泡沫冲砂、洗井技术在江汉油区的应用

谢甜

（中国石化江汉油田分公司井下作业处，湖北 潜江433123）

江汉油区已经进入开发中后期，长期开采造成了地层压力明显下降，在采用清水冲砂、洗井等作业过程中，常见油层压力低于静水柱压力的现象，这种现象易造成大量洗井液漏入地层。冲砂、洗井液侵入地层后，可能形成暂时水堵或永久性水堵、冲砂液温度较低时还可能导致地层的暂时性蜡堵；有时还会造成黏土膨胀，使渗透率降低；冲砂液漏失到地层时还将带入井底砂，油井开抽后漏失到地层的砂子会重新返回井底，造成冲砂周期缩短。

常规清水水力冲砂已不能满足低压、负压油井冲砂洗井的技术需要。为了解决低压、负压油井冲砂洗井技术难题，确保油区的稳定生产，密度低、携砂能力强的泡沫流体冲砂洗井技术在江汉油区得到了研究和应用，取得了较好的效果。

1 泡沫冲砂、洗井技术简介

2009年，江汉油田采油工艺研究院便开展了对泡沫流体冲砂技术的研究，并开发研制了关键的泡沫发生器和相应的工艺技术。早期研发的泡沫发生器主要由接头、孔板和填充物组成，其特点是利用填充物间的空隙产生均匀细小的泡沫。早期的泡沫冲砂工艺与普通水力冲砂洗井工艺相比，是在洗井管路上增加了一套空气增压设备（压风机 ）和泡沫发生器装置。现场应用（共实施了19口井）证明，早期的泡沫冲砂工艺技术虽有一定的效果，但并不是很理想，主要存在泡沫液携砂能力差、施工后排水期长（3－8天 ）、负压井冲砂液无返排等问题。

多方调研认为，由山东恒业公司研制产生的泡沫冲砂、洗井设备在国内石油机械行业内处于领先地位，应用该公司设备及相应技术，有望有效解决江汉油区低压油井冲砂效果差的难题。该设备为撬装可移动式整套设备，主要包括泡沫流体发生系统和泡沫流体密度测控系统两大部分。

1.1 泡沫冲砂、洗井技术原理

泡沫冲砂技术就是利用泡沫流体粘度高、密度小、携带性能好的特点，将泡沫流体作为携带液或压井液，从油管中打入油井，利用泡沫流体冲散井内积砂或结蜡并携带其从套管返出，达到洗井、冲砂的目的。由于泡沫的密度小，其液柱在井底的压力低于油层压力，有利于泡沫流体冲散井内积砂或结蜡。另外，酸化后利用泡沫液进行彻底洗井，可以降低井筒内液体对地层的压力，为酸液的返排提供一定的能量，使残酸溶液能够尽快排出地面，这对保护油气层、提高酸化效果、缩短油井产量恢复期，最终延长油井免修期具有重要意义。

1.2 起泡剂、消泡剂的优选

起泡剂和消泡剂的性能优劣，直接关系到泡沫冲砂、洗井的工艺效果，对起泡剂和消泡剂的优选，是保障措施效果的关键。

1.2.1 起泡剂的优选

评价起泡剂性能的方法有很多，如Din孔盘打击法、Ross－Miles法、API法、压气气流法、WaringBlender法等。在此采用Ross－Miles法对起泡剂的起泡能力进行评价。

1）耐温性评价

采用Waring Blender搅拌法，对起泡剂HY－2的耐温性进行评价，结果见表1。

由实验结果得知:温度对复配后的起泡剂的泡沫体积以及半衰期影响不大，抗温性良好。

表1 HY－2在不同温度下的起泡性能

2）浓度优选评价

以清水作为溶剂勾兑起泡剂溶液，所生成泡沫的体积会随浓度的增加而增大，待起泡剂的浓度达到一定的上限值后，生成的泡沫体积将不再变化，此时的浓度即是优选出的最佳起泡剂溶液浓度。具体实验数据如表2所示。

表2 HY－2在不同浓度下的起泡效果

通过实验数据可以看出，起泡剂 HY－2开始随着浓度的增加，起泡体积也随着增加，但是在超过0.8%以后，起泡体积几乎不再发生变化，说明已经达到了临界胶束浓度，所以将0.8% 作为 HY－2的最佳的起泡浓度。

1.2.2 消泡剂的评选

冲砂成功后，泡沫将携带砂粒排入循环罐，为了保证作业后及时消泡，在循环罐中投入消泡剂，以免泡沫液涌出造成环境的污染。消泡剂为一些低表面张力的物质，当在泡沫溶液中加入消泡剂后，消泡剂分子极易吸附于泡沫液膜上，使液膜的局部表面张力降低，同时带走液膜下邻近液体，破坏泡沫稳定性，导致液膜变薄而破裂，表3为各种消泡剂的消泡效果。

综合消泡时间和消泡后泡沫减少的体积两点因素，发现DF 282消泡效果与其他消泡剂相比，效果最好。

表3 各种消泡剂消泡效果

2 泡沫冲砂现场应用

2.1 选井条件

泡沫冲砂、排液工艺技术的实施，首先应根据地质、工艺及技术自身的限制选择合适的井，才能充分发挥该技术的优势，获得最大的经济效益。

符合以下条件之一者都可以采用泡沫冲砂、排液技术:

1）地层压力系数较低，用传统的清水冲砂无法建立起井筒内液体循环的井；

2）井筒内为悬浮砂，探砂面时无法探到准确的砂面位置，但是一旦下泵生产，井筒内的悬浮砂便进入泵筒，造成砂堵、卡，不得不再上作业的井；

3）地层能量匮乏，增产措施后要求尽快地排出残液的井。

2.2 现场应用情况

1）施工简况

2012年，在江汉油区实施泡沫冲砂、排液施工29井次，其中冲砂24井次，排液5井次，除一次（浩平3井）因地层负压情况极其严重，无法建立循环外，其他井次均取得了成功，施工成功率达到了96.5%。排水期最长的为5天，最短的仅1天，平均排水期为3天，与常规水力冲砂施工相比，明显缩短了排水期时间。

典型井例:潭34－7－5B井:井深950.0m，由于该井地层压力系数极低，以往洗井过程中都无法建立液体的循环，冲砂过程中都是冒着风险缓慢轻探下放，施工中必须密切关注指重表的显示情况，一旦发现异常必须立即上提管柱，以免发生卡钻事故。2012年2月22日搬上作业，设计要求冲砂至人工井底，通过了解该井的井史资料，得知该井负压严重，因此采用双泵冲砂的方法。探得砂面后，首先用活性水60m3反循环冲砂，排量达到1 m3／min，泵压0，施工历时近1.5h出口始终无液返出，该次冲砂失败。决定改用泡沫液冲砂，泵压2MPa，泡沫排量350L／min，泡沫液用量30m3便建立循环，随后按照设计要求冲砂至人工井底，进尺85.43m，冲砂成功。

钟新8－23CZ井:井深2 618.5m。2011年1月压裂后软探砂面有砂，设计要求冲砂至人工井底，施工时采用的是气化水冲砂，泵压8MPa，排量（500～600）L／min，施工历时近2h出口始终未见液返出，可见该井负压情况非常严重，该次冲砂失败。2012年3月经讨论决定重上作业，并改用泡沫液进行冲砂；施工时，井筒内注入泡沫液35 m3后，出口开始返液，循环建立，泵压2MPa，泡沫排量330L／min，冲砂进尺29.3m，冲砂成功。

2）效果分析

为了监测和确定泡沫液的在井中的平均密度，在明9斜－9－5和广斜408两口井的作业过程中使用了电子压力计监测井底的压力变化。根据电子压力计记录的数据测算，作业过程中这两口井的井底泡沫密度分别为0.756g／cm3、0.563g／cm3。泡沫液密度预期（0.4～0.6）g／cm3，可见，在广斜408井的冲砂过程中，泡沫液密度达到了预期水平，而明9斜－9－5泡沫液的密度仍然偏高。

密度的变化主要是由于进口气液比的不同引起的，具有一定的可调性。

3 施工中存在的问题及建议

泡沫冲砂、排液技术虽然在江汉油区已经得到成功的应用，但是在施工中由于硬件及环境等方面的限制，仍然存在一些需要解决的问题。

1）建议配备排量更大的压风车或是在原有压风车的基础上进行改进，提高压风车的供气排量。

室内研究表明，泡沫气液比控制在30～50范围内时，起泡剂的利用率高，洗井最为经济。一般情况下，将气液比控制在30～50的范围内后，产生的泡沫液密度在（0.4～0.8）g／cm3范围内可调，能够达到施工要求。但随着井深的增加，由于泡沫液被压缩，密度也会随之增加，为了降低井筒内泡沫液的密度，必须提高气液比，即气液比应随着井深的增加而增加。

针对部分压力高的深井，为了满足泡沫洗井的施工要求，有必要配备排量更大的压风车加大供气量，从而达到在高压下的气液比要求。

2）建议配备一批内径稍大的旋塞，便于冲出外径较大的杂物。可按外径 ≤102mm、内通径42mm～48mm配备。

目前施工所使用的配套工具油管旋塞内径偏小，只有35mm，直径稍大的井底杂物或是沉砂堆积很容易堵塞旋塞，在实际过程中曾发生堵塞，严重影响冲砂施工。

［1］吴奇.井下作业工程师手册［M］.北京:石油工业出版社，2002:159－177.