張康衛(wèi)，劉 剛，周新華，孫廣龍

(中國石油大港油田分公司井下作業(yè)公司，天津大港 300280)

氮氣泡沫流體沖砂技術在大港油田低壓漏失井中的應用

張康衛(wèi)，劉 剛，周新華，孫廣龍

(中國石油大港油田分公司井下作業(yè)公司，天津大港 300280)

低壓漏失井、水平井采用常規(guī)的水基液沖砂作業(yè)存在漏失嚴重、難以建立循環(huán)、攜砂能力弱、地層砂難以返出地面等缺點。氮氣泡沫流體具有低密度、高黏度、攜砂能力強的特點，其作為沖砂液能將地層砂全部攜帶出井筒。氮氣泡沫流體連續(xù)沖砂技術在港西油田現(xiàn)場應用表明，該技術有效解決了水基液沖砂作業(yè)存在的問題，提高了作業(yè)效果，縮短了作業(yè)時間，產能恢復期明顯縮短，增產效果明顯。

大港油田；氮氣泡沫流體；沖砂技術；低壓漏失井

大港油田經(jīng)過多年的開采，油層壓力普遍降低：一方面，產層壓力系數(shù)降低，遠低于正常地層壓力系數(shù)，許多井壓力系數(shù)僅能達到0.6～0.7；另一方面多半生產井出現(xiàn)了出水量增加、含砂增多等生產問題，生產周期縮短，修井作業(yè)頻次加大。目前的修井維護作業(yè)過程中多數(shù)采用水基修井液，漏失非常嚴重，雖然部分井采用了暫堵液、膠結砂堵漏等工藝，但也僅能建立循環(huán)，修井液漏失仍然非常嚴重，造成油井維護后產能恢復期長，沖砂后的地層砂難以返出地面，大部分漏入地層投產后很快又砂埋油層，油井維護頻率高。

泡沫流體是一種可壓縮的非牛頓流體，具有密度低、方便調節(jié)、黏度高、摩阻低、攜砂能力強的特點，作為入井液便于控制井底壓力，減少漏失和對地層污染，廣泛應用于低壓、漏失及水敏性地層的鉆井、完井、修井和油氣增產措施中。

1 氮氣泡沫流體的特點

氮氣泡沫一般是由內充氣體、泡沫基液等形成的分散體系，泡沫基液一般是由液體、起泡劑和穩(wěn)泡劑按一定比例配制而成。氣液混合的方式可以是機械攪拌，也可以是液力攪拌。經(jīng)過攪拌，氣體破碎成小氣泡。攪拌越徹底，氣泡越小，泡沫流體的質量越好，氮氣泡沫的生成過程見圖1[1]。

(1)泡沫對地層滲透率有選擇性，即泡沫對高滲層具有較強的封堵作用，而對低滲層的封堵作用較弱。氮氣泡沫在高、低滲巖心并聯(lián)分流實驗表明，隨著注入泡沫量的增加，兩個巖心的最終流量相接近，說明氮氣泡沫具有對高滲透層的封堵作用，有效減少了泡沫液的漏失。

圖1 氮氣泡沫生成流程

(2)泡沫對油水層有選擇性，泡沫遇油消泡，遇水穩(wěn)定，堵水層不堵油層，泡沫對水層具有較強的封堵作用。用滲透率基本相同的飽和水巖心和殘余油巖心進行泡沫驅替實驗，從圖2可以看出，含油巖心的分流量明顯比飽和水巖心的高，這說明氮氣泡沫對水層具有封堵作用，這對沖砂后油井的產能恢復作用明顯。

(3)泡沫流體具有較高的表觀黏度，攜帶能力強(攜液、攜固)，返排時可將井底積液和固體污染物攜帶出井筒。不同直徑的砂粒在泡沫中的沉降速率見圖3[3]?？梢钥闯?，砂粒直徑對砂粒沉降速度影響較大，直徑為0.5 mm的砂粒，幾乎可以懸浮在泡沫中，而直徑為2 mm的砂粒的沉降速度最大可達10-2m/s的數(shù)量級，說明泡沫具有較好的懸浮性能和攜砂性能。同時泡沫黏度達到常規(guī)液體的10～100倍，能強力將井筒內地層砂、污染物等全部攜帶出井筒。

圖2 泡沫在含水含油滲巖心中的分流實驗結果

圖3 砂粒沉降速度與泡沫特征值的關系

(4)泡沫流體密度低且方便調節(jié)，可以達到需要的井筒密度和井底壓力，特別適用于低壓井和漏失井。通過調整地面氮氣車和水泥車的排量，即調整氣液的比例，可以得到不同的泡沫流體密度，最低密度可以達到0.45 g/cm3。

(5)泡沫流體中氣體膨脹能為返排提供能量，使得返排更徹底，適用于低壓井、漏失井和水平井。泡沫液進入井筒時處于壓縮狀態(tài)，返出井筒時壓力得到釋放，氣體膨脹為返排提供了能量，同時可以在井底形成負壓，有效地促進返排。

2 氮氣泡沫流體沖砂施工參數(shù)的確定

根據(jù)施工井地質資料提供的井底流壓、靜壓、漏失量、井深結構等數(shù)據(jù)，利用氮氣泡沫流體沖砂參數(shù)設計軟件計算出主要參數(shù)，為工藝設計提供理論依據(jù)。

2.1 施工管柱的確定

對不同井況下的泡沫流體沖砂洗井作業(yè)，管柱結構的優(yōu)化至關重要，不合理的管柱結構容易發(fā)生沖砂時憋壓、不能建立有效循環(huán)、砂卡管柱等情況，導致沖砂失敗，甚至造成工程事故。通過在港西地區(qū)幾口井的應用，優(yōu)化出了以下幾種針對不同井況下的管柱結構。

(1)漏失量大、沖砂井段長的水平井進行氮氣泡沫沖砂作業(yè)，采用氮氣泡沫配合連續(xù)油管車進行沖砂作業(yè)。水平井沖砂過程中存在地層砂難以返出地面、砂粒容易在水平段堆積造成卡管柱的情況。利用連續(xù)油管作業(yè)實現(xiàn)了整個施工過程井筒中流體循環(huán)不間斷，大大降低砂粒堆積的可能，解決了砂卡管柱以及沖砂不徹底的問題。

(2)港西地區(qū)出砂嚴重，很多油井采取了防砂措施，但防砂管的內徑小于普通油管的直徑，因此要沖出防砂管內的地層砂必須采用不同管徑組合的施工管柱。管徑組合選擇不合理容易造成泵車蹩壓、循環(huán)排量達不到?jīng)_砂要求、沖砂液漏失等。經(jīng)過理論計算以及現(xiàn)場的試驗，得到了一系列針對不同井況下的最佳管柱組合方案，見表1。采用73 mm油管+48 mm油管(內徑40 mm)110 m做為防砂管內沖砂管柱進行沖砂，壓力損失大幅度減少，可以滿足反循環(huán)沖砂的要求。

表1 沖砂組合管柱壓耗計算

2.2 沖砂泡沫液量的確定[4-6]

泡沫液量主要取決于井筒容積、井深、地層漏失量，一般情況下泡沫液量按實際井筒容積的1.5～2倍設計。

2.3 正、反循環(huán)沖砂工藝的確定

針對漏失不嚴重的水平井，一般采用反循環(huán)沖砂工藝；對漏失嚴重的井，為了達到施工排量以及沖砂徹底的目的，一般采用正循環(huán)沖砂工藝。

3 現(xiàn)場試驗及效果評價

氮氣泡沫流體沖砂技術在港西油田實施了兩口井，取得了良好的效果，與常規(guī)水基沖砂作業(yè)相比，作業(yè)用時縮短、產能恢復期縮短、沖出砂量增加，具體情況見表2。

3.1 兩口井前期常規(guī)水基沖砂施工情況

西40-6-11H井是港西開發(fā)區(qū)一區(qū)三斷塊的一口油層套管為177.8 mm的水平井，最大井斜93.78°，水平段長524 m。2011年7月9日-7月12日進行作業(yè)，探砂面深度為800 m，沖砂至1 215 m后由于出口返出泥漿而中斷了作業(yè)，井口返出泥漿和地層砂6 m3。

表2 水基沖砂與泡沫沖砂對比

西9-7-4井于2011年7月29日-7月30日進行正循環(huán)沖砂作業(yè)，累計打入清水60 m3，全部漏失。

3.2 氮氣泡沫沖砂施工情況

通過兩口井進行的常規(guī)水基沖砂施工可以看出西9-7-4井漏失嚴重，根本無法建立循環(huán)；西40-6-11H井水基沖砂液攜帶能力差，考慮到套管有損壞，進入油層段有可能漏失，水平段進行常規(guī)沖砂，地層砂很難攜帶出井筒，地層砂容易在水平段堆積造成卡管柱等風險。因此決定實施氮氣泡沫沖砂。

西40-6-11H井進行沖砂施工后，沖砂進尺173 m，泡沫密度0.75 g/cm3；西9-7-4井沖砂施工后進尺145 m，泡沫密度0.6 g/cm3，施工達到了預期效果。

3.3 應用效果評價

(1)西40-6-11H如果使用常規(guī)水基沖砂作業(yè)需要用時5.0 h以上，而氮氣泡沫沖砂作業(yè)用時3.5h，施工用時縮短了41.7%；累計沖出地層砂3.5 m3，與沖砂井段對應的井筒體積相當，泡沫液將井筒內地層砂全部攜帶出地面。該井在投產后產量恢復很快，7月14日下完井，7月15日出油1.98 t，7月18日該井日產液達16.2 m3，日產油6.63 t，恢復到了停產前的日產水平，產能恢復期為4 d，和常規(guī)的產能恢復期7天相比，產能恢復期縮短了42.8%；7月21日日產液已達16.5 m3，日產油7.98 t，超過停產前日產量的30%，増油效果顯著。

(2)西9-7-4井進行氮氣泡沫沖砂，僅用100 min就建立起循環(huán)，沖砂作業(yè)得到有效實施，地層砂全部被攜帶出井筒，該井在投產后產液量恢復很快，3 d后液量恢復到了停產前的水平，和常規(guī)的產能恢復期7 d相比，產能恢復期縮短了57.1%；13 d后日產液、日產油量與停產前相比都有大幅提升，増油效果顯著。

4 結論

(1)泡沫流體沖砂技術很好地解決了低壓漏失井常規(guī)流體介質不能建立有效循環(huán)、水平井沖砂不徹底、攜帶能力差以及容易卡管柱的難題。

(2)泡沫流體黏度高，其攜帶能力和清洗能力比常規(guī)沖砂液強，提高了作業(yè)效果、縮短了作業(yè)時間。

(3)泡沫流體超強的攜帶能力能將井底炮眼周圍的固體顆粒、堵塞物帶出井筒，作業(yè)后油井產油量明顯增加，因此有明顯的地層解堵功能。

(4)泡沫流體的密度比清水低，對地層產生的靜液柱壓力比同樣深度的清水低，減少了沖砂過程中沖砂液的漏失，降低了沖砂液對地層的傷害，開井生產后產能恢復期明顯縮短。

[1] 王淵，李兆敏，王德新．泡沫流體洗井設計[A]//第十四屆全國水動力學研討會文集[C].北京：石油工業(yè)出版社，2000．

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編輯：李金華

1673-8217(2015)05-0116-03

2015-04-20

張康衛(wèi)，高級工程師，1971年生，1995年畢業(yè)于石油大學(北京)，現(xiàn)從事修井技術研究和現(xiàn)場技術管理工作。

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