气井冲砂冲洗解堵复产工艺优化

黄永章 ，冯荣轩，朱礼明，孟海龙，蒋 瑛，李 希，付国维

（1.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，陕西西安 710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018；3.西北大学，陕西西安 710127；4.中国石油长庆油田分公司第六采气厂，陕西西安 710018；5.中国石油长庆油田分公司第三采气厂，陕西西安 710018）

气田砂面探测普查结果显示部分气井有不同程度的井底积砂，其中有些井射孔段已经部分或全部被砂体掩埋严重，此外压裂破胶残余液随后期生产会陆续从储层渗出进入井筒，多组分体系泡排剂、缓蚀剂在井下高温、高压的环境中易发生一系列物理化学变化，致使黏度增加，综合表现砂液混合脏物堵塞井筒，影响气井产能的发挥甚至关停[1]。因此，冲砂冲洗解堵效果是实现气井复产的关键。

1 冲洗冲砂技术难度分析

井筒内混合脏物在清理过程中存在以下技术难度：

（1）目前气井井内完井管柱大致分为直井多层分段机械工具、多级水力喷射工具及裸眼分段工具，产层段附件的钻具结构相对关油管较复杂，且钻具位置可能存在砂卡，导致起钻另下冲砂钻具难度较大，且成本高，存在一定的井控风险；

（2）地层压力系数较低，井内不能建立冲洗循环，且冲洗过程地层漏失易造成储层二次污染；

（3）井内有节流器或压裂钢球，捞砂工具很难进入预定位置，捞砂作业难度大。

基于以上难点，采用连续油管带压开展气井冲砂冲洗解堵具有不动原管柱、施工高效快捷、对地层伤害小等技术优势。

2 冲洗冲砂方案设计优化

2.1 连续油管冲砂方式

采用连续油管冲砂的方式主要有以下几种： 正冲（洗）、反冲（洗）、正正冲（洗）和正反冲（洗）（见图1）。考虑井筒内钻具结构和反冲砂子易积在地面连续油管管盘内，优选正冲冲砂方式。

2.2 冲砂介质优选

气井冲砂对冲砂介质的要求是要具有一定的黏度，以保证有良好的携砂能力，而且不能伤害储层。连续油管冲砂介质主要有三种：活性水、泡沫、高黏液体和气体组合（见表1）。从保护地层角度出发，冲砂介质优选为冲砂胶液与氮气组合[2]。

2.3 冲砂作业参数优选

2.3.1 施工最低排量 冲砂时，为了使冲砂液将砂粒带至地面，冲砂液在井内的上升速度必须大于最大直径砂粒的自由沉降速度，这个速度为携砂液临界速度[3]：

式中：Vc-冲砂时携砂液临界速度，m/s；d-砂粒直径，mm；ρs-砂粒密度，kg/m3；ρ1-携砂液密度，kg/m3。

施工所需的最低排量（见表2）为：

式中：Qmin-冲砂要求的最低排量，m3/s；A-冲砂液上返流动截面积，m2。

2.3.2 摩阻计算 连续油管冲洗施工的摩阻来自于连续油管和环形空间内[4]。气田直井冲砂井的油管内径为62 mm。采用的连续油管外径为38.10 mm，内径为29.2 mm，长度约5 000 m，最大承受压力35 MPa。在给定泵注排量下，计算携砂液在连续油管及环形空间的摩阻梯度（见表3）为：

图1 冲砂方式

表1 不同冲砂介质的特点

表2 不同尺寸油管施工最低排量

式中：P-压力梯度，Pa；λ-沿程阻力系数；V-冲砂液流速，m/s；d-管路直径，m；ρ-冲砂液密度。

表3 38.1 mm 连续油管排量与摩阻的关系

2.3.3 井口最大压力计算 对需要冲砂井的井深、井底压力等数据核实，根据连续油管摩阻梯度，可以预测不同施工排量下的井口压力，当液柱完全充满连续油管时，井口最大压力为26.97 MPa，小于井口防喷盒密封件试压强度值35 MPa。因此，只要在施工排量低于0.4 m3/min，都可以满足施工条件（见表4）。

2.3.4 连续油管胶液+氮气循环顶替+交替注入工艺通过连续油管与油管建立起冲砂液的循环通道，保持井筒内液柱压力小于地层压力。在作业过程中，采用注入氮气循环顶替，若井口未返出冲砂胶液，继续泵注液氮，直至井口返出胶液砂，再继续交替注入提高冲砂冲洗解堵效率（见图2）。

图2 氮气+胶液循环+交替注入原理

3 现场试验效果分析

3.1 整体冲砂试验效果

表4 38.1 mm 连续油管排量与井口压力的关系

表5 连续油管冲洗冲砂措施实施情况

图3 连续油管冲砂砂桥前移

针对气田因井筒出砂、出异物而关停的5 口井开展连续油管冲洗冲砂措施，其中，水平井3 口，直井2口，现场施工成功率100 %，实施后均恢复正常生产（见表5）。

3.2 实例分析

以苏东BH2 井为例分析连续油管冲砂冲洗解堵作业过程。

该井井内留有114.3 mm（P110）油管394 根，8 段裸眼压裂钻具（斯伦贝谢）一套，井内无节流器，因井筒出砂关井停产。连续油管冲砂冲洗作业过程如下：

（1）第一阶段：探砂面，清水不能建立循环。连续油管下至井深3 605 m 遇阻，加压2 t，探2 次未通过，起连续油管至井深3 400.0 m，泵注清水，泵压29.2 MPa～33.1 MPa，排量200 L/min～230 L/min，入井清水60.0 m3，无返出，点火不燃。

（2）第二阶段：继续尝试下放连续油管，两次遇阻位置靠前54 m、20 m。下连续油管至井深3 551.0 m 遇阻，加压2 t～3 t，探3 次未通过，上提连续油管至井深3 531.0 m 试下放4 次未通过，上提连续油管至井深3 400.0 m，上下活动连续油管泵注清水，泵压30.8 MPa～34.2 MPa，排量200 L/min～230 L/min，入井清水60.0 m3，无返出，点火不燃。值得注意的是连续油管在下放、上提、循环形成搅动砂桥导致遇阻位置出现逐步靠前的现象（见图3）。

（3）第三阶段：采用氮气混合边下边冲。连续油管再次下至井深3 380.0 m 再次靠前遇阻，探3 次未通过，上提连续油管至井深3 100.0 m，采用氮气混合边下边冲。分别冲过井深3 300 m、3 450 m、3 555 m，出砂1.2 m3和60 m3液体后解堵成功。

4 总结与认识

（1）冲砂冲洗作业试验表明，连续油管胶液+氮气循环顶替+交替注入工艺是可行的。

（2）该工艺作业效率高，对地层伤害较小，能有效清除井底积砂，对低压气井冲砂作业有一定的指导作用。