油田冲砂技术的问题与对策

陈爱军，冯 涛，王海利

（中国石油长庆油田分公司采油十二厂，甘肃 庆阳 745000）

1 冲砂基本原理

冲砂，主要是通过高速流转的冲砂液将油井内的砂子冲散，利用循环将冲散的砂子夹带着被冲散的砂一起带到地面的工艺。

1.1 探砂面

探砂面是通过向油井内下管柱观测油田内砂面深度的施工。勘测油田内的砂面深度，一是为接下来实施冲砂提供参考数据，二是通过砂面深度了解油井出砂情况。油田内砂面过高，会掩埋油层或影响接下来施工，此时就需要开展冲砂作业。

1.2 冲砂液

冲砂液通常采用的油、水、乳化液等。使用时，在冲砂液中加入表面活性剂防止污染油层。在选择冲砂液时，根据不同井选择不同的冲砂工作液，油井选择清水或油田处理水做冲砂工作液；水井选择清水或盐水做冲砂工作液，低压井用混气水做冲砂工作液。冲砂液要具有以下几个要求，一是冲砂液具有携砂功能，保证有一定的年度；二是冲砂液具有一定密度，防止出现井喷和漏失。三是配套设施好，配伍性好，不伤害油层［1］。

1.3 冲砂方式

1）正冲砂。冲砂液顺着油管流向井底，由油套环形空间返出地面，现场施工一般使用正冲砂方式。2）反冲砂。冲砂液顺着油套环形空间流向井底，由油管回到地面。3）旋转冲砂。利用动力源带动工具旋转，同时用泵循环将砂携带出来。

1.4 冲砂水力的计算

当Vt＞2Vd时，砂粒能从油井中被带上来，其中Vt是冲砂液上返的速度，单位是m／s；Vd是砂子自由下沉的速度，单位是m／s。

由表1、表2、表3得到不同直径的沙砾，在冲砂液中的自由降落速度Vd，由此可以得到砂子商贩地面的最低速度：

从而可由下式求出冲砂时所需的最低排量：

公式中，Qmin是冲砂要求的最低排量，单位是m3／h；F是冲砂液上返流动截面积，m2；Vmin是保证砂子返回地面所需最低流速，m／s。

表1 密度2.65g／cm3的石英砂在清水中自由沉降速度

为了提高冲砂速度和提高泵的排量，并尽可能减少液流返回界面，以此来保证高的液流上返速度。

在冲砂的过程中，砂粒从井底升到地面需要的时间为：t＝h／Vs

公式中，h是油井深度，m；t是油井内砂粒从井底上升到地面所消耗时间，s；Vs是砂粒上升的速度，单位是 m／s。Vs＝Vt-Vd

表2 密度2.65g／cm3的石英砂在原油中自由沉降速度

表3 密度2.65g／cm3的石英砂在脱气乳化原油中自由沉降速度

2 造成冲砂卡钻的原因

2.1 井漏造成卡钻

冲砂最大难点就是油层漏失，一方面是冲砂前循环不返水；另一方面是在冲砂施工过程中，被埋油层是负压层，导致地层吸水、出口不返水或少量返水，导致携砂能力下降，井筒悬浮的砂粒下降速度加快，容易造成卡钻的情况。

针对以上情况，提出以下措施进行预防和解决：

1）进行冲砂施工中，当冲砂至油层上界10m时应充分洗井，将油套环形空间的砂子返回地面，然后冲开油层。2）如果在冲砂的过程中遇见负压层时，应将管柱上方提到油层上界，进行大排量洗净，等待循环正常后即可冲砂；或者双泵冲砂。3）油井发生井漏时，应立即活动管柱，并将管住提至漏失部位以上，大排量洗井，防止砂卡。4）必要情况下，采取暂堵措施，将出现漏失部分用暂堵剂进行暂堵，然后再进行冲砂操作。5）操作工艺应选择捞砂泵捞砂。

2.2 冲砂时间短造成砂卡

在冲砂过程中，现场施工工人未按照相应的施工标准和操作规程施工，操作不规范，只求快速，单根循环时间短，导致套管内的砂粒快速下沉堆积，造成砂卡。

针对以上情况，提出以下措施进行预防和解决：

1）严格规范施工工人按照施工标准和操作规程施工，控制下方速度和单根循环时间，加压吨位按照标准实施。2）更换单根的时间要严格把控小于单根循环时间，更换单根后，待至开泵循环正常后才下放管柱。3）对个别出砂量大的油井，冲砂工具速度最好小于0.3m／min，在距离油层上界20m处，应放低速度、控制速度操作，防止堵卡或憋泵［2-3］。4）为了防止油套油套环形空间悬浮砂过多，冲砂过程最好连续冲砂五个单根才可。

2.3 冲砂过程中井喷处理不当造成砂卡

在进行冲砂工程中，油层重开后，如若当时正处于高压层，当套管进口排量小于出口排量或是有溢流发生时，如处理不恰当就会导致卡钻。现场出现井喷的时候，工作人员只会将注意力放在如何停止井喷，忽视了油井里的管柱，导致套管内悬浮砂不能正常循环到地面，出现砂卡情况。

针对以上情况，提出以下措施进行预防和解决：

1）油层被冲开后，及时地充分地洗井，使得环形空间的悬浮砂能够及时的循环出井筒，返回到地面。2）油层被冲开后，及时观察井口的进出口排量，看下是否有溢流。如若有，则将提管上至安全位置之后，安排对油井进行清洗，并且通过闸门控制井口进出口排量，使排量一致。控制住井喷。同时，用油管防喷，切忌从套管防喷。

2.4 洗井不彻底

按照设计要求冲砂到一定深度之后，要将油井进行充分清洗，如果清洗不彻底，就会导致部分砂残留在套管内部，起钻时间没有掌握好，就会导致砂卡。

针对以上情况，提出以下措施进行预防和解决：

1）对油井充分清洗之后，应立即将管住上提至安全位置。2）当冲砂到设计深度之后，对油井要进行大排量的冲洗，将全部的砂返回到地面，出口排放中的含砂量要低于0.1%后才视为冲砂合格。

2.5 其他原因造成卡砂

主要有以下几个方面，一是冲砂工具的循环系统出现故障，停泵之后管柱没有及时上提到沙面之上导致卡钻；二是冲砂工具的动力或者提升系统出现故障时，没有提前制定预案，导致卡钻；三是没有针对出砂量大的油井，在施工前没有提前制定好相应的措施，还是按照其他普通油井的冲洗砂操作规程进行冲洗工作，容易导致卡钻。

针对以上情况，提出以下措施进行预防和解决：

1）当冲砂工具循环系统出现故障时，在泵停下的时候应立即将管柱上提至砂面以上，反复活动管住。2）冲杀工具的机械动力或提升系统出现故障时，保持管柱正常循环，不得在中途停泵。3）对于出砂量大的油井，提前准备好相应的措施。在进行冲砂工作时，换单前要充分洗井，下放单根速度不宜太快；加大泵的功率和排量，每小时保证大于30m3，或者是通过双泵冲砂，提高排量，加快对油井的冲洗速度。

3 总结

油田冲砂工作直接影响油田出油量，需高度重视。油田冲砂过程中，要时刻观察井口进出口排量，观察泵的功率和泵压的变化，出口的出砂情况。对泵参数、砂面参数、返出物参数进行详细记录。针对不同的出砂量和出砂口，要提前准备好相应的预案，当冲砂数据发生变化时，根据油井的具体情况在现场立即开展工作处理，避免出现卡砂的情况。