水平井冲砂技术的改进与应用

水平井冲砂技术的研究与应用汇报内容概述水平井井身结构及冲砂技术现状水平井冲砂工艺技术研究技术创新点现场应用经济效益分析结论

一、概述

水平井以油层渗流面积大、产出率高的特点，在油田开发中获得越来越广泛的应用，从2004年开始，水平井、侧钻水平井作为老油区改造的重要措施之一获得了规模应用。锦州采油厂在97年6月就钻成了辽河油田第一口侧钻水平井。2001年我厂在锦27块西部成功完钻了锦27-平1井，从此步入了水平井新的应用领域。但是，由于水平井井身结构的特殊性，给油井维修作业带来了一定的困难，尤其是出砂水平井，致使油井停产、利用率低，严重地影响了油田的正常生产。

二、井身结构及冲砂技术现状

水平井井身结构

如图所示，水平井大体上可以分为垂直段、造斜段、稳斜段、水平段四个部分。垂直段的井身结构与普通直井相同，水平段采用裸眼完井后下入防砂管投产。339.7mm水泥返高444.5mm244.5mm215.9mm177.8mm悬挂器位置：技套鞋以上50m

二、井身结构及冲砂技术现状

我厂现有水平井典型结构339.7mm水泥返高444.5mm244.5mm215.9mm177.8mm悬挂器位置：技套鞋以上50m

二、井身结构及冲砂技术现状

我厂现有水平井典型结构339.7mm（或273.05mm）水泥返高444.5mm（或346.0mm）177.8mm241.3mm152.4mm127mm悬挂器位置：技套鞋以上50m339.7mm（或273.05mm）水泥返高444.5mm（或346.0mm）139.7mm（调长光管+筛管）215.9mm

二、井身结构及冲砂技术现状

水平段典型特点上翘式波浪式下凹式

二、井身结构及冲砂技术现状

水平井冲砂技术现状1、水平井的积砂特点

目前锦州油田部分水平井段为上翘式，油层出砂后，砂子随产液进入井筒，较大颗粒的砂子首先沉降在水平段的低位形成砂床，较小颗粒的砂子随产液进入垂直井段后，由于过流面积增大造成流速下降，使得部分砂粒进一步沉降，在造斜段处形成砂桥。产液携砂造成抽油泵磨损、砂卡，管柱砂卡，砂埋油层，导致油井无法正常生产。

二、井身结构及冲砂技术现状

水平井冲砂技术现状2、水平井冲砂存在的问题常规水力冲砂技术解决水平井砂害，会遇到以下问题：①冲砂管柱下放、上提过程中遇阻，冲砂管柱地面显示交替载荷变化大难以判断井下状况；②冲完一根管柱停泵接单根过程中，砂上返易在井斜大的部位重新堆积造成砂卡堵的现象，严重的引起油井大修；③采用常规冲砂笔尖，冲砂管柱进入水平段后，冲砂液易在流动阻力小的上部形成循环通道，下部的砂床难以清理干净；④老油区的地层压力普遍较低，水平井的油层裸露面积又大，水力冲砂过程中冲砂液携砂漏入地层，无法将砂子带出井筒，油井投产后漏入地层的砂子随产液重新进入井筒，不但造成反复冲砂，而且冲砂液的漏失会造成储层伤害。

二、井身结构及冲砂技术现状

水平井冲砂技术现状3、国内外水平井冲砂技术

国内外水平井冲砂管柱大多选择连续油管、反冲砂方式进行作业，不论冲砂管柱如何移动都能保证冲砂液连续循环，从而达到高效安全的冲砂目的。但是我国使用的连续油管依赖进口，随着我国各油田水平井的不断投产，目前所持有的连续油管设备不能满足水平井修井工作量的需求。对此，我们经过多年的研究、实践、改进完善了一套水平井冲砂技术。通过冲砂液的设计、冲洗工具设计及冲砂工艺设计，实现了比常规连续油管作业更安全有效的冲砂方法。

三、水平井冲砂工艺技术研究

1、井口连续正冲砂工艺的研究对于水平井冲砂，采用正循环连续冲砂工艺技术，主要解决水平井冲砂施工过程中，由于接单根停泵砂子回落造成的砂卡管柱问题。基于正冲砂要求，管柱能在起下单根时保持冲砂液循环，同时又是满足井控要求的耐压密闭系统。因此，我们应用研究了双通道冲砂器和配套的冲砂封井器。

三、水平井冲砂工艺技术研究

1、井口连续正冲砂工艺的研究

①双通道冲砂器上图为正常冲砂时的工作状态，下图接单根时的工作状态。将该装置连接于油管上部，进行正冲砂时，水流正常通过，见上图；冲完一根单根后，通过高压换向阀使冲砂液换向，从换向井口的侧孔进入油管内部，进行正洗井，见下图；待接完单根后，再次通过高压换向阀改变冲砂液流向进行正冲砂。重复上述过程，实现不停泵连续正冲砂，防止砂卡冲砂管柱事故。

三、水平井冲砂工艺技术研究

1、井口连续正冲砂工艺的研究

②冲砂封井器（专用自封）

该封井器的密封耐压压力7MPa，同时通过卡瓦连接的两个250型闸门提供冲砂器侧向工作通道。

三、水平井冲砂工艺技术研究

2、水平井冲砂工具的设计③旋转喷射冲砂笔尖的设计

如图，在冲砂管柱底端安装特制旋转喷射笔尖，在冲砂液的带动下，产生旋转运动，并将冲砂液沿工作管柱轴向60°夹角方向加速冲出，最大出口速度达到30m/s，达到高效冲洗的目的。旋转喷射笔尖结构图

三、水平井冲砂工艺技术研究

2、水平井冲砂工具的设计④水平井液力驱动旋转式井下清砂器针对水平段沉砂不能被充分搅动起来并悬浮于冲砂液中，造成冲砂不净的问题。我们研制出砂水平井液力驱动旋转式井下清砂器，解决井底砂充分搅动及悬浮的问题；同时设计反向冲砂机构，在冲砂管柱起出时进行反向冲砂，将水平段管柱下部的沉砂充分清除。水平井液力驱动旋转式井下清砂器

三、水平井冲砂工艺技术研究

⑤采用分级管柱组合，保证强度及液流上返速度为了保证上返冲砂液速度，并考虑地层存在漏失，冲砂管柱匹配时，尽可能减小环套空间，对通径水平井一般采用二级管柱组合，对变径的侧钻水平井、分支水平井最多可设计三级管柱组合，冲砂管材质全部采用韧性好的N80级钢材。⑥采用大倒角油管接箍为了减少油管壁外接箍与套管及完井筛管的刚性刮削作用，延长水平井的寿命周期，对油管接箍进行改进，加大导斜面面积，并使倒角的角度大于45°，在一定程度上降低了管柱上下行程中的载荷差。2、水平井冲砂工具的设计

三、水平井冲砂工艺技术研究

水平井冲砂工艺受多种因素制约，应以安全快速、不损害油气层、有利于砂屑运移为目标。冲砂前我们尽可能了解地层出砂的粒径，从而选择合适的冲砂方式，我们通过计算可以得到正冲与反冲可以携带的最大砂粒粒径。通过公式计算出上升的冲砂流速：

Vmin＝Q/3600*F

其中Vmin－液体上返速度

Q-泵车排量

F－过流面积设定泵车排量0.85m3/min，Φ178mm套管，Φ89mm油管，则计算出冲砂液流的最大流速如下表。3、冲砂工艺的设计正冲流速（米/秒）反冲流速（米/秒）0.9849213.12443

三、水平井冲砂工艺技术研究

根据经验公式，当冲砂液流上升的速度大于3倍砂子下沉的速度时，沉砂才能冲出到地面。由此可以得到，理想状态下正冲砂最大携带砂子粒径可大7.3mm，反冲冲出的砂子粒径更大。但是实际冲砂时考虑冲砂速度、地层漏失、冲砂管内径、泵车排量损失等多方因素，尽量选择较大排量冲砂，来保证冲砂效果。因此我们掌握以下原则：①出细砂井尽量直接采用一泵车正冲；②砂子粒径在5mm以上时采用双泵车正冲；③出砂粒径在8mm以上直接采用双泵车反冲。3、冲砂工艺的设计石英砂在水中的沉降速度（采油工艺原理）砂粒径（mm）11.910.37.36.45.54.63.52.82.31.851.55沉降速度（m/s）0.3930.3610.3030.2890.2600.2400.2090.1910.1670.1470.127

三、水平井冲砂工艺技术研究

水平井冲砂液必须具有高携砂能力、抗剪切、低磨阻和低伤害的特性，在现场应用还要尽可能选择容易获得、性能容易控制和对环境污染小的冲砂液。最初，我们在设计第一口水平井锦27-平1冲砂时，考虑水平井裸漏地层面积大，可能存在一定的漏失现象，为了保护油层我们自己设计配置了专用的携砂液，携砂液采用加有防膨剂、聚丙烯酰胺等药剂具有一定粘度的化学溶液，但费用较高，第二次冲砂时，直接选择欢西油田锦16兴隆台油层脱气原油为基质的油基冲砂液。4、冲砂液的选择

三、水平井冲砂工艺技术研究

冲砂液入井前要达到以下几项指标：4、冲砂液的选择参数适用范围推荐范围粘度（mpa.s）≤180100-180胶质含量（%）≤305.0-25.0密度（g/cm3）0.8-0.950.88-0.93温度（℃）≥5060-70含水率（%）≤155-10固相含量（%）≤0.50.05-0.3凝固点（℃）≤-15同左

冲砂液的油基特性可获得较高的携砂能力，对冲砂管柱、套管和完井筛管的接触面起到较好的润滑作用，可以有效改善水平井冲砂作业高磨阻的状况。目前，考虑稠油水平井漏失较小，且注蒸汽开采，在携砂能力达到的条件下，多采用热污水或软化水（泥质含量高）作为冲砂液，减少投入费用。

三、水平井冲砂工艺技术研究

5、地面动力系统的设计考虑到水平井井筒体积大，冲砂液的漏失量大的特点，对于出砂粒径较大的油井要求地面最少采用两台泵车联作，具体泵车型号可以根据施工井地层压力进行设计。地面为了保证起下单根时井内正冲砂循环不停，在地面连接两条入井管线，如下图所示，当接单根时将两条入井管线汇合处的转向阀扳至通向冲砂封井器的一侧。

三、水平井冲砂工艺技术研究

6、现场施工工艺的设计

水平井冲砂施工过程中必须保证连续作业，杜绝意外造成停泵循环的现象，如果要停泵，必须上提冲砂管柱至井斜小于30°的直井眼内。另外根据井身倾角的不同，排量设计和工具的运动有所不同，具体分为如下几个阶段：（1）0～30°基本与直井冲砂方式相同，冲砂过程中不要急于求成，以0.5m/min稳定的速度下放管柱。（2）30°～60°时，上返的地层砂容易再次沉降形成砂卡，冲洗时将排量提高到1000～1200l/min为宜，并管柱要上下起放，一般下放50m，上提一次，没有负荷大幅度增加现象和憋压情况，才能继续冲洗。（3）60°～90°时，冲砂管柱磨阻最大阶段，加压下放速度小于0.3m/min,并每单根上下移动2～3次为宜，以破坏“固化的砂床”，冲洗排量不低于1000l/min，如遇憋压情况，立即增大排量，上提管柱。

四、技术创新点

水平井冲砂工艺技术经过多年的实践与改进，我们主要在以下几方面进行了创新：改进应用了双通道冲砂器及井口专用自封，并取得成功，完善了水平井连续冲砂技术；完成了水平井冲砂工具的研究与设计，主要完成了旋转冲砂笔尖、液力驱动旋转式井下清砂器的研制、设计以及现场应用。通过理论研究与实践，我们完成了水平井冲砂工艺的研究与设计，根据油井出砂状况，采取相应的水平井冲砂工艺，达到水平井冲砂要求；逐步完善、改进了水平井冲砂液，现场取得较好的使用效果；通过摸索，逐步形成了适合我厂水平井的冲砂现场施工工艺，包括泵车排量、管柱组合、管柱下放速度等现场施工参数。五、现场应用

至2007年底，我们利用水平井正循环连续冲砂工艺技术和双泵反循环冲砂工艺技术，实施水平井冲砂作业42井次，施工成功率达到了100%，创经济效益409.3万元，取得了可观的经济效益和社会效益。五、现场应用

典型井：

锦16-于H19井，该井2006年6月投产，6月28日作业搬上检泵，探砂1106ｍ遇阻，采用热污水正常冲砂，冲出大量砂子，其中有3ｍｍ以上砂粒，冲到1178ｍ洗井，洗2小时仍有砂，停，6月30日回探1090ｍ阻，采用双泵车正冲砂，冲洗近8小时，冲出细砂2.5ｍ3以上，其中仍有大粒砂。最大粒径在8ｍｍ以上，大部分在2-3ｍｍ。7月4日探砂面1055ｍ阻，鉴于前面冲砂粒径较大，决定使用双泵车反冲砂，在垂深最低点1226m、1428ｍ处反复冲洗，返出大量砂子。多为4mm以上砂粒，最大达到10mm，共冲出约有2ｍ3大粒砂。7月8日下螺杆泵生产，8月20日不出，采用水平井冲砂工艺继续冲砂后注汽投产。该井正常生产150天，累产油1558吨，现注汽。该井采用水平井冲砂工艺将井内沉砂清净，恢复了该井产能，冲砂效果较好。六、经济效益分析

到2007年底，我们利用水平井冲砂工艺技术实施水平井冲砂作业42井次，保证了水平井的生产，水平井实施后累增油2862吨，减少检泵26井次。经济效益分析：以每吨原油2356元计算，成本