低压井负压冲砂强制排砂技术
2015-05-15管九洲
管九洲
(中油辽河油田分公司,辽宁 盘锦 124010)
引 言
曙光油田由于长期开采和注水井网不完善,地层压力低,普通冲砂工艺冲砂液漏失严重[1],无法建立循环,常常导致冲砂失败。同时冲砂液又成为油层的主要污染源,形成了包括固相颗粒堵塞[2-4]、乳化水锁、有机和无机结垢、细菌堵塞以及多种酸不溶物堵塞的综合伤害类型,增加了油井生产成本。为解决这一问题,研制了负压冲砂强制排砂工艺技术,该技术实现了低压油井彻底、无污染冲砂,为低压油田出砂井后期生产提供了技术支持。
1 技术分析
1.1 负压冲砂强制排砂管柱组成
负压冲砂强制排砂技术由双流套管水力喷射泵、联合冲砂转向换向装置、限流冲砂笔尖、皮碗封隔器[5]和液力高压井口组成(图1)。
1.2 技术原理
将工具下入预定位置,利用一次管柱即可实现负压正反联合冲砂和强制排砂、再冲砂。
图1 负压冲砂强制排砂管柱结构
冲砂时从油套环空注入冲砂液,皮碗封隔器在液力作用下扩张,封隔油套环空。冲砂液通过限流喷嘴和射流泵喷嘴,按一定比例分成两部分。一部分作为冲砂液,通过冲砂液进口、中心管、限流喷嘴快速喷出冲击砂面。此时经过限流喷嘴的冲砂液具有高流速、低压力特点。经过参数优化,对沉砂具有较强冲击力和扰动力,对地层有较小压力(小于地层静压[6]),防止冲砂液漏入地层。另一部分作为喷射泵动力液驱动喷射泵,将冲砂液和地层砂举升至地面。通过转向换向装置开启和关闭冲砂液入口,可实现冲砂与排砂过程的转换。
1.3 关键技术
1.3.1 双流道套管水力喷射泵
双流道套管水力喷射泵由喷射泵主体、喷嘴、喉管、扩散管、防堵通道、防倒流阀等组成(图2)。主要作用是对喷射泵以上液柱压力起到接力作用,防止由于液柱压力高于油层压力而形成冲砂液漏入油层的问题发生。
图2 双流道套管水力喷射泵结构
冲、排砂过程中,一部分冲砂液由动力液进口进入喷嘴并高速喷出。在喷嘴出口处,动力液由高压低速变为高速低压,在喷嘴附近形成低压区,另一部分冲砂液冲砂后携带泥砂由防堵通道不断补充到低压区,并与动力液混合进入喉管。动力液与冲砂液在喉管内充分混合,动力液失去动量和动能,冲砂液得到动量和动能[6],混合液进入扩散管后,随着流动面积增加,流速逐渐降低,压力逐渐升高,最终克服管壁阻力及地面回压从油管流至地面,实现压力接力作用。
射流泵以上管柱压力为高压区,射流泵以下管柱压力为低压区,防倒流阀球在压力差作用下始终坐在阀座上,防倒流阀的上下不连通,冲、排砂时冲砂液均通过射流泵喉管返到射流泵上部油管再到地面。如果射流泵喉管被堵塞,防倒流阀被迫打开,冲砂液可通过防堵通道返到射流泵上部油管中,不需作业即可完成冲砂过程。
1.3.2 转向换向装置
转向换向装置主要由阀套本体、阀芯本体、阀球、阀座、大小剪钉、限位环等组成(图3)。
图3 转向换向装置结构
在阀套本体设计2个冲砂液进口,在滑芯设计1个进口。冲砂时,阀套本体冲砂液进口与阀芯进口连通,动力通过冲砂液通道进入冲砂笔尖完成冲砂。冲砂液经过阀芯侧向通道顶开阀球,进入双流道套管水力喷射泵低压区,实现负压冲砂。
排砂时,由油管打压,首先剪断销钉,滑阀下移至限位环,阀套本体冲砂液进口与阀芯进口错开并关闭。冲砂液全部作为动力液进入喷射泵喷嘴,进行强制排砂。
排砂后,上提管柱,待泥砂回落后探砂面,需再次冲砂时,继续由油管加压,阀套本体冲砂液进口与阀芯进口连通,完成负压冲砂工序。
1.4 技术参数
(1)工具长度为2.5 m,最大外径为152 mm,最小内径为40 mm,抗拉力为700 kN,耐压为20 MPa,耐温为 150℃。
(2)射流泵排量为1.0~1.5 m3/min,工作压力为3~6 MPa。
(3)转向换向装置一级换向压力为10~12 MPa,二级换向压力为13~15 MPa。
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1.5 技术特点
(1)一次管柱即可实现负压冲砂、射流泵强制排砂、再负压冲砂3道工序。
(2)冲砂彻底,排砂干净,可根据油井具体情况适当增加排砂时间及射流泵的排量,达到彻底排砂目的。
(3)冲砂过程中可防止冲砂液漏入油层,降低了冲砂液对油层的伤害。
(4)工艺简单,施工周期短,投入低,使用常规冲砂车组即可完成全部工序。
2 现场应用
2.1 施工工艺
施工工艺管柱如图4所示。施工工序及注意事项如下。
(1)下入相应尺寸的通井规和刮管器通井、刮管,通井刮管深度大于封隔器下入深度,用通井管探砂面,获得砂面深度数据。
(2)下入冲砂管柱,下入速度小于5 m/min。
(3)当冲砂限流笔尖带冲砂探管下至距砂面10 m左右时,下放速度放慢到1 m/min左右,当悬重负荷明显降低时,将管柱上提1根管。
(5)冲砂作业时,泵车地面平均压力为6.5 MPa,冲砂液排量为1.2 m3/min,冲砂管下放速度小于0.5 m/min。单根冲砂液循环油管容积的1.5倍以上,冲砂到人工井底时,冲砂液循环油管容积2倍以上。
图4 负压冲砂强制排砂工艺管柱
(6)上提管柱,将冲砂限流笔尖带冲砂探管提到油层顶界以上10 m位置,从油管打压10~12 MPa,进行冲、排砂工艺转换,连接反冲砂流程,进行排砂。
(7)排砂后,待砂回沉2~3 h,继续探砂面,若有砂,从套管打压13~15 MPa,继续进行冲砂,若无砂,可起出全部冲砂管柱完井,待下一步措施。
2.2 现场实施情况
截至2013年12月,在曙光油田应用96井次,成功率为91%,累计冲出砂量约143 m3。统计可对比的81井次,漏失量降低86.4%,单井平均减少漏失量43 m3,平均冲砂时间缩短了210 min。
曙4-8-05井于1988年8月投产,生产井段为1 111.0~1 160.3 m,油层厚度为13.2 m,共5层。2012年4月测油层中部压力为7.42 MPa,历次冲砂时均有90 m3左右的漏失量。该井于2012年11月6日卡井,探砂面位置为1 034 m,砂面距油层顶界77 m,油层全部被砂埋,冲进尺141 m。冲砂时间为3 h,冲砂液无漏失,达到了防漏失的目的。该井冲砂后下泵生产,与上次冲砂检泵相比,排水期缩短2 d[7],排水量减少50 m3左右。
3 结论
(1)该技术通过地面操作即可实现多功能管柱转换,完成负压冲砂、强制排砂和再冲砂过程。
(2)该技术适用于低压油田漏失井冲砂、新井及防砂作业前的强制排砂。
(3)使用该技术可以降低油井排水期,同时可防止冲砂液污染油层,起到保护油层作用。
(4)冲砂彻底,可延长油井检泵周期。
(5)在防砂前利用该工艺负压冲砂和强制排砂,可提高防砂效果。
[1]王宝权.辽河油区稠油水平井技术及其在辽河滩海地区的应用前景[J]. 特种油气藏,2002,9(3):40-43.
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