低压井负压冲砂强制排砂技术

管九洲

(中油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

引 言

曙光油田由于长期开采和注水井网不完善，地层压力低，普通冲砂工艺冲砂液漏失严重［1］，无法建立循环，常常导致冲砂失败。同时冲砂液又成为油层的主要污染源，形成了包括固相颗粒堵塞［2-4］、乳化水锁、有机和无机结垢、细菌堵塞以及多种酸不溶物堵塞的综合伤害类型，增加了油井生产成本。为解决这一问题，研制了负压冲砂强制排砂工艺技术，该技术实现了低压油井彻底、无污染冲砂，为低压油田出砂井后期生产提供了技术支持。

1 技术分析

1.1 负压冲砂强制排砂管柱组成

负压冲砂强制排砂技术由双流套管水力喷射泵、联合冲砂转向换向装置、限流冲砂笔尖、皮碗封隔器［5］和液力高压井口组成(图1)。

1.2 技术原理

将工具下入预定位置，利用一次管柱即可实现负压正反联合冲砂和强制排砂、再冲砂。

图1 负压冲砂强制排砂管柱结构

冲砂时从油套环空注入冲砂液，皮碗封隔器在液力作用下扩张，封隔油套环空。冲砂液通过限流喷嘴和射流泵喷嘴，按一定比例分成两部分。一部分作为冲砂液，通过冲砂液进口、中心管、限流喷嘴快速喷出冲击砂面。此时经过限流喷嘴的冲砂液具有高流速、低压力特点。经过参数优化，对沉砂具有较强冲击力和扰动力，对地层有较小压力(小于地层静压［6］)，防止冲砂液漏入地层。另一部分作为喷射泵动力液驱动喷射泵，将冲砂液和地层砂举升至地面。通过转向换向装置开启和关闭冲砂液入口，可实现冲砂与排砂过程的转换。

1.3 关键技术

1.3.1 双流道套管水力喷射泵

双流道套管水力喷射泵由喷射泵主体、喷嘴、喉管、扩散管、防堵通道、防倒流阀等组成(图2)。主要作用是对喷射泵以上液柱压力起到接力作用，防止由于液柱压力高于油层压力而形成冲砂液漏入油层的问题发生。

图2 双流道套管水力喷射泵结构

冲、排砂过程中，一部分冲砂液由动力液进口进入喷嘴并高速喷出。在喷嘴出口处，动力液由高压低速变为高速低压，在喷嘴附近形成低压区，另一部分冲砂液冲砂后携带泥砂由防堵通道不断补充到低压区，并与动力液混合进入喉管。动力液与冲砂液在喉管内充分混合，动力液失去动量和动能，冲砂液得到动量和动能［6］，混合液进入扩散管后，随着流动面积增加，流速逐渐降低，压力逐渐升高，最终克服管壁阻力及地面回压从油管流至地面，实现压力接力作用。

射流泵以上管柱压力为高压区，射流泵以下管柱压力为低压区，防倒流阀球在压力差作用下始终坐在阀座上，防倒流阀的上下不连通，冲、排砂时冲砂液均通过射流泵喉管返到射流泵上部油管再到地面。如果射流泵喉管被堵塞，防倒流阀被迫打开，冲砂液可通过防堵通道返到射流泵上部油管中，不需作业即可完成冲砂过程。

1.3.2 转向换向装置

转向换向装置主要由阀套本体、阀芯本体、阀球、阀座、大小剪钉、限位环等组成(图3)。

图3 转向换向装置结构

在阀套本体设计2个冲砂液进口，在滑芯设计1个进口。冲砂时，阀套本体冲砂液进口与阀芯进口连通，动力通过冲砂液通道进入冲砂笔尖完成冲砂。冲砂液经过阀芯侧向通道顶开阀球，进入双流道套管水力喷射泵低压区，实现负压冲砂。

排砂时，由油管打压，首先剪断销钉，滑阀下移至限位环，阀套本体冲砂液进口与阀芯进口错开并关闭。冲砂液全部作为动力液进入喷射泵喷嘴，进行强制排砂。

排砂后，上提管柱，待泥砂回落后探砂面，需再次冲砂时，继续由油管加压，阀套本体冲砂液进口与阀芯进口连通，完成负压冲砂工序。

1.4 技术参数

(1)工具长度为2.5 m，最大外径为152 mm，最小内径为40 mm，抗拉力为700 kN，耐压为20 MPa，耐温为 150℃。

(2)射流泵排量为1.0～1.5 m3/min，工作压力为3～6 MPa。

(3)转向换向装置一级换向压力为10～12 MPa，二级换向压力为13～15 MPa。

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1.5 技术特点

(1)一次管柱即可实现负压冲砂、射流泵强制排砂、再负压冲砂3道工序。

(2)冲砂彻底，排砂干净，可根据油井具体情况适当增加排砂时间及射流泵的排量，达到彻底排砂目的。

(3)冲砂过程中可防止冲砂液漏入油层，降低了冲砂液对油层的伤害。

(4)工艺简单，施工周期短，投入低，使用常规冲砂车组即可完成全部工序。

2 现场应用

2.1 施工工艺

施工工艺管柱如图4所示。施工工序及注意事项如下。

(1)下入相应尺寸的通井规和刮管器通井、刮管，通井刮管深度大于封隔器下入深度，用通井管探砂面，获得砂面深度数据。

(2)下入冲砂管柱，下入速度小于5 m/min。

(3)当冲砂限流笔尖带冲砂探管下至距砂面10 m左右时，下放速度放慢到1 m/min左右，当悬重负荷明显降低时，将管柱上提1根管。

(5)冲砂作业时，泵车地面平均压力为6.5 MPa，冲砂液排量为1.2 m3/min，冲砂管下放速度小于0.5 m/min。单根冲砂液循环油管容积的1.5倍以上，冲砂到人工井底时，冲砂液循环油管容积2倍以上。

图4 负压冲砂强制排砂工艺管柱

(6)上提管柱，将冲砂限流笔尖带冲砂探管提到油层顶界以上10 m位置，从油管打压10～12 MPa，进行冲、排砂工艺转换，连接反冲砂流程，进行排砂。

(7)排砂后，待砂回沉2～3 h，继续探砂面，若有砂，从套管打压13～15 MPa，继续进行冲砂，若无砂，可起出全部冲砂管柱完井，待下一步措施。

2.2 现场实施情况

截至2013年12月，在曙光油田应用96井次，成功率为91%，累计冲出砂量约143 m3。统计可对比的81井次，漏失量降低86.4%，单井平均减少漏失量43 m3，平均冲砂时间缩短了210 min。

曙4-8-05井于1988年8月投产，生产井段为1 111.0～1 160.3 m，油层厚度为13.2 m，共5层。2012年4月测油层中部压力为7.42 MPa，历次冲砂时均有90 m3左右的漏失量。该井于2012年11月6日卡井，探砂面位置为1 034 m，砂面距油层顶界77 m，油层全部被砂埋，冲进尺141 m。冲砂时间为3 h，冲砂液无漏失，达到了防漏失的目的。该井冲砂后下泵生产，与上次冲砂检泵相比，排水期缩短2 d［7］，排水量减少50 m3左右。

3 结论

(1)该技术通过地面操作即可实现多功能管柱转换，完成负压冲砂、强制排砂和再冲砂过程。

(2)该技术适用于低压油田漏失井冲砂、新井及防砂作业前的强制排砂。

(3)使用该技术可以降低油井排水期，同时可防止冲砂液污染油层，起到保护油层作用。

(4)冲砂彻底，可延长油井检泵周期。

(5)在防砂前利用该工艺负压冲砂和强制排砂，可提高防砂效果。

［1］王宝权.辽河油区稠油水平井技术及其在辽河滩海地区的应用前景［J］. 特种油气藏，2002，9(3):40-43.

［2］黄俭波，等.一种强制除砂装置结构设计［J］.石油矿场机械，2009，38(9):33-38.

［3］李树臻，等.油井负压冲砂装置研究［J］.石油矿场机械，2004，33(3):21-23.

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［5］张曾林，等.胜利油田水平井完井及采油配套技术［J］.油气地质与采收率，2008，15(6):1-5.

［6］李书应，等.小泵深抽技术在低渗油藏中的应用研究［J］. 特种油气藏，2006，13(6):70-73.

［7］麻洪波.高温气体驱油技术在超稠油开发中的应用［J］. 特种油气藏，2002，16(6):67-70.