张育华1、 2,高 勇 3,姚传高 2
【摘 要】摘 要:油、气井出砂及压裂支撑剂砂堵问题直接影响井的产能,对砂堵井及时进行冲砂可尽快使其恢复生产。针对传统冲砂施工过程中,反复停泵接单根易造成砂卡管柱事故及冲砂效率低的问题,可采用连续油管冲砂技术。该技术不但避免了接单根问题,并可利用小截面积优势提高液体的冲砂能力及携砂能力,同时还可以减轻操作者的劳动强度。 【期刊名称】内蒙古石油化工
【年(卷),期】2013(000)011
费雪效应【总页数】俞芳林3
【关键词】关键词:连续油管;冲砂;技术;优势
在油气井生产过程中,无论是油井还是气井,无论产层岩性如何,随着生产时间的延长,产层都会有大量的泥砂、杂物等涌进井筒内。由于生产流体的流速或粘度有限,携砂能力不足,致使泥
砂等在井底沉积,导致部分或全部产层被埋没,从而使油气产量下降。同时由于地层出砂或压裂砂堵在气井井筒中产生积砂,特别是当积砂掩埋气层射孔段时,对地面集输系统的安全运行和气井的后期测试会产生严重影响,甚至使气井关井。要恢复这些油气井的产能,就必须进行冲砂,将井底及管柱内沉砂和杂物携带出地面,使其恢复正常生产。
1 油气井砂堵原因
油气井砂堵直接影响到该井的油气产量,严重的将会导致油气井关井停产,因此分析砂堵原因对于预防和处理砂堵问题至关重要。目前,主要的砂堵原因是地层出砂和压裂砂堵。
1.1 地层出砂
油气井地层出砂是指地层中松散砂粒在生产压差的驱动下,随产出液流向井底。一部分被产出液携带到井口;一部分直接沉积或由于密度差的作用重新沉淀,重而造成积砂,引起砂堵。引起地层出砂的主要原因有以下 3点:①油层岩性及应力分布状态;②开采条件;③地层流体物性。
1.2 压裂砂堵
在开发低渗油气藏中,压裂起到了关键性作用,使工业价值低的油气藏经压裂后成为有相当产能的油气田。但在压裂过程中施工人员若对砂比控制不当会造成压裂砂堵,同时气井在压裂后放喷时放喷人员若对井口针阀控制不当也会造成砂堵,从而使增产作业的效果不理想,减低原有的生产能力,甚至还可能导致关井。
2 砂堵的危害
①在油井中卡泵,造成停产,缩短了油井的检泵周期,降低了生产率;②填埋油、气层,影响采收率;③卡钻,增加修井工作量;④加快生产钻具及地面设备的磨损,缩短设备使用寿命;⑤地层出砂严重者可能造成地应力变化,引起套管变形或毁坏,直到该井报废。
3 清砂方式
由于各种原因造成油气井砂堵,为了保证油气井正常生产,必须将井筒内的积砂除掉,将井筒内的积砂清除掉的工艺方法叫清砂。通常的清砂方法有水力冲砂和机械捞砂。
3.1 机械捞砂
一般应用较少,在此不做叙述。
3.2 水力冲砂
水力冲砂是指利用高速流动的液体将井筒内积砂冲散,并利用循环上返的液流将冲散的砂子携带到地面的清砂方法,以达到解除砂堵,恢复油气井正常生产的目的。水力冲砂按照冲砂方式可分为:正冲砂、反冲砂和正反冲砂。其中,正冲砂具有冲刺力大易冲散砂堵的优点,但因出流环空面积大,有返流速度小,携砂能力弱,易发生卡钻的缺点。反冲砂与正冲相反,冲击力弱但携砂能力强,不易卡钻。正反冲结合了正冲和反冲的优点,先利用正冲将堵砂冲散处于悬浮状态,然后迅速改为反冲将砂子携带出来。
另外,按照工艺类型水力冲砂也可分为传统冲砂工艺和连续油管冲砂。
传统冲砂工艺是采用油管循环冲砂,冲砂前先进行压井作业,冲砂作业时每次接单根前都要充分循环,然后逐根加深,整个施工过程始终处于正压状态下,容易引起冲砂液倒灌地层,使井口返液慢或不返液,甚至冲砂作业失败;若停泵接单根易造成砂卡冲砂管柱事故。
国家社科基金2015公示与常规油管冲砂方式相比,连续油管可充分发挥挠性油管能够连续起下、不需上卸扣、密封可靠的特点;在不压井、不动管柱的条件下实施尺寸大于连续油管外径的各类管内或过管作
业,有可靠的防喷功能作保障,采用低密度的循环介质进行负压作业,有利于油气层保护,整个冲洗系统密闭循环,施工过程连续快捷、安全可靠。
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在压裂、压后排液或压后测试等工艺实施过程中,对于常出现工艺管柱砂卡事故,常规的处理方法一般是采用倒扣、震击、套铣等工艺措施,而这些措施的实施需要花费很大的人力、物力和时间,甚至需要上专业的大修队伍,动用大型的专业修井设备、钻具,其费用是高昂的。而采用连续油管从砂卡的管柱中下入,冲洗出砂堵的砂子,并不断的携带出环空的砂子。起出连续油管后正憋洗井即可解除砂卡。
4 冲砂的水力学计算
4.1 将砂带出地面的理论条件
其中:Vy为冲砂液体上返速度,m/s;
Vs为砂粒的自由下沉速度,m/s。
因不同直径的砂粒在各种冲砂液中的自由沉降速度不同,由(1)式可得出保证砂子上返地面的最低流速为:Vmin=2Vs。
冲砂时,为了使冲砂液将砂粒带至地面,冲砂液在井内的上升速度必须大于最大直径砂粒的自由沉降速度。这个速度为携砂液临界速度:
式中:V临界—冲砂时携砂液临界速度,m/s;
d—砂粒直径,mm;
ρ砂—砂粒密度,kg/m3;
ρ液—携砂液密度,kg/m3。
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4.2 冲砂时所需要的最低排量
式中:Qmin为冲砂要求的最低排量,m3/h;F为冲砂液上返流动截面积(正冲时为冲砂管与套管(或油管)的环形空间截面积,反冲时为冲砂管内截面积),m2。
河南徐益勤4.3 冲砂液的压力损失
由于实际液体都具有黏性,所以在流动时必然要损失一部分能力。所以无论从地面泵注设备
到井底砂面还是从井底砂面到返出井口,流体(冲砂液)都在地面设备及冲砂管柱(或井内管柱)中存在因摩阻或局部损失而引起压力损失,从而对冲砂液压力产生一定的影响。
式中:ΔPλ为沿程压力损失,MPa;
ΔP￡为局部压力损失,MPa。
由于沿程压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的,因此,沿程压力损失可由下式得出:
式中:ν为液体的运动粘度,Pa◦ s;
λ为通道的长度,m;
V为液体平均流速,m/s;
d为管子的内径,m。
局部压力是指因管道内局部障碍造成流体的方向和速度发生突然变化而引起的压力损失,它与液体的密度ρ、平均流速V的平方成正比。可用下式表示:
式中:￡为局部阻力系数(具体数值查有关手册);
ρ为液体密度,kg/m3;
V2为液体平均速度,m/s。
5 实例分析
以苏南2井冲砂作业施工为例:苏南 2井况,套管尺寸为5-1/2”,生产油管为3-1/2”,射孔层段山2:3616.5m～3618.7m,砂面位置 3614m,冲砂至3665m;连续油管参数:连续油管外径 1-1/2”,壁厚1/8”,长度 4500m,耐压级别 70MPa,连续油管 9mm直喷嘴;砂粒及冲砂液参数选取:对榆林、苏里格气田气井来说,连续油管冲砂的主要对象是沉积在井筒中的支撑剂——陶粒,陶粒粒径规格为0.4～0.9mm,平均颗粒密度约1760kg/m3,携砂液液密度为1200kg/m3。
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