疏松砂岩油藏连续冲砂技术特点与改进措施

2017-05-16林和祥李峰陈强赵法武

科学与财富 2017年12期

林和祥+李峰+陈强+赵法武

摘要：出砂吐岩块套损井治理是多年来被视为修井的禁区，这些井的存在，不仅使本井停产，而且还会导致区块注采关系失衡，严重影响区块产液结构的调整和开发方案的实施，非常有必要对该类井进行攻关研究。在修井施工中对套管内岩石充填松散的井进行了试验和探索，在磨冲作业时，不旋转钻具直接冲铣无进尺，用方钻杆磨冲钻铣后，当上提方钻杆时，砂柱跟着上返，无法倒单根，动作缓慢还易卡管柱，同时管柱上顶，存在不安全隐患，该类井多做终止施工处理。近年来，采油厂开始致力于油水井连续冲砂技术研究，通过自主创新，目前形成了三代连续冲砂技术。目前的连续冲砂效果优于传统的冲砂技术，且未发生任何井下工程质量事故，整体性能稳定，具有很好的应用前景。

关键词：出砂井；连续冲砂技术；地面换向；套管内换向；密闭冲砂

出砂井在施工中有以下特点：一是采用磨冲作业时，冲砂无进尺，常伴有管柱上顶和卡管柱现象二是冲开后岩屑上返速度快，无法倒单根三是冲砂至断口后断口连续不断续岩，铅模不能印证错断口通径和形态，打通道难度大四是断口活动性强，封固困难，由于以上难点，出砂吐岩块套损井治理是大修技术发展的瓶颈，多年来被视为修井的禁区，这些井的存在，不仅使本井停产，而且还会导致区块注采关系失衡，严重影响区块产液结构的调整和开发方案的实施，非

常有必要对该类井进行攻关研究。

1 连续冲砂技术现状

在油田实际生产中，围岩长期受到上覆岩层压力及地层附近压力作用而处于相对平衡状态，当围岩附近压力发生变化时，围岩的平衡被打破，这样，围岩附近压力的升高或降低会引起岩石的相应变化，一是引起岩石方位的应力变化二是岩石蠕动变形。岩石变形后又挤压套管及水泥环，引起套管变形直至错断。套管错断后破碎的岩石又在高压流体的带动下沿着错断口涌入井筒，越积越多，引起套管内岩屑面上涨，破碎的岩屑在井筒内堆积，岩石的堵塞反过来又会阻止流体流动，达到平衡后处于相对静止状态。大修施工中，在外界流体的冲力下，砂面不断下降，相对平衡被打破，造成断口继续吐岩。

1.1 常规冲砂技术

该技术是采用停泵接单根和敞口池子循环冲砂的作业方式，完成油水井冲砂、除砂作业。它具有技术简单，现场操作性强的优点，但也存在冲砂时频繁接单根，悬砂下沉易卡管柱，频繁拆接水龙带和由壬等，操作人员劳动强度大，并且地面没有砂水分离装置，部分细粉砂继续循环至井内，造成重复冲砂的不足。例如：由于开采条件的限制和地质条件的原因，在水平井开采过程中，井内砂堵是最容易出现的问题。因此水平井连续冲砂技术是最常出现的工艺。当水平井水平段较长，同时主力流动并且流动阻力较大时，携砂液的流速就不能达到临界速度，而且砂粒受重力影响的下沉速度大于携砂速度时，就极易造成砂卡，这种情况在管柱静止时经常发生。面对这些情况，常规的冲砂方式很难在水平井中应用。经过长期的理论分析和现场试验，研发一系列专用技术和工具，形成了水平井连续冲砂技术。在水平井冲砂作业时，要充分从施工的安全性和企业的利益出发，遵循“大排量高粘度，缩短管柱在井内静止时间，避免砂粒二次沉淀”的原则。

1.2 连续冲砂技术

基于常规冲砂技术的不足，尤其是在侧钻井、水平井和出砂严重的井中成功率较低。自主创新研究连续冲砂工艺技术，形成三代具有技术代表性的连续冲砂技术。

1.2.1地面换向连续冲砂技术

它的设计理念是优先考虑冲砂接单根时不停泵，作业人员通过控制换向闸门，实现地面换向连续冲砂作业。该工艺技术主要包括三大部分：换向自封、换向短接和地面换向阀。通过系统中三部分的配合使用，完成地面换向不停泵冲砂作业。但经过一年多的现场试验，该工艺技术在应用中存在以下不足：①地面水龙带多，拆、接管线繁琐；②需要专人扳动换向阀，实现地面换向供液，操作复杂。基于以上问题，限制了该项工艺的现场推广，为此我们重新设计了连续冲砂换向方式。

1.2.2 套管内换向连续冲砂技术

设计提出套管内换向连续冲砂技术，实现了在井口自动换向连续冲砂。它的系统组成由双重补偿液压自封、密封换向短接和冲砂衬管组成。利用第二代连续冲砂技术，实现：①冲砂过程简单，只有两条管线，不需要任何控制；②冲砂过程中不停泵，有效避免换单根造成的砂卡管事故；③提高了冲砂作业效果，延长油井生产周期。然而，随着作业施工要求的不断提高，清洁生产越来越重要，而该技术冲砂出口大量油砂与污水处理难度大，进而限制了该项工艺的大范围推广。

1.2.3 密闭连续冲砂除砂技术

设计思路是将作业冲砂整体考虑，密闭循环设计。该系统增设了除砂、排砂和收油装置，实现了作业冲砂的密闭供液、循环冲砂和排砂收油一体化。该技术充分利用了旋流除砂和重力沉降除砂原理，实现了在密闭循环条件下的油、水和砂三级分离，保证了连续冲砂和清洁生产的多方面要求。第Ⅲ代连续冲砂技术的研制成功，是作业冲砂技术的一次重要变革。自主研究创新累计连续冲砂施工成功率91.27%，最高冲砂砂柱317m，解決了侧钻井和水平井等长井段冲砂施工难度大，冲砂过程中卡管柱和污染严重等问题，提高了施工质量和效率，并在安全生产和清洁生产中起到了积极作用，累计创效6200多万元。

2 存在问题分析

随着油田开发的不断深入，新型驱替方式如蒸汽驱、化学驱和泡沫驱等逐渐受效，防砂治砂难度逐年加大，第Ⅲ代连续冲砂技术经过近5年的现场推广应用，目前也面临很多技术瓶颈。主要有（1）井口自封易损坏，使用寿命短；（2）冲砂衬管短，丝扣地面连接困难；（3）换向密封易失效，换向成功率低失败。

3 连续冲砂技术改进

基于连续冲砂在现场应用中遇到的技术瓶颈，致使近3年的使用率不高。针对这一情况，2016年组织召开作业工、技术员和作业大队商讨会，研究连续冲砂技术发展方向，经研究讨论后，在保证主体技术思路不变的条件下，对关键技术进行研究与改进。

3.1 专用无接箍冲砂油管应用

为了降低冲砂时上下活动管柱产生的变径磨阻，冲砂单根设计成无接箍油管。采用高强度N80加厚管材，配套高强度接头，最大滑扣拉力500KN，有利用延长井口自封的使用寿命。

3.2 冲砂衬管的改进

针对第Ⅲ代冲砂衬管地面连接困难，重新设计了衬管长度和扣型。将长度设计为4.5m，每次冲砂接2根衬管，且扣型为梯形扣，这样方便了现场操作人员的安装。

3.3 换向短接的更新综合考虑

第Ⅲ代换向密封短接的功能，我们重新设计了通径式换向短接，该短接只承担换向作用，不在承担密封作用，保证了换向成功率。

3.4 冲砂衬管底部多级密封的研究

该结构的独特设计，保证了冲砂液在冲砂衬管内的正常憋压，实现换向短接的换向，并且可以在底部任意加装多级密封，室内实验表明，二级密封可以一次性满足300m的冲砂要求。截止目前四大关键技术的研究在现场应用中取得了较好的效果。