浅析冲砂作业应采取的措施和对策

浅析冲砂作业应采取的措施和对策浅析冲砂作业应采取的措施和对策 前 言 目前中原油田处于开发中后期 由于油层胶结疏松或油井工作制度不合理 以 及措施不当造成油井出砂 油井出砂后 如果井内的液流不能将出砂全部带至 地面 井内出砂逐渐沉淀 砂柱增高 堵塞出油通道或掩埋油层 使油井减产 甚至停产 为满足地质要求 必须采取措施消除积砂 作业现场通常采取水力 冲砂 但是 在冲砂过程中由于种种原因很容易卡钻 造成井下砂卡事故 使 井况复杂化 为了有效预防砂卡事故的发生 提高冲砂施工的成功率 就其原 因及预防措施进行阐述 关键词 冲砂井漏暂堵卡钻 新工艺 一 冲砂的基本原理一 冲砂的基本原理 冲砂就使用高速流动的液体将井底的砂子冲散 并利用循环上返的液流将冲散 的砂子带至地面的工艺过程 一 探砂面 一 探砂面 探砂面是下入管柱实探井内砂面深度的施工 通过实探井内的砂面深度 可以 为下步冲砂施工提供参考依据 也可以通过实探砂面深度了解地层出砂情况 如果井内砂面过高 掩埋油层或影响下步施工 就需要进行冲砂作业 1 探砂面施工可以用两种方式来完成 一种是管柱硬探砂面 分为加深原井管 柱探砂面和起出原井管柱下入探砂面管柱探砂面两种方法 另一种是由测试车 进行磁定位软探砂面 2 管柱硬探砂面需准备笔尖 内置刮刀 95mm 套铣头 油管 拉力计 指重表 必须灵敏好用 严禁带通井规 封隔器等大直径井下工具探砂面和 冲砂 3 当油管或下井工具下至距油层上界 30m 或预计砂面深度以上 30m 时 下放速 度应小于 1 2m min 以悬重下降 10 20kn 时为探到砂面 复探两次 2000m 以 内的井深误差应小于 0 3m 2000m 以上的井深误差应小于 0 5m 三次的平均深 度为砂面深度 4 起出探砂面管柱后 还要复查丈量油管 进一步确认砂面深度 二 冲砂液的要求 二 冲砂液的要求 1 具有一定的粘度 以保证有良好的携砂能力 2 具有一定的密度 防止井喷和漏失 3 配伍性好 不伤害油层 通常采用的冲砂液有油 水 乳化液等 为了防止污染油层 在冲砂液中可以 加入表面活性剂 一般油井用清水或污水 油田处理水 做冲砂工作液 水井 用清水 或盐水 做冲砂工作液 低压井用混气水做冲砂工作液 三 冲砂方式 三 冲砂方式 1 正冲砂 冲砂液沿着油管流向井底 由油套环形空间返出地面 2 反冲砂 冲砂液沿油套环形空间流向井底 由油管返出地面 3 旋转冲砂 利用动力源带动工具旋转 同时用泵循环携砂 现场施工一般采用正冲砂方式冲砂 四 冲砂水力的计算 四 冲砂水力的计算 将砂子带出地面的条件是 vt2vd 1 1 式中 vt 冲砂液上返速度 m s vd 砂子的自由下沉速度 m s 由表 1 表 2 表 3 可以得到不同直径的砂粒 在各种冲砂液中的自由降落速度 vd 由此可得出保证砂子上返地面的最低速度 vmin 2vd 1 2 从而可由下式求出冲砂时所需的最低排量 qmin 360f vmin 1 3 式中 qmin 冲砂要求的最低排量 m3 h f 冲砂液上返流动截面积 m2 vmin 保证砂子上返地面所需要的最低液流速度 m s 为了提高冲砂速度应尽可能的提高泵的排量 并减少液流返出截面 以保持高 的液流上返速度 在冲砂的过程中 砂粒从井底上升到地面所需要的时间为 t h vs 1 4 式中 h 井深 m t 砂粒从井底上升到地面所需要的时间 s vs 砂粒上升的速度 m s vs vt vd 表 1 密度 2 65g cm3 的石英砂在清水中自由沉降速度 表 2 密度 2 65g cm3 的石英砂在原油中自由沉降速度 名称原油温度 202530354050 原油粘度 mpa s 744128252422 粗砂下降速度 cm min 7895 5202373400600 脱气无水原 油 细砂下降速度 cm min 13 715 066 583111143 表 3 密度 2 65g cm3的石英砂在脱气乳化原油中自由沉降速度 名称原油温度 20253035404550 平均颗粒大小 mm 在水中下降速度 m s 平均颗粒大小 mm 在水中下降速度 m s 平均颗粒大小 mm 在水中下降速度 m s 11 900 39306 4000 28903 5000 2090 10 300 36105 5000 26002 8000 1910 7 3000 30304 6000 24002 3000 167 1 8500 14700 3700 04100 1160 0085 1 5500 12700 3000 03400 1120 0070 1 1900 10500 2300 02850 0800 0042 1 0400 09400 2000 02440 0550 0021 0 7600 07700 1560 01720 0320 0007 0 5100 05300 1260 01200 0010 0001 原油粘度 mpa s 2616207414311169939737512 脱气乳化 原油粗砂下降速度 cm min 2 923 053 303 554 805 609 24 表中原油中粗砂平均直径 0 96mm 圆度 0 685 细砂平均直径 0 54mm 圆度为 0 547 二 造成冲砂卡钻的原因及预防措施二 造成冲砂卡钻的原因及预防措施 一 井漏造成卡钻 一 井漏造成卡钻 油层漏失是冲砂的难点 一方面是冲砂前循环不返水 另一方面是在冲砂过程中 被埋油层为负压层 造成地层吸水 致使出口不返水 或则少量返水 携砂能 量下降 井筒悬浮的砂粒下降速度加快 很容易造成卡钻 针对以上情况 要采取以下预防措施 1 冲砂施工时 当冲至油层上界 10 米时应充分洗井 将油套环形空间的砂子 返出地面 然后再冲开油层 2 若在冲砂过程中遇到负压层时 应将管柱上提至油层上界 并进行大排量洗 井 待循环正常后方可冲砂 或者双泵冲砂 3 发生井漏时 应及时活动管柱 并将管柱上提至漏失段以上 大排量洗井 防止砂卡 4 必要情况下 采取暂堵措施 将漏失段用暂堵剂进行暂堵 然后进行冲砂作 业施工 5 可采用捞砂泵捞砂工艺 二 冲砂速度过快造成砂卡 二 冲砂速度过快造成砂卡 由于现场施工人员不按操作规程施工 盲目求快 在冲砂过程中 单根循环时 间短 下放速度快 致使套管内的砂砾在换单根时快速下沉 造成砂卡 针对以上情况 要采取以下预防措施 1 换单根的时间要小于单根循环的时间 更换单根后 开泵循环正常方可下放 管柱 2 连续冲砂 5 个单根后要充分洗井一周 防止油套环形空间悬浮砂过多 3 严格控制下放速度 加压吨位要合理 4 冲砂工具距离油层上界 20m 时 应控制下放速度 以小于 0 3m min 为宜 5 对于出砂严重的井 更换单根前必须充分洗井 更换单根后下放速度不要过 快 防止堵卡或憋泵 三 冲砂过程中井喷处理不当造成砂卡 三 冲砂过程中井喷处理不当造成砂卡 在冲砂施工过程中 当油层冲开后 如果是高压层 套管出口排量大于进口排 量 或有溢流发生 这时若处理不当就会卡钻 当发生井喷时 现场人员忙于 防喷 而忽视了井内的管柱 致使套管内悬浮的砂不能返到地面 导致砂卡 1 当冲开油层后应充分洗井 使得环形空间的砂能及时返出井筒 2 油层冲开后 要认真观察井口进出口排量 若有溢流 则上提管柱至安全位 置后进行大排量洗井 并用闸门控制进出口排量一致 控制井喷 如果要防喷 则用油管放喷 严禁从套管放喷 四 冲砂洗井不彻底且不及时起钻 按设计要求冲砂至一定深度后 要充分洗井 若不彻底 使部分砂留在套管内 若不及时起钻会造成砂卡 针对以上情况 要采取以下预防措施 1 冲砂至设计深度后应大排量洗井至全部砂返出地面 出口含砂量小于 0 1 视为冲砂合格 2 冲砂洗井后应立即上提管柱至安全位置 五 其它原因造成砂卡 1 循环系统出现故障 停泵时没有及时上提管柱至砂面以上 而造成卡钻 2 动力或提升系统出现故障 没有采取相应的措施 而造成卡钻 3 对于出砂严重的井 在冲砂施工过程中没有采取相应的措施 而采用一般的 砂操作规冲程施工 造成卡钻 针对以上情况 要采取以下预防措施 1 循环系统出现故障 停泵时应及时上提管柱至砂面以上 并反复活动管柱 2 机械动力或提升系统出现故障 必须保持正常循环 中途不得停泵 3 对于出砂严重的井 在冲砂施工过程中 一方面换单根前要充分洗井 下放 单根的速度不宜太快 另一方面加大泵的排量 每小时不得小于 30 方 或者双 泵冲砂 增大排量 加快洗井液的上返速度 三 目前冲砂作业的一些新工艺 1 冲管冲砂 用小于油管内径的小直径管柱 从油管内径冲砂 来解决由于地层出砂而造成 砂卡的油水井施工 2 连续油管冲砂 一般用于水平井 大位移井冲砂施工 3 反冲砂 冲砂工作液沿冲砂管与套管环形空间向下流动 冲击井底沉砂 冲散的砂子与 冲砂工作液混合后 沿冲砂管返至地面 反冲砂的优点是携砂能力强 上返速 度快 返砂时间短 不会造成卡管柱 缺点是冲砂液对砂子冲击力小 不易将 砂子冲散 4 联合冲砂 这种冲砂管柱是在冲管下部 15 20 米处下一个分流器 用来改变液流通道 分 流器上带有一个可在液力作用下张开的密封环 以便密封套管和冲管之间的环 形空间 冲砂液从套管环形空间进入井内 经分流器改进下部冲砂管而将砂堵 冲散 被冲散的砂子随同液体先从下部冲管与套管环形空间返至分流器 再进 入上部冲砂管内 然后返至地面 其优点是增大了对砂