水平井沖砂技術的改進

1、引言

影響水平井沖砂效果的因素很多，如：水平井不同的完井方式、沖砂管柱結構、沖砂液的工作性能以及沖砂施工各種參數等，本文闡述了在遼河油田水平井沖砂施工過程中遇到的諸類問題，并提出了工藝、工具相應的改進措施以及現場施工的有效做法。

由于高升油田開發生產的部分區域儲層和油藏地質特性而決定，自2002年以來，水平井、側鉆水平井、定向斜井日趨增多。水平井的生產特征就是通過擴大生產層泄油滲透面積來提高油井產量（原則上開發水平井生產層是一個地層特征一致的層位），所以高升油田原油產量一直在高位運行，很大程度上得益于水平井，也是實現少井高產提高采收率。

為了更好的使水平井正常生產，防砂、清砂解除生產層的堵塞，尤其是產量高，排液量大，引起地層顆粒運移，大量出砂井的沖砂施工，顯得及其重要。

對于水平井沖砂施工來講，由于水平井井眼軌跡的特殊性，沖砂技術與常規井作業施工有很大不同，沖砂作業技術要求比較高，相對應的施工作業風險和施工操作難度都高于常規井。

2、水平井沖砂難點及采取對策

由于水平井特殊的井身軌跡和本身所固有的出砂特點，對于易形成長井段“砂床”的沖刷清理、攜帶上返及砂粒雜質在井斜角大于60°以上井段極易滑脫等工藝難點，我們更需要針對問題找出原因，制定工藝措施，消減工程事故的發生。

水平井沖砂難點。井內管柱貼近井壁低邊，管柱受“鐘擺力”和摩擦面積大的雙重作用，更易卡鉆。

在水平井段，無論修井液攜砂能力多么強，總有部分地層砂在上返途中留在井壁低邊，形成砂屑床，致使摩擦面積和扭矩增大，導致井況復雜。

沖起的砂粒在水平段容易再次沉積。

鉆具軸線偏離井眼曲線的程度隨井斜角的增大而增大，最終與井眼低邊接觸。鉆具沿井眼低邊移動，為沉砂床的再次形成及發生壓差卡鉆提供了前提條件。

修井液環空流速偏差很大，井眼低邊的流速低，攜砂能力下降，尤其在鉆具靜止時這種現象更加突出，易導致鉆具被卡。

采取的工藝措施方法。除采用連續油管在小直徑防砂管（或小套管）內正沖砂外，所有沖砂井均采用反循環沖砂，主要作用就是提高油管內上返攜帶速度（同樣排量下油管內上返速度高于套管環形空間流速），其次就是很大程度上消除和避免了沖起的砂子在沖砂管與套管環空中運移形成卡鉆事故。

從有關資料中我們可以看出，在垂直井中最小的流動攜砂速度應至少為被沖洗顆粒沉降速度的兩倍，而在水平井中環隙流速至少應為被沖洗顆粒沉降速度的10倍，只有這樣才能維持顆粒沿液體流動方向運動，當流動液體的上返速度作用在顆粒上的拖曳力抵消重力時，沖砂液攜帶顆粒才是最為有效的，才能通過水平段，斜井段進入直井段被帶至地面。

關于泵車排量即上返速度的計算，按

K=V1/V2

式中：K---液流速度與固相顆粒沉降速度之比；V1---液體流速 m3/min；V2---固相顆粒沉降速度 m3/min 當K>2時才能攜帶；Q=V1（d02-d12）/7.85×107；Q---泵車排量 m3/min；V1---液體流速 m3/min；d0---套管內徑 mm；d1---沖砂油管（或連續油管）外徑 mm。

關于井漏失問題的解決。所謂漏失問題主要是指上返液的上返速度不夠影響攜帶和懸浮顆粒的能力，如果我們采取泡沫流體，一是能降低密度，減少液柱對地層的回壓，降低漏失；該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的《環球市場信息導報》雜志http：//www.ems86.com總第522期2013年第39期-----轉載須注名來源二是它具有暫堵地層，也可以防止入井液漏失；三是泡沫中的固相顆粒在下沉時要克服氣泡與液相之間的摩擦力，固體顆粒要迫使氣泡變形，才能形成下沉通過，這是比較困難的，因此泡沫流體的攜帶和懸浮能力要比液體強很多。

以上三個方面，從沖砂方式、攜砂速度和防止沖砂液的漏失都相應的采取了有效措施，基本解決了水平井的沖砂問題。

3、現場沖砂技術要求及注意事項：

嚴格按施工設計要求針對不同井的井身結構和井眼軌跡，選擇不同的沖砂管柱結構。

沖砂前首先對該井測取全井吸收量（測三個點后的吸水指數）做好記錄。

選擇對接管柱或沖砂時進入60°井斜角后全部使用3×45°倒角油管，按進入60°井斜角后至人工井底的有效長度準備。

采用硬管柱（非連續油管沖砂）沖砂時，當沖砂倒錐下放進入60°井斜角后（或硬探砂面）必須按照下放一根，再上提一根觀察上提負荷為正常負荷的情況下，再進行下放沖砂，否則不能下放，一定要分析原因，找出上提負荷上漲的原因是什么，再進行施工。

下沖單根按正常加鉆壓的情況下，沖下后要采取2-3次上提、下放管柱劃眼刮洗砂床以防砂堵或砂卡管柱。

由于水平井段較長，有幾百米，所以沖砂過程中，反沖砂的混合液必須進入直井段進行垂直懸浮后再接單根，也就是說除去井內少量漏失，反洗液量必須大于從井底到直井段油管內容積的2倍以上，才能接單根以防管柱砂堵。

對于漏失井有必要使用氮氣車組、連續油管裝置、泡沫發生器、暫堵設備等施工前現場做好布置，以便合理布局，科學安全施工。

按設計要求需要先對接再沖砂的井，對接管柱結構：相應尺寸的對接頭+油管短節×1m+相應套管尺寸的油管扶正器+倒角油管+普通油管。對接頭下至離懸掛器頂部1.5m時先反洗井沖洗懸掛器頂部接頭后，根據設計中提供的懸掛器深度，下放管柱加壓2.0-4.0kN，記錄方入，用油管短節調整數據至油管掛坐入大四通內，旋緊頂絲，后向套管反打壓5.0Mpa，穩壓15min壓降小于0.5Mpa為對接合格，座井口，準備連續油管沖砂。

當連續油管下至對接頭以上100m時，開泵正循環，待出口返液正常后，按連續油管沖砂操作規程緩慢下放連續油管進入水平井段沖砂，沖砂過程中嚴密觀察出口返液情況，發現異常應立即上提連續油管至對接頭以上直井段內，采取有效措施后再進行沖砂施工。

在沖砂油管進入水平段反沖砂過程中，當下沖一定距離后，地面漏失增加，這時第一要長期上提、下放活動管柱；第二增大地面泵車排量，將最后沖砂段的砂子沖至地面，再停泵上起動管；第三活動管柱同時，若井口不返液，進入套管的沖砂液全部漏入井中，則進行上提沖砂管柱，將沖砂導錐起至最初硬探砂面50m以上，待研究沖砂措施后再施工。

整個沖砂過程的下放速度要慢，包括活動沖開砂床后也是如此。下放加壓要根據現場情況決定，一般情況下加壓不大于50KN，否則要認真分析原因，再制定其它措施。

4、沖砂工藝、工具改進措施：

由于水平井沒有沉砂口袋，砂粒從地層中進入井筒后，直接落在生產井段內逐漸形成砂床，由于各種原因壓實的砂床，具有一定的強度，2005年以來，許多施工隊伍均出現了硬探砂面，砂柱不高，均為十幾米，反沖砂后油管遇卡，原因何在？經我們分析認為，硬探砂面時沖砂管柱已從砂床上面穿過，躺在砂床上部，地面指重表顯示沒有變化，沖砂時只按最終硬探的深度沖砂，待沖到井底后，上面的一部分砂子已沖起，但按下部少量砂柱計算，洗井液量已滿足工序要求，地面循環泵壓正常，故此停泵后在上提2-3根油管后，出現了上提負荷大于正常負荷 200-300kN卡鉆，上提力量基本上全部消耗在斜井段的摩擦力上，作用在管柱上的水平拉力損失很大，有效力很小。針對這種情況，我們研制了螺旋導流刮削短節，實現工具外徑大于活導錐，有效的使工具與砂床相互接觸，達到探砂面時管柱懸重明顯變化，可提醒操作手和技術人員取準資料，同時通過螺旋導流短節與套管內壁之間的摩擦間隙變化，靠上提、下放反循環液流短時間改變方向，加上對砂床的刮削沖刷，從而提高了清砂和攜砂能力。

關于現場漏失問題的處理解決。對于漏失量大于350L/min的作業井，可以采用兩臺700型泵車提高進口排量，要求排量不低于700L/min，同時為了提高懸浮攜砂能力，沖砂使用適量的暫堵劑很好地完成了沖砂工序。

對于懸掛篩管、懸掛防砂管完井的水平井、開窗側鉆斜井等生產段較長的井，采用（泡沫+清水）進行沖砂，上面兩種沖砂液的機理都是利用泡沫流體的低密度、低液柱壓力，減少漏失，另外就是泡沫流體進入非均質地層的大孔隙中，其流動速度變大，壓力降低，從而使泡沫直徑變大，賈敏效應就應更嚴重，起到堵塞孔隙的作用，減少沖砂液的漏失。另外若漏失比上述情況還要嚴重則采用暫堵劑先封閉漏失層，再進行沖砂。

5、結論與改進方向

在高升油田的工作，我們不斷發現問題，總結教訓，與各隊相互溝通，共同探討，不斷改進施工工藝和工具，預防和消除了各種沖砂管柱沖砂效率低，出現卡鉆事故等現象，形成了一整套較為先進而且比較適合遼河油田的水平井、定向井、斜井沖砂的工藝技術。

在今后的施工中，我們認為還應該推廣在51/2″套管內沖砂，接單根不停泵，不停止循環的工藝裝置，雖然費用較高，但它確實安全，可以避免工程事故發生的，另外在破碎砂床的問題上，只僅靠刮削是不行的，像連續油管在小直徑套管內采用旋轉頭鉆沖砂，使砂子不斷的分散和翻轉在攜砂液中，攜帶力更強，效果也會更好。

（作者單位：遼河油田公司高升采油廠）