氮气泡沫流体冲砂技术在大港油田低压漏失井中的应用

2015-07-02张康卫周新华孙广龙

石油地质与工程 2015年5期

关键词：冲砂水基管柱

张康卫，刘刚，周新华，孙广龙

(中国石油大港油田分公司井下作业公司，天津大港 300280)

氮气泡沫流体冲砂技术在大港油田低压漏失井中的应用

张康卫，刘刚，周新华，孙广龙

(中国石油大港油田分公司井下作业公司，天津大港 300280)

低压漏失井、水平井采用常规的水基液冲砂作业存在漏失严重、难以建立循环、携砂能力弱、地层砂难以返出地面等缺点。氮气泡沫流体具有低密度、高黏度、携砂能力强的特点，其作为冲砂液能将地层砂全部携带出井筒。氮气泡沫流体连续冲砂技术在港西油田现场应用表明，该技术有效解决了水基液冲砂作业存在的问题，提高了作业效果，缩短了作业时间，产能恢复期明显缩短，增产效果明显。

大港油田；氮气泡沫流体；冲砂技术；低压漏失井

大港油田经过多年的开采，油层压力普遍降低：一方面，产层压力系数降低，远低于正常地层压力系数，许多井压力系数仅能达到0.6～0.7；另一方面多半生产井出现了出水量增加、含砂增多等生产问题，生产周期缩短，修井作业频次加大。目前的修井维护作业过程中多数采用水基修井液，漏失非常严重，虽然部分井采用了暂堵液、胶结砂堵漏等工艺，但也仅能建立循环，修井液漏失仍然非常严重，造成油井维护后产能恢复期长，冲砂后的地层砂难以返出地面，大部分漏入地层投产后很快又砂埋油层，油井维护频率高。

泡沫流体是一种可压缩的非牛顿流体，具有密度低、方便调节、黏度高、摩阻低、携砂能力强的特点，作为入井液便于控制井底压力，减少漏失和对地层污染，广泛应用于低压、漏失及水敏性地层的钻井、完井、修井和油气增产措施中。

1 氮气泡沫流体的特点

氮气泡沫一般是由内充气体、泡沫基液等形成的分散体系，泡沫基液一般是由液体、起泡剂和稳泡剂按一定比例配制而成。气液混合的方式可以是机械搅拌，也可以是液力搅拌。经过搅拌，气体破碎成小气泡。搅拌越彻底，气泡越小，泡沫流体的质量越好，氮气泡沫的生成过程见图1[1]。

(1)泡沫对地层渗透率有选择性，即泡沫对高渗层具有较强的封堵作用，而对低渗层的封堵作用较弱。氮气泡沫在高、低渗岩心并联分流实验表明，随着注入泡沫量的增加，两个岩心的最终流量相接近，说明氮气泡沫具有对高渗透层的封堵作用，有效减少了泡沫液的漏失。

图1 氮气泡沫生成流程

(2)泡沫对油水层有选择性，泡沫遇油消泡，遇水稳定，堵水层不堵油层，泡沫对水层具有较强的封堵作用。用渗透率基本相同的饱和水岩心和残余油岩心进行泡沫驱替实验，从图2可以看出，含油岩心的分流量明显比饱和水岩心的高，这说明氮气泡沫对水层具有封堵作用，这对冲砂后油井的产能恢复作用明显。

(3)泡沫流体具有较高的表观黏度，携带能力强(携液、携固)，返排时可将井底积液和固体污染物携带出井筒。不同直径的砂粒在泡沫中的沉降速率见图3[3]。可以看出，砂粒直径对砂粒沉降速度影响较大，直径为0.5 mm的砂粒，几乎可以悬浮在泡沫中，而直径为2 mm的砂粒的沉降速度最大可达10-2m/s的数量级，说明泡沫具有较好的悬浮性能和携砂性能。同时泡沫黏度达到常规液体的10～100倍，能强力将井筒内地层砂、污染物等全部携带出井筒。

图2 泡沫在含水含油渗岩心中的分流实验结果

图3 砂粒沉降速度与泡沫特征值的关系

(4)泡沫流体密度低且方便调节，可以达到需要的井筒密度和井底压力，特别适用于低压井和漏失井。通过调整地面氮气车和水泥车的排量，即调整气液的比例，可以得到不同的泡沫流体密度，最低密度可以达到0.45 g/cm3。

(5)泡沫流体中气体膨胀能为返排提供能量，使得返排更彻底，适用于低压井、漏失井和水平井。泡沫液进入井筒时处于压缩状态，返出井筒时压力得到释放，气体膨胀为返排提供了能量，同时可以在井底形成负压，有效地促进返排。

2 氮气泡沫流体冲砂施工参数的确定

根据施工井地质资料提供的井底流压、静压、漏失量、井深结构等数据，利用氮气泡沫流体冲砂参数设计软件计算出主要参数，为工艺设计提供理论依据。

2.1 施工管柱的确定

对不同井况下的泡沫流体冲砂洗井作业，管柱结构的优化至关重要，不合理的管柱结构容易发生冲砂时憋压、不能建立有效循环、砂卡管柱等情况，导致冲砂失败，甚至造成工程事故。通过在港西地区几口井的应用，优化出了以下几种针对不同井况下的管柱结构。

(1)漏失量大、冲砂井段长的水平井进行氮气泡沫冲砂作业，采用氮气泡沫配合连续油管车进行冲砂作业。水平井冲砂过程中存在地层砂难以返出地面、砂粒容易在水平段堆积造成卡管柱的情况。利用连续油管作业实现了整个施工过程井筒中流体循环不间断，大大降低砂粒堆积的可能，解决了砂卡管柱以及冲砂不彻底的问题。

(2)港西地区出砂严重，很多油井采取了防砂措施，但防砂管的内径小于普通油管的直径，因此要冲出防砂管内的地层砂必须采用不同管径组合的施工管柱。管径组合选择不合理容易造成泵车蹩压、循环排量达不到冲砂要求、冲砂液漏失等。经过理论计算以及现场的试验，得到了一系列针对不同井况下的最佳管柱组合方案，见表1。采用73 mm油管+48 mm油管(内径40 mm)110 m做为防砂管内冲砂管柱进行冲砂，压力损失大幅度减少，可以满足反循环冲砂的要求。

表1 冲砂组合管柱压耗计算

2.2 冲砂泡沫液量的确定[4-6]

泡沫液量主要取决于井筒容积、井深、地层漏失量，一般情况下泡沫液量按实际井筒容积的1.5～2倍设计。

2.3 正、反循环冲砂工艺的确定

针对漏失不严重的水平井，一般采用反循环冲砂工艺；对漏失严重的井，为了达到施工排量以及冲砂彻底的目的，一般采用正循环冲砂工艺。

3 现场试验及效果评价

氮气泡沫流体冲砂技术在港西油田实施了两口井，取得了良好的效果，与常规水基冲砂作业相比，作业用时缩短、产能恢复期缩短、冲出砂量增加，具体情况见表2。

3.1 两口井前期常规水基冲砂施工情况

西40-6-11H井是港西开发区一区三断块的一口油层套管为177.8 mm的水平井，最大井斜93.78°，水平段长524 m。2011年7月9日-7月12日进行作业，探砂面深度为800 m，冲砂至1 215 m后由于出口返出泥浆而中断了作业，井口返出泥浆和地层砂6 m3。

表2 水基冲砂与泡沫冲砂对比

西9-7-4井于2011年7月29日-7月30日进行正循环冲砂作业，累计打入清水60 m3，全部漏失。

3.2 氮气泡沫冲砂施工情况

通过两口井进行的常规水基冲砂施工可以看出西9-7-4井漏失严重，根本无法建立循环；西40-6-11H井水基冲砂液携带能力差，考虑到套管有损坏，进入油层段有可能漏失，水平段进行常规冲砂，地层砂很难携带出井筒，地层砂容易在水平段堆积造成卡管柱等风险。因此决定实施氮气泡沫冲砂。

西40-6-11H井进行冲砂施工后，冲砂进尺173 m，泡沫密度0.75 g/cm3；西9-7-4井冲砂施工后进尺145 m，泡沫密度0.6 g/cm3，施工达到了预期效果。

3.3 应用效果评价

(1)西40-6-11H如果使用常规水基冲砂作业需要用时5.0 h以上，而氮气泡沫冲砂作业用时3.5h，施工用时缩短了41.7%；累计冲出地层砂3.5 m3，与冲砂井段对应的井筒体积相当，泡沫液将井筒内地层砂全部携带出地面。该井在投产后产量恢复很快，7月14日下完井，7月15日出油1.98 t，7月18日该井日产液达16.2 m3，日产油6.63 t，恢复到了停产前的日产水平，产能恢复期为4 d，和常规的产能恢复期7天相比，产能恢复期缩短了42.8%；7月21日日产液已达16.5 m3，日产油7.98 t，超过停产前日产量的30%，増油效果显著。

(2)西9-7-4井进行氮气泡沫冲砂，仅用100 min就建立起循环，冲砂作业得到有效实施，地层砂全部被携带出井筒，该井在投产后产液量恢复很快，3 d后液量恢复到了停产前的水平，和常规的产能恢复期7 d相比，产能恢复期缩短了57.1%；13 d后日产液、日产油量与停产前相比都有大幅提升，増油效果显著。