連續負壓沖砂工藝管柱研究及應用

吳 劍，王 良，王 靜，張書榮

（吐哈油田a.工程技術研究院；b.井下作業公司，新疆鄯善838202）①

連續負壓沖砂工藝管柱研究及應用

吳 劍a，王 良a，王 靜a，張書榮b

（吐哈油田a.工程技術研究院；b.井下作業公司，新疆鄯善838202）①

隨著油氣田的開發進入中后期，地層壓力系數降低、虧空嚴重，部分井甚至出現負壓倒吸現象。在油氣井生產過程中，由于地層出砂情況嚴重，最終導致砂埋油層，油井停產甚至報廢。對于該類油氣井，由于地層漏失嚴重，常規的沖（撈）砂技術已經不能滿足現場需求。針對這一情況，開展了連續負壓沖砂工藝技術研究，利用雙級喉管噴射液體產生負壓，并吸附井底埋砂，以及雙層管為液體提供循環通道，從而實現了與地層隔離、減少沖砂液體漏失的目的。經過現場試驗表明，該新型沖砂工藝技術達到了設計要求，不僅完全滿足漏失嚴重的油氣井沖砂需要，而且避免了常規沖砂對地層造成傷害、儲層污染的問題，具有推廣價值。

沖砂；負壓；工藝；管柱

隨著油田進入開發中后期，油氣井出砂問題越來越突出，油氣井砂埋的現象也是非常普遍，如何針對不同類型的砂埋油氣井進行沖（撈）砂已越來越重要。對于采用衰竭式開采的油氣田，地層壓力低，漏失大，沖砂時必須防止沖砂液漏失進入地層，避免儲層污染［1-2］。常規沖砂工藝無法滿足漏失量大的井的沖砂需求。針對這種情況，開展連續負壓沖砂工藝技術研究，解決漏失井沖砂難題，避免儲層污染，滿足實際需求。

1 連續負壓沖砂工藝管柱

1.1 管柱設計思路

普通沖砂工藝管柱為斜尖＋油管［1-2］，采用1～2臺水泥車將攜砂液泵入井中循環，以便將井底砂子攜帶出來。但是對于地層壓力系數低、漏失量比較大、需要避免儲層污染的油井，采用這種沖砂工藝管柱，就不能很好地滿足要求。主要難點是：①攜砂液漏失進入地層，造成出口液很小，流速低，從而無法有效攜帶砂子，甚至是無法建立循環；②攜砂液進入地層，造成儲層污染，甚至會影響油井的產量等。針對這些問題，采用在井底產生負壓的沖砂工藝，同時將儲層盡量與攜砂液封隔開，從而有效避免攜砂液漏失進入地層，污染儲層［3-4］。負壓區能有效吸收井底砂子，且揚程較高，大部分攜砂液將返出地面，能把砂子攜帶出來。

1.2 管柱結構及工作原理

連續負壓沖砂工藝管柱主要由普通油管連續沖砂部件、液流轉化部件、負壓沖砂部件組成（如圖1）。連續沖砂部件主要由沖砂自封、特殊懸掛器、密封工作筒、反沖洗閥組成；液流轉化部件主要由液流換向器組成；負壓沖砂部件主要由負壓沖砂泵組成。管柱采用負壓吸砂原理，可用于直井、斜井及水平井的連續沖砂作業，尤其適用于漏失井的沖砂施工。

圖1 負壓沖砂工藝管柱

進行沖砂時，井口四通為進液端，沖砂自封側孔為出液端。下井時，反沖洗閥接在每根油管上端，在其進入沖砂自封之前，內部通道處于關閉位置，油管內的堵塞器不能繼續上移，在此處堵塞油管，因而攜砂液不能從油管上端排出。當反沖洗閥通過沖砂自封時，內部通道處于打開位置，堵塞器上行至上一級反洗閥，繼續堵塞油管。油管內的攜砂液打開反沖洗閥活塞，進入襯管、油管環空，由于反沖洗閥外密封環將環空密封，所以攜砂液只能向上通過自封側孔排出井外。當反沖洗閥下于襯管以外時，彈簧力將活塞關閉，此時反沖洗閥僅相當于一根油管短節。

1.3 室內試驗

該工藝管柱室內試驗流程如圖2所示。

圖2 負壓沖砂器測試流程

試驗曲線如圖3，試驗數據如表1。

圖3 負壓沖砂器測試流程

1） 當動力液壓力一定時，隨著出口壓力的增加，吸液量降低，呈現非線性變化。且當出口壓力增大到一定值時，沖砂泵出現倒流現象。

2） 當出口壓力一定時，隨著動力液壓力的增加，吸液量增加。

3） 當動力液壓力增加時，出現倒流時的出口壓力隨之增加。

4） 動力液壓力為8～15 M Pa時，揚程可達300～900 m，提高動力液壓力，揚程可進一步提高。

5） 試驗時泵的沉沒度幾乎為零，現場應用時泵的沉沒度會較大，因此該沖砂器吸液量將會大幅提高。

表1 負壓沖砂器試驗數據

1.4 施工步驟

1） 起出原井內全部管柱。

2） 施工時，依次將負壓沖砂泵、雙層油管、換向器下入井內，當管柱下至距砂面30 m時，下入工作筒，裝好沖砂自封，再接入帶有反沖洗閥的油管，并使第1個反沖洗閥位于工作筒內，第2個反沖洗閥位于油管柱最上端。

3） 開泵下放沖洗，直至沖到設計深度。

4） 沖到設計深度后，注意觀察返出液含砂情況，含砂量小于0.1%視為達到沖洗要求，停泵；按與下入相反的順序起出油管及井內工具。

1.5 注意事項

1） 泵壓設計要根據液面情況定（參見負壓沖砂泵試驗曲線），設計泵壓≤20 M Pa。

2） 換向器和負壓沖砂泵距離≥沖砂井底和油層頂界距離。

3） 沖砂時下放管柱速度應當緩慢。

4） 施工前檢查泵車，確保在沖砂過程中不停泵。

2 配套工具研制

2.1 反沖洗閥

反沖洗閥的結構如圖4。利用與井口沖砂自封膠皮之間的摩擦力使活動套上行，從而達到開啟中心通道的限位機構的目的。在進入井口前，反沖洗閥的限位機構處于關閉狀態，與堵塞器一起將油管中心通道封閉，從而起到井口安全閥的作用。當反沖洗閥通過沖砂自封時，在摩擦力的作用下，活動套上行，鋼球落入孔中，從而開啟中心通道，堵塞器可上行到上一級反沖洗閥繼續堵塞油管。

圖4 反沖洗閥結構

主要技術參數如表2。

表2 反沖洗閥的主要技術參數

2.2 液流換向器

液流換向器［3］的結構如圖5。液流換向器通過2級相向的皮碗將上部油套環空高壓液體轉向處理，流經膠筒座與中心管之間的環空，在不經過下部油套環空的情況下，直接進入底部的負壓沖砂泵，從而達到沖洗井底砂體的目的。同時，封隔油層與沖洗液，盡量避免高壓沖砂液進入地層。

圖5 液流換向器結構

主要技術參數如表3。

表3 液流換向器的主要技術參數

2.3 負壓沖砂泵

負壓沖砂泵的結構如圖6，主要結構為2級喉管和噴嘴。施工時井口注入的高速液體通過喉管一側的旁通孔進入井底，將底部的沉砂充分攪動起來；由于沖砂泵2級喉管和噴嘴設計有傘狀放大機構，用以增強對液體的吸附力，可以在局部產生負壓效果，所以剛被沖刷起來的攜砂液將經過2級喉管和噴嘴進入油管返至地面，從而避免了攜砂液再次從地層漏失。

圖6 負壓沖砂泵結構

主要技術參數如表4。

表4 負壓沖砂泵的主要技術參數

3 現場應用

3.1 吐哈油田W X3-617井現場試驗

該井壓裂S3（2）S3（3）層，日產液4.75 m3，日產油3.62 t，含水2.9%，壓后轉抽，塞面2 547.397 m；生產半年后檢泵作業，發現泵內大量沉積壓裂砂，下沖砂管柱探得砂面2 348.972 m，用1.2%儲層保護液120 m3反循環沖砂，泵壓3～6 M Pa，排量1 100～1 200 L／min，170 min井口無返液；后繼續用含1.2%儲層保護液的清水260 m3反循環沖砂，泵壓3～6 M Pa，排量1 500～2 000 L／min，歷時440 min，井口同樣不返液。

分析原因是該井的漏失量大，普通沖砂作業無法建立循環，因此采用連續負壓沖砂管柱。負壓沖砂管柱下到位后探得砂面為2 349.0 m，上提1.5 m開始沖砂。采用1部水泥車進行反洗作業，泵車排量為400～500 L／min，壓力為6～10 M Pa，井口出口排量為370～400 L／min；反洗5 h后井口開始大量返砂，30 min后返砂結束；候沉20 min緩慢下放管柱直至砂面，重復以上沖砂過程，總共出砂3次，下放管柱3次，最終探得砂面2 430.839 m（油層底界2 404 m），達到設計要求，起出沖砂管柱。此次施工完成沖砂距離81.8 m，總計出砂1.5 m3。

3.2 蘇丹油田應用情況

該技術在蘇丹六區成功應用2口井，施工數據如表5。

表5 連續負壓沖砂工藝在蘇丹六區2口井的施工數據

4 結論

1） 連續負壓沖砂技術能有效解決漏失大的油井沖砂問題。

2） 該技術可應用于稀油井，但在稠油井中的適應性差。

3） 負壓沖砂泵能有效造成井底負壓，但應考慮旋轉可能造成的工具脫扣等問題。

4） 該工藝較為復雜。對于一般油井或漏失小的油井，采取常規沖砂比較合適。

［1］ 羅英俊，萬仁薄.采油技術手冊［K］.3版.北京：石油工業出版社，2005.

［2］ 萬仁薄.采油工程技術手冊（上冊）［M］.北京：石油工業出版社，2000.

［3］ 管恩東.雙級同心整體沖砂管柱工藝研制［J］.石油礦場機械，2011，40（2）：63-65.

［4］ 李樹臻，李光磊，王亞娟.油井負壓沖砂裝置研究［J］.石油礦場機械，2004，33（3）：21-23.

Study and Application of Continuous Underbalance Sand Cleaning String

W U Jiana，W A N G Lianga，W A N G Jinga，Z H A N G Shu-rongb
（a．Research and Develop ment Center；b．Dow nhole O peration Department，Tuha Oilfield Com pany，Shanshan838202，China）

As oilfield isin the intermediary and later stage of develop ment and recovery ratio develops，formation pressure coefficient is decreased.In this case，so me production wells even appear suck-back pheno menon.W hen these wells go to production，sands will flow out fro m reservoir heavily and cover the reservoir，and then oil well stops production or is abandoned.Because of the heavily leak formation，normal sand cleaning or bailing technology is not suitable for these wells. According to the situation，continuous underbalance sand cleaning technology is studied，w hich uses negative pressure to adsorb dow nhole sand by tw o-stage throat，isolate formation and decrease leakage of sand cleaning fluid by tw o-layer tubing.Not only is the new sand cleaning technology suitable for the heavily leak wells，but also it can preventformation from pollution.So the continuous underbalance sand cleaning technology is useful and can be popularized and appl ied in oi lfield.

sand cleaning；negative pressure；technology；pipe string

T E935

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.08.020

1001-3482（2014）08-0088-05

2014-02-08

吳 劍（1981-），男，湖北武漢人，2003年畢業于中國地質大學（武漢）機械設計制造及自動化專業，主要從事井下工具設計，以及井下完井作業技術研究，E-mail：w ujian6＠petrochina.co m.cn。