水平井沖砂技術(shù)的改進(jìn)與應(yīng)用

水平井沖砂技術(shù)的研究與應(yīng)用匯報(bào)內(nèi)容概述水平井井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀水平井沖砂工藝技術(shù)研究技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)論

一、概述

水平井以油層滲流面積大、產(chǎn)出率高的特點(diǎn)，在油田開(kāi)發(fā)中獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，從2004年開(kāi)始，水平井、側(cè)鉆水平井作為老油區(qū)改造的重要措施之一獲得了規(guī)模應(yīng)用。錦州采油廠在97年6月就鉆成了遼河油田第一口側(cè)鉆水平井。2001年我廠在錦27塊西部成功完鉆了錦27-平1井，從此步入了水平井新的應(yīng)用領(lǐng)域。但是，由于水平井井身結(jié)構(gòu)的特殊性，給油井維修作業(yè)帶來(lái)了一定的困難，尤其是出砂水平井，致使油井停產(chǎn)、利用率低，嚴(yán)重地影響了油田的正常生產(chǎn)。

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

水平井井身結(jié)構(gòu)

如圖所示，水平井大體上可以分為垂直段、造斜段、穩(wěn)斜段、水平段四個(gè)部分。垂直段的井身結(jié)構(gòu)與普通直井相同，水平段采用裸眼完井后下入防砂管投產(chǎn)。339.7mm水泥返高444.5mm244.5mm215.9mm177.8mm懸掛器位置：技套鞋以上50m

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

我廠現(xiàn)有水平井典型結(jié)構(gòu)339.7mm水泥返高444.5mm244.5mm215.9mm177.8mm懸掛器位置：技套鞋以上50m

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

我廠現(xiàn)有水平井典型結(jié)構(gòu)339.7mm（或273.05mm）水泥返高444.5mm（或346.0mm）177.8mm241.3mm152.4mm127mm懸掛器位置：技套鞋以上50m339.7mm（或273.05mm）水泥返高444.5mm（或346.0mm）139.7mm（調(diào)長(zhǎng)光管+篩管）215.9mm

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

水平段典型特點(diǎn)上翹式波浪式下凹式

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

水平井沖砂技術(shù)現(xiàn)狀1、水平井的積砂特點(diǎn)

目前錦州油田部分水平井段為上翹式，油層出砂后，砂子隨產(chǎn)液進(jìn)入井筒，較大顆粒的砂子首先沉降在水平段的低位形成砂床，較小顆粒的砂子隨產(chǎn)液進(jìn)入垂直井段后，由于過(guò)流面積增大造成流速下降，使得部分砂粒進(jìn)一步沉降，在造斜段處形成砂橋。產(chǎn)液攜砂造成抽油泵磨損、砂卡，管柱砂卡，砂埋油層，導(dǎo)致油井無(wú)法正常生產(chǎn)。

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

水平井沖砂技術(shù)現(xiàn)狀2、水平井沖砂存在的問(wèn)題常規(guī)水力沖砂技術(shù)解決水平井砂害，會(huì)遇到以下問(wèn)題：①?zèng)_砂管柱下放、上提過(guò)程中遇阻，沖砂管柱地面顯示交替載荷變化大難以判斷井下?tīng)顩r；②沖完一根管柱停泵接單根過(guò)程中，砂上返易在井斜大的部位重新堆積造成砂卡堵的現(xiàn)象，嚴(yán)重的引起油井大修；③采用常規(guī)沖砂筆尖，沖砂管柱進(jìn)入水平段后，沖砂液易在流動(dòng)阻力小的上部形成循環(huán)通道，下部的砂床難以清理干凈；④老油區(qū)的地層壓力普遍較低，水平井的油層裸露面積又大，水力沖砂過(guò)程中沖砂液攜砂漏入地層，無(wú)法將砂子帶出井筒，油井投產(chǎn)后漏入地層的砂子隨產(chǎn)液重新進(jìn)入井筒，不但造成反復(fù)沖砂，而且沖砂液的漏失會(huì)造成儲(chǔ)層傷害。

二、井身結(jié)構(gòu)及沖砂技術(shù)現(xiàn)狀

水平井沖砂技術(shù)現(xiàn)狀3、國(guó)內(nèi)外水平井沖砂技術(shù)

國(guó)內(nèi)外水平井沖砂管柱大多選擇連續(xù)油管、反沖砂方式進(jìn)行作業(yè)，不論沖砂管柱如何移動(dòng)都能保證沖砂液連續(xù)循環(huán)，從而達(dá)到高效安全的沖砂目的。但是我國(guó)使用的連續(xù)油管依賴(lài)進(jìn)口，隨著我國(guó)各油田水平井的不斷投產(chǎn)，目前所持有的連續(xù)油管設(shè)備不能滿(mǎn)足水平井修井工作量的需求。對(duì)此，我們經(jīng)過(guò)多年的研究、實(shí)踐、改進(jìn)完善了一套水平井沖砂技術(shù)。通過(guò)沖砂液的設(shè)計(jì)、沖洗工具設(shè)計(jì)及沖砂工藝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了比常規(guī)連續(xù)油管作業(yè)更安全有效的沖砂方法。

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

1、井口連續(xù)正沖砂工藝的研究對(duì)于水平井沖砂，采用正循環(huán)連續(xù)沖砂工藝技術(shù)，主要解決水平井沖砂施工過(guò)程中，由于接單根停泵砂子回落造成的砂卡管柱問(wèn)題?；谡龥_砂要求，管柱能在起下單根時(shí)保持沖砂液循環(huán)，同時(shí)又是滿(mǎn)足井控要求的耐壓密閉系統(tǒng)。因此，我們應(yīng)用研究了雙通道沖砂器和配套的沖砂封井器。

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

1、井口連續(xù)正沖砂工藝的研究

①雙通道沖砂器上圖為正常沖砂時(shí)的工作狀態(tài)，下圖接單根時(shí)的工作狀態(tài)。將該裝置連接于油管上部，進(jìn)行正沖砂時(shí)，水流正常通過(guò)，見(jiàn)上圖；沖完一根單根后，通過(guò)高壓換向閥使沖砂液換向，從換向井口的側(cè)孔進(jìn)入油管內(nèi)部，進(jìn)行正洗井，見(jiàn)下圖；待接完單根后，再次通過(guò)高壓換向閥改變沖砂液流向進(jìn)行正沖砂。重復(fù)上述過(guò)程，實(shí)現(xiàn)不停泵連續(xù)正沖砂，防止砂卡沖砂管柱事故。

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

1、井口連續(xù)正沖砂工藝的研究

②沖砂封井器（專(zhuān)用自封）

該封井器的密封耐壓壓力7MPa，同時(shí)通過(guò)卡瓦連接的兩個(gè)250型閘門(mén)提供沖砂器側(cè)向工作通道。

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

2、水平井沖砂工具的設(shè)計(jì)③旋轉(zhuǎn)噴射沖砂筆尖的設(shè)計(jì)

如圖，在沖砂管柱底端安裝特制旋轉(zhuǎn)噴射筆尖，在沖砂液的帶動(dòng)下，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并將沖砂液沿工作管柱軸向60°夾角方向加速?zèng)_出，最大出口速度達(dá)到30m/s，達(dá)到高效沖洗的目的。旋轉(zhuǎn)噴射筆尖結(jié)構(gòu)圖

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

2、水平井沖砂工具的設(shè)計(jì)④水平井液力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式井下清砂器針對(duì)水平段沉砂不能被充分?jǐn)噭?dòng)起來(lái)并懸浮于沖砂液中，造成沖砂不凈的問(wèn)題。我們研制出砂水平井液力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式井下清砂器，解決井底砂充分?jǐn)噭?dòng)及懸浮的問(wèn)題；同時(shí)設(shè)計(jì)反向沖砂機(jī)構(gòu)，在沖砂管柱起出時(shí)進(jìn)行反向沖砂，將水平段管柱下部的沉砂充分清除。水平井液力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式井下清砂器

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

⑤采用分級(jí)管柱組合，保證強(qiáng)度及液流上返速度為了保證上返沖砂液速度，并考慮地層存在漏失，沖砂管柱匹配時(shí)，盡可能減小環(huán)套空間，對(duì)通徑水平井一般采用二級(jí)管柱組合，對(duì)變徑的側(cè)鉆水平井、分支水平井最多可設(shè)計(jì)三級(jí)管柱組合，沖砂管材質(zhì)全部采用韌性好的N80級(jí)鋼材。⑥采用大倒角油管接箍為了減少油管壁外接箍與套管及完井篩管的剛性刮削作用，延長(zhǎng)水平井的壽命周期，對(duì)油管接箍進(jìn)行改進(jìn)，加大導(dǎo)斜面面積，并使倒角的角度大于45°，在一定程度上降低了管柱上下行程中的載荷差。2、水平井沖砂工具的設(shè)計(jì)

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

水平井沖砂工藝受多種因素制約，應(yīng)以安全快速、不損害油氣層、有利于砂屑運(yùn)移為目標(biāo)。沖砂前我們盡可能了解地層出砂的粒徑，從而選擇合適的沖砂方式，我們通過(guò)計(jì)算可以得到正沖與反沖可以攜帶的最大砂粒粒徑。通過(guò)公式計(jì)算出上升的沖砂流速：

Vmin＝Q/3600*F

其中Vmin－液體上返速度

Q-泵車(chē)排量

F－過(guò)流面積設(shè)定泵車(chē)排量0.85m3/min，Φ178mm套管，Φ89mm油管，則計(jì)算出沖砂液流的最大流速如下表。3、沖砂工藝的設(shè)計(jì)正沖流速（米/秒）反沖流速（米/秒）0.9849213.12443

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，當(dāng)沖砂液流上升的速度大于3倍砂子下沉的速度時(shí)，沉砂才能沖出到地面。由此可以得到，理想狀態(tài)下正沖砂最大攜帶砂子粒徑可大7.3mm，反沖沖出的砂子粒徑更大。但是實(shí)際沖砂時(shí)考慮沖砂速度、地層漏失、沖砂管內(nèi)徑、泵車(chē)排量損失等多方因素，盡量選擇較大排量沖砂，來(lái)保證沖砂效果。因此我們掌握以下原則：①出細(xì)砂井盡量直接采用一泵車(chē)正沖；②砂子粒徑在5mm以上時(shí)采用雙泵車(chē)正沖；③出砂粒徑在8mm以上直接采用雙泵車(chē)反沖。3、沖砂工藝的設(shè)計(jì)石英砂在水中的沉降速度（采油工藝原理）砂粒徑（mm）11.910.37.36.45.54.63.52.82.31.851.55沉降速度（m/s）0.3930.3610.3030.2890.2600.2400.2090.1910.1670.1470.127

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

水平井沖砂液必須具有高攜砂能力、抗剪切、低磨阻和低傷害的特性，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用還要盡可能選擇容易獲得、性能容易控制和對(duì)環(huán)境污染小的沖砂液。最初，我們?cè)谠O(shè)計(jì)第一口水平井錦27-平1沖砂時(shí)，考慮水平井裸漏地層面積大，可能存在一定的漏失現(xiàn)象，為了保護(hù)油層我們自己設(shè)計(jì)配置了專(zhuān)用的攜砂液，攜砂液采用加有防膨劑、聚丙烯酰胺等藥劑具有一定粘度的化學(xué)溶液，但費(fèi)用較高，第二次沖砂時(shí)，直接選擇歡西油田錦16興隆臺(tái)油層脫氣原油為基質(zhì)的油基沖砂液。4、沖砂液的選擇

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

沖砂液入井前要達(dá)到以下幾項(xiàng)指標(biāo)：4、沖砂液的選擇參數(shù)適用范圍推薦范圍粘度（mpa.s）≤180100-180膠質(zhì)含量（%）≤305.0-25.0密度（g/cm3）0.8-0.950.88-0.93溫度（℃）≥5060-70含水率（%）≤155-10固相含量（%）≤0.50.05-0.3凝固點(diǎn)（℃）≤-15同左

沖砂液的油基特性可獲得較高的攜砂能力，對(duì)沖砂管柱、套管和完井篩管的接觸面起到較好的潤(rùn)滑作用，可以有效改善水平井沖砂作業(yè)高磨阻的狀況。目前，考慮稠油水平井漏失較小，且注蒸汽開(kāi)采，在攜砂能力達(dá)到的條件下，多采用熱污水或軟化水（泥質(zhì)含量高）作為沖砂液，減少投入費(fèi)用。

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

5、地面動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮到水平井井筒體積大，沖砂液的漏失量大的特點(diǎn)，對(duì)于出砂粒徑較大的油井要求地面最少采用兩臺(tái)泵車(chē)聯(lián)作，具體泵車(chē)型號(hào)可以根據(jù)施工井地層壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)。地面為了保證起下單根時(shí)井內(nèi)正沖砂循環(huán)不停，在地面連接兩條入井管線，如下圖所示，當(dāng)接單根時(shí)將兩條入井管線匯合處的轉(zhuǎn)向閥扳至通向沖砂封井器的一側(cè)。

三、水平井沖砂工藝技術(shù)研究

6、現(xiàn)場(chǎng)施工工藝的設(shè)計(jì)

水平井沖砂施工過(guò)程中必須保證連續(xù)作業(yè)，杜絕意外造成停泵循環(huán)的現(xiàn)象，如果要停泵，必須上提沖砂管柱至井斜小于30°的直井眼內(nèi)。另外根據(jù)井身傾角的不同，排量設(shè)計(jì)和工具的運(yùn)動(dòng)有所不同，具體分為如下幾個(gè)階段：（1）0～30°基本與直井沖砂方式相同，沖砂過(guò)程中不要急于求成，以0.5m/min穩(wěn)定的速度下放管柱。（2）30°～60°時(shí)，上返的地層砂容易再次沉降形成砂卡，沖洗時(shí)將排量提高到1000～1200l/min為宜，并管柱要上下起放，一般下放50m，上提一次，沒(méi)有負(fù)荷大幅度增加現(xiàn)象和憋壓情況，才能繼續(xù)沖洗。（3）60°～90°時(shí)，沖砂管柱磨阻最大階段，加壓下放速度小于0.3m/min,并每單根上下移動(dòng)2～3次為宜，以破壞“固化的砂床”，沖洗排量不低于1000l/min，如遇憋壓情況，立即增大排量，上提管柱。

四、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

水平井沖砂工藝技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐與改進(jìn)，我們主要在以下幾方面進(jìn)行了創(chuàng)新：改進(jìn)應(yīng)用了雙通道沖砂器及井口專(zhuān)用自封，并取得成功，完善了水平井連續(xù)沖砂技術(shù)；完成了水平井沖砂工具的研究與設(shè)計(jì)，主要完成了旋轉(zhuǎn)沖砂筆尖、液力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式井下清砂器的研制、設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。通過(guò)理論研究與實(shí)踐，我們完成了水平井沖砂工藝的研究與設(shè)計(jì)，根據(jù)油井出砂狀況，采取相應(yīng)的水平井沖砂工藝，達(dá)到水平井沖砂要求；逐步完善、改進(jìn)了水平井沖砂液，現(xiàn)場(chǎng)取得較好的使用效果；通過(guò)摸索，逐步形成了適合我廠水平井的沖砂現(xiàn)場(chǎng)施工工藝，包括泵車(chē)排量、管柱組合、管柱下放速度等現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)。五、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

至2007年底，我們利用水平井正循環(huán)連續(xù)沖砂工藝技術(shù)和雙泵反循環(huán)沖砂工藝技術(shù)，實(shí)施水平井沖砂作業(yè)42井次，施工成功率達(dá)到了100%，創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益409.3萬(wàn)元，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。五、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

典型井：

錦16-于H19井，該井2006年6月投產(chǎn)，6月28日作業(yè)搬上檢泵，探砂1106ｍ遇阻，采用熱污水正常沖砂，沖出大量砂子，其中有3ｍｍ以上砂粒，沖到1178ｍ洗井，洗2小時(shí)仍有砂，停，6月30日回探1090ｍ阻，采用雙泵車(chē)正沖砂，沖洗近8小時(shí)，沖出細(xì)砂2.5ｍ3以上，其中仍有大粒砂。最大粒徑在8ｍｍ以上，大部分在2-3ｍｍ。7月4日探砂面1055ｍ阻，鑒于前面沖砂粒徑較大，決定使用雙泵車(chē)反沖砂，在垂深最低點(diǎn)1226m、1428ｍ處反復(fù)沖洗，返出大量砂子。多為4mm以上砂粒，最大達(dá)到10mm，共沖出約有2ｍ3大粒砂。7月8日下螺桿泵生產(chǎn)，8月20日不出，采用水平井沖砂工藝?yán)^續(xù)沖砂后注汽投產(chǎn)。該井正常生產(chǎn)150天，累產(chǎn)油1558噸，現(xiàn)注汽。該井采用水平井沖砂工藝將井內(nèi)沉砂清凈，恢復(fù)了該井產(chǎn)能，沖砂效果較好。六、經(jīng)濟(jì)效益分析

到2007年底，我們利用水平井沖砂工藝技術(shù)實(shí)施水平井沖砂作業(yè)42井次，保證了水平井的生產(chǎn)，水平井實(shí)施后累增油2862噸，減少檢泵26井次。經(jīng)濟(jì)效益分析：以每噸原油2356元計(jì)算，成本