反沖砂技術(shù)的應(yīng)用

何文勇 張傳勇 胡茂濤 李華東 管慶增

【摘要】沖砂是向井內(nèi)高速注入液體，靠水力作用將井底沉砂沖散，利用液流循環(huán)上返的攜帶能力，將沖散的砂子帶到地面的施工。在傳統(tǒng)的正沖砂過(guò)程中由于地層漏失、容易使砂子在油套環(huán)空內(nèi)沉積卡管柱。而使用液壓油管自封裝置進(jìn)行反沖砂，一是施工井筒安全性能高，二是反沖砂時(shí)效較高，三是對(duì)正沖砂而言，更加減少了作業(yè)井場(chǎng)的環(huán)境污染。

【關(guān)鍵詞】反沖砂技術(shù) 液壓油管自封裝置 沖砂水力計(jì)算

1 使用液壓油管自封反沖砂裝置進(jìn)行反沖砂

1.1 反沖砂技術(shù)的特點(diǎn)

反沖砂是沖砂工作液沿沖砂管與套管環(huán)形空間向下流動(dòng)，沖擊井底沉砂，沖散的砂子與沖砂工作液混合后，沿沖砂管返至地面。傳統(tǒng)的正沖砂，砂子從環(huán)套空間返出，若因水泥車(chē)排量不夠，或者施工井在沖開(kāi)油層時(shí)，突然發(fā)生溢流或漏失現(xiàn)象，井筒在返砂過(guò)程中，砂子更容易懸浮在油套環(huán)空之間，一旦形成砂橋，將會(huì)造成砂埋卡死管柱，造成嚴(yán)重的井筒事故。反沖砂技術(shù)具有攜砂能力強(qiáng)，砂子上返速度快的特點(diǎn)，一是砂子從油管內(nèi)返出，避免了卡鉆現(xiàn)象，提高了井筒的安全性。二是，砂子上返速度快，因而沖砂效率高。三是返出地面連接水龍帶直接進(jìn)地面池（防滲坑），減少了對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的污染?；谝陨先c(diǎn)好處，使得反沖砂技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。

在2013年1月份施工的H5-193井，利用反沖砂工藝，沖出最大直徑約為Φ20-25mm的大顆粒巖屑。該井套管內(nèi)徑為Φ121.36mm，73mm油管接箍外徑為Φ93mm。計(jì)算環(huán)套空間一側(cè)最大直徑為：（121.36-93）/2=Φ14.18mm。試想，若利用正沖砂，大顆粒巖屑一是返不上來(lái)，二是直徑約在Φ13-14mm的大顆粒巖屑處在環(huán)套空間，必定會(huì)造成卡管柱的井筒事故。

2 液壓油管自封反沖砂裝置的原理及使用

液壓油管自封裝置是一種液壓控制、開(kāi)關(guān)迅速、封閉環(huán)空的半封封井器，在用于反沖砂施工作業(yè)時(shí)，使用壓力平衡器。其工作原理是利用橡膠受壓變形，泄壓后恢復(fù)原狀的原理來(lái)進(jìn)行對(duì)環(huán)空的密封與敞開(kāi)的。

液壓自封安裝好后需要封井時(shí)，啟動(dòng)液壓油泵，關(guān)閉液壓油泵回壓閘門(mén)，開(kāi)啟進(jìn)油閘門(mén)，液壓油由下殼體進(jìn)油孔進(jìn)入，隨著壓力的增大，液動(dòng)環(huán)形膠芯在液壓油的作用下被壓縮變形，逐漸抱緊油管，達(dá)到密封環(huán)空的目的。當(dāng)需要起下鉆，打開(kāi)密封環(huán)空時(shí)，則關(guān)閉液壓油泵進(jìn)油閘門(mén)，開(kāi)啟回油閘門(mén)，液壓油由下殼體進(jìn)油孔進(jìn)入高壓油管線(xiàn)，并回流到液壓泵油箱。不再受高壓的液動(dòng)環(huán)形膠芯則會(huì)恢復(fù)原狀，松開(kāi)抱緊油管。環(huán)空隨即敞開(kāi)，可無(wú)礙起下管柱。當(dāng)液動(dòng)系統(tǒng)壓力大于1.5MPa時(shí)，壓力平衡器起作用，即通過(guò)油管接箍時(shí)，接箍會(huì)使膠芯總成內(nèi)徑變大（此時(shí)，膠芯內(nèi)徑=接箍外徑），液壓缸內(nèi)的壓力上升，推動(dòng)壓力平衡器內(nèi)的平衡活塞移動(dòng)而壓縮氮?dú)?；?dāng)接箍通過(guò)膠芯內(nèi)徑會(huì)變小（此時(shí)，膠芯內(nèi)徑=管柱本體外徑），液壓缸內(nèi)的壓力下降，氮?dú)馀蛎浻滞苿?dòng)活塞，在不需要啟動(dòng)液壓泵的情況下，壓力平衡器會(huì)自動(dòng)對(duì)液壓缸內(nèi)的壓力進(jìn)行補(bǔ)償，使液缸內(nèi)的壓力穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。確保在鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)油管環(huán)空的密封。

圖中：1：下法蘭；2、下殼體；3液壓自封膠芯；4、上殼體；5、6、密封圈；7、上法蘭；8、液壓膠芯支架

此裝置密封最大工作壓力14MPa，最大承載負(fù)荷50噸，液控壓力0-40MPa，膠芯自由通徑114mm。具有安裝操作簡(jiǎn)單，更換膠芯方便，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

4 反沖砂程序及技術(shù)要求

（1）下沖砂管柱。當(dāng)探砂面管柱具備沖砂條件時(shí)，可以用探砂面管柱直接沖砂，否則需下入沖砂管柱沖砂。

（2）連接反沖砂管線(xiàn)。套管一側(cè)與水泥車(chē)用硬管線(xiàn)連接，中間接高壓三通并安裝兩個(gè)閘門(mén)（其中一個(gè)旁通）；水龍帶與土油池之間用一根油管連接，中間接高壓三通并安裝兩個(gè)閘門(mén)（其中一個(gè)旁通），油管均用地錨固定。

（3）沖砂。當(dāng)管柱探到砂面后上提3m，開(kāi)泵循環(huán)，觀(guān)察出口排量正常后緩慢下放管柱沖砂。沖砂時(shí)要盡量提高排量，保證把沖起的沉砂帶到地面。

（4）沖砂時(shí)，應(yīng)根據(jù)泵壓、出口排量合理控制下放速度；避免下放太快，發(fā)生憋泵現(xiàn)象。

（5）換單根前，要大排量循環(huán)沖洗15min以上。換單根速度要快，時(shí)間要求3～5min；換好后，開(kāi)泵循環(huán)正常，方可下放。

（6）連續(xù)沖下5個(gè)單根后，必須循環(huán)洗井一周以上，將井內(nèi)沖散的砂子全部返出后，方可繼續(xù)施工。

（7）沖砂施工中如果發(fā)現(xiàn)地層嚴(yán)重漏失或大量出砂等問(wèn)題，應(yīng)立即停止施工，將油管上提至原砂面以上30m，保持洗井，分析原因后，再行施工。

（8）沖砂至人工井底或設(shè)計(jì)深度后，上提管柱1～2m，保持0.4m3/min以上的排量繼續(xù)循環(huán)洗井，當(dāng)出口含砂量小于0.2%時(shí)為沖砂合格。

（9）復(fù)探人工井底或設(shè)計(jì)深度。沖砂結(jié)束后，靜候沉砂4h，下放油管復(fù)探人工井底（灰面）或設(shè)計(jì)深度，連探三次管柱懸重下降10～20KN，與人工井底（灰面）或設(shè)計(jì)深度誤差在0.3～0.5m，為合格。

參考文獻(xiàn)

[1] 井下作業(yè)工程師手冊(cè)

[2] 液壓油管自封裝置使用說(shuō)明書(shū)