。（5）泵压一般不能超过地层吸收压力，如果地层漏失严重，应加入适量暂堵剂循环正常后施工。（6）冲砂液不准落地。

参考文献：

[1]《修井设备与工艺》（中石化集团井下作业拔尖人才培训教材）.