卞凱

摘要：油田開發(fā)進(jìn)入后期，油井使用一段后會(huì)發(fā)生出砂現(xiàn)象，產(chǎn)液量越大，出砂越嚴(yán)重，油井定期沖砂是一件必不可少的工作。沖砂作業(yè)一般使用沖砂器，本文著重研究適應(yīng)油田生產(chǎn)使用的除砂工藝方案和設(shè)施設(shè)計(jì)應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：油井；出砂；除砂；工藝及設(shè)施

一、油井出砂的危害及表現(xiàn)

油井出砂的主要原因是油藏儲(chǔ)層為疏松膠結(jié)砂巖。油井出砂的危害主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：

（一）砂埋產(chǎn)層，造成油井減產(chǎn)或停產(chǎn)；

（二）高速的砂粒，造成地面及井下設(shè)備加劇磨蝕；

（三）出砂導(dǎo)致地層虧空并坍塌，造成套管損壞使油井報(bào)廢等。

二、油井除砂作業(yè)的原理

沖砂作業(yè)一般使用沖砂器（多為鼻尖式），下放到井下積砂位置，然后逐步下方到施工要求的深度，在逐步下放過程中，用柱塞泵從連接沖砂器的管具內(nèi)給沖砂器循環(huán)供水，把井下的泥沙沖起，泥沙隨水沿著管具和套管的環(huán)空返回地面。

三、當(dāng)前除砂作業(yè)存在的問題

如果返回地面的泥沙不能及時(shí)清理，就會(huì)形成一個(gè)不間斷的循環(huán)，泥沙只會(huì)被稀釋和分散，能最終到達(dá)地面的泥沙較少，沖砂作業(yè)的效果極不明顯。

沖砂作業(yè)（早期）和正常生產(chǎn)井底液柱靜壓對(duì)比計(jì)算

沖砂作業(yè)時(shí)P井底=PH1+P管阻

正常生產(chǎn)時(shí)P井底=PH0

有流體力學(xué)中達(dá)西公式可知：P管阻和泵的排量的平方、H1的一次方成正比，即：P管阻∝Q2泵、P管阻∝H1。大部分油井H0≤100m，而H1大部分大于1000m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，P管阻一般在4MPa以上，1MPa=1000m水柱，所以沖砂作業(yè)時(shí)井底壓力比平時(shí)增大10倍以上，即使考慮到正常生產(chǎn)時(shí)地層的助力，沖砂作業(yè)時(shí)P井底也很有可能大于P油層，液體回注油層在所難免。

目前勝利油田大面積采用注水工藝，有些注水泵的表示壓力也只有6MPa，從力學(xué)角度來講沖砂時(shí)液體回流地層問題很嚴(yán)重。實(shí)際隨著液體的快速回流，泥沙會(huì)迅速堵塞井底附近油層，迫使液體循環(huán)至地面。如果泥沙到達(dá)地面后不能有效分離，沖砂作業(yè)效果不理想，如增加沖砂時(shí)間，反滲入地層的泥沙就越多，嚴(yán)重時(shí)沖不出砂，或是沖而不絕：剛沖完砂，一下泵發(fā)現(xiàn)又有砂。

所以沖砂作業(yè)能否有效進(jìn)行和泥沙在地面能否有效分離有很大關(guān)系。當(dāng)然沖砂時(shí)還需合理設(shè)計(jì)沖砂裝置和沖砂工藝以有效防止揚(yáng)起的泥沙反滲入地層，本文重點(diǎn)關(guān)注泥沙在地面的有效分離。

四、綜合除砂設(shè)施的研究

簡(jiǎn)單的沉降和攔截過濾不能解決問題，因?yàn)槌两敌枰艿偷牧魉?，較大空間，很長(zhǎng)時(shí)間，在現(xiàn)場(chǎng)不方便提供這些條件。一定精度的攔截過濾的濾芯容污能力較低，需較大過濾面積，維護(hù)強(qiáng)度很大，如果油井含沙量很大且多泥沙，中間還需要維護(hù)，這樣生產(chǎn)成本也很大。一般情況下油井泥沙都較多，不能采用一般的過濾方式。

單口井泥沙沉積量

假設(shè)：采油套管5寸，油管2-1/2寸，積砂深度20m，積砂量V砂=π0.1272/4×6+π（0.1272-0.0722）/4×14=0.19625m3

從V砂數(shù)值來開，單一的攔截式過濾無法滿足要求，且一般情況下井底沙量遠(yuǎn)大于以上的計(jì)算值。早在1998年我們和采油院合作開發(fā)過純攔截式除砂器，有4個(gè)除砂灌組成，每個(gè)罐內(nèi)安裝16根φ72×1000的濾芯，過濾精度5μm，過濾效果很好，但成本很高，一口井需要跟換2次濾芯，共計(jì)192個(gè)，濾芯成本6.624萬，大大超出采油廠的承受能力。后來濾芯國(guó)產(chǎn)化，各油田也大力推廣，濾芯產(chǎn)量大幅提高，成本進(jìn)一步下降，但維護(hù)成本任然達(dá)到1萬，關(guān)鍵是勞動(dòng)強(qiáng)度很大。

根據(jù)以上分析和以往經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為除砂器需要多級(jí)逐步過濾，應(yīng)該把這套設(shè)備安裝在車輛底盤上，做成除砂專用車，其泥沙分離原理如圖1，除砂工藝流程如圖2，各分部件模塊化設(shè)計(jì)，可快速插裝。

五、多級(jí)除砂設(shè)施的結(jié)構(gòu)功能

（一）直排式滾動(dòng)篩

直排式滾動(dòng)篩能分離大部分的顆粒和油塊，和一般篩網(wǎng)不同，滾動(dòng)篩由于不停的轉(zhuǎn)動(dòng)，能很好的自清潔，防堵塞效果好，通過設(shè)計(jì)能自動(dòng)的從一端排除雜物。設(shè)計(jì)2個(gè)直排式滾動(dòng)篩，一個(gè)備用，通過開關(guān)自動(dòng)切換。

分離的泥沙和油收集到一個(gè)儲(chǔ)液罐內(nèi)，這個(gè)儲(chǔ)液罐底部加入壓縮空氣，通過氣舉的方式充分分離油和砂。

（二）穩(wěn)流區(qū)

這個(gè)區(qū)域流動(dòng)比較雜亂，只能分離較大的顆粒。隔板把穩(wěn)流區(qū)和層流區(qū)1分離開，而且隔板的有孔部位在液面以下20cm，這樣從新聚集的油可以滯留在穩(wěn)流區(qū)。隔板孔分布均勻，大小和流量匹配，有利于分散水流，降低流速。上端設(shè)置自動(dòng)刮油器，及時(shí)把浮油刮到儲(chǔ)液罐內(nèi)。

（1）層流1-11區(qū)

層流的目的就是通過分散水流，降低流速，降低水流的攜砂能力，加大泥沙的沉積，不銹鋼線性濾板采用錯(cuò)位分布，迫使水流產(chǎn)生低速回繞，進(jìn)一步分離泥沙。此外線性濾板還能直接過濾空隙尺寸以上的顆粒，這種濾板強(qiáng)度高，好清理，不需跟換。同時(shí)這兩個(gè)區(qū)域的線性過濾板都在水面以下，油能進(jìn)一步分離。

（2）層流區(qū)Ⅲ

水流到達(dá)這一區(qū)域后，通過沉積作用無法分離水中細(xì)小的砂礫。沉降是分離的最有效方法。只要有流動(dòng)，在有限區(qū)域內(nèi)，細(xì)小的沙粒就很難沉降。為此在層流區(qū)Ⅲ的出口處設(shè)計(jì)一個(gè)絲網(wǎng)濾芯。這種濾芯是近幾年才逐步使用，主要用于氣液分離、含塵量大的流體過濾。這種濾芯的容塵能力很大，我們?cè)谔幚砻旱V瓦斯氣時(shí)，單個(gè)濾芯（1000*1000*145）一次能容納150Kg的灰塵，而且能清理。在這一區(qū)域底部加氣舉裝置，分離細(xì)小油花。

（3）離心分離

離心分離分兩級(jí)，一級(jí)在泵的入口處，采用多管旋流器，這是一個(gè)比較成熟的技術(shù)，在氣體過濾中大量使用，分離效率可達(dá)95—98%，分離精度可達(dá)5μm。由于水的攜帶能力較大，效果會(huì)差一些，為此我們?cè)黾恿艘毫Ω咚匐x心機(jī)，它和一般的柴油機(jī)機(jī)油離心濾是一樣的工作原理，差別是轉(zhuǎn)速要低一些，設(shè)定為2000r/min。這兩種濾芯過濾的優(yōu)點(diǎn)是精度高，不需要跟換，維護(hù)方便，可對(duì)液體反復(fù)過濾。上端留有排油管，油通過管線回到儲(chǔ)液罐內(nèi)。

（4）細(xì)過濾

在這種結(jié)構(gòu)中，細(xì)過濾主要針對(duì)細(xì)小的有機(jī)顆粒。過濾材質(zhì)采用目前在煤礦污水處理中大量使用的一種新材料，它清理方便。過去我們一般使用不銹鋼編織網(wǎng)、不銹鋼燒結(jié)網(wǎng)、聚氨酯布或纏繞式濾芯，這些清理不方便，有些無法清理?？傊鬯幚聿荒芸繂我坏姆蛛x原理，在有限的空間內(nèi)，發(fā)揮多種過濾原理的長(zhǎng)處，逐級(jí)分離是比較理想的。

參考文獻(xiàn)

[1]商義敏.油氣田系統(tǒng)除砂技術(shù)探討.石油化工安全環(huán)境技術(shù).2007年第23卷第4期.

（作者單位：勝利石油工程有限公司井下作業(yè)公司）