修井作业中冲砂技术的研究及应用

陈昭万

摘 要：本文简要介绍了油井出砂的危害、冲砂液性能的要求、及目前冲砂方式和措施;通过计算水力冲砂的方法，确定冲砂时的泥浆泵排量;对砂卡时的解决措施和办法做了简要的分析。

关键词：出砂;冲砂;砂卡;漏失;探砂面

油田开发的中后期，由于油层胶结疏松或油井工作制度不合理，以及防砂技术措施不当造成油井出砂。油井出砂后，如果井内的液流不能将出砂全部带至地面，井内出砂逐渐沉淀，堵塞出油通道或掩埋油层，使油井减产甚至停产。为满足地质要求，必须采取措施消除积砂，作业现场通常采取水力冲砂。但是，在冲砂过程中由于种种原因很容易卡钻，造成井下砂卡事故，使井况复杂化，为了有效预防砂卡事故的发生，提高冲砂施工的成功率，就其原因及预防措施进行阐述。

1 油井出砂的原因及危害

油井出砂是油田开发急需解决的难题之一。油层出砂是由于井底附近地带的岩石结构破坏引起的，它与岩石的胶结强度、应力状态、开采条件、油井含水等因素有关。出砂的危害主要表现在下面几个方面：①油井出砂后，如果井内的液流不能将砂全部带至地面，井内砂子逐渐沉积，砂柱增高，堵塞出油通道，增加流动阻力，使油井减产甚至停产;②高速的砂粒造成地面及井下设备加剧磨蚀;③出砂导致地层亏空并坍塌，造成套管损坏使油井报废，或者造成井下砂卡事故;④油井出砂同时增加了原油处理难度;⑤出砂增加环境污染及运输处理等问题。

2 冲砂的基本原理

冲砂就使用高速流动的液体将井底的砂子冲散，并利用循环上返的液流将冲散的砂子带至地面的工艺过程。

3 冲砂方式及冲砂液性能要求

3.1 冲砂液性能要求

通常采用的冲砂液有油、水、乳化液等。为了防止污染油层，在冲砂液中可以加入表面活性剂。①具有一定的粘度及良好的携砂性能;②与油层配伍性好，不损害油层;③来源广，经济适用。

3.2 冲砂方式的选择

①正冲砂：冲砂液沿着油管流向井底，由油套环形空间返出地面;②反冲砂：冲砂液沿油套环形空间流向井底，由油管返出地面;③正反冲砂：采用正冲的方式冲散砂堵，并使其呈悬浮状态，然后改用反冲洗，将砂子带到地面的冲砂方式;④冲管冲砂：采用小直径的管子下入油管中进行冲砂，清除砂堵的冲砂方式;⑤汽化液冲砂：当在油层压力低或漏失的井进行冲砂时，常规冲砂液无法将冲散的砂子循环到地面，因而采用泵出的冲砂液和压风机的气混合而成的混合液，进行施工的冲砂方式;⑥旋转冲砂：利用动力源带动工具旋转，同时用泵循环携砂。现场施工一般采用正冲砂、反冲砂、正反冲砂方式冲砂。

3.3 目前冲砂作业的措施

①冲管冲砂：用小于油管内径的小直径管柱，从油管内径冲砂，用于地层出砂而造成砂卡的油水井施工;②连续油管冲砂：一般用于水平井、大位移井冲砂施工;③反冲砂：冲砂工作液沿冲砂管与套管环形空间向下流动，冲击井底沉砂，冲散的砂子与冲砂工作液混合后，沿冲砂管返至地面。反冲砂的优点是携砂能力强，上返速度快，返砂时间短，不会造成卡管柱;缺点是冲砂液对砂子冲击力小，不易将砂子冲散;④联合冲砂：这种冲砂管柱是在冲管下部15-20m处安装分流器，改变液流通道。分流器上带有一个可在液力作用下张开的密封环，以便密封套管和冲管之间的环形空间。冲砂液从套管环形空间进入井内，经分流器改进下部冲砂管而将砂堵冲散，被冲散的砂子随同液体先从下部冲管与套管环形空间返至分流器，再进入上部冲砂管内，返至地面。其优点是增大了对砂堵的冲刺力，上返液的速度增大，提高冲砂效率，避免冲砂事故的发生;⑤捞砂泵捞砂：在钻柱全掏空状态下，利用环空液柱压力与钻柱之间的压差做动力，以液体流动携砂原理来实现捞砂，尤其对于超深井、漏失井冲砂十分有效。

4 现场施工步骤及注意事项

现场施工步骤：①准备工作：检查泥浆泵及储液罐，准备冲砂液;②下冲砂管：下冲砂管柱至预定深度，连接好冲砂管线;③探砂面：用冲砂管往探砂面，接近砂面时，应放慢下放速度，悬重下降则表明遇到砂面;③冲砂：离砂面3m以上开泵循环，正常后下放管柱冲砂至设计深度。出口含砂量小于0.1%，视为冲砂合格;④观察砂面：上提管住至油层顶部3Om以上，停泵4h，下放管柱复探砂面，确认冲砂结果;⑤记录有关参数：泵参数、砂面参数、返出物参数。

5 现场砂卡原因及处理措施

5.1 井漏造成卡钻

为防止井漏造成砂卡，需要采取以下措施：①冲砂施工时，当冲至油层上界10m时应充分洗井，将油套环形空间的砂子返出地面，然后再冲开油层;②若在冲砂过程中遇到负压层时，应将管柱上提至油层上界，并进行大排量洗井，待循环正常后方可冲砂;③发生井漏时，应及时活动管柱，并将管柱上提至漏失段以上，大排量洗井，防止砂卡;④若井下地层漏失严重，造成循环无返出或者返出量较少，则需要采取暂堵措施，将漏失段用暂堵剂进行暂堵，然后进行冲砂作业施工;⑤可采用捞砂泵捞砂工艺。

5.2 冲砂速度过快造成砂卡

为冲砂速度过快造成砂卡，需要采取以下措施：①换单根的时间要小于单根循环的时间，更换单根后，开泵循环正常方可下放管柱;②连续冲砂5个单根后要充分洗井一周，防止油套环形空间悬浮砂过多;③严格控制下放速度，加压吨位要合理;④冲砂工具距离油层上部20m时，应控制下放速度，以小于0.3m/min為宜;⑤对于出砂严重的井，更换单根前必须充分洗井，更换单根后需要控制下钻速度，防止堵卡或憋泵。

5.3 冲砂过程中井喷处理不当造成砂卡

在冲砂施工过程中，当油层冲开后，如果是高压层，套管出口排量大于进口排量，或有溢流发生，这时若处理不当就会卡钻。当发生井喷时，现场人员忙于防喷，而忽视了井内的管柱，致使套管内悬浮的砂不能返到地面，导致砂卡。①当冲开油层后应充分洗井，使得环形空间的砂能及时返出井筒;②油层冲开后，要认真观察井口进出口排量，若有溢流，则需要进行井控，调整冲砂液比重。如果要防喷，则用油管放喷，严禁从套管放喷。

5.4 冲砂洗井不彻底造成砂卡

冲砂至一定深度后，要充分洗井，若不及时起钻会造成砂卡。针对以上情况，要采取以下预防措施：①冲砂至设计深度后应大排量洗井至全部砂返出地面。出口含砂量小于0.1%视为冲砂合格;②冲砂洗井后应立即上提管柱至安全位置。

6 冲砂技术发展未来展望

针对目前冲砂作技术遇到的困难，未来冲砂技术有以下三点发展趋势：①大排量联泵冲砂：在油层压力低或漏失严重的井进行冲砂施工时，将两台以上的泵联用，进行施工的冲砂方式，以提高冲砂效率;②连续油管冲砂：适用于出砂严重，地层压力低油井，漏失严重，水平井。不停泵，防止砂粒在运移时二次回落形成砂卡，冲砂效率高，但是费用成本高;③不动管柱冲砂生产一体化：作业成本低，周期短，对储层污染风险小。技术不成熟，对井下配套工具要求高。

7 结论

针对目前冲砂作业中存在四个难点，提出相应的处理措施：地层漏失比较大：对于一些负压地层，压力比较低的地层，漏失严重的可以用暂堵剂进行暂堵;砂粒的二次回落：在冲砂作业时，由于受到接单根的影响，一些在井筒环空的砂粒，在停泵以后回落到井底，严重的情况会造成砂卡事故，因此现场冲砂作业要不停泵连续冲砂，直至返出取样砂粒含量小于0.01%为冲砂干净。

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