水平井普通油管旋流连续冲砂工艺技术

1、水平井普通油管旋流连续冲砂工艺技术石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2007年第35卷第9期应用技术水平井普通油管旋流连续冲砂工艺技术顾文萍陈碧波苏德胜陈黎祥(1.江苏油田分公司试采一厂2.江苏油田分公司石油工程技术研究院)摘要水平井普通油管旋流连续冲砂工艺技术是利用普通油管实现水平井反循环旋流连续冲砂的,接单根过程中不停泵,可防止砂粒下沉和砂卡事故发生.该工艺的配套工具主要由井口循环工具(高压自封封井器和新型反冲洗阀)和井下冲砂工具(水力旋流冲砂器,安全泄流阀和扶正器)2部分组成.该项工艺在江苏油田分公司真11一平1井的首次应用获得成功,冲砂效率提高50%,取得较好的经济

2、和环境效益.关键词水平井旋流连续冲砂工艺技术配套工具传统的冲砂工艺虽然能满足直井,定向井的要求,但难以满足水平井水平井段的冲砂要求.目前江苏油田已钻水平井24口,水平井在采油生产过程中,出砂问题比较突出,特别是疏松砂岩油藏出砂更为严重,通过冲砂作业恢复油井正常生产必不可少.由于水平井井身结构特殊,地层砂更容易进入井筒内,并在井筒底部形成砂床,出砂严重时可能砂堵井眼.与直井冲砂相比,水平井冲砂存在以下问题:冲洗液在水平井段及斜井段的携砂能力低,地层砂易沉降,停泵时很容易在大斜度井段形成砂桥,造成冲砂过程中砂卡事故的发生;需冲洗的井段长;砂不易被冲起和清除干净.为利于冲洗液将砂携走,需采用有效措施

3、确保砂和杂质处于悬浮状态.旋流连续冲砂工艺技术能有效地解决目前油田冲砂作业施工中存在的易砂卡,污染环境等问题,同时能解决水平井冲砂存在的问题.反循环旋流连续冲砂效率高,使冲砂液全部排入储液池,便于回收,同时能改善工人工作条件.工艺原理旋流连续冲砂工艺技术是利用普通油管实现水平井反循环旋流连续冲砂的,在接单根过程中不停泵,防止砂粒下沉和砂卡管柱事故的发生,同时能保护井场环境,改善工人工作条件.水平井普通油管反循环旋流连续冲砂工艺管柱见图1.图1水平井普通油管反循环旋流连续冲砂工艺管柱结构示意图l一新型反冲洗阀;2一高压自封封井器;3一油管;4一安全泄流阀;5一扶正器;6一水力旋流冲砂器旋流连续冲

4、砂工艺配套工具由井口循环工具和井下冲砂工具2部分构成.井下冲砂管柱自下而上为:水力旋流冲砂器+1根63.5mm(2英寸)油管+0139.7mm扶正器+3.5mm油管+安全泄流阀+3.5mm油管至井口+新型反冲洗阀.1.井口循环工具井口循环工具包括高压自封封井器和新型反冲洗阀.利用该部分工具可实现水平井不停泵,反循环连续冲砂作业,使冲砂液全部排入储液池,以便回收,既能保护井场环境,又能改善工人工作条件.施工时,冲砂油管每一根上端接一新型反冲洗阀,它在管柱中的作用是:$江苏油田局级科研项目"疏松砂岩完井防砂工艺研究"(JS05024)子课题;水力旋流冲砂器已申报国家实用新型专利

5、,专利申请号:200620075761.4.2007年第35卷第9期顾文萍等:水平井普通油管旋流连续冲砂工艺技术一105一(1)在入封井器前相当于油管短节,此时冲砂液循环路线为:大四通油套环空进入,油管上升至新型反冲洗阀通过管线流到地面储液池;(2)进入封井器后,下部的滑动阀打开,上端的单流阀自动关闭,反冲洗阀与封井器共同形成循环通道,冲砂液循环路线为:大四通油套环空进入,油管上升通过反冲洗阀的滑动阀进入封井器的循环出口通道,通过管线接到地面储液池里.此时管柱正好座在井口吊卡上,可实现不停泵接单根作业,从而实现水平井连续冲砂作业.(3)入井后(通过封井器后)滑动阀自动关闭,在封井器以下时还是相

6、当于油管短节.2.井下冲砂工具井下冲砂工具包括水力旋流冲砂器,安全泄流阀和扶正器.该部分完成对地层砂的冲洗和安全泄流功能.水平井旋流冲砂器的作用是在套管内形成高速旋流,搅动水平井段内的沉砂,有效地破坏砂床,使砂子和杂质始终处于悬浮状态,有利于冲洗液将地层砂携走,将砂粒彻底冲洗干净.安全泄流阀在冲洗阻力过高时起安全卸压的作用.主要配套工具1.新型反冲洗阀新型反冲洗阀主要由油管接箍,压盖,弹簧,阀球,球座,中心管,护套,矩形弹簧,0形密封圈,滑动阀,下接头等零件组成,如图2所示.2英寸平式油管螺纹21/2英寸平式油管螺纹图2新型反冲洗阀1一油管接箍;2-压盖;3一弹簧;4一阀球;5,100形密封圈

7、;6一球座;7一中心管;8一护套;9一矩形弹簧;11滑动阀;12一下接头2.水力旋流冲砂器为提高水平井连续冲砂效率,有利于冲洗液将砂携走,需采用有效措施确保砂和杂质处于悬浮状态,为此研制开发了水力旋流冲砂器.水力旋流冲砂器是用普通油管实现连续冲砂配套工具的关键部件,其结构组成如图3所示.它主要由上接头,冲洗管,压紧套,自封皮碗,皮碗座,中心管,旋转喷头限位套,旋转喷头,轴承,引鞋,隔圈,顶丝,0形密封圈等组成.自封皮碗内设钢丝骨架结构,耐压差高,密封可靠,既增加了工作的可靠性,又增强了皮碗的整体联动性能,可有效防止皮碗落井现象的发生.自封皮碗承受工作压差达到15MPa以上,自封皮碗自由状态下最

8、大外径为127mm,受压可缩小,紧贴套管壁,能有效地密封油套环形空间.I6ll4图3水力旋流冲砂器1一上接头;2-冲洗管;3一压紧套;4一自封皮碗;5一密封圈;6一皮碗座;7一中心管;8一旋转喷头限位套;9,11,130彤密封圈;10一旋转喷头l2一轴承;14一引鞋;15隔圈;l6一顶丝水力旋流冲砂器工作原理:反循环连续冲砂施工时,液流从冲洗管的水眼进入,通过冲洗管和中心管之问的环空进入到旋转喷头的内腔,再从旋转喷头的水眼喷出,形成高速射流,根据水力学原理,此时旋流喷头在水力作用下会高速运转,在套管内形成高速旋流,对水平井段内的沉砂进行充分搅动,从而有效地破坏砂床,使砂子和杂质始终处于悬浮状态

9、,有利于冲洗液将地层砂携走,将砂粒彻底冲洗干净.3.安全泄流阀安全泄流阀主要由上接头,密封心,弹簧,下接头等组成.其作用是在泵反洗井压力超过一定范围时,自动卸压泄流,在油套环空和油管之问形成新洗井液通道,从而保护洗井管柱及相关设备.4.扶正器扶正器主要由压环,弹簧,摩擦块和扶正体等组成.扶正器自由状态下最大外径为132mm.扶正器对水力旋流冲砂器的自封皮碗进行扶正,以确保自封皮碗居中,有效地密封油套环形空间.旋流连续冲砂水力参数旋流连续冲砂水力参数的确定如下:冲砂液为清水,冲砂排量p为11L/s,工作压力为15MPa.冲砂排量的确定原则:冲砂时,为了使液流将砂粒带至地面,液流在井内的上升速度必

10、须大于最大直径砂粒的自由下沉速度.因而保证将砂粒带至地面的条件是:l2vf式中.液流上返速度,m/s;-106-石油机械2007年第35卷第9期砂粒在冲砂液中的自由下沉速度,m/s.根据某油田平均砂粒大小(mm)可以从文献2中查到不同直径的砂粒在清水中的自由下沉速度(m/s),乘以2便可得出保持砂粒上升的最低速度.,从而可求得冲砂洗井时所需的最低排量.Qmin=360OAr1岫式中Qmi冲砂洗井所需的最低排量,m/h;A冲砂液上返流动时的最大截面积(反冲时为冲砂管柱内截面积),m;Ulmin保持砂粒上升所需要的最低液流速度,m/s.如冲砂排量Q按11L/s计算,冲砂液在油管内的流速=Q/A=0

11、.O11/(耵×0.062/4)=3.64m/s.旋流冲砂器中心管内的流速=Q/A=0.O11/(耵×0.036/4)=10.81m/s.以上计算液流的上升速度均大大超过保持某油田砂粒上升所需要的最低液流速度.室内试验1.新型反冲洗阀(1)装配前,各零部件应清洗干净,去除毛刺;装配时,各螺纹联接处应涂润滑脂.(2)组装完毕后,须进行密封试验.试验时,从上端加压,试验压力25MPa,保压5min,单流阀处应无渗漏;从下端加压,单流阀开启压力为0.50.6MPa;上端堵死,从下端加压,试验压力25MPa,保压5min,滑动阀应无渗漏.2.水力旋流冲砂器水力旋流冲砂器应通过地面试

12、验验证理论计算的正确性,试验结果应与理论计算基本吻合,才能下井试验.旋转喷头工作时的转速可以通过改变其上的水眼直径大小来实现.地面试验时,旋转喷头应高速运转自如,无卡滞现象发生.3.安全泄流阀安全泄流阀装配完毕后必须进行密封试验,通常泄流压力为5MPa;当压力小于5MPa时,该阀密封心应无渗漏.现场应用2006年9月20日在江苏油田试采一厂周52新2井(大斜度井,最大井斜达53.)开展普通油管旋流连续冲砂现场试验.反循环冲砂管柱自下而上:水力旋流冲砂器+1根3.5mm油管+139.7mm扶正器+3.5mm油管+安全泄流阀+63.5mm油管至井口+新型反冲洗阀.水力旋流冲砂器下深2450m,冲砂

13、排量11L/s,冲砂循环压力911MPa.水力旋流冲砂器工作良好,但新型反冲洗阀在试验中还存在以下几个问题:单流阀球座固定不住;滑动阀出水通道太小;高压自封封井器的胶心易损坏,原因是新型反冲洗阀的外轮廓倒角过小.改进后,于2006年12月1日在江苏油田试采一厂真11一平1井重新进行旋流连续冲砂现场试验,该井反循环冲砂施工非常顺利,新型反冲洗阀完全达到设计的功能.试验结果表明,油井冲砂作业时间平均缩短50%以上,取得较好的经济和环境效益.结论(1)旋流连续冲砂工艺和常规冲砂工艺相比,井口循环工具不用特殊悬挂器和工作筒(长度达10m,运输不便),只需高压自封封井器和新型反冲洗阀,结构简单,使用方便;(2)水力旋流冲砂器结构设计独特,使冲砂效率提高50%以上;(3)旋流连续冲砂工艺基本解决了水平井冲砂的技术难题,可减少冲砂作业中砂卡事故的发生,能尽快恢复油井特别是水平井的正常生产;(4)旋流连续冲砂工艺可达到保护井场环境,使冲砂液全部排人储液池,便于回收,同时改善了工人工作条件.参考文献