水平井负压旋转冲砂工艺技术的研究与应用

O 刘伟 杨淇 罗宝莉（西安石油大学 陕西西安 710000）

水平井负压旋转冲砂工艺技术的研究与应用

O 刘伟 杨淇 罗宝莉
（西安石油大学 陕西西安 710000）

针对水平井冲砂，由于地层亏空严重，传统方法返排率极低，冲砂风险程度大，不能有效保护储层。负压旋转冲砂是利用专用工具实现水平井反循环旋转冲砂，实现了限速旋转、紊流携砂、深层解堵功能，可以防止砂粒下沉和砂卡事故，提高了携砂能力。实践表明该技术对水平井冲砂具有较好的成效和经济效果。

水平井；负压旋转；冲砂

前言

传统的冲砂工艺虽然满足了直井和定向井的要求，但是对于储层呈水平状，地层亏空严重，冲砂液返排率极低的定边油田延长组深部油藏水平井效果极差。目前定边采油厂水平井开采延长组的有43口，全部实行的多段大砂量、高砂比水力喷射压裂投产措施，部分因地层出砂形成砂桥或其他原因导致的低产井，需要通过冲砂来提高其生产能力，所以亟需在油井冲砂方面有技术突破，解决目前定边油田水平井开发困境。

一、水平井冲砂的难点

1．套管水平段液体呈现上快下慢循环通道，井眼底边流速很低，携砂能力弱，容易导致卡钻。2．冲砂液在水平井段和斜井段携砂能力弱，冲砂过程中，在斜井段容易形成砂桥，造成砂卡事故。3．地层出砂后，油砂容易胶结形成砂桥，严重时堵住井眼，形成井下局部高压，具有井控风险。4．采用多段压裂技术，深部油藏地层压力低，地层存在吸水现象，无法将砂子带出井筒。

二、负压旋流冲砂技术

负压旋流冲砂技术是采用淹没式射流泵+截流皮碗+旋流头结构，利用淹没式射流泵形成负压减少地层污染、截流皮碗分流和旋流头形成旋转湍流增加冲砂、携砂能力，套洗头和负压冲砂，对井下浮砂进行搅拌、负压冲洗，针对井下存在胶结物、压裂脱落胶皮等难以靠水流冲洗出井外的异物，可进行打碎后再冲洗作业，这样既解决了因地层亏空、返排效率底的问题，又解决了井下混合物无法形成湍流和冲洗无效的问题。

三、井下洗井管柱（自下而上）结构

水力旋转冲砂器（Φ3．0mm喷头）+倒角油管串(造斜点位置至人工井底位置)+加厚油管串+250井口，计算出所需倒角油管串数，在冲砂的过程中从井口续加加厚油管（Φ73．0mm）。

井口装置有高压自封封井器，主要是防止井喷作用，井下冲砂装置包括倒角油管和水力旋转冲砂器，主要是对地层的冲洗和防偏磨、套损造成事故，水力旋转冲砂器(图1）的作用是在套管内分流。

图1 水力旋转除砂器设计图(1)

图2 水力旋转除砂器设计图(2)

图3 水力旋转除砂器设计图(3)

四、水平井冲砂工艺技术的施工设计与应用

水平井在进行冲砂施工时要进行过连续的作业，严禁机泵突然停止的现象发生。在机泵停止工作前，上提冲砂的管柱至固定角度。第一步，在井斜小于30度的地方采用常规直井冲砂工艺，冲砂作业要稳中求保证，以相对稳定的速度进行管柱的放置和冲砂。第二步，在井斜度数大于30却小于60的井段处，由于此处已经有上返的沙粒，这些沙粒很容易二次沉积，所以进行冲洗作业时候要提速，将排量提高。管柱的放置要下放50m为最佳，提高管柱负荷和憋压，将冲洗的力量增大。第三步，在井斜度数大于60小于90的井段，这里是冲砂管柱遇阻的阻力最大的井段。这时候要对井底加压，并减慢下放速度，管柱每根上下移动三次，使砂床松化，在此井段出现憋压的情况，要立即把排量增大，把管柱上提。水平井冲砂工艺技术在应用上目前采用的水平井正循环连续冲砂工艺和双泵反循环冲砂工艺。第s四步，负压旋转冲砂水力参数。

负压旋流冲砂水力参数的确定，冲砂液为清水，冲砂排量Q为0．6-0．8m3/min，工作压力为12-15Mpa。

冲砂时，为了使冲砂液更好的携砂，冲砂液上返的速度必须大于最大砂粒的自由下沉速度，因而确保砂粒返排出来的条件是冲砂液上返的速度（m/s）V液大于2倍的砂粒在冲砂液中的自由下沉速度（m/s）V砂，即V液≥2V砂。

冲砂洗井时所需的最小排量Qmin=A×V液min，A-冲砂液上返时的最大截面积，m2；V液min—保持砂粒返排到地面的最低冲砂液流动速度,m/s。

冲砂时（主要是反冲洗携砂能力较强），冲砂排量Q介于0．6-0．8m3/min，冲砂液在油管内的流速V=Q/A，是介于1．105-1．469m/s，冲砂液的上返速度超过了砂粒上返所需要的最低流速2×0．094m/s（定边油田水平井压裂所用砂粒，目数为20-40，真密度2．65g/cm3，粒径0．425-0．85mm，根据计算的出其在清水中的沉降速度小于0．094m/s）。

五、负压旋转冲砂过程及控制

目前在定边油田进行3口水平井冲砂洗井作业，取得了良好的效果，由于原始地层压力较低，为减小地层伤害，使用泡沫洗井液负压冲砂洗井，泡沫冲砂液配方为0．6%的YFP-1起泡剂+0．3%COP-1助排剂+0．3%CF-5B粘土稳定剂+0．1%SP-169活性剂+0．3%稳泡剂。

冲砂过程中的管柱下方上提严格控制，冲砂过程中钻具要上下起放，一般下方50米，上提一次，没有负荷大幅度增加现象和憋压情况，才能继续冲砂，入窗和到达水平段，也是冲砂管柱磨阻最大阶段，加压下放速度要小于0．3m/ min，并每单根上下移动2次，已达到破坏“固化的砂床”，如果遇到憋压情况，上提活动管柱。

六、措施前后效果对比

定边采油厂共有3口水平井试验了负压旋流冲砂技术，在很大程度上缩短了作业时间，降低了风险同时也提高了油井的生产时率，3口水平井都顺利完成了冲砂作业，未发生砂卡、砂埋等事故，油井供液能力得到了增强（动液面明显上升），同时也起到了一定的增油效果。

七、结论与认识

1．在冲砂的过程中，返出的液体中有少量的黑色粉末状固体，通过实验室化验分析，其主要是一些硅酸盐，分析认为这些物质主要来源于钻井液以及压裂液，由此可见，经过负压旋流冲砂洗井，也可以给近井地带起到一定的解堵作用，降低表皮系数，降低含水、提高油井产量。

2．负压旋转冲砂器独特的结构设计，使水平井冲砂效率提高30%。

3．负压旋转冲砂工艺基本解决了水平井冲砂的技术难题，可减少冲砂作业中砂卡事故的发生，不仅能提高油井产能还可以恢复部分停抽井，恢复水平井的正常生产。

4．通过理论研究和实践摸索，最终形成了适合定边油田水平井的冲砂现场施工工艺，包括泵车排量、管柱组合、管柱上提下放速度等现场施工参数。

[1]曲洪娜，黄中伟、李根生，等.水平井旋转射流冲砂洗井水力参数设计方法-石油钻探技术[J].2011.36(6).

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[4]曹学军，傅伟.连续油管带压作业技术在特殊复杂井况中的应用[J].天然气勘探与开发，2012，35(2).

Research and Application of Horizontal Well Negative Pressure Rotary Sand Cut Technology

Liu Wei Yang Qi Luo Baoli
(Xi'an Shiyou University,Shanxi Xian ,710000)

For horizontal well sand cut,because of serious formation depletion, traditional method has an extremely low f owback rate and gr eat degree of sad cut risk, which cannot protect reservoir. Negative pressure rotary sand cut is that by utilizing professional instrument to achieve the reverse circulation sand cut of horizontal well, which has the function of speed limit rotation,turbulent f ow with sand and deep broken down and it ca n prevent the accident of sand sinking and sand plug and improve prop carrying capacity . The practic indicates that this technology has better effect and economic effects on horizontal well sand cut.

horizontal well；negative pressure rotary；sand cut

TD

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