李益民, 令永剛,楊建生,林志波,張　軍,屈光濤

(中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽 745100)

華慶油田水平井沖砂工藝技術(shù)研究

李益民, 令永剛,楊建生,林志波,張軍,屈光濤

(中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽 745100)

摘要：華慶油田水平井開采時間不同，水平井砂床分為松散砂床和固化膠結(jié)砂床，存在沖砂效率低、漏失量大、固化膠結(jié)砂床難處理的問題。針對不同性質(zhì)砂床，在研究國內(nèi)現(xiàn)有沖砂工藝的基礎(chǔ)上，研制旋流過濾沖砂器，完善反循環(huán)連續(xù)沖砂工藝技術(shù)，對投產(chǎn)周期不足1年，水平段砂床未膠結(jié)或輕微膠結(jié)的水平井適用性較好，解決了水平井常規(guī)沖砂工藝管串易內(nèi)堵的問題，沖散砂床效果明顯。創(chuàng)新采用螺桿鉆與瓜爾膠液相結(jié)合的方法，提出了水平井螺桿鉆破膠沖砂工藝技術(shù)。該技術(shù)通過螺桿鉆攜帶鉆頭的旋轉(zhuǎn)將膠結(jié)物破碎，用黏度系數(shù)較大的瓜爾膠液將砂粒及時攜帶出井筒，解決了膠結(jié)砂床難處理、漏失量大的問題；水平井反循環(huán)旋流過濾連續(xù)沖砂技術(shù)和水平井螺桿鉆破膠沖砂技術(shù)兩項水平井沖砂新技術(shù)成功解決了華慶油田水平井沖砂的難題，具有較大的推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：水平井；沖砂工藝；華慶油田；螺桿鉆

Sand Washing Technology for Horizontal Wells in Huaqing Oilfield

Li Yimin, Ling Yonggang, Yang Jiansheng, Lin Zhibo, Zhang Jun, Qu Guangtao

(No.10OilProductionPlantofPetroChinaChangqingOilfieldCompany,Qingyang,Gansu745100，China)

Abstract:Sand beds of horizontal wells in Huaqing Oilfield could be classified into loose beds and solidified and cemented ones, due to different production time. They are confronted with such problems as low sand washing efficiency, huge leakage, and difficult treatment for solidified and cemented sand beds. For the beds of different properties, on the basis of domestic sand washing technology, we developed cyclone filter sand washer and improved the reverse circulation continuous sand washing technology, which were applicable for the horizontal wells with uncemented or slightly cemented sand beds in horizontal section and less than one year of production cycle. They helped solve the problem that the string of horizontal wells was easily blocked with conventional sand washing technology. And the sand beds could be broken up remarkably. In addition, we innovatively adopted the method of combining screw drill with gel liquid, and put forward the sand washing technology using screw drill to break up cements in horizontal wells. Based on this, we utilized the gel liquid of high viscosity coefficient to carry sand particles out of the shaft. It was a good solution to the difficulty in cemented sand beds with great leakage loss. The continuous sand washing technology with reverse circulation and cyclone filtration and the sand washing technology with screw drill breaking up cements for horizontal wells solved the sand washing problem of horizontal wells in Huaqing Oilfield successful, and they had better value for popularizing.

Key words:horizontal well; sand washing technology; Huaqing Oilfield; screw drill

水平井具有油層滲流面積大、單井產(chǎn)量高的特點，目前已成為華慶油田提高單井產(chǎn)量的主要手段之一；但隨著生產(chǎn)周期的延長，地層不斷出砂，水平段堆積的砂粒越來越多，堵塞了油流通道，甚至部分砂粒固化膠結(jié)，嚴(yán)重影響單井產(chǎn)量。傳統(tǒng)的反循環(huán)沖砂方式膠結(jié)砂床不易沖散，沖砂過程中管柱易砂堵，效率低，漏失量大。針對水平井沖砂難題，在目前水平井沖砂工藝的基礎(chǔ)上，改進(jìn)反循環(huán)連續(xù)沖砂工藝技術(shù)，提出水平井螺桿鉆破膠沖砂工藝技術(shù)，并在現(xiàn)場應(yīng)用取得良好效果。

1 水平井沉砂特點

水平井中砂床膠結(jié)物是壓裂砂、無機(jī)垢、瀝青質(zhì)、膠質(zhì)及其他增產(chǎn)措施施工后殘留的混合固相沉積。

水平井沒有沉砂口袋，砂粒隨產(chǎn)液運移到井筒，較大顆粒的砂粒直接落在水平段內(nèi)，逐步形成砂床，在重力、壓差、溫度的作用下砂床逐步發(fā)生固化膠結(jié)，具有一定的硬度；較小顆粒的砂粒隨產(chǎn)液進(jìn)入直井段后，過流面積增大造成流速下降，部分砂粒進(jìn)一步沉降，易在造斜段處形成砂橋。

水平段沉砂厚薄不均，噴點附近沉砂厚度大，甚至堵塞整個通道，離噴點較遠(yuǎn)處砂床厚度較薄，不同噴點出砂程度不同，整個砂床呈不規(guī)則波浪狀分布。

2 水平井沖砂施工難點

(1)井內(nèi)管柱貼近井壁底邊，管柱受“鐘擺力”和摩擦面積大的雙重作用，鉆具懸重在拉力計上未能得到真實反映。

(2)鉆具軸線偏離井眼曲線的程度隨井斜角的增大而增大，最終與井眼底邊接觸。鉆具沿井眼底邊移動，沖砂液易在流動阻力小的上部形成循環(huán)通道，環(huán)空流速偏差大，下部的砂床難以清理干凈。

(3)水平段長，因此在沖砂過程中，反循環(huán)沖砂混合液必須進(jìn)入直井段進(jìn)行垂直懸浮后再接單根。除去井內(nèi)漏失量，沖砂液量必須大于從井底到直井段油管內(nèi)容積的2倍以上才能接單根，否則攜砂液中的砂粒易沉降造成沖砂管柱砂堵。

(4)水平井射孔段多，沖砂液會攜砂漏入地層，無法將砂粒帶出井筒，完井后漏入地層的砂粒隨產(chǎn)液重新進(jìn)入井筒，不但造成反復(fù)沖砂，而且沖砂液的漏失會造成儲層傷害。

(5)通過觀察前期沖砂返出物發(fā)現(xiàn)，返出的膠結(jié)砂塊硬度較大，不易破碎，嚴(yán)重影響沖砂效率。

3 國內(nèi)工藝現(xiàn)狀

3.1 水平井常規(guī)沖砂工藝技術(shù)

對于投產(chǎn)初期產(chǎn)量高、生產(chǎn)周期在一年以內(nèi)，但后期產(chǎn)量大幅下降的水平井，一般采用常規(guī)反循環(huán)連續(xù)沖砂工藝。

鉆具組合：φ73mm斜尖(φ93mm倒角接箍、水力旋流沖砂器)+φ118mm扶正器+φ62mm倒角工具油管+φ62mm工具油管+井口反循環(huán)連續(xù)沖砂裝置。

沖砂液體系：采用活性水沖砂液體系可滿足施工需求，具體配方見表1。

表1　活性水沖砂液配方表

優(yōu)點： ①不易卡鉆；②能清除水平段底部松散沉砂；③連續(xù)沖砂，提高施工效率，降低工人勞動強(qiáng)度。

缺點：①地層漏失量大；②沖砂過程中易發(fā)生油管內(nèi)堵。

3.2 連續(xù)油管沖砂工藝技術(shù)

連續(xù)油管是一種纏繞在連續(xù)油管作業(yè)機(jī)大滾筒上、可連續(xù)下入或起出油井的一整根無螺紋連接的油管。連續(xù)油管沖砂是通過連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的液壓驅(qū)動設(shè)備將連續(xù)油管通過套管或油管下入井底，利用水泥車將沖砂液從油管正沖泵入井底，高速液流沖散砂床，同時借助上返液流將井底泥砂帶出地面。

管柱組合：旋流沖砂工具+連續(xù)油管。

沖砂液體系：連續(xù)油管沖砂工藝沖砂液可采用活性水沖砂液體系。

優(yōu)點：①機(jī)動性強(qiáng)，效率高、操作集中方便、自動化程度高、安全可靠；②可以連續(xù)循環(huán)和帶壓作業(yè)，對地層傷害??；③能夠快速在井中運行(是常規(guī)油管的11倍左右)，工期短，效率高；④對環(huán)境影響小(占地面積約為常規(guī)作業(yè)的1/3)；⑤對水平井有針對性。

缺點：設(shè)備昂貴。華慶油田主要井場都處于黃土高原丘陵溝壑區(qū)，山大溝深，道路坡陡彎急，井場內(nèi)多為叢式井，井距一般為6m，不適于大型設(shè)備進(jìn)出施工。

4 技術(shù)創(chuàng)新

4.1 反循環(huán)旋流過濾連續(xù)沖砂工藝技術(shù)

反循環(huán)旋流過濾連續(xù)沖砂工藝技術(shù)是利用旋流過濾沖砂器與油管組合，結(jié)合活性水沖砂液體系，井口配合連續(xù)沖砂裝置實施的反循環(huán)連續(xù)沖砂技術(shù)。

鉆具結(jié)構(gòu)：旋流過濾沖砂器+φ118mm扶正器+φ62mm倒角工具油管+φ62mm工具油管+井口反循環(huán)連續(xù)沖砂裝置。

優(yōu)點：實現(xiàn)連續(xù)沖砂，降低勞動強(qiáng)度，提高沖砂效率，能夠破除輕微膠結(jié)砂床，適用于松散或輕微膠結(jié)砂床沖砂。

4.2 水平井螺桿鉆破膠沖砂工藝技術(shù)

水平井螺桿鉆破膠沖砂工藝技術(shù)是通過地面泵車泵入一定黏度的瓜爾膠液，利用螺桿鉆將液能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)破碎水平段膠結(jié)砂床，同時利用瓜爾膠液的高攜砂性能將井內(nèi)砂粒及時攜帶至地面，達(dá)到破膠結(jié)沖砂的目的。

4.2.1 參數(shù)設(shè)定

沖砂鉆具組合：φ118mm銑錐+φ100mm螺桿鉆具(+滑套開關(guān))+73mm倒角工具油管+φ73mm工具油管至井口，該沖砂鉆具可有效解決水平段膠結(jié)固化砂床不易沖散的問題。

沖砂液體系配方見表2。

表2　瓜爾膠沖砂液配方表

地面采用兩臺700型水泥車、雙流程交替作業(yè)；攜砂液經(jīng)過三級沉降罐過濾除砂，保證沉砂效果。

4.2.2 可行性分析

水平井井身結(jié)構(gòu)具有特殊性，即使部分沖起的砂粒在沖洗過程中沉降，直井段的沉砂通過活動鉆具易下行，水平段的沉砂不易將井筒堵死，可以通過建立循環(huán)，解除卡鉆。

砂粒在流動液體中的沉降速度受粒徑大小、形狀、液體流速、液體黏度等影響，室內(nèi)實驗證實，砂粒在瓜爾膠液中的沉降速度是活性水中的1/30左右，且瓜爾膠液是低殘渣、易返排的油層改造攜帶液，沖砂效果好。

地面采用兩臺700型水泥車、雙流程交替作業(yè)，換單根時間可以縮短到70s以內(nèi)。攜砂液經(jīng)過三級沉降罐過濾除砂，液體中的固體懸浮物可以達(dá)到0.5% 以下，滿足螺桿鉆工作要求，且油層傷害小。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

5.1 反循環(huán)旋流過濾連續(xù)沖砂工藝

針對生產(chǎn)周期在一年以內(nèi)，但后期產(chǎn)量大幅下降，以及未發(fā)現(xiàn)砂床膠結(jié)的水平井，采取水平井反循環(huán)旋流過濾連續(xù)沖砂工藝，現(xiàn)場實施5口井，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表3，沖砂成功率達(dá)100%。

優(yōu)點：實現(xiàn)不停泵連續(xù)沖砂，提高沖砂效率，降低員工勞動強(qiáng)度。

缺點：不能破碎膠結(jié)砂床，連續(xù)沖砂裝置井口配套工具橡膠件過多，易損壞。

表3　水平井反循環(huán)旋流過濾連續(xù)沖砂工藝實施井?dāng)?shù)據(jù)表

5.2 水平井螺桿鉆破膠沖砂工藝

5.2.1 陳平18-10井沖砂

陳平18-10井最初使用旋流過濾沖砂器+倒角工具油管+外加厚工具油管的鉆具結(jié)構(gòu)，反循環(huán)連續(xù)沖砂，從2206.98m沖至2226.08m后再無進(jìn)尺。

試驗φ118mm銑錐+φ110mm螺桿鉆具(帶扶正器)+倒角工具油管+工具油管的螺桿鉆破膠沖砂工藝技術(shù)，歷時12小時，從2226.08m直接沖至人工井底，沖砂進(jìn)尺697.68m。

5.2.2 沖砂效果

2015年采用水平井螺桿鉆破膠沖砂工藝共實施8口井(表4)，一次性解決了水平段膠結(jié)砂床沖不散、漏失量大、效率低的問題，成功率為100%，沖砂效率高，效果好。

表4　水平井螺桿鉆破膠沖砂工藝實施井統(tǒng)計表

續(xù)表

在慶平4井和川平47-22井鉆具結(jié)構(gòu)中螺桿鉆上部增加滑套開關(guān)，在螺桿鉆沖砂至井底后，通過投球打開滑套，螺桿鉆停止工作，用活性水洗至進(jìn)出口水質(zhì)一致，減少了銑錐長時間、同一位置工作對套管的損傷。

5 結(jié)論

(1)水平井反循環(huán)旋流過濾連續(xù)沖砂技術(shù)適用于投產(chǎn)周期不足一年，水平段砂床未膠結(jié)或輕微膠結(jié)的水平井。該技術(shù)解決了水平井常規(guī)沖砂工藝管串易內(nèi)堵的問題，有較好地沖散砂床作用，提高了效率，降低了勞動強(qiáng)度。

(2)水平井螺桿鉆破膠沖砂技術(shù)適用于投產(chǎn)時間長、漏失較大、砂床膠結(jié)嚴(yán)重的水平井。該技術(shù)實用性強(qiáng)，“通吃”膠結(jié)砂床、井壁結(jié)垢、松散砂床、砂橋及井壁附著異物等，施工效率高、漏失小，具有較高的推廣應(yīng)用價值。使用滑套作為輔助工具，可以降低銑錐對套管壁傷害。對環(huán)境要求低，節(jié)約成本。

參考文獻(xiàn)

[1]李愛芬，王士虎，王文玲.地層砂粒在液體中的沉降規(guī)律研究[J].油氣地質(zhì)與采收率，2001，8(1)：70-73.

[2]歐陽傳湘.沖砂液性能對沖砂影響的試驗研究[J].斷塊油氣田，2008，15(4)：118-199.

[3]張成江，吉小敏.一種經(jīng)濟(jì)有效的水平井沖砂工藝方法[J].油氣井測試，2010，4(2)：14-19.

[4]沈燕來，陳建武.沖砂洗井水力計算方法綜述[J].水動力學(xué)研究與進(jìn)展，1998,13(3)：347-353.

[5]孫愛軍，張懷俊，邢文志，等.撈砂泵抽汲速度的實驗研究[J].石油機(jī)械，2006,34(2)：32-33.

[6]李秋燕，劉鐵軍，梁宇庭，等.連續(xù)油管技術(shù)在沖砂作業(yè)中的應(yīng)用效果[J].石油礦場機(jī)械，2012，41(6):84-87.

[7]張好林，李根生，黃中偉，等.水平井沖砂洗井技術(shù)進(jìn)展評述[J].石油機(jī)械，2014,42(3):92-94.

[8]陳曉東.淺談水平井沖砂技術(shù)[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，2013(9)：67-70.

[9]袁忠東，李江波.關(guān)于對水平井沖砂技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，2013(2)：87-88.

[10]付民，高通路，張松明，等.水平井沖砂技術(shù)的應(yīng)用與改進(jìn)[J].油氣井測試，2011,20(5)：35-38.

作者簡介：第一李益民(1968年生)，男，高級工程師，現(xiàn)主要從事井下作業(yè)工藝技術(shù)研究工作。聯(lián)系人張軍的郵箱：zj12cq@petrochina.com.cn。

中圖分類號：TE355

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A