連續油管沖砂洗井技術在水平井中的應用

張 朔，王方祥，劉德正，倪慶懷

（中國石油集團渤海鉆探工程有限公司井下技術服務分公司，天津 300283）

隨著連續油管作業技術的進步和發展，由于其本身的便捷性，越來越廣泛應用于油田生產過程中的鉆井，測井，沖砂洗井，修井等作業過程中[1-4]。由于水平井的特殊性，隨著油田的生產，地層出砂往往容易在水平段沉淀、固化而形成堅固的砂床[5，6]。為了提高水平井沖砂效率，在連續油管沖砂作業技術的基礎上，結合高壓水射流技術，在保證連續沖砂作業的基礎上，提高射流沖擊面積和沖砂效率。由于連續油管可以連續作業，因此旋轉噴射作業和沖砂液上返不會間斷，砂床會被不停的沖散，沖砂效果較傳統的沖砂工藝效果更佳。

1 噴嘴的設計

噴嘴的結構在旋轉噴頭的設計中占有重要的地位，結構（見圖 1）。

噴嘴是噴射結構設計的關鍵，液體通過噴嘴可以產生高速射流，噴嘴由柱形內腔、收縮加速段和出口段三部分組成。經驗表明，出口段長度在1～1.5倍的噴嘴直徑時效果最好，這里取出口段長度與噴嘴直徑相等。

2 作業參數的優化計算

2.1 沖砂液密度的確定

沖砂液的密度按公式（1）計算：

式中：γ－流體密度，103kg/m3；p－油井壓力，MPa；H－油層中深，m；k－常數，一般取0%～15%。

2.2 沖砂液黏度的確定

沖砂液的黏度通常按下式計算：

式中：η－沖砂液黏度，Pa·s；r－砂粒半徑，mm；ρ－砂粒密度，103kg/m3；ρ＇－沖砂液密度，103kg/m3；g－重力加速度，9.8 m/s2；v-沖砂液中砂粒的沉降速度，m/s。

2.3 砂粒的沉降速度及最小排量

在沖砂作業中，液體保持紊流狀態，沖砂液流速要大于最大砂粒的下沉速度。這里采用牛頓－雷廷格計算法：

式中：vs－砂粒的沉降速度；ds－砂粒直徑，mm；ρs－砂粒密度，g/cm3；ρl－沖砂液密度，g/cm3；g-重力加速度，取9.8 m/s2；cd-阻力系數，雷諾數在50～105時取0.5。

雷諾數的計算公式為：

式中：d－環空直徑，mm；μ－沖砂液的黏度，Pa·s。

只要確定攜砂所需最低鉆井液環空返速，也就確定了最小排量，所用的公式為：

式中：va－最低環空返速，m/s；dh－井徑，cm。

這里，環空直徑取118 mm，油管外徑73 mm，內徑62 mm，砂粒密度 2.6×103kg/m3，砂粒直徑為 1 mm，可以計算得到所需最小排量為86.4 L/min，φ50.8 mm和φ73 mm連續油管排量為200 L/min～400 L/min，可以看出，施工過程作業中完全可以清除井筒中的砂粒。

為了確定各沖砂參數對沖砂效果的影響，在不同條件下進行了沖砂實驗。

2.4 井口注入壓力對沖砂量的影響

當噴嘴的結構和尺寸確定后，排量主要受到泵壓的影響，可以通過公式（6）來計算：

式中：q－通過噴嘴的流量，L/s；A－噴嘴出口面積，cm2；C－流量系數，無因次；Δp－噴嘴壓降，MPa；ρ－密度，g/cm3。

在不同壓力條件下進行沖砂實驗，得到的實驗結果（見圖2）。從圖中可以看到，隨著注入壓力的增加，沖砂量也隨之增加，沖砂效果越好。因此在實際操作中，在現場條件下，選用最優參數內的較大壓力進行沖砂施工。

圖2 注入壓力對沖砂量的影響

圖3 注入壓力對返排壓力的影響

2.5 井口注入壓力對返排壓力的影響

在同樣的條件下，測量不同注入壓力條件下，返排壓力的變化情況（見圖3），從圖3可以看出，隨著注入壓力的增大，返排壓力也在增大，當注入壓力超過35 MPa的時候，返排壓力超過29 MPa，為了安全生產的進行，因此在實際操作中，推薦注入壓力為35 MPa。

3 現場實驗

采用該工藝現場作業19井，成功率100%。采用正沖方式，采用 0.48胍膠基液作為沖砂液。排量0.5 m3/min～0.6 m3/min，噴嘴射流速度 90 m/s～120 m/s，環空上返速度大于 0.9 mm陶粒沉降末速的 11倍，確保返得出；控制施工壓力 35 MPa以內，將連續油管下放至砂面以上20 m時，開始起泵循環。現在以XD-31-1H井為例，其人工井底2 314.8 m，水平井段685.3 m，探得砂面位置2 286.4 m，連續油管下放速度控制在22 m/min，調整到泵壓25 MPa，排量為120 L/min，進行高壓連續沖洗。沖砂液體使用量10 m3，共返出地層砂1.1 m3，施工時間35 min。常規作業需要約22 m3施工水，時間1 h。與常規作業相比，該技術具有成本低，作業周期短，沖砂效率高，且對地層無污染等優點。

4 結論

（1）連續油管高壓水射流沖砂可實現不壓井連續作業，具有井控安全、施工效率高、儲層損害小等優點，整個過程工序簡單實用、作業周期短。

（2）連續管設備有專車攜帶機，動性強，易于安裝，作業施工快。由現場實驗可知，沖砂液體使用量和施工時間約為常規工藝的一半，具有較高的經濟效益。

（3）可專門針對大斜度井和水平井施工，特別適用于井眼軌跡復雜井的沖砂作業。