油田沖砂技術(shù)的問題與對策

陳愛軍，馮 濤，王海利

（中國石油長慶油田分公司采油十二廠，甘肅 慶陽 745000）

1 沖砂基本原理

沖砂，主要是通過高速流轉(zhuǎn)的沖砂液將油井內(nèi)的砂子沖散，利用循環(huán)將沖散的砂子夾帶著被沖散的砂一起帶到地面的工藝。

1.1 探砂面

探砂面是通過向油井內(nèi)下管柱觀測油田內(nèi)砂面深度的施工。勘測油田內(nèi)的砂面深度，一是為接下來實施沖砂提供參考數(shù)據(jù)，二是通過砂面深度了解油井出砂情況。油田內(nèi)砂面過高，會掩埋油層或影響接下來施工，此時就需要開展沖砂作業(yè)。

1.2 沖砂液

沖砂液通常采用的油、水、乳化液等。使用時，在沖砂液中加入表面活性劑防止污染油層。在選擇沖砂液時，根據(jù)不同井選擇不同的沖砂工作液，油井選擇清水或油田處理水做沖砂工作液；水井選擇清水或鹽水做沖砂工作液，低壓井用混氣水做沖砂工作液。沖砂液要具有以下幾個要求，一是沖砂液具有攜砂功能，保證有一定的年度；二是沖砂液具有一定密度，防止出現(xiàn)井噴和漏失。三是配套設(shè)施好，配伍性好，不傷害油層［1］。

1.3 沖砂方式

1）正沖砂。沖砂液順著油管流向井底，由油套環(huán)形空間返出地面，現(xiàn)場施工一般使用正沖砂方式。2）反沖砂。沖砂液順著油套環(huán)形空間流向井底，由油管回到地面。3）旋轉(zhuǎn)沖砂。利用動力源帶動工具旋轉(zhuǎn)，同時用泵循環(huán)將砂攜帶出來。

1.4 沖砂水力的計算

當Vt＞2Vd時，砂粒能從油井中被帶上來，其中Vt是沖砂液上返的速度，單位是m／s；Vd是砂子自由下沉的速度，單位是m／s。

由表1、表2、表3得到不同直徑的沙礫，在沖砂液中的自由降落速度Vd，由此可以得到砂子商販地面的最低速度：

從而可由下式求出沖砂時所需的最低排量：

公式中，Qmin是沖砂要求的最低排量，單位是m3／h；F是沖砂液上返流動截面積，m2；Vmin是保證砂子返回地面所需最低流速，m／s。

表1 密度2.65g／cm3的石英砂在清水中自由沉降速度

為了提高沖砂速度和提高泵的排量，并盡可能減少液流返回界面，以此來保證高的液流上返速度。

在沖砂的過程中，砂粒從井底升到地面需要的時間為：t＝h／Vs

公式中，h是油井深度，m；t是油井內(nèi)砂粒從井底上升到地面所消耗時間，s；Vs是砂粒上升的速度，單位是 m／s。Vs＝Vt-Vd

表2 密度2.65g／cm3的石英砂在原油中自由沉降速度

表3 密度2.65g／cm3的石英砂在脫氣乳化原油中自由沉降速度

2 造成沖砂卡鉆的原因

2.1 井漏造成卡鉆

沖砂最大難點就是油層漏失，一方面是沖砂前循環(huán)不返水；另一方面是在沖砂施工過程中，被埋油層是負壓層，導(dǎo)致地層吸水、出口不返水或少量返水，導(dǎo)致攜砂能力下降，井筒懸浮的砂粒下降速度加快，容易造成卡鉆的情況。

針對以上情況，提出以下措施進行預(yù)防和解決：

1）進行沖砂施工中，當沖砂至油層上界10m時應(yīng)充分洗井，將油套環(huán)形空間的砂子返回地面，然后沖開油層。2）如果在沖砂的過程中遇見負壓層時，應(yīng)將管柱上方提到油層上界，進行大排量洗凈，等待循環(huán)正常后即可沖砂；或者雙泵沖砂。3）油井發(fā)生井漏時，應(yīng)立即活動管柱，并將管住提至漏失部位以上，大排量洗井，防止砂卡。4）必要情況下，采取暫堵措施，將出現(xiàn)漏失部分用暫堵劑進行暫堵，然后再進行沖砂操作。5）操作工藝應(yīng)選擇撈砂泵撈砂。

2.2 沖砂時間短造成砂卡

在沖砂過程中，現(xiàn)場施工工人未按照相應(yīng)的施工標準和操作規(guī)程施工，操作不規(guī)范，只求快速，單根循環(huán)時間短，導(dǎo)致套管內(nèi)的砂粒快速下沉堆積，造成砂卡。

針對以上情況，提出以下措施進行預(yù)防和解決：

1）嚴格規(guī)范施工工人按照施工標準和操作規(guī)程施工，控制下方速度和單根循環(huán)時間，加壓噸位按照標準實施。2）更換單根的時間要嚴格把控小于單根循環(huán)時間，更換單根后，待至開泵循環(huán)正常后才下放管柱。3）對個別出砂量大的油井，沖砂工具速度最好小于0.3m／min，在距離油層上界20m處，應(yīng)放低速度、控制速度操作，防止堵卡或憋泵［2-3］。4）為了防止油套油套環(huán)形空間懸浮砂過多，沖砂過程最好連續(xù)沖砂五個單根才可。

2.3 沖砂過程中井噴處理不當造成砂卡

在進行沖砂工程中，油層重開后，如若當時正處于高壓層，當套管進口排量小于出口排量或是有溢流發(fā)生時，如處理不恰當就會導(dǎo)致卡鉆。現(xiàn)場出現(xiàn)井噴的時候，工作人員只會將注意力放在如何停止井噴，忽視了油井里的管柱，導(dǎo)致套管內(nèi)懸浮砂不能正常循環(huán)到地面，出現(xiàn)砂卡情況。

針對以上情況，提出以下措施進行預(yù)防和解決：

1）油層被沖開后，及時地充分地洗井，使得環(huán)形空間的懸浮砂能夠及時的循環(huán)出井筒，返回到地面。2）油層被沖開后，及時觀察井口的進出口排量，看下是否有溢流。如若有，則將提管上至安全位置之后，安排對油井進行清洗，并且通過閘門控制井口進出口排量，使排量一致。控制住井噴。同時，用油管防噴，切忌從套管防噴。

2.4 洗井不徹底

按照設(shè)計要求沖砂到一定深度之后，要將油井進行充分清洗，如果清洗不徹底，就會導(dǎo)致部分砂殘留在套管內(nèi)部，起鉆時間沒有掌握好，就會導(dǎo)致砂卡。

針對以上情況，提出以下措施進行預(yù)防和解決：

1）對油井充分清洗之后，應(yīng)立即將管住上提至安全位置。2）當沖砂到設(shè)計深度之后，對油井要進行大排量的沖洗，將全部的砂返回到地面，出口排放中的含砂量要低于0.1%后才視為沖砂合格。

2.5 其他原因造成卡砂

主要有以下幾個方面，一是沖砂工具的循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，停泵之后管柱沒有及時上提到沙面之上導(dǎo)致卡鉆；二是沖砂工具的動力或者提升系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，沒有提前制定預(yù)案，導(dǎo)致卡鉆；三是沒有針對出砂量大的油井，在施工前沒有提前制定好相應(yīng)的措施，還是按照其他普通油井的沖洗砂操作規(guī)程進行沖洗工作，容易導(dǎo)致卡鉆。

針對以上情況，提出以下措施進行預(yù)防和解決：

1）當沖砂工具循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，在泵停下的時候應(yīng)立即將管柱上提至砂面以上，反復(fù)活動管住。2）沖殺工具的機械動力或提升系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，保持管柱正常循環(huán)，不得在中途停泵。3）對于出砂量大的油井，提前準備好相應(yīng)的措施。在進行沖砂工作時，換單前要充分洗井，下放單根速度不宜太快；加大泵的功率和排量，每小時保證大于30m3，或者是通過雙泵沖砂，提高排量，加快對油井的沖洗速度。

3 總結(jié)

油田沖砂工作直接影響油田出油量，需高度重視。油田沖砂過程中，要時刻觀察井口進出口排量，觀察泵的功率和泵壓的變化，出口的出砂情況。對泵參數(shù)、砂面參數(shù)、返出物參數(shù)進行詳細記錄。針對不同的出砂量和出砂口，要提前準備好相應(yīng)的預(yù)案，當沖砂數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，根據(jù)油井的具體情況在現(xiàn)場立即開展工作處理，避免出現(xiàn)卡砂的情況。