油气井冲砂工艺及安全措施简析

油气井冲砂工艺及安全措施简析

【摘要】在油气井开发中后期，由于油层胶结疏松或油井工作制度不合理等会造成油气井出砂，增加流动阻力，使油井减产、甚至停产，同时造成砂卡事故。为确保油井有效生产，必须采取措施消除沉砂，通常采取的措施为水力冲砂和机械捞砂两种方法。在冲砂过程中由于种种原因很容易卡钻，使井况复杂化，为有效预防砂卡事故的发生，提高冲砂施工的成功率，本文也将就其原因及预防措施进行阐述。

【关键词】冲砂冲砂液水力计算砂卡新工艺

1 油气井出砂的原因

油气井特别是斜井、水平井在生产过程中，在采出地层孔隙中的流体时，岩石既要承受上覆岩层的作用力，又要承受流体的作用力，岩石骨架/颗粒容易进入井筒，一些无胶结的砂粒集中更容易在流体的冲刷下形成自由砂被流体带出，对防砂管完井的水平裸眼井段，大颗粒的地层砂沉积在防砂管缝隙和环空之中造成堵塞，细小的砂粒则会进入防砂管，随流体进泵或在水平段形成砂床，另外，压裂后充填砂在失去井口高压、部分胶结性降低等情况下，也会形成回吐出砂。

2 冲砂工艺及要求

冲砂就是用高速流动的液体将井底的砂子冲散，并利用循环上返的液流将冲散的砂子带至地面的工艺过程。

2.1 探砂面

探砂面是下入管柱实探井内砂面深度的施工。可以用两种方式来完成，一种是管柱硬探砂面，另一种是由测试车进行磁定位软探砂面。

2.2 冲砂液的要求

（1）具有一定的粘度，以保证有良好的携砂性能。

（2）具有一定的密度，以便形成适当的液柱压力，防止井喷和漏失。

（3）与油层配伍性好，不伤害油层，能保护油（气）层的渗透性能。

（4）来源广，经济适用。

2.3 冲砂方式

（1）正冲砂：冲砂液沿冲砂管柱向下流动，在流出冲砂口时以较高的流速冲击井底沉砂，冲散的砂子与冲砂液混合后，沿冲砂管柱与套管环型空间返至地面的冲砂方式。

（2）反冲砂：冲砂液沿冲砂管柱与套管环型空间向下流动，冲击井底沉砂，冲散的砂子与冲砂液混合后，沿冲砂管柱返至地面的冲砂方式。

（3）正反冲砂：采用正冲砂的方式冲散井底沉砂，并使其与冲砂液充分混合，然后改用反冲砂方式将筛子带到地面。

2.4 冲砂的水力计算

冲砂时为使携砂液将砂子带到地面，流体在井内上返速度必须大于最大直径的砂粒在携砂液中的下沉速度，一般推荐速度比大于或等于2，计算式为：

v砂=v液-v降（式1）

v液实≥2v降（式2）

式中：

v砂——冲砂时砂粒的上升速度，m/min；

v液——冲砂时携砂液的上返速度，m/min；

v降——砂粒在静止冲砂液中的自由沉降速度，m/min；

v液实——保持砂粒上升的最低携砂液流速，m/min。

可由下式求出冲砂时所需的泥浆泵最低排量：

q泵min=2 av降（式3）

式中：a——冲砂液上返流动的截面积，m2；

在固定排量下冲砂，砂粒从井底上升到地面所需要的时间为：t实=h/（q泵/a-v降）（式4）

式中：h——井深，m；

q泵——冲砂时实际泵入排量，m3/min；

3 造成砂卡的原因及预防措施

油气井冲砂施工存在的主要风险是砂卡，砂卡产生的类型及预防措施有以下点：

3.1 井漏造成卡钻

油层漏失是冲砂的难点，一方面是冲砂前循环不返液；另一方面是在冲砂过程中，被埋油层为负压层，造成地层吸水，致使出口不返或少量返液，携砂能量下降，井筒悬浮的砂粒下降速度加快，很容易造成卡钻。

预防措施：

（1）冲砂施工时，当冲至油层上界10米时应充分洗井，将油套环形空间的砂子返出地面，然后再冲开油层。

（2）若在冲砂过程中遇到负压层时，应将管柱上提至油层上界，并进行大排量洗井，待循环正常后方可冲砂。

（3）发生井漏时，应及时活动管柱，并将管柱上提至漏失段以上，大排量洗井，防止砂卡。

（4）必要情况下，采取暂堵措施，将漏失段用暂堵剂进行暂堵，然后进行冲砂作业施工。

3.2 冲砂速度过快造成砂卡

由于现场施工人员不按操作规程施工，盲目求快，在冲砂过程中，单根循环时间短，下放速度快，致使套管内的砂子在换单根时快速下沉，造成砂卡。

预防措施：

（1）换单根的时间要小于单根循环的时间，更换单根后，开泵循环正常方可下放管柱。

（2）连续冲砂5个单根后要充分洗井一周，防止油套环形空间悬浮砂过多。

（3）冲砂工具距离油层上界20m时，应控制下放速度，以小于0.3m/min为宜。

3.3 冲砂过程中井喷处理不当造成砂卡

在冲砂施工过程中，当油层冲开后，如果是高压层，或有溢流发生，这时若处理不当就会卡钻。当发生井喷时，现场人员忙于防喷，而忽视了井内的管柱，致使套管内悬浮的砂不能返到地面，导致砂卡。

预防措施：

（1）当冲开油层后应充分洗井，使得环形空间的砂能及时返出井筒。

（2）油层冲开后，要认真观察井口进出口排量，若有溢流，则上提管柱至安全位置后进行大排量洗井，并用闸门控制进出口排量一致，控制井喷。

3.4 冲砂洗井不彻底且不及时起钻造成卡钻

按设计要求冲砂至一定深度后，要充分洗井，若不彻底，使部分砂留在套管内，若不及时起钻会造成砂卡。

预防措施：

（1）冲砂至设计深度后应大排量洗井至全部砂返出地面。

（2）冲砂洗井后应立即上提管柱至安全位置。

4 目前冲砂作业的一些新工艺

4.1 联合冲砂

这种冲砂管柱是在冲管下部15-20米处下一个分流器，用来改变液流通道。分流器上带有一个可在液力作用下张开的密封环，以便密封套管和冲管之间的环形空间。冲砂液从套管环形空间进入井内，经分流器改进下部冲砂管而将砂堵冲散，被冲散的砂子随同液体先从下部冲管与套管环形空间返至分流器，再进入上部冲砂管内，然后返至地面。

4.2 捞砂泵捞砂