油氣井沖砂工藝及安全措施簡析

何江波 謝翠

【摘要】在油氣井開發(fā)中后期，由于油層膠結(jié)疏松或油井工作制度不合理等會造成油氣井出砂，增加流動阻力，使油井減產(chǎn)、甚至停產(chǎn)，同時(shí)造成砂卡事故。為確保油井有效生產(chǎn)，必須采取措施消除沉砂，通常采取的措施為水力沖砂和機(jī)械撈砂兩種方法。在沖砂過程中由于種種原因很容易卡鉆，使井況復(fù)雜化，為有效預(yù)防砂卡事故的發(fā)生，提高沖砂施工的成功率，本文也將就其原因及預(yù)防措施進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】沖砂 沖砂液 水力計(jì)算 砂卡 新工藝

1 油氣井出砂的原因

油氣井特別是斜井、水平井在生產(chǎn)過程中，在采出地層孔隙中的流體時(shí)，巖石既要承受上覆巖層的作用力，又要承受流體的作用力，巖石骨架/顆粒容易進(jìn)入井筒，一些無膠結(jié)的砂粒集中更容易在流體的沖刷下形成自由砂被流體帶出，對防砂管完井的水平裸眼井段，大顆粒的地層砂沉積在防砂管縫隙和環(huán)空之中造成堵塞，細(xì)小的砂粒則會進(jìn)入防砂管，隨流體進(jìn)泵或在水平段形成砂床，另外，壓裂后充填砂在失去井口高壓、部分膠結(jié)性降低等情況下，也會形成回吐出砂。

2 沖砂工藝及要求

沖砂就是用高速流動的液體將井底的砂子沖散，并利用循環(huán)上返的液流將沖散的砂子帶至地面的工藝過程。

2.1 探砂面

探砂面是下入管柱實(shí)探井內(nèi)砂面深度的施工?？梢杂脙煞N方式來完成，一種是管柱硬探砂面，另一種是由測試車進(jìn)行磁定位軟探砂面。

2.2 沖砂液的要求

（1）具有一定的粘度，以保證有良好的攜砂性能。

（2）具有一定的密度，以便形成適當(dāng)?shù)囊褐鶋毫?，防止井噴和漏失?/p>

（3）與油層配伍性好，不傷害油層，能保護(hù)油（氣）層的滲透性能。

（4）來源廣，經(jīng)濟(jì)適用。

2.3 沖砂方式

（1）正沖砂：沖砂液沿沖砂管柱向下流動，在流出沖砂口時(shí)以較高的流速沖擊井底沉砂，沖散的砂子與沖砂液混合后，沿沖砂管柱與套管環(huán)型空間返至地面的沖砂方式。

（2）反沖砂：沖砂液沿沖砂管柱與套管環(huán)型空間向下流動，沖擊井底沉砂，沖散的砂子與沖砂液混合后，沿沖砂管柱返至地面的沖砂方式。

（3）正反沖砂：采用正沖砂的方式?jīng)_散井底沉砂，并使其與沖砂液充分混合，然后改用反沖砂方式將篩子帶到地面。

2.4 沖砂的水力計(jì)算

沖砂時(shí)為使攜砂液將砂子帶到地面，流體在井內(nèi)上返速度必須大于最大直徑的砂粒在攜砂液中的下沉速度，一般推薦速度比大于或等于2，計(jì)算式為：

v砂=v液-v降 （式1）

v液實(shí)≥2v降 （式2）

式中：

v砂——沖砂時(shí)砂粒的上升速度，m/min；

v液——沖砂時(shí)攜砂液的上返速度，m/min；

v降——砂粒在靜止沖砂液中的自由沉降速度，m/min；

v液實(shí)——保持砂粒上升的最低攜砂液流速，m/min。

可由下式求出沖砂時(shí)所需的泥漿泵最低排量：

Q泵min=2 Av降 （式3）

式中：A——沖砂液上返流動的截面積，m2；

在固定排量下沖砂，砂粒從井底上升到地面所需要的時(shí)間為：

t實(shí)=H/（Q泵/A-v降） （式4）

式中：H——井深，m；

Q泵——沖砂時(shí)實(shí)際泵入排量，m3/min；

3 造成砂卡的原因及預(yù)防措施

油氣井沖砂施工存在的主要風(fēng)險(xiǎn)是砂卡，砂卡產(chǎn)生的類型及預(yù)防措施有以下點(diǎn)：

3.1 井漏造成卡鉆

油層漏失是沖砂的難點(diǎn)，一方面是沖砂前循環(huán)不返液；另一方面是在沖砂過程中，被埋油層為負(fù)壓層，造成地層吸水，致使出口不返或少量返液，攜砂能量下降，井筒懸浮的砂粒下降速度加快，很容易造成卡鉆。

預(yù)防措施：

（1）沖砂施工時(shí)，當(dāng)沖至油層上界10米時(shí)應(yīng)充分洗井，將油套環(huán)形空間的砂子返出地面，然后再沖開油層。

（2）若在沖砂過程中遇到負(fù)壓層時(shí)，應(yīng)將管柱上提至油層上界，并進(jìn)行大排量洗井，待循環(huán)正常后方可沖砂。

（3）發(fā)生井漏時(shí)，應(yīng)及時(shí)活動管柱，并將管柱上提至漏失段以上，大排量洗井，防止砂卡。

（4）必要情況下，采取暫堵措施，將漏失段用暫堵劑進(jìn)行暫堵，然后進(jìn)行沖砂作業(yè)施工。

3.2 沖砂速度過快造成砂卡

由于現(xiàn)場施工人員不按操作規(guī)程施工，盲目求快，在沖砂過程中，單根循環(huán)時(shí)間短，下放速度快，致使套管內(nèi)的砂子在換單根時(shí)快速下沉，造成砂卡。

預(yù)防措施：

（1）換單根的時(shí)間要小于單根循環(huán)的時(shí)間，更換單根后，開泵循環(huán)正常方可下放管柱。

（2）連續(xù)沖砂5個(gè)單根后要充分洗井一周，防止油套環(huán)形空間懸浮砂過多。

（3）沖砂工具距離油層上界20m時(shí)，應(yīng)控制下放速度，以小于0.3m/min為宜。

3.3 沖砂過程中井噴處理不當(dāng)造成砂卡

在沖砂施工過程中，當(dāng)油層沖開后，如果是高壓層，或有溢流發(fā)生，這時(shí)若處理不當(dāng)就會卡鉆。當(dāng)發(fā)生井噴時(shí)，現(xiàn)場人員忙于防噴，而忽視了井內(nèi)的管柱，致使套管內(nèi)懸浮的砂不能返到地面，導(dǎo)致砂卡。

預(yù)防措施：

（1）當(dāng)沖開油層后應(yīng)充分洗井，使得環(huán)形空間的砂能及時(shí)返出井筒。

（2）油層沖開后，要認(rèn)真觀察井口進(jìn)出口排量，若有溢流，則上提管柱至安全位置后進(jìn)行大排量洗井，并用閘門控制進(jìn)出口排量一致，控制井噴。

3.4 沖砂洗井不徹底且不及時(shí)起鉆造成卡鉆

按設(shè)計(jì)要求沖砂至一定深度后，要充分洗井，若不徹底，使部分砂留在套管內(nèi)，若不及時(shí)起鉆會造成砂卡。

預(yù)防措施：

（1）沖砂至設(shè)計(jì)深度后應(yīng)大排量洗井至全部砂返出地面。

（2）沖砂洗井后應(yīng)立即上提管柱至安全位置。

4 目前沖砂作業(yè)的一些新工藝

4.1 聯(lián)合沖砂

這種沖砂管柱是在沖管下部15-20米處下一個(gè)分流器，用來改變液流通道。分流器上帶有一個(gè)可在液力作用下張開的密封環(huán)，以便密封套管和沖管之間的環(huán)形空間。沖砂液從套管環(huán)形空間進(jìn)入井內(nèi)，經(jīng)分流器改進(jìn)下部沖砂管而將砂堵沖散，被沖散的砂子隨同液體先從下部沖管與套管環(huán)形空間返至分流器，再進(jìn)入上部沖砂管內(nèi)，然后返至地面。

4.2 撈砂泵撈砂

它是在鉆柱全掏空狀態(tài)下，利用環(huán)空液柱壓力與鉆柱之間的壓差做動力，以液體流動攜砂原理來實(shí)現(xiàn)撈砂，尤其對于超深井、漏失井沖砂十分有效。

4.3 負(fù)壓沖砂

又稱混氣沖砂，就是把泥漿泵和壓風(fēng)機(jī)在井口并聯(lián)，將它們分別打出的泡沫液和氣體在三通處混合后打入井內(nèi)形成密度較小的泡沫，從而使井筒液柱壓力低于地層壓力，達(dá)到漏失井段后不污染油層，且有一定排液解堵作用的目的。

5 結(jié)論與建議

在油氣田生產(chǎn)后期，出砂是在所難免的，在沖砂施工過程中，應(yīng)及時(shí)觀察進(jìn)出口排量，觀察泵壓的變化，出口返砂的情況，記錄泵參數(shù)、砂面參數(shù)、返出物參數(shù)。遇到?jīng)_砂參數(shù)變化波動較大時(shí)，應(yīng)根據(jù)該井的情況在現(xiàn)場及時(shí)處理，以避免砂卡事故的發(fā)生，造成更嚴(yán)重的事故，針對不同的井況，要選擇不同的沖砂工藝，以達(dá)到降低成本，提高效率，增加經(jīng)濟(jì)收益的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 最新石油井下作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用手冊.北京：石油工業(yè)出版社，2007

[2] 吳奇主編.井下作業(yè)監(jiān)督.北京：石油工業(yè)出版社，2003

[3] 沈琛主編.井下作業(yè)工程監(jiān)督.北京：石油工業(yè)出版社，2005