冲砂工艺技术
2020年4月
井下特种作业公司试油测试大队
提纲
一、前言 二、冲砂工艺介绍 三、正循环冲砂介绍 四、反循环冲砂介绍 五、正、反循环冲砂 六、冲砂水力介绍 七、冲砂施工步骤及注意事项 八、特殊井冲砂 九、稠油井冲砂
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一、前 言
• 冲砂的原因： • 1、由于油层胶结疏松或油井工作制度不合理，以及措施不当造成油
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冲管冲砂：
所谓冲管冲砂，就是用小直径的管子下入油管内冲砂，如 小直径连续油管，以清除砂堵。其优点是操作轻便，不拆井口， 不动油管，可以冲砂至人工井底。
其他冲砂方式还有泡沫冲砂、连续装置冲砂等。
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冲砂液
冲砂液指的是进行冲砂时所采用的液体。通常采用的冲 砂液有油、水、乳化液等。为了防止污染油层，在液中可以 加入表面活性剂。一般油井用原油或水做冲砂工作液，水井 用清水（或盐水）做冲砂工作液，低压井用混气水做冲砂工 作液。选择冲砂液有一定的标准。 （1）具有一定的粘度，以保证有良好的携砂性能。 （2）具有一定的密度，以便形成适当的液柱压力，防止井喷 和漏失。 （3）与油层配伍性好，不损害油层。 （4）来源广，不损害油层。
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一、前 言
（一）井筒沉砂原因
1、地质因素：
（1）地层胶结疏松时，地层流体在生产压差作用下向井眼方向渗流， 致使岩石颗粒间的胶结力不断消弱，地层结构破坏引起出砂。流体密 度粘度越高、含气量越大，流动阻力越大，就越容易出砂。地层疏松 与否主要取决于岩石颗粒间胶结力的强弱，胶结强度与胶结物的种类、 数量及胶结方式有关。容易出砂的地层主要是接触胶结，胶结物数量 少，而且泥质较多。
随着产层压力递减，作用在承载骨架颗粒上的负荷逐渐增加， 出砂情况会日趋严重。任其发展，有可能造成地层坍塌、盖层下沉、 套管损坏、油水井报废的严重后果。
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一、前 言
3、脆性砂、砾岩层
脆性砂、砾岩层易碎，但有较多的胶结物，中等胶结强 度。地层流体产出时，能把地层面上的砂砾逐渐冲刷下来。 这类地层开始投产时出砂一段时间，忽然出砂量大减，甚至 无砂产生，此时，产量有可能会上升，但到一定时候有可能 重新出砂。这种规律是因为在出砂过程中套管外部冲蚀空穴 突然增大，过流面积成倍增加，使地层流体的流速大幅度下 降，致使出砂量明显下降。随着油气井条件变化，又会形成 新的出砂环境而开始出砂。当单位过流面积上的流体速度达 到一定数值时，又会出现地层砂砾大块坍塌，过流面积倍增 而停止出砂，最终可使油气井套管变形而报废。
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六、冲砂水力计算
保证将砂子带出地面的条件是 ：
vt> 2vd 式中：v t—冲砂液上升速度，m/s；v d—砂子在静止冲砂液中 的自由下沉速度，m/s。 由上式得出保证砂子上返地面的最低速度 ：
vmin=2vd 从而可由下式求得冲砂时所需要的最低排量 ：
Qmin =3600F·v min Qmin —冲砂要求的最低排量， m3 /h ；F —冲砂液上返流动截 面积，m²； vmin —保证砂子上返地面所需要的最低液流速度， m/s。 为了提高冲砂速度应尽可能提高泵的排量，并减少液流 返出截面，以保持高的液流上返速度。
采用正反冲砂方式时，地面管线上应安装改换冲洗方式 的总机关。以实现快速转换。
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气化液冲砂：
（1）采用泵车泵出的冲砂液和压风机压出的气混合而成的混合液进行冲砂的方式。 （2）在一些地层压力低的井中，冲砂时往往由于液柱压力过大而产生漏失，严重 时会无法进行循环，因此常采用气化液冲砂（又称混气冲砂）。 （3）气化液的液体可采用原油或清水。气化液冲砂的实质在于降低冲砂液的密度 ，从而降低液柱对井底产生的回压，以减少或防止漏失。气化液是用水泥车打出 的油（或水）和压风机供给的气混合而成的。 （4）气化液冲砂时，压风机与水泥车并联。要先开水泥车，后开压风机，使泵不 受气体影响，保证上水正常。压风机出口与水泥车之间要装单流阀，以防液体倒 流。接单根前要先停压风机，继续开泵5-10min，使液体充满冲砂管柱。液体的气 化程度要按需要而调节。 （5）气化液冲砂时，返出管线要用硬管线固定好，以防管线跳动而发生事故。
作业中通常多采用反循环冲砂；适用于冲砂管柱与套管环 空间隙过小或复杂事故处理需要。
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四、反循环冲砂介绍
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五、正、反循环冲砂介绍
利用正、反冲的优点，用正冲方式将砂堵冲开，并使砂 子处于悬浮状态。然后改为反冲，将冲散的砂子从冲砂管内 返至地面，这样可迅速解除砂堵，提高冲砂效率，直径 139.7mm 以上套管， 可采取正反冲砂的方式 。
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 内砂子逐渐沉淀，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，同时会损坏井下设备造成井下砂卡事故。 • 2、由于作业工序需要，将地层砂人为的填入井筒，滞留后在井筒堆 积成砂柱，影响到油井的正常生产或注水井的正常注水。 • 3、压裂施工后的压裂砂返出沉淀、滞留，影响生产。
正循环冲砂冲洗能力较强，容易冲开井底沉砂，但携砂 能力较小，易在冲砂过程中发生卡钻。
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三、正循环冲砂介绍
正冲砂应用： 进行了增产措施、井底沉砂沉结密实、或压裂液不完全
破胶，无法进行反循环冲砂的井。 对于井内地层出砂、修井措施（如压裂）后出砂、套管
破损及漏素
（1）在地层流体渗透过程中，大部分有效压强消耗在井壁附近。因 此，井壁岩石受渗流冲刷的作用力量最大，也最容易变形和破坏。 （2）不恰当的开采速度及采油速度的突然变化、注水井的急剧放压 等原因造成地层压力梯度发生急剧变化，致使岩层结构破坏引起出 砂。 （3）频繁的增产措施会破坏地层岩石结构，引起地层出砂。例如压 裂时高速流体冲击岩层，使岩石颗粒间胶结力削弱；酸化时酸液溶 解部分岩石胶结物，使岩石骨架解体；密集射孔会破碎岩石甚至引 起套管损坏。
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一、前 言
（4）油井出水时，泥质胶结物水化膨胀并分散成细小颗粒，在地层 压差作用下随着油、水流线向井眼方向运移，造成油井出砂、出泥。 （5）在油水井生产过程中，油、气层孔隙压力总体上是不断下降的， 而上覆岩层对地层颗粒及其胶结物的有效应力则不断增加，致使颗粒 间的应力平衡被破坏，胶结力下降引起地层出砂。 （6）在注水开发油田，当油井含水量上升时，为维持原油产量必须 提高采液速度，加大了地层流体对岩石颗粒的拖拽力，引起地层出砂。 （7）当井壁附近的岩石结构破坏到一定程度时，就会出现流砂现象。 这时即使井底压差很小，大批砂子也会无控制地流出，造成严重的砂 堵或砂卡现象。
中原区域地层压力较低，应用较广的是水力冲砂。
冲砂施工执行标准《SYT 5587.5-93 油水井常规修井作业 油水井探砂面、冲砂作业规程》
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二、冲砂工艺介绍
冲砂定义： 用高速液体将井底砂子冲散，并利用循环上返的液流将冲散的砂子
带到地面的清砂方法。 冲砂的目的：
解除砂堵，恢复油井正常生产。 常用的冲砂方式：
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一、前 言
对非均质、弱胶结或中等胶结砂砾岩油藏来讲，注水开发 阶段是油水井严重出砂的开始，特别是当油井见水后，产出液 含水量不断上升，胶结物逐渐膨胀疏松，致使地层胶结强度迅 速下降并出现严重的出砂现象。出砂情况随开采时间的延续及 开采强度的变化呈周期性变化。一般来说，开采时间越长出砂 越多，造成的地下亏空也越大。当亏空后的生产层胶结强度不 足以支撑生产液流所引起的冲刷强度时，就会出现更为严重的 出砂现象。
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一、前 言
（三）油水井出砂危害
1、原油产量、注水量下降甚至停产、停注 2、地面和井下设备磨损 3、修井工作量增加 4．套管损坏、油水井报废
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一、前 言
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。同时会损坏井下设备造成井下砂 卡事故。因此，必须采取措施清除积砂，通常采用冲砂来解 决这一问题。
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三、正循环冲砂介绍
筛管冲砂动画
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四、反循环冲砂介绍
反循环冲砂： 与正冲砂相反，冲砂液由套管和冲砂管的环形空间进入，
被冲起的砂粒随同冲砂液从冲砂管返回到地面。反冲砂冲刺力 小，液流上返速度大，携砂能力强。 反循环冲砂特点：
反循环冲砂冲洗能力小，但携砂能力较强。 反循环冲砂的应用：
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一、前 言
（2）当其他条件相同时，渗透率越高，岩石强度越低，地层越容 易出砂；
（3）地层构造变化引起出砂； （4）地层在构造上发生急剧变化的区域，例如在断层多、裂缝发 育、地层倾角大及边水活跃的地区，由于地层岩石原始应力状态被复 杂化，极易引起地层出砂。
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Qmin =3600F·v min=3600×0.3019×0.154=16.737m³/h 即油管内液体最低上返排量达到279L/min时，才能将冲起 的石英砂带至地面。
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六、冲砂水力计算
入井液最低排量计算： 套管内径：Ø121.36mm，油管外径Ø73mm： 入井泵排量计算过程： Q = vmin（D²-d²）/127 = 0.154×（121.36²-73²）÷127 = 11.4L/s = 684L/min 即：在内径为Ø121.36mm的套管内，用Ø73mm油管正循
有正冲、反冲、正反冲、钻冲砂等。 其他清砂方式：捞砂、连续油管冲砂、连续冲砂装置冲砂等。
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