水平井負壓旋轉沖砂工藝技術的研究與應用

O 劉偉 楊淇 羅寶莉（西安石油大學 陜西西安 710000）

水平井負壓旋轉沖砂工藝技術的研究與應用

O 劉偉 楊淇 羅寶莉
（西安石油大學 陜西西安 710000）

針對水平井沖砂，由于地層虧空嚴重，傳統方法返排率極低，沖砂風險程度大，不能有效保護儲層。負壓旋轉沖砂是利用專用工具實現水平井反循環旋轉沖砂，實現了限速旋轉、紊流攜砂、深層解堵功能，可以防止砂粒下沉和砂卡事故，提高了攜砂能力。實踐表明該技術對水平井沖砂具有較好的成效和經濟效果。

水平井；負壓旋轉；沖砂

前言

傳統的沖砂工藝雖然滿足了直井和定向井的要求，但是對于儲層呈水平狀，地層虧空嚴重，沖砂液返排率極低的定邊油田延長組深部油藏水平井效果極差。目前定邊采油廠水平井開采延長組的有43口，全部實行的多段大砂量、高砂比水力噴射壓裂投產措施，部分因地層出砂形成砂橋或其他原因導致的低產井，需要通過沖砂來提高其生產能力，所以亟需在油井沖砂方面有技術突破，解決目前定邊油田水平井開發困境。

一、水平井沖砂的難點

1．套管水平段液體呈現上快下慢循環通道，井眼底邊流速很低，攜砂能力弱，容易導致卡鉆。2．沖砂液在水平井段和斜井段攜砂能力弱，沖砂過程中，在斜井段容易形成砂橋，造成砂卡事故。3．地層出砂后，油砂容易膠結形成砂橋，嚴重時堵住井眼，形成井下局部高壓，具有井控風險。4．采用多段壓裂技術，深部油藏地層壓力低，地層存在吸水現象，無法將砂子帶出井筒。

二、負壓旋流沖砂技術

負壓旋流沖砂技術是采用淹沒式射流泵+截流皮碗+旋流頭結構，利用淹沒式射流泵形成負壓減少地層污染、截流皮碗分流和旋流頭形成旋轉湍流增加沖砂、攜砂能力，套洗頭和負壓沖砂，對井下浮砂進行攪拌、負壓沖洗，針對井下存在膠結物、壓裂脫落膠皮等難以靠水流沖洗出井外的異物，可進行打碎后再沖洗作業，這樣既解決了因地層虧空、返排效率底的問題，又解決了井下混合物無法形成湍流和沖洗無效的問題。

三、井下洗井管柱（自下而上）結構

水力旋轉沖砂器（Φ3．0mm噴頭）+倒角油管串(造斜點位置至人工井底位置)+加厚油管串+250井口，計算出所需倒角油管串數，在沖砂的過程中從井口續加加厚油管（Φ73．0mm）。

井口裝置有高壓自封封井器，主要是防止井噴作用，井下沖砂裝置包括倒角油管和水力旋轉沖砂器，主要是對地層的沖洗和防偏磨、套損造成事故，水力旋轉沖砂器(圖1）的作用是在套管內分流。

圖1 水力旋轉除砂器設計圖(1)

圖2 水力旋轉除砂器設計圖(2)

圖3 水力旋轉除砂器設計圖(3)

四、水平井沖砂工藝技術的施工設計與應用

水平井在進行沖砂施工時要進行過連續的作業，嚴禁機泵突然停止的現象發生。在機泵停止工作前，上提沖砂的管柱至固定角度。第一步，在井斜小于30度的地方采用常規直井沖砂工藝，沖砂作業要穩中求保證，以相對穩定的速度進行管柱的放置和沖砂。第二步，在井斜度數大于30卻小于60的井段處，由于此處已經有上返的沙粒，這些沙粒很容易二次沉積，所以進行沖洗作業時候要提速，將排量提高。管柱的放置要下放50m為最佳，提高管柱負荷和憋壓，將沖洗的力量增大。第三步，在井斜度數大于60小于90的井段，這里是沖砂管柱遇阻的阻力最大的井段。這時候要對井底加壓，并減慢下放速度，管柱每根上下移動三次，使砂床松化，在此井段出現憋壓的情況，要立即把排量增大，把管柱上提。水平井沖砂工藝技術在應用上目前采用的水平井正循環連續沖砂工藝和雙泵反循環沖砂工藝。第s四步，負壓旋轉沖砂水力參數。

負壓旋流沖砂水力參數的確定，沖砂液為清水，沖砂排量Q為0．6-0．8m3/min，工作壓力為12-15Mpa。

沖砂時，為了使沖砂液更好的攜砂，沖砂液上返的速度必須大于最大砂粒的自由下沉速度，因而確保砂粒返排出來的條件是沖砂液上返的速度（m/s）V液大于2倍的砂粒在沖砂液中的自由下沉速度（m/s）V砂，即V液≥2V砂。

沖砂洗井時所需的最小排量Qmin=A×V液min，A-沖砂液上返時的最大截面積，m2；V液min—保持砂粒返排到地面的最低沖砂液流動速度,m/s。

沖砂時（主要是反沖洗攜砂能力較強），沖砂排量Q介于0．6-0．8m3/min，沖砂液在油管內的流速V=Q/A，是介于1．105-1．469m/s，沖砂液的上返速度超過了砂粒上返所需要的最低流速2×0．094m/s（定邊油田水平井壓裂所用砂粒，目數為20-40，真密度2．65g/cm3，粒徑0．425-0．85mm，根據計算的出其在清水中的沉降速度小于0．094m/s）。

五、負壓旋轉沖砂過程及控制

目前在定邊油田進行3口水平井沖砂洗井作業，取得了良好的效果，由于原始地層壓力較低，為減小地層傷害，使用泡沫洗井液負壓沖砂洗井，泡沫沖砂液配方為0．6%的YFP-1起泡劑+0．3%COP-1助排劑+0．3%CF-5B粘土穩定劑+0．1%SP-169活性劑+0．3%穩泡劑。

沖砂過程中的管柱下方上提嚴格控制，沖砂過程中鉆具要上下起放，一般下方50米，上提一次，沒有負荷大幅度增加現象和憋壓情況，才能繼續沖砂，入窗和到達水平段，也是沖砂管柱磨阻最大階段，加壓下放速度要小于0．3m/ min，并每單根上下移動2次，已達到破壞“固化的砂床”，如果遇到憋壓情況，上提活動管柱。

六、措施前后效果對比

定邊采油廠共有3口水平井試驗了負壓旋流沖砂技術，在很大程度上縮短了作業時間，降低了風險同時也提高了油井的生產時率，3口水平井都順利完成了沖砂作業，未發生砂卡、砂埋等事故，油井供液能力得到了增強（動液面明顯上升），同時也起到了一定的增油效果。

七、結論與認識

1．在沖砂的過程中，返出的液體中有少量的黑色粉末狀固體，通過實驗室化驗分析，其主要是一些硅酸鹽，分析認為這些物質主要來源于鉆井液以及壓裂液，由此可見，經過負壓旋流沖砂洗井，也可以給近井地帶起到一定的解堵作用，降低表皮系數，降低含水、提高油井產量。

2．負壓旋轉沖砂器獨特的結構設計，使水平井沖砂效率提高30%。

3．負壓旋轉沖砂工藝基本解決了水平井沖砂的技術難題，可減少沖砂作業中砂卡事故的發生，不僅能提高油井產能還可以恢復部分停抽井，恢復水平井的正常生產。

4．通過理論研究和實踐摸索，最終形成了適合定邊油田水平井的沖砂現場施工工藝，包括泵車排量、管柱組合、管柱上提下放速度等現場施工參數。

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Research and Application of Horizontal Well Negative Pressure Rotary Sand Cut Technology

Liu Wei Yang Qi Luo Baoli
(Xi'an Shiyou University,Shanxi Xian ,710000)

For horizontal well sand cut,because of serious formation depletion, traditional method has an extremely low f owback rate and gr eat degree of sad cut risk, which cannot protect reservoir. Negative pressure rotary sand cut is that by utilizing professional instrument to achieve the reverse circulation sand cut of horizontal well, which has the function of speed limit rotation,turbulent f ow with sand and deep broken down and it ca n prevent the accident of sand sinking and sand plug and improve prop carrying capacity . The practic indicates that this technology has better effect and economic effects on horizontal well sand cut.

horizontal well；negative pressure rotary；sand cut

TD

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