冲砂工艺技术课件

2011年9月冲砂工艺技术提纲一、前言二、冲砂工艺介绍三、正循环冲砂介绍四、反循环冲砂介绍五、正、反循环冲砂六、冲砂水力介绍七、冲砂施工步骤及注意事项八、特殊井冲砂九、稠油井冲砂一、前言油井出砂后，如果井内的液流不能将砂全部带至地面，井内砂子逐渐沉积，砂柱增高，堵塞出油通道，增加流动阻力，使油井减产甚至停产。同时会损坏井下设备造成井下砂卡事故。因此，必须采取措施清除积砂，通常采用冲砂来解决这一问题。吐哈区域由于地层压力较低，应用较广的是水力冲砂。三、正循环冲砂介绍正冲砂：冲砂液沿冲砂管向下流动，在流出管口时以较高的流速冲散砂堵。冲散的砂子和冲砂液一起沿冲砂管与套管的环形空间返至地面。随着砂堵冲开的程度增加，逐步加深冲砂管。为了增大液流冲刷力，可在冲砂管下端装上收缩管(或喷嘴)。下端做成斜尖形，可防止下放过快而引起的憋泵。正冲砂特点：

正循环冲砂冲洗能力较强，容易冲开井底沉砂，但携砂能力较小，易在冲砂过程中发生卡钻。三、正循环冲砂介绍正冲砂应用：

进行了增产措施、井底沉砂沉结密实、或压裂液不完全破胶，无法进行反循环冲砂的井。对于井内地层出砂、修井措施（如压裂）后出砂、套管破损及漏失的井一般都采用正循环冲砂。三、正循环冲砂介绍四、反循环冲砂介绍反循环冲砂：与正冲砂相反，冲砂液由套管和冲砂管的环形空间进入，被冲起的砂粒随同冲砂液从冲砂管返回到地面。反冲砂冲刺力小，液流上返速度大，携砂能力强。反循环冲砂特点：反循环冲砂冲洗能力小，但携砂能力较强。反循环冲砂的应用：作业中通常多采用反循环冲砂；适用于冲砂管柱与套管环空间隙过小或复杂事故处理需要。五、正、反循环冲砂介绍利用正、反冲的优点，用正冲方式将砂堵冲开，并使砂子处于悬浮状态。然后改为反冲，将冲散的砂子从冲砂管内返至地面，这样可迅速解除砂堵，提高冲砂效率，直径139.7mm以上套管，可采取正反冲砂的方式。采用正反冲砂方式时，地面管线上应安装改换冲洗方式的总机关。以实现快速转换。六、冲砂水力计算在冲砂过程中，砂粒从井底上升到地面时所需要的时间为：

t=H/vsH－井深，m；t

—砂粒从井底上升到地面所需要的时间，s；vs

－砂粒上升速度，m/s，vs=vt-vd举例：现场常用的石英砂平均粒径为0.76mm，在清水中自由沉降速度为0.077m/s，保证砂子上返地面的最低速度：vmin=2vd=2×0.077=0.154m/sØ73mm油管反循环冲砂时，油管内所需要的最低排量：Qmin=3600F·vmin=3600×0.3019×0.154=16.737m³/h

即油管内液体最低上返排量达到279L/min时，才能将冲起的石英砂带至地面。（冲砂排量不能低于350L/min

）六、冲砂水力计算密度2.65的石英砂在水中的自由沉降速度平均颗粒大小mm下降速度m/s平均颗粒大小mm下降速度m/s平均颗粒大小mm下降速度m/s11.90.3931.850.1470.2000.024410.30.3611.550.1270.1560.01727.30.3031.190.1050.1260.01206.40.2891.040.0940.1160.00855.50.2600.760.0770.1120.00714.60.2400.510.0530.0800.00423.50.2090.370.0410.0550.00212.80.1910.300.0340.0320.00072.30.1670.230.02850.0010.0001六、冲砂水力计算石英砂在脱气无水原油中的自由沉降速度原油温度，℃202530354050原油粘度，mPa·s744128252422粗砂下降速度，cm/min7895.5202373400600细砂下降速度，cm/min13.715.066.583111143石英砂在脱气乳化原油中的自由沉降速度原油温度，℃20253035404550原油粘度，mPa·s2616207414311169939737512粗砂下降速度，cm/min2.923.053.303.554.805.609.24细砂下降速度，cm/min———————注：原油中粗砂平均直径0.96mm，圆度为0.685；细砂平均直径0.54mm，圆度为0.547。以上数据查阅自《油气田井下作业修井工程》六、冲砂水力计算

七、冲砂施工步骤及注意事项一、冲砂施工步骤：

（一）、准备工作：检查泵及储液罐，连接好地面管线并试压合格，准备好足够量的冲砂液。

1、冲砂液及冲砂方式的选择及准备：（1）对冲砂所用液体和冲砂方式选择的必要性：由于对对冲砂所用液体和冲砂方式选择不当，冲砂液大量漏入油层，反而损害油层，影响生产。因此应该正确地选择冲砂液和冲砂方法十分重要。（2）冲砂液体的选择——原则：尽最大努力保护油层。

a、选择时应具有一定的粘度，以保证有良好的携砂能力；

b、具有一定的密度，以形成适当的液柱压力，防止井喷和漏失；

c、油层配伍性好，不损害油层；

d、来源广、成本低的液体。

（3）冲砂液用量：以井筒容积的2～3倍计算，漏失量大的井根据漏失情况来决定冲砂液的用量。七、冲砂施工步骤及注意事项

2、其他：

（1）施工设备：水泥车1-2部、罐车2～3部；

（2）工具、用具：35MPa×18m水龙带1根；40MPa高压活动弯头8个；

Φ60.3mm硬管线80m；管线固定箱8个；

6m³冲砂池一个（方池子一分为二，一边为供液罐，一边为沉降罐冲砂，冲砂液重复利用）；KY35/65闸门1个；保险绳绳套子1根。七、冲砂施工步骤及注意事项

（三）、循环脱气：上提管脚2m循环脱气连接好冲砂管线，连接管线时注意，使用合格的水龙带，水龙带与弯头的连接要紧密且栓保险绳（弯头与管柱之间，水龙带与管柱之间）以确保安全施工，入口处连接好过滤器，保证入井液的清洁。管线试压合格后，用冲砂液循环脱气，目的是为了使井筒平稳，被气侵的液体在相同的流速下，冲砂能力和携砂能力都大幅度减少，井筒平稳后消除因井内气侵的液体在循环过程中造成砂粒的堆积，增大事故发生的危险。七、冲砂施工步骤及注意事项

（四）、冲砂：

1、冲砂尾管提至离砂面3m以上，开泵循环正常后，均匀缓慢下放管柱冲砂，冲砂速度小于2m/min，冲砂时排量应达到设计要求；

2、每次单根冲完必须充分循环，洗井时间不得小于15min，接单根必须在2min以内完成；

3、连续冲砂5个单根后，要洗井一周方可继续下放冲砂；

4、冲砂所需最低排量：（该数据查阅自2005版《井下作业监督手册》）套管尺寸Φ0.5mm以下地层砂Φ0.5～1.0mm石英砂Φ0.5～1.0mm陶粒砂Φ140mm500L/min700L/min700L/minΦ177mm800L/min1000L/min1000L/min七、冲砂施工步骤及注意事项

（五）、洗井：冲砂至井底（塞面）或设计深度后，进行洗井操作，目的是将井内的浮砂彻底清洗到地面，保证冲砂的深度不变，为方便下一步施工做准备。洗井一般采用反循环，漏失量较大的井可采用正循环，洗井排量一般不能小于500L/min。洗井时观察井口返出液状况，必须将井内沉砂冲洗干净，肉眼观察进出口液性基本一致，基本不含机械杂质为合格；若设计要求可取样品进行化验分析，含量≤2‰（体积比）。七、冲砂施工步骤及注意事项

（六）、候沉：上提管柱20m以上，候沉4小时以上，鲁克沁、雁木西等地层严重砂的油田内静砂沉淀期间，应将管脚提至原砂面20m以上。上提管柱时，要严格限速，防止过大的抽吸压力，造成地层吐砂，从而使砂面深度升高，对地层损伤也比较大。尤其是对鲁克沁、雁木西等地层严重出砂的油田更应该注意。七、冲砂施工步骤及注意事项

二、冲砂注意事项：1）不准带泵、封隔器等其他井下工具探砂面和冲砂。2）冲砂工具距油层上界20m时，下放速度应小于0.3m／min。3）冲砂前油管提至离砂面3m以上，开泵循环正常后，方可下放管柱。4）接单根前充分循环，操作速度要快，开泵循环正常后，方可再下。5）冲砂过程中应注意中途不可停泵，避免沉砂将管柱卡住或堵塞。6）对于出砂严重的井，加单根前必须充分洗井，加深速度不应过快。七、冲砂施工步骤及注意事项

7）连续冲砂5个单根后要洗井一周，防止井筒悬浮砂过多。8）循环系统发生故障，停泵时应将管柱上提至砂面以上，并反复活动。9）提升系统出现故障，必须保持正常循环。1O）泵压不得超过安全压力，泵排量与出口排量平衡，防止井喷或漏失。11）水龙带必须拴保险绳。12）冲砂过程中要专人观察出口返液情况，防止因下部层位压力过高发生井喷或因严重漏失造成砂卡、砂堵。

13）施工中产生的污水、砂子拉运至指定地点，达到环保要求。八、特殊井冲砂

一、斜井冲砂：1、井斜角度较小的井，冲砂与直井冲砂基本一致。2、井斜角度较大的井，在冲砂过程中，砂粒在随流体上返时作用力情况：θθGF八、特殊井冲砂

在有一定斜度的井内，砂粒在水流里受力是不平衡的，所受合力为水平方向的力，在井筒内部（或油管内部），狭小空间内，很容易造成砂粒的堆积，形成砂桥或砂堵，堵塞油管或砂埋油管。所以在斜井内冲砂，一般采用反循环冲砂。在斜井冲砂时，下放速度一定慢，排量尽可能增大，以便增大砂粒的上返速度，避免砂粒堆积。八、特殊井冲砂

二、小井眼冲砂：小井眼内冲砂时，由于井眼较小的原因，造成油管及油套环空的截面积都大幅减少，所以造成砂堵或卡钻的几率大幅度增大。

在小井眼内部冲砂时，严格控制下放速度，并且在下放一定深度后，缓慢上下活动管柱，避免造成砂堵；冲砂接单根前，彻底循环干净，避免砂粒下沉、堆积造成砂堵。八、特殊井冲砂

小井眼入井液最低排量计算：套管内径：Ø76mm，油管外径Ø48.26mm：入井泵排量计算过程：

Q=vmin（D²-d²）/127=0.154×（76²-48.26²）÷127=4.18L/s=250.8L/min即：在内径为Ø76mm的套管内，用Ø48.26mm冲管反循环冲平均粒径为0.76mm的石英砂（密度2.65g/cm³）时，要求小井眼井段冲砂最低排量为250.8L/min。八、特殊井冲砂三、钻冲砂：油水井在生产过程中，由于种种原因，造成井内沉砂胶结，或有砾石存在，部分砾石直径甚至大于油管直径，致使普通的冲砂方法无效，而由于措施的需要一定要冲砂的井，可以采用：牙轮钻头+螺杆钻+油管的管柱结构钻冲砂。

钻冲砂作业要求：

1、钻冲砂的距离不得大于50m。

2、牙轮钻头及螺杆钻，尽量选用小尺寸，一般在5寸半套管内选用φ105mm的螺杆钻，减少冲砂过程中卡钻的危险。

3、在钻冲砂的过程中，加压5-15KN钻砂，严格控制下钻速度，钻砂时不断上下活动管柱，避免卡钻。

4、在钻冲砂的时，由于螺杆钻的原因，只能选择正循环冲砂，而由于正循环冲砂的携砂能力较弱，而且螺杆钻外径较大，所以在冲砂的过程中下放速度一定要慢，每下放10m一定充分循环，将井内的浮砂清洗出井筒。八、特殊井冲砂

四、负压捞砂：负压捞砂工艺是利用捞砂管串内外的静液面差在井底产生负压而吸砂，是针对地层压力系数低的深井而设计的一种经济、可行的新型捞砂技术。其设计独特的吸砂头可以破碎砂垢，利于充分吸砂。适用条件：井内液柱高度不低于1500～2000米的中深井。独特的优点：不对地层产生附加压力，因而不污染油层；不受油井温度、井深的影响；水力捞砂和机械捞砂相结合，冲砂效率高；可加压旋转捞砂工具，破碎砂垢；较普通机械法捞砂而言，一次捞砂量大；工艺简单，操作简便。八、特殊井冲砂捞砂管柱结构示图：八、特殊井冲砂

捞砂泵的操作：底阀接触砂面后，储砂油管全部重量加在砂面上，指重表悬重为动力油管的重量。这时砂泵活塞处于上止点，砂泵活塞开始下行，活塞下行4米的过程中，指重表悬重稳定，其悬重仍为动力油管的重量。砂泵活塞行至下止点后，指重表悬重稍有下降，即开始上提动力油管，动力油管上提4米的过程中，其指重表悬重为动力油管的重量，当上提至指重表悬重大于动力油管悬重时，说明活塞已经到了上止点。重复以上过程，砂子不断地被吸入储砂油管。随着砂面的下降，动力油管也要下降，当动力油管下行至吊卡接触到井口上法兰时，要另接一根动力油管。然后接着抽吸，抽至目前塞面为止。抽完砂后，先后提出动力油管、砂泵、储砂油管、底阀。从而把砂子带到地面上来，完成抽砂作业。八、特殊井冲砂

五、负压冲砂

负压冲砂是利用某种特殊性能的携砂液(可由某种气液混合物组成)，冲砂时从冲砂管中打入从套管返出，使井底建立低于油层的压力称为“负压”，在负压差作用下，依靠携砂液冲散井内积砂并携带出井，达到冲砂的目的。八、特殊井冲砂

泡沫负压冲砂原理：用压缩机和水泥车将空气与水(溶解0.5%起泡剂ABS和0.2%稳定剂)同时打入油管内形成混气量为80%左右的均匀泡沫，因泡沫粘度高(0.8Pa·s)、密度小，其携砂能力强(约是水的10倍)，当泡沫液压至油管鞋处时便从套管环空迅速上返，在井底与地层间建立负压，依靠泡沫向下的冲击力和向上携带作用，清除井底积砂。施工注意事项：施工时应根据砂面深度资料配足泡沫液，反排不易释放压力，防止油层出砂；若井深漏失严重可采用两段负压冲砂，即先将冲砂管下至井深一半处冲砂，上部举空后，再继续加深油管至砂面进行冲砂。建立负压值可根据本地经验，一般在0.2～0.5MPa左右。应注意：出砂特别严重的井不易负压冲砂；对于堵水井、套管断裂井可根据经验使用；措施后减产，或虽然增产但产量下降很快的井优先适用。稠油井的积砂特点：施工程序1、循环：上提管脚至砂面以上2～3m，先用备好的15－20m3轻质脱气原油替入井内，再用冲砂液循环脱气，循环出井内稠油进大罐，至井筒内均为冲砂液，井筒平稳后，方可缓慢下放管柱冲砂。2、冲砂：缓慢下放管柱冲砂至整个单根放完，冲砂时，排量不小于350L/min，下放速度υ≤0.3m/s，禁止猛放。每冲完一单根后，洗井时间不得小于15min。九、稠油井冲砂三、冲砂施工步骤3、接单根：接单根必须在2min以内完成，接好单根后开泵循环，待出口返液后再下放继续冲砂，连续冲砂超过5个单根后，要洗井一周方可继续下冲。4、洗井：冲砂至井底（塞面）或设计深度后，应保持400L/min以上的排量继续循环，参照《洗井操作规程》洗井。5、候沉：上提管柱20m以上，候沉4小时以上。6、加深管柱，参照《下探操作规程》探得深度与候沉前冲砂深度误差每1000m小于0.3m为合格。7、资料录取：初探砂面深度、冲砂液名称、密度、用量、冲砂方式、泵压、排量、时间、冲出砂名称、冲砂进尺、冲出砂量、侯沉时间、复探砂面深度，共13项。四、冲砂施工重点及注意事项1、替油：冲砂前用15－20m3轻质脱气原油替入井内，再用冲砂液循环脱气，保证稠油全部返出。2、观察漏失情况：冲砂过程中应始终观察出口出砂及返液情况，如出口返出量远远小于入井量，不足以使冲起的砂返出井口，应提高