连续负压冲砂工艺管柱研究及应用

吴 剑，王 良，王 静，张书荣

（吐哈油田a.工程技术研究院；b.井下作业公司，新疆鄯善838202）①

连续负压冲砂工艺管柱研究及应用

吴 剑a，王 良a，王 静a，张书荣b

（吐哈油田a.工程技术研究院；b.井下作业公司，新疆鄯善838202）①

随着油气田的开发进入中后期，地层压力系数降低、亏空严重，部分井甚至出现负压倒吸现象。在油气井生产过程中，由于地层出砂情况严重，最终导致砂埋油层，油井停产甚至报废。对于该类油气井，由于地层漏失严重，常规的冲（捞）砂技术已经不能满足现场需求。针对这一情况，开展了连续负压冲砂工艺技术研究，利用双级喉管喷射液体产生负压，并吸附井底埋砂，以及双层管为液体提供循环通道，从而实现了与地层隔离、减少冲砂液体漏失的目的。经过现场试验表明，该新型冲砂工艺技术达到了设计要求，不仅完全满足漏失严重的油气井冲砂需要，而且避免了常规冲砂对地层造成伤害、储层污染的问题，具有推广价值。

冲砂；负压；工艺；管柱

随着油田进入开发中后期，油气井出砂问题越来越突出，油气井砂埋的现象也是非常普遍，如何针对不同类型的砂埋油气井进行冲（捞）砂已越来越重要。对于采用衰竭式开采的油气田，地层压力低，漏失大，冲砂时必须防止冲砂液漏失进入地层，避免储层污染［1-2］。常规冲砂工艺无法满足漏失量大的井的冲砂需求。针对这种情况，开展连续负压冲砂工艺技术研究，解决漏失井冲砂难题，避免储层污染，满足实际需求。

1 连续负压冲砂工艺管柱

1.1 管柱设计思路

普通冲砂工艺管柱为斜尖＋油管［1-2］，采用1～2台水泥车将携砂液泵入井中循环，以便将井底砂子携带出来。但是对于地层压力系数低、漏失量比较大、需要避免储层污染的油井，采用这种冲砂工艺管柱，就不能很好地满足要求。主要难点是：①携砂液漏失进入地层，造成出口液很小，流速低，从而无法有效携带砂子，甚至是无法建立循环；②携砂液进入地层，造成储层污染，甚至会影响油井的产量等。针对这些问题，采用在井底产生负压的冲砂工艺，同时将储层尽量与携砂液封隔开，从而有效避免携砂液漏失进入地层，污染储层［3-4］。负压区能有效吸收井底砂子，且扬程较高，大部分携砂液将返出地面，能把砂子携带出来。

1.2 管柱结构及工作原理

连续负压冲砂工艺管柱主要由普通油管连续冲砂部件、液流转化部件、负压冲砂部件组成（如图1）。连续冲砂部件主要由冲砂自封、特殊悬挂器、密封工作筒、反冲洗阀组成；液流转化部件主要由液流换向器组成；负压冲砂部件主要由负压冲砂泵组成。管柱采用负压吸砂原理，可用于直井、斜井及水平井的连续冲砂作业，尤其适用于漏失井的冲砂施工。

图1 负压冲砂工艺管柱

进行冲砂时，井口四通为进液端，冲砂自封侧孔为出液端。下井时，反冲洗阀接在每根油管上端，在其进入冲砂自封之前，内部通道处于关闭位置，油管内的堵塞器不能继续上移，在此处堵塞油管，因而携砂液不能从油管上端排出。当反冲洗阀通过冲砂自封时，内部通道处于打开位置，堵塞器上行至上一级反洗阀，继续堵塞油管。油管内的携砂液打开反冲洗阀活塞，进入衬管、油管环空，由于反冲洗阀外密封环将环空密封，所以携砂液只能向上通过自封侧孔排出井外。当反冲洗阀下于衬管以外时，弹簧力将活塞关闭，此时反冲洗阀仅相当于一根油管短节。

1.3 室内试验

该工艺管柱室内试验流程如图2所示。

图2 负压冲砂器测试流程

试验曲线如图3，试验数据如表1。

图3 负压冲砂器测试流程

1） 当动力液压力一定时，随着出口压力的增加，吸液量降低，呈现非线性变化。且当出口压力增大到一定值时，冲砂泵出现倒流现象。

2） 当出口压力一定时，随着动力液压力的增加，吸液量增加。

3） 当动力液压力增加时，出现倒流时的出口压力随之增加。

4） 动力液压力为8～15 M Pa时，扬程可达300～900 m，提高动力液压力，扬程可进一步提高。

5） 试验时泵的沉没度几乎为零，现场应用时泵的沉没度会较大，因此该冲砂器吸液量将会大幅提高。

表1 负压冲砂器试验数据

1.4 施工步骤

1） 起出原井内全部管柱。

2） 施工时，依次将负压冲砂泵、双层油管、换向器下入井内，当管柱下至距砂面30 m时，下入工作筒，装好冲砂自封，再接入带有反冲洗阀的油管，并使第1个反冲洗阀位于工作筒内，第2个反冲洗阀位于油管柱最上端。

3） 开泵下放冲洗，直至冲到设计深度。

4） 冲到设计深度后，注意观察返出液含砂情况，含砂量小于0.1%视为达到冲洗要求，停泵；按与下入相反的顺序起出油管及井内工具。

1.5 注意事项

1） 泵压设计要根据液面情况定（参见负压冲砂泵试验曲线），设计泵压≤20 M Pa。

2） 换向器和负压冲砂泵距离≥冲砂井底和油层顶界距离。

3） 冲砂时下放管柱速度应当缓慢。

4） 施工前检查泵车，确保在冲砂过程中不停泵。

2 配套工具研制

2.1 反冲洗阀

反冲洗阀的结构如图4。利用与井口冲砂自封胶皮之间的摩擦力使活动套上行，从而达到开启中心通道的限位机构的目的。在进入井口前，反冲洗阀的限位机构处于关闭状态，与堵塞器一起将油管中心通道封闭，从而起到井口安全阀的作用。当反冲洗阀通过冲砂自封时，在摩擦力的作用下，活动套上行，钢球落入孔中，从而开启中心通道，堵塞器可上行到上一级反冲洗阀继续堵塞油管。

图4 反冲洗阀结构

主要技术参数如表2。

表2 反冲洗阀的主要技术参数

2.2 液流换向器

液流换向器［3］的结构如图5。液流换向器通过2级相向的皮碗将上部油套环空高压液体转向处理，流经胶筒座与中心管之间的环空，在不经过下部油套环空的情况下，直接进入底部的负压冲砂泵，从而达到冲洗井底砂体的目的。同时，封隔油层与冲洗液，尽量避免高压冲砂液进入地层。

图5 液流换向器结构

主要技术参数如表3。

表3 液流换向器的主要技术参数

2.3 负压冲砂泵

负压冲砂泵的结构如图6，主要结构为2级喉管和喷嘴。施工时井口注入的高速液体通过喉管一侧的旁通孔进入井底，将底部的沉砂充分搅动起来；由于冲砂泵2级喉管和喷嘴设计有伞状放大机构，用以增强对液体的吸附力，可以在局部产生负压效果，所以刚被冲刷起来的携砂液将经过2级喉管和喷嘴进入油管返至地面，从而避免了携砂液再次从地层漏失。

图6 负压冲砂泵结构

主要技术参数如表4。

表4 负压冲砂泵的主要技术参数

3 现场应用

3.1 吐哈油田W X3-617井现场试验

该井压裂S3（2）S3（3）层，日产液4.75 m3，日产油3.62 t，含水2.9%，压后转抽，塞面2 547.397 m；生产半年后检泵作业，发现泵内大量沉积压裂砂，下冲砂管柱探得砂面2 348.972 m，用1.2%储层保护液120 m3反循环冲砂，泵压3～6 M Pa，排量1 100～1 200 L／min，170 min井口无返液；后继续用含1.2%储层保护液的清水260 m3反循环冲砂，泵压3～6 M Pa，排量1 500～2 000 L／min，历时440 min，井口同样不返液。

分析原因是该井的漏失量大，普通冲砂作业无法建立循环，因此采用连续负压冲砂管柱。负压冲砂管柱下到位后探得砂面为2 349.0 m，上提1.5 m开始冲砂。采用1部水泥车进行反洗作业，泵车排量为400～500 L／min，压力为6～10 M Pa，井口出口排量为370～400 L／min；反洗5 h后井口开始大量返砂，30 min后返砂结束；候沉20 min缓慢下放管柱直至砂面，重复以上冲砂过程，总共出砂3次，下放管柱3次，最终探得砂面2 430.839 m（油层底界2 404 m），达到设计要求，起出冲砂管柱。此次施工完成冲砂距离81.8 m，总计出砂1.5 m3。

3.2 苏丹油田应用情况

该技术在苏丹六区成功应用2口井，施工数据如表5。

表5 连续负压冲砂工艺在苏丹六区2口井的施工数据

4 结论

1） 连续负压冲砂技术能有效解决漏失大的油井冲砂问题。

2） 该技术可应用于稀油井，但在稠油井中的适应性差。

3） 负压冲砂泵能有效造成井底负压，但应考虑旋转可能造成的工具脱扣等问题。

4） 该工艺较为复杂。对于一般油井或漏失小的油井，采取常规冲砂比较合适。

［1］ 罗英俊，万仁薄.采油技术手册［K］.3版.北京：石油工业出版社，2005.

［2］ 万仁薄.采油工程技术手册（上册）［M］.北京：石油工业出版社，2000.

［3］ 管恩东.双级同心整体冲砂管柱工艺研制［J］.石油矿场机械，2011，40（2）：63-65.

［4］ 李树臻，李光磊，王亚娟.油井负压冲砂装置研究［J］.石油矿场机械，2004，33（3）：21-23.

Study and Application of Continuous Underbalance Sand Cleaning String

W U Jiana，W A N G Lianga，W A N G Jinga，Z H A N G Shu-rongb
（a．Research and Develop ment Center；b．Dow nhole O peration Department，Tuha Oilfield Com pany，Shanshan838202，China）

As oilfield isin the intermediary and later stage of develop ment and recovery ratio develops，formation pressure coefficient is decreased.In this case，so me production wells even appear suck-back pheno menon.W hen these wells go to production，sands will flow out fro m reservoir heavily and cover the reservoir，and then oil well stops production or is abandoned.Because of the heavily leak formation，normal sand cleaning or bailing technology is not suitable for these wells. According to the situation，continuous underbalance sand cleaning technology is studied，w hich uses negative pressure to adsorb dow nhole sand by tw o-stage throat，isolate formation and decrease leakage of sand cleaning fluid by tw o-layer tubing.Not only is the new sand cleaning technology suitable for the heavily leak wells，but also it can preventformation from pollution.So the continuous underbalance sand cleaning technology is useful and can be popularized and appl ied in oi lfield.

sand cleaning；negative pressure；technology；pipe string

T E935

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.08.020

1001-3482（2014）08-0088-05

2014-02-08

吴 剑（1981-），男，湖北武汉人，2003年毕业于中国地质大学（武汉）机械设计制造及自动化专业，主要从事井下工具设计，以及井下完井作业技术研究，E-mail：w ujian6＠petrochina.co m.cn。