浅谈水平井冲砂技术

陈晓东

【摘要】近年来，随着水平井钻井技术的发展，油田开发建设中水平井的数量急剧上升，随之而来的是水平井的后期维护作业次数也大幅增加。但受水平井客观条件的限制，水平井的作业维护较普通直、斜井有很多技术难题，而地层出砂频繁是影响水平井生产、维护最为头疼的难题之一。本文分析了水平井冲砂的技术难题，并结合冀东油田水平井冲砂的实际案例，提出了一些水平井冲砂中的注意的事项和防止砂卡的措施。

【关键词】水平井 冲砂 砂卡

1 水平井的发展及应用

目前世界上已开发的油气田，其采收率高的已超过70%，低的则不足10%。我国东部各大油田的平均采收率约在30%左右，也就是说尚有2/3的原油滞留在地下没有被开采出来。原有的直井开采技术已经难以满足三次采油的需要，很难再有较大程度地提高原油采收率。而水平井在提高老油区原油的采收率的三次采油中发挥着巨大的作用。

目前常见的水平井完井方式有裸眼完井、割缝衬管完井、管外封隔器的割缝衬管完井、射孔完井和砾石充填完井五类。冀东油田水平井主要完井的方式是套管固井射孔完井。套管射孔完井方式能够有效分隔层段、避免层段之间窜通，可以进行包括压裂在内的任何选择性增产措施，可以根据钻井轨迹和油层情况优化生产井段。其缺点是完井成本相对较高，储层易受水泥浆污染，射孔操作技术较高。

2 水平井冲砂中存在的技术难题

水平井由于井眼轨迹的特殊性，冲砂作业与常规定向井作业有很大不同，因此施工作业风险和施工难度高于普通井作业。

水平井冲砂较普通直井有以下几项技术难题：

（1）井内管柱贴近井壁低边，管柱受“钟摆力”和摩擦面积大的双重作用，更易形成砂卡。

图1 水平井、斜井油管受力示意图

由图1可得钟摆力为：F=W×sinα

式中：α—井斜角 ；W—管柱重量

由上图可以看出随着α角的增大，钟摆力F逐渐增大，摩擦面积逐渐增大，摩擦力也随之逐渐增大。当α角度为90度时，F最大，此时油管平躺在水平段上，此时油管移动所克服的摩擦力是最大的。在作业机提升负荷一定的情况下，油管上升和下放的速度都会大大降低，大大增加了砂子沉降卡钻的几率。

（2）正冲砂时，冲起的砂粒在造斜段和水平段容易再次沉积形成砂桥。

冲砂时，冲起的砂粒会在重力的作用下产生沉降现象。在水平段垂直方向的空间狭小，是砂粒很容易沉降下来，并在井眼低边形成砂床造成卡钻。当砂子流到造斜段时，冲砂液流向发生改变，损失较多能量，导致流速和携砂能力下降，使砂子下沉速度加快。同时由于直井段的砂粒也都沉降在造斜段，使造斜段更易形成砂桥，造成卡钻。

（3）修井液环空流速偏差很大，井眼低边的流速很低，携砂能力下降，易导致管柱被卡。冲砂管柱平躺在水平井段，造成井眼高低边的油套环空大小不等，使井眼高边油套环空的阻力较小，而低边的油套环空阻力较大。因此，冲砂液在井眼高边流速较高，携砂能力强，而在井眼低边流速低，携砂能力弱。这样，在井眼低边造成大量砂粒沉积形成砂床，导致管柱被卡。

3 水平井冲砂（卡钻）实例分析

下面以冀东油田某作业区的P6井位实例分析其冲砂失败的原因。

该井施工目的为不产液，液面在1700米，怀疑砂埋，为恢复该井产量，决定冲砂检泵。自搬上起出电泵，下探砂管柱，砂面1798.87m；活性水45m3反循环洗井后，反冲砂，冲下25根油管，后冲砂无进尺；经请示改为正冲砂，正冲下25根，冲砂井段：2037.43m -2276.22m。 停止冲砂，并要求将冲砂管柱提出造斜点后，改为反冲。当起油管至第31根时，油、套管发生溢流，溢流高度约1.5米，现场人员为防止井喷发生，立即抢装旋塞阀，连接管线，进行正洗井，泵压0MPa，出口未返。随后提管，管柱卡，活动解卡400KN无效，经请示作业区后，采取了如下措施：

正洗井，出口未返，泵压0MPa；边洗边活动解卡，最大负荷480KN。

反洗井，洗井出口未返，最高泵压15MPa。旋转管柱解卡，管柱转不动

原因分析：①进行正冲砂施工时，在工作液流体带动下，水平井段沉砂向前推移，同时造斜段的沉砂也比较严重，由于大套管施工，以及施工时循环洗井情况不好，造成地层砂未能彻底冲净，形成砂桥是卡管柱的原因之一；

②通过对P6井所在的断块进行地质资料调查研究，发现由于地层连通或窜槽），造成P6井地层压力异常增高，破坏井筒压力平衡，使地层砂在流体带动下大量进入套管，并造成油、套管同时发生溢流现象，同时由于现场技术人员处理紧急状况的经验不足，未能及时建立油、套管之间的循环通道，将地层砂冲洗出套管，而是立即抢装旋塞阀，耽误了时间，造成地层砂大量堆积在造斜段及水平段，卡死管柱造成了本次冲砂卡钻事故。

4 结论

通过对水平井冲砂技术难题、案例的分析，并结合现场实际工程要求。为防止水平井冲砂过程中出现砂卡事故，施工中一般要遵循以下几点要求：

（1）施工前必须认真查阅施工井地质资料，掌握施工井的地质情况；

（2）采用反冲砂的施工方式，大排量循环正常后方可进行施工；

（3）若确实需要进行正冲砂施工，必须彻底冲洗出油、套管内的浮砂，连续施工；

（4）冲砂时需耐心缓慢冲进，开泵循环正常后均匀缓慢下放管柱冲砂，冲砂时排量应达到设计要求；

（5）每次单根冲完必须充分循环，洗井至少循环一周以上（时间不得小于15min）；

（6）采取下2根上提1根无超负荷后下入的办法，限速20根/小时，连续冲砂超过3个单根后，要至少洗井循环1周以上方可继续下冲；

（7）冲砂时不得中途停泵，若泵车发生故障或其它原因不能连续冲砂时，上提油管出水平段（理论上井斜超过60度为水平段），到套管开窗悬挂器以上10 m，或距离原始砂面以上100m，并反复活动管柱沉砂，防止卡钻；

（8）若发现有明显漏失或地层大量出砂时，必须及时采取相应措施；

（9）高压自喷井冲砂时要严格控制出口排量，防止井喷；

（10）冲砂施工必须使用合适密度工作液，保证井筒压力平衡；

（11）冲砂施工必须有沉砂池，进、出口罐分开，防止将冲出的砂又循环带入井内；

（12）冲砂至设计深度后，要大排量循环，当出口含砂量小于0.2%时为止。然后上提管柱出水平段，沉降4小时以上后复探砂面，记录深度。

参考文献

[1] 孙莉，黄晓川，向兴华.国内水平井技术及发展.钻采工艺，2005，28（5）：23-26

[2] 赖枫鹏，李治平.水平井水力冲砂最优工作参数计算.石油钻探技术，2007，1（35）：70-71

[3] 张国仿.提高水平井冲砂质量工艺技术.江汉石油职工大学学报，2002，9：36-38