液氮氣舉沖砂工藝的研究

于 坦

（中石化華北石油工程有限公司井下作業分公司，河南 鄭州 450042）

1 液氮氣舉沖砂

（1）油、氣井沖砂的必要性。油氣井出砂以后，如果井底的出砂不能被井內的液流全部帶出井筒，就會出現沙子在井內沉積的現象，同時砂柱就會增高，出油通道就會被增高的砂柱堵塞，流動的阻力就會增大，導致油氣井減產，嚴重的還會導致停產。井下設備也會因此出現砂卡現象，所以清除沉沙對于油氣井的長遠發展來看有著重要的意義。一般的沖砂方式有水力沖砂、機械撈砂、液氮氣舉沖砂。本節主要介紹了液氮氣舉沖砂。

（2）液氮氣舉沖砂原理。液氮氣舉沖砂是一種特別安全的氣舉措施，使用專用的液氮車把低壓液氮轉化為高壓液氮，注入井筒，利用氣體的體積以及迅速膨脹逸散的特性，在比較短的時間內將井筒的液體的目的。其原理是將氮氣注入環空或油管，利用氮氣的體積，氮氣的體積在減壓或升溫后發生膨脹，井筒中的空間被占據，從而達到排出沖砂液的作用。

（3）液氮氣舉的工藝特點。①施工比較安全，氮氣的物理性質比較穩定，且不燃燒，尤其是與天然氣以任何比例混合后均不會有爆炸發生，對于施工人員來說沒有危險性。②簡單的工藝，液氮氣舉與壓風機氣舉的工藝基本相同，在儲液罐中是以液態存在，用泵吸入或排出的也都是液態氮，當通過加熱器后，其形態發生改變，有液體轉化為氣體，并排入高壓管線，沖砂液被高壓氣體驅替。③液氮氣舉具有排液快的特點，施工時間在1h內能夠排液1400m。施工時間90分鐘能夠排液2500m～3000m。④液氮氣舉排液深度比較靈活，可排任意深度，而且成功率基本上可以說是百分之百。⑤易于控制，調節方便。⑥液氮在存放過程中會有自然揮發，造成一定的損失，而且施工價格比較高。

（4）沖砂方式。液氮氣舉沖砂通常用的沖砂方式有正沖、反沖、正反沖、負壓沖。①正沖砂是沖砂液沿著沖砂管向下流動，在從管口流出時，以較高的流速將砂堵沖散，砂子被沖散后與沖砂液混合在一起，沿著沖砂管與套管的環形空間返至地面。正沖砂的方式使液體對井底形成較大的沖力，能夠沖起較大較硬的沉沙，但是環形空間比較大造成流體的上返速度比較慢，攜沙能力弱。②反沖砂是沖砂液由套管與沖砂管的環形空間進入并對砂堵進行沖刺，使泥沙被沖起，并與沖砂液混合，沿沖砂管上返到地面。這種方式流體在管內的流速比較快，具有很強的些攜沙能力。但是，液體對井底產生的沖力比較小，而且沖砂速度比較慢，沖砂管徑比較小，易造成關內砂堵，且不易帶出較重教大的沉砂。③正反沖砂是先釆用正沖的方式將砂堵沖散，當砂子處于懸浮狀態馬上改用反沖方式，這樣沖散的泥砂就能很容易的被沖出沖砂管。這種方式具有正反沖砂的所有優點，但是依然是由于沖砂管徑小易造成砂堵。④負壓沖砂也被叫做混氣沖砂，在井口將水泥車和壓風機并聯，它們分別打出泡沫液和氣體，將這些氣體和泡沫混合并打入井內形成密度較小的泡沫，使井筒液柱壓力低于地層壓力，發生漏失井段后油層不會受到污染，具有一定的排液解堵作用，由0.5%的ABS起泡劑和0.2%的Na2CO3穩定劑及水混合成泡沫液與高壓氣體混合。其工藝比較復雜，而且壓力高，且易發生井噴，但是可以保護地層。

2 以正沖砂為例的操作步驟

將刮刀鉆頭（或沖砂斜尖）接在下井第一根管柱底部，下管，至油層頂界距頂界30m，改變下放速度，速度要在每分鐘5m以內。至預計砂面位置懸重下降10到20kN，認為遇砂面，連探兩次。將管柱上提，直至距砂面5m，進行開泵沖洗，排量在每分鐘350L以上。等到進出口達到平衡，循環正常，轉盤轉動管柱邊勻速緩慢下放。沖完每一單根沖砂管都要進行循環洗井，洗井時間在10分鐘以上。停泵加單根，開泵沖砂重復接單根沖砂。如果是大排量洗井要達到出口無砂，其含沙量要低于3‰。如果是出砂嚴重的井和防砂措施井，應該對沙面進行觀察，將沖砂管上提，至射孔井段以上30m，將沖砂管柱停泵4h，對地層出砂情況進行觀察，探井底誤差小于2‰為合格，并對其深度進行記錄。

3 施工注意事項

（1）必須在井內平穩的情況下進行沖砂施工。（2）沉砂池、分開的進、出口罐是沖砂過程中的必要準備條件，沖出的砂不能被帶回井內。（3）為避免造成砂堵或憋泵，沖砂過程中加深管柱要緩慢均勻地進行。（4）帶封隔器、通井規等大直徑的管柱在沖砂過程中是禁止使用的。（5）出口返液情況需有專人進行觀察，一旦發現出口不能正常返液必須立刻停止沖砂施工，將管柱上提離砂面30m，活動管柱。（6）單根沖完后應該充分循環，使洗井的排量以及時間達到設計要求，加單根停泵至下次開泵之間的時間應該保持在6分鐘內。（7）中途不能停泵，保持連續沖洗，如果出現特殊情況需要停泵，可以將沖砂管柱上提至砂面以上30m。需要反復活動管柱，提升設備發生故障時應該保持循環。（8）在進行沖砂過程中，如果發現有修井液漏失的情況應該及時對洗凈液性能進行調整，如果不能維持循環應該停止施工，采取處理措施，待正常后再進行施工。（9）如果因為管柱下放過快導致憋泵的情況，應該將管柱上提，等到泵壓正常后才能繼續加深管柱進行沖砂。（10）雖然液氮氣舉沖砂比較安全，但是施工過程中依然需要注意防火、防爆、防中毒。

結語

清除沉沙對于油氣井的長遠發展來看有著重要的意義。沉砂池、分開的進、出口罐是沖砂過程中的必要準備條件。液氮氣舉沖砂施工安全性比較高，且工藝簡單，排液速度比較快，深度容易控制，必須在井內平穩的情況下進行沖砂施工，特別是對于含氣井來說，而氮氣這種惰性氣體，不易與其他物質發生反應，在壓力0.1MPa以下、溫度-195.8℃時轉變為液態，這項工藝在氣井排液誘噴中應用廣泛，在實踐作業中，液氮氣舉沖砂工藝具有一定的優勢，而且效果比較好。

[1]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（02）：63-65.