负压连续冲砂技术改进与现场应用

米继明

摘 要：针对目前国内冲砂技术存在因过多停泵造成井筒砂重新沉到井底造成二次危害、冲砂技术不能实现负压或负压不连续的问题，改进并应用了负压连续冲砂工艺技术。论述了该技术的工作原理、主要操作参数设计等。通过现场试验证明，该技术可以实现连续负压冲砂，有效解决因为停泵造成井筒砂重新沉积的问题，具有很好的应用前景。

关键词：负压 连续冲砂 水力射流

引言

油井出砂是辽河油田生产过程中的主要矛盾之一。修井作业过程中，冲砂是井下作业施工中的常见工序。目前现场主要采取常规冲砂方式，就是将油管下至砂面以上几米后，地面连接水龙带开泵冲砂，每冲完一个单根后，停泵倒接下一个单根，再开泵冲砂，如此往复，一根接一根的向下冲。常规冲砂方法从油田开发至今一直延续使用，其优点是技术简练、操作简单、成本低廉，但冲砂劳动强度大，冲砂效率低。负压连续冲砂装置在冲砂过程中解决了停泵的问题、有效地避免沉砂卡钻事故、高效排出井内泥砂。

1负压连续冲砂技术基本原理

（1）通过借鉴管道三通换向原理，采用地面换向阀换向，使冲砂液在不同状态下从不同管道泵入，达到连续不停泵的目的。

（2）通过封隔器封堵上部，水力射流形成负压，在冲砂的过程中，达到抽吸排砂的目的。

（3）采取水力射流原理进行冲砂，使冲砂液返出流速加快，变被动上返为主动喷出，避免出现井筒内流速差异造成沉砂。

2 负压连续冲砂装置研制

主要包括：换向连续泵入装置、双自封封堵换液装置、旋转冲砂射流泵等。

（1）换向连续泵入装置

装置构成由洗井车、地面换向三通、并联高压管线、换向井口自封、液流控制装置五部分组成。主要性能是通过洗井车高压泵入冲砂液，通过地面三通和换向井口自封转换，通过并联高压管线，在不同的操作阶段通过每个单根上安装的液流控制装置换向转换，从不同方向进入冲砂管柱，达到保障冲砂液连续泵入的控制装置。

换向井口自封参数：上胶芯工作压力：≥6 Mpa、下胶芯工作压力：≥25 Mpa、换向阀工作压力：≥6 MPa

液流控制装置参数：最大外径100mm，中心管内径48mm，最大工作量30Mpa，长度660mm。

（2）双自封封堵换液装置

装置构成由双自封封隔器、同心管、换液阀、换液转换接头四部分组成。

主要性能是：该双自封封隔器为自封型，冲砂液从封隔器上部的油套环形空间经过换液阀进入封隔器内部的同心管环形空间，然后沿环空继续下行。冲砂下放管柱时，双自封封隔器在保持冲砂液压力不降、排量不变的情况下沿着井壁滑动密封下行。保证了冲砂区域内整体密封，有效形成相对密封区域。

封隔器参数：最大工作压力25MPa，最大外径154mm，通经100mm，胶筒耐温120℃，长度750mm。

同心管参数：外管Ф88.9mm，内管Ф48mm

换液阀参数：外径Ф88.9mm，内管Ф73mm

（3）转换冲砂旋转射流装置

装置构成由转换分液器、冲砂喷嘴、旋转射流泵四部分组成。

主要性能是：高压冲砂液沿上部中心管环空下行至射流泵底部时，通过转换分液器将冲砂液分为射流动力液（70%）和搅动冲砂液（30%）两部分。搅动冲砂液以50m/s的扩散状射流，从冲砂喷嘴高压喷出，高效冲击砂面，有效搅动沉砂，使砂粒悬浮在液体中有利于抽吸排出。射流动力液通过旋转射流泵上行射流，形成负压抽吸作用，即可带走搅动起来的井底泥砂，又能因区域密封形成的负压而从地层抽出的油水泥砂。同时射流泵入口设置过滤器，小于5mm直径的砂粒通过吸入口进入射流泵，大于5mm的砂粒被挡在外面沉入井底，防止大砂粒堵塞排砂喷嘴，保证冲砂液携带泥砂从井底快速高效举升到地面。

转换分液器参数：保证射流动力液和搅动冲砂液过流面积为6比4，尽量保证射流动力液和搅动冲砂液排量约为7比3

射流泵参数：工作压力>25Mpa，工作流量：8～12 m3/h，真空压力：-0.06 MPa

冲砂喷嘴参数：喉管内径10、11、12、13mm等型号。

3 操作参数计算和现场试验情况

3.1泵封连续水力冲砂有关理论计算。

通过各类射流参数计算，得出主要参数如下：

（1）排砂喷嘴与冲砂喷嘴的过流面积之比。高压射流泵的容积效率为42%，故射流泵有效吸入量为工作流量的42%，通过冲砂喷嘴流量Q1与通过排砂喷嘴流量关系为：Q1/QG=0.42，通过计算，冲砂喷嘴内径3.9mm时，恰好满足要求。

（2）排砂喷嘴与喉管过流面积之比。排砂喷嘴过流面积/喉管过流面积为17%～40%。不同面积比吸入流量不同。低排量适用于深井，高排量适用于浅井。在喷嘴尺寸一定的情况下，为适应不同深度（指垂直井深）油井的需要，应选用对应规格喉管。具体为：10、11、12、13、14mm的喉管。

（3）射流冲砂装置水力计算。保证将砂子带出地面的水力条件是Vt>2Vd即冲砂液返回地面的上升速度大于砂子在静止冲砂液中的自由下沉速度的二倍。

因射流泵过滤器通径为5mm，因此选取4.6mm粒径下沉速度作为参照， 最小上升速度为0.48m/s，冲砂时在Ф88.9mm管柱内所需的最低排量为7.835 m3/h，井下射流动力液占泵入液量的70%，因此，泵入排量要求至少达到10 m3/h，否则冲砂效率很低。因此要求现场操作时泵压控制在10～14MPa之間，最高不超过20MPa。

3.2现场试验情况

截止2017年11月初，负压连续冲砂技术研究与应用项目已完成相关数据计算和14口井次现场试验。总体来讲，该技术研究与应用达到了设计要求。

4 结论

（1）解决了常规冲砂存在的停泵接单根、卡钻事故和油藏吐砂等一系列问题。

（2）在现场应用过程中高效、高质量地完成冲砂、排砂任务，解决了冲砂难题，缩短了冲砂周期，提高了采油能力，保障了生产效益，成功实现了有效排砂、防止沉砂、彻底冲砂的目的。

参考文献：

[1]高文全. 连续油管冲洗解卡堵技术在辽河油田的应用[J]. 石油机械，2000，（6）：30-31.

[2]田播源，郐凤彩，顾宏伟. 防污染连续冲砂工艺技术[J]. 特种油气藏，2001，（2）：63-66.