負(fù)壓連續(xù)沖砂技術(shù)改進(jìn)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

米繼明

摘 要：針對(duì)目前國內(nèi)沖砂技術(shù)存在因過多停泵造成井筒砂重新沉到井底造成二次危害、沖砂技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)負(fù)壓或負(fù)壓不連續(xù)的問題，改進(jìn)并應(yīng)用了負(fù)壓連續(xù)沖砂工藝技術(shù)。論述了該技術(shù)的工作原理、主要操作參數(shù)設(shè)計(jì)等。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)負(fù)壓沖砂，有效解決因?yàn)橥１迷斐删采爸匦鲁练e的問題，具有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：負(fù)壓 連續(xù)沖砂 水力射流

引言

油井出砂是遼河油田生產(chǎn)過程中的主要矛盾之一。修井作業(yè)過程中，沖砂是井下作業(yè)施工中的常見工序。目前現(xiàn)場(chǎng)主要采取常規(guī)沖砂方式，就是將油管下至砂面以上幾米后，地面連接水龍帶開泵沖砂，每沖完一個(gè)單根后，停泵倒接下一個(gè)單根，再開泵沖砂，如此往復(fù)，一根接一根的向下沖。常規(guī)沖砂方法從油田開發(fā)至今一直延續(xù)使用，其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡(jiǎn)練、操作簡(jiǎn)單、成本低廉，但沖砂勞動(dòng)強(qiáng)度大，沖砂效率低。負(fù)壓連續(xù)沖砂裝置在沖砂過程中解決了停泵的問題、有效地避免沉砂卡鉆事故、高效排出井內(nèi)泥砂。

1負(fù)壓連續(xù)沖砂技術(shù)基本原理

（1）通過借鑒管道三通換向原理，采用地面換向閥換向，使沖砂液在不同狀態(tài)下從不同管道泵入，達(dá)到連續(xù)不停泵的目的。

（2）通過封隔器封堵上部，水力射流形成負(fù)壓，在沖砂的過程中，達(dá)到抽吸排砂的目的。

（3）采取水力射流原理進(jìn)行沖砂，使沖砂液返出流速加快，變被動(dòng)上返為主動(dòng)噴出，避免出現(xiàn)井筒內(nèi)流速差異造成沉砂。

2 負(fù)壓連續(xù)沖砂裝置研制

主要包括：換向連續(xù)泵入裝置、雙自封封堵?lián)Q液裝置、旋轉(zhuǎn)沖砂射流泵等。

（1）換向連續(xù)泵入裝置

裝置構(gòu)成由洗井車、地面換向三通、并聯(lián)高壓管線、換向井口自封、液流控制裝置五部分組成。主要性能是通過洗井車高壓泵入沖砂液，通過地面三通和換向井口自封轉(zhuǎn)換，通過并聯(lián)高壓管線，在不同的操作階段通過每個(gè)單根上安裝的液流控制裝置換向轉(zhuǎn)換，從不同方向進(jìn)入沖砂管柱，達(dá)到保障沖砂液連續(xù)泵入的控制裝置。

換向井口自封參數(shù)：上膠芯工作壓力：≥6 Mpa、下膠芯工作壓力：≥25 Mpa、換向閥工作壓力：≥6 MPa

液流控制裝置參數(shù)：最大外徑100mm，中心管內(nèi)徑48mm，最大工作量30Mpa，長度660mm。

（2）雙自封封堵?lián)Q液裝置

裝置構(gòu)成由雙自封封隔器、同心管、換液閥、換液轉(zhuǎn)換接頭四部分組成。

主要性能是：該雙自封封隔器為自封型，沖砂液從封隔器上部的油套環(huán)形空間經(jīng)過換液閥進(jìn)入封隔器內(nèi)部的同心管環(huán)形空間，然后沿環(huán)空繼續(xù)下行。沖砂下放管柱時(shí)，雙自封封隔器在保持沖砂液壓力不降、排量不變的情況下沿著井壁滑動(dòng)密封下行。保證了沖砂區(qū)域內(nèi)整體密封，有效形成相對(duì)密封區(qū)域。

封隔器參數(shù)：最大工作壓力25MPa，最大外徑154mm，通經(jīng)100mm，膠筒耐溫120℃，長度750mm。

同心管參數(shù)：外管Ф88.9mm，內(nèi)管Ф48mm

換液閥參數(shù)：外徑Ф88.9mm，內(nèi)管Ф73mm

（3）轉(zhuǎn)換沖砂旋轉(zhuǎn)射流裝置

裝置構(gòu)成由轉(zhuǎn)換分液器、沖砂噴嘴、旋轉(zhuǎn)射流泵四部分組成。

主要性能是：高壓沖砂液沿上部中心管環(huán)空下行至射流泵底部時(shí)，通過轉(zhuǎn)換分液器將沖砂液分為射流動(dòng)力液（70%）和攪動(dòng)沖砂液（30%）兩部分。攪動(dòng)沖砂液以50m/s的擴(kuò)散狀射流，從沖砂噴嘴高壓噴出，高效沖擊砂面，有效攪動(dòng)沉砂，使砂粒懸浮在液體中有利于抽吸排出。射流動(dòng)力液通過旋轉(zhuǎn)射流泵上行射流，形成負(fù)壓抽吸作用，即可帶走攪動(dòng)起來的井底泥砂，又能因區(qū)域密封形成的負(fù)壓而從地層抽出的油水泥砂。同時(shí)射流泵入口設(shè)置過濾器，小于5mm直徑的砂粒通過吸入口進(jìn)入射流泵，大于5mm的砂粒被擋在外面沉入井底，防止大砂粒堵塞排砂噴嘴，保證沖砂液攜帶泥砂從井底快速高效舉升到地面。

轉(zhuǎn)換分液器參數(shù)：保證射流動(dòng)力液和攪動(dòng)沖砂液過流面積為6比4，盡量保證射流動(dòng)力液和攪動(dòng)沖砂液排量約為7比3

射流泵參數(shù)：工作壓力>25Mpa，工作流量：8～12 m3/h，真空壓力：-0.06 MPa

沖砂噴嘴參數(shù)：喉管內(nèi)徑10、11、12、13mm等型號(hào)。

3 操作參數(shù)計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

3.1泵封連續(xù)水力沖砂有關(guān)理論計(jì)算。

通過各類射流參數(shù)計(jì)算，得出主要參數(shù)如下：

（1）排砂噴嘴與沖砂噴嘴的過流面積之比。高壓射流泵的容積效率為42%，故射流泵有效吸入量為工作流量的42%，通過沖砂噴嘴流量Q1與通過排砂噴嘴流量關(guān)系為：Q1/QG=0.42，通過計(jì)算，沖砂噴嘴內(nèi)徑3.9mm時(shí)，恰好滿足要求。

（2）排砂噴嘴與喉管過流面積之比。排砂噴嘴過流面積/喉管過流面積為17%～40%。不同面積比吸入流量不同。低排量適用于深井，高排量適用于淺井。在噴嘴尺寸一定的情況下，為適應(yīng)不同深度（指垂直井深）油井的需要，應(yīng)選用對(duì)應(yīng)規(guī)格喉管。具體為：10、11、12、13、14mm的喉管。

（3）射流沖砂裝置水力計(jì)算。保證將砂子帶出地面的水力條件是Vt>2Vd即沖砂液返回地面的上升速度大于砂子在靜止沖砂液中的自由下沉速度的二倍。

因射流泵過濾器通徑為5mm，因此選取4.6mm粒徑下沉速度作為參照， 最小上升速度為0.48m/s，沖砂時(shí)在Ф88.9mm管柱內(nèi)所需的最低排量為7.835 m3/h，井下射流動(dòng)力液占泵入液量的70%，因此，泵入排量要求至少達(dá)到10 m3/h，否則沖砂效率很低。因此要求現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)泵壓控制在10～14MPa之間，最高不超過20MPa。

3.2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

截止2017年11月初，負(fù)壓連續(xù)沖砂技術(shù)研究與應(yīng)用項(xiàng)目已完成相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算和14口井次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。總體來講，該技術(shù)研究與應(yīng)用達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

（1）解決了常規(guī)沖砂存在的停泵接單根、卡鉆事故和油藏吐砂等一系列問題。

（2）在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過程中高效、高質(zhì)量地完成沖砂、排砂任務(wù)，解決了沖砂難題，縮短了沖砂周期，提高了采油能力，保障了生產(chǎn)效益，成功實(shí)現(xiàn)了有效排砂、防止沉砂、徹底沖砂的目的。

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