水平井冲砂技术

稠油水平井冲砂技术新疆油田公司工程技术处新工艺新技术介绍目录稠油水平井冲砂应用情况3稠油水平井冲砂技术特点31取得认识34稠油水平井冲砂技术现状32新工艺新技术介绍新疆油田稠油资源丰富,近几年规模化应用水平井开发，目前已有600多口浅层稠油水平井。虽然采取冲缝和割缝筛管防砂，因埋深浅，地层胶结疏松，原油粘度大等原因而极易出砂。主管副管抽油杆抽油杆防脱器抽油杆扶正器抽油泵引鞋密封悬挂器筛管盘根盒双管热采井口沉砂管加重杆打孔管浅层稠油水平井注抽双管示意图新疆油田稠油分布在准噶尔盆地西北缘和东部2个油区的5个油田18个层块。新疆油田稠油分布图一、稠油水平井冲砂技术特点新工艺新技术介绍一、稠油水平井冲砂技术特点一般地,水平井的井身结构从上到下大体上可以分为垂直段、造斜段、稳斜段、水平段四个部分。水平井井斜角趋近于90°，井身曲率半径主要以中、短半径水平井为主，曲率8°--20°/30m，曲率半径86—214m。随着水平井钻井技术进步，水平井完井长度在不断延伸，从几百米到上千米。割缝筛管完井尾管固井射孔完井新工艺新技术介绍一、稠油水平井冲砂技术特点和直井相比水平井冲砂具有明显的特点，具有一定的复杂性和特殊性。特别是稠油水平井采用吞吐开采容易出砂，油井积砂后,用常规水力冲砂技术解决水平井砂害,通常会遇到以下几个难题：一是冲砂管柱下放、上提过程中,冲砂管柱地面显示交替载荷变化大,难以判断井下状况。二是冲完一根管柱停泵接单根过程中,砂上返过程中易在井斜大的部位快速堆积,造成砂卡堵的现象,严重的引起油井大修。三是采用常规冲砂工艺,冲砂管柱进入水平段后,冲砂液易在流动阻力小的上部形成循环通道,下部的砂床难以清理干净;四是开采后期地层压力低，加上油层接触面积大,冲砂过程中冲砂液携砂漏入地层,无法将砂子带出井筒,油井投产后漏入地层的砂子随产液重新进入井筒,不但造成反复冲砂,而且冲砂液的漏失会造成储层伤害。新工艺新技术介绍二、稠油水平井冲砂技术现状国内各油田从工艺上来分主要有连续油管、连续冲砂工艺、同心管射流冲砂、水平井捞砂技术；从冲砂液体系上分有束缚水、泡沫和聚合物冲砂等。国内技术现状国外技术国外水平井主要利用连续油管冲砂。对大井筒或漏失严重的特殊井（如浅层稠油水平井），采用同心连续油管冲砂。新工艺新技术介绍二、稠油水平井冲砂技术现状国内技术现状1.1连续冲砂技术地面换向连续冲砂技术套管内换向连续冲砂技术新工艺新技术介绍换向短接换向阀换向自封地面换向连续冲砂技术新工艺新技术介绍套管内换向连续冲砂技术4换向阀密封总成衬管挂衬管分瓣导引头大四通套管新工艺新技术介绍同心管射流冲砂工艺2009年是为了解决稠油水平井冲砂难题而研制的，它靠自身的结构建立循环通道，冲砂液的返速快携砂强；冲砂头利用射流泵的原理，能降低井底压力，解决了漏失严重的问题。氮气泡沫冲砂工艺2010年井下公司开始利用泵车和制氮车配合将泡沫液作为冲砂液，由于泡沫液密度低，在井眼中其平均密度一般为0.5～0.8g/cm3;泡沫流体切力较大,粘度高,在较低的返速下,其携带岩屑的能力要大大高于空气、清水；泡沫流体良好的分散性及乳化性,使之对附着在油管内、外壁、套管内壁及井下工具上的石蜡及粘结物有较好的剥离清除作用套管内换向连续冲砂工艺2009年井下作业公司应用此工艺施工作业25井次。新疆油田稠油水平井冲砂技术新工艺新技术介绍1、同心管射流冲砂工艺动画演示.exe新工艺新技术介绍1、同心管射流冲砂工艺1.1射流冲砂器：新工艺新技术介绍1、同心管射流冲砂工艺射流冲砂器的结构及原理冲砂器由内外两层构成。内层相当于一个射流泵，其原理如图，部分工作流体从负压喷嘴高速喷出时，在喉管入口处因周围的空气被射流卷走而形成真空，冲砂流体即被吸入。两股流体在喉管中混合并进行动量交换，使被输送流体的动能增加，最后通过扩散管将大部分动能转换为压力能。新工艺新技术介绍1、同心管射流冲砂工艺射流冲砂器的结构及原理冲砂器由内外两层构成。内层相当于一个射流泵，其原理如图，部分工作流体从负压喷嘴高速喷出时，在喉管入口处因周围的空气被射流卷走而形成真空，冲砂流体即被吸入。两股流体在喉管中混合并进行动量交换，使被输送流体的动能增加，最后通过扩散管将大部分动能转换为压力能。新工艺新技术介绍1、同心管射流冲砂工艺1、高压射嘴与搅砂喷嘴的过流面积之比要使装置的负压工作区保持稳定,就要求油井内的动液面保持不变。为实现这一要求,就要求搅拌喷嘴喷出的液体量约等于射流泵的吸入量。AJ/AG=0.422、高压喷嘴与喉管过流面积之比实验表明,排砂能力取决于高压喷嘴过流面积与喉管过流面积之比。常取AG/At=17%～40%。取AG/At的值接近上限时，其成为一个压头相对较高,排量相对较低。如取AG/At的值接近下限时,喷射液柱四周的环形面积较大,导致吸液量较大,而产生的压头较低,这种泵适合于浅井排砂。新工艺新技术介绍1、同心管射流冲砂工艺1.1射流冲砂器：新工艺新技术介绍1、同心管射流冲砂工艺1.1射流冲砂器：新工艺新技术介绍1、同心管射流冲砂工艺1.1射流冲砂器：新工艺新技术介绍1、同心管射流冲砂工艺1.1射流冲砂器：新工艺新技术介绍1、同心管射流冲砂工艺1.1射流冲砂器：新工艺新技术介绍1、同心管负压射流冲砂工艺1.2同心油管同心管主要由内外两层管柱构成，外管分为Φ88.9mmTBG油管和Φ73mmTBG油管，内管是Φ48.3mm油管。新工艺新技术介绍1、同心管射流冲砂工艺内管靠螺纹固定在外管内部，使用扶正垫块使其剧中。外管靠丝扣进行连接密封。内管应用插管式密封，内管头上的密封胶环起密封作用。新工艺新技术介绍1、同心管射流冲砂工艺1.3同心管换向器同心管转换器也是由内外两层构成，出口与内管相连，进口与环空相连。外层与外管间采用动密封（可以自由转动），有利于井口油管上卸扣，而且还悬吊冲砂管柱的作用。新工艺新技术介绍1、同心管射流冲砂工艺同心管冲砂时采用高泵压、高排量。泵压14-18MPa，排量0.9m^3/min以上，冲砂头水眼直径2-3mm，并与轴线成一定的夹角。水眼喷射出的高速水流不仅能破碎砂床，还能通过筛管缝隙清洗筛管周围的沉砂。由于地层压力大于井底压力，筛管周围的沉砂也被吸入筛管内，进而携至地面，达到近井解堵作用。几束高速水流与筛管壁及相互之间撞击以后，水流在筛管内处于紊流状态，有利于地层砂的悬浮，降低了地层砂在筛管内的沉降，使冲砂更彻底。新工艺新技术介绍新工艺新技术介绍现场冲砂新工艺新技术介绍现场冲砂新工艺新技术介绍现场冲砂新工艺新技术介绍现场冲砂新工艺新技术介绍泡沫流体冲砂洗井有如下特性：1)泡沫密度低，在井眼中其平均密度一般在0.5～0.8g/cm3之间泡沫柱所形成的低液柱压力，可以有效减少或避免冲砂液的漏失，泡沫流体中无固相，这可使其对地层的损害减少到最小。2)泡沫流体的粘度高，在较低的返速下，其携砂能力要大大高于空气、清水，泡沫流体良好的分散性及乳化性，使之对附着在油管内外壁、套管内壁及井下工具上的石蜡及粘结物有较好的剥离清除作用。2、氮气泡沫冲砂工艺新工艺新技术介绍根据实验取得的砂粒沉降速度见下表，粒径在0.56mm以下的砂粒在泡沫中呈悬浮状态，1mm左右粒径砂粒在泡沫中的沉降速度约为10-3m/s数量级，沉降速度极其缓慢。粒径(mm)0.36-0.400.45-0.560.9-0.631.25-0.9现象不沉降不沉降部分沉降缓慢沉降泡沫悬砂性能实验表2、氮气泡沫冲砂工艺00.10.20.30.40.5123456789101112粒径（mm）沉降速度（m/s）石英砂在清水中沉降速度和粒径关系图新工艺新技术介绍根据环空管道流动模型模拟，接近水平的环空管道中，泡沫流体的携砂性能远大于混气水和水的携砂性能；而在接近竖直的环空管道混气水和水的携砂性能稍大于泡沫的携砂性能。这表明泡沫流体更适用于水平井冲砂洗井。泡沫、混气水和水携砂性能的比较2、氮气泡沫冲砂工艺新工艺新技术介绍三、稠油水平井冲砂应用情况2009共完成12口井，其中风城油田作业区共施工8口井。2009年共有9口井因砂埋或砂卡造成停产，日影响油量69.4吨。共实施8口井除FHW12028（从施工过程中遇阻遇卡现象分析判断悬挂器附近套管破）遇阻下不去外，其余7口井均冲砂至井底且座洗干净。恢复正常生产，日产油55吨。2009年2010共完成35口井，其同心管射流21口，泡沫冲砂14口。2010年统计同心管冲砂18口井，截至１２月上旬，平均单井日产油量6.9吨，共产油5117吨。泡沫流体冲砂的水平井段在200m-304m之间，冲砂长度在2m-64m之间，平均冲砂长度24.5m。新工艺新技术介绍泡沫流体冲砂井油井生产情况统计表序号井号完工日期冲砂前产量冲砂后产量对比冲砂后有效生产天数冲砂后累计增油预计全年增油（t/d）（t/d）（t/d）日产液日产油日产液日产油日增油（d）（t）（t）1hqHW820102010.10.260.60.33.31.10.83729.6382hqHW820202010.11.51.51.24.12.71.54263.0783hqHW820302010.10.51.80.421.615.515.140604.07554hqHW820352010.11.312.40.58.54.23.728103.61415hqHW820362010.9.108.41.910.85.83.955214.52546hqHW820432010.11.1218.11.915.37.15.234176.82297hqHW820482010.9.152.00.226.27.06.873498.65678hqHW820632010.10.266.80.115.75.55.442225.52799hqHW840022010.10.272.60.99.14.83.943167.720710hqHW840042010.10.221.20.415.711.711.344497.261011hqHW840332010.11.88.34.53.60.30002012hqHW840362010.10.72.80.19.35.35.255286.033813hqHW840392010.9.82.10.835.412.411.650464.051914hqHW840452010.9.191.30.415.25.65.275390.0442合计14口井69.913.6192.179.570.16183361.54178平均5.01.013.75.75.044.1240.1298.414口水平井冲砂完工后和冲砂前产量相比，12口水平井取得了较好的生产效果，恢复至前期产量水平以上，2口水平井冲砂后生产情况未有改善，截止2010年12月16日，泡沫流体冲砂水平井口油井累计产油约3361t，预计全年增油4178t三、稠油水平井冲砂应用情况新工艺新技术介绍泡沫流体冲砂典型井生产效果统计图hqHW82043井冲砂前后生产情况对比051015202530359-149-2610-810-2011-111-1311-2512-712-1912-31日期产量（m3）日产液量日产油量冲砂前产量曲线2010年11月上修冲砂检泵冲砂后产量曲线，截止2011年1月5日三、稠油水平井冲砂应用情况新工艺新技术介绍泡沫流体冲砂典型井生产效果统计图hqHW82048井冲砂前后生产情况对比01020304050606-116-277-137-298-148-309-1510-110-1711-211-1812-412-201-5日期产量（m3）日产液量日产油量冲砂前产量2010年9月上修冲砂检泵冲砂后产量，截止2011年1月5日三、稠油水平井冲砂应用情况新工艺新技术介绍三、稠油水平井冲砂应用情况流速快，能有效降低井底压力，减少修井液的漏失。同心射流冲砂工艺优点冲砂方式日期冲砂井段泵压排量漏失量备注同心射流10.7.21212-2588-100.9+25冲出大量地层砂同心射流10.7.22258-368