收稿日期:2007 01 20专利项目:本装置已获国家实用新型专利(ZL 200420040117.4)作者简介:范玉斌(1970 ),男,山东高唐人,技师,2006年毕业于中国石油大学石油工程专业,主要从事海洋石油工程技术及管理工作。

文章编号:1001 3482(2008)09 0091 04新型抽砂防砂工艺技术研究与应用范玉斌,安茂吉,王 涛,张 乐,吴志民,李新晓,韩宗峰(胜利石油管理局井下作业公司,山东东营257077)摘要:从抽砂、防砂的理论研究出发,利用研制的专利产品 冲砂转换装置,初步探索出了抽砂、防砂工艺技术。

在冲砂后起钻时依靠单向皮碗的抽汲作用,将聚集在近井地带的地层砂抽出,改善地层砂砾运移造成的地层堵塞,使井筒附近流体渗流通道增大,起到一定的防砂作用,为后续的防砂提供了良好的防砂环境,使防砂一次成功率和施工进度大大提高。

关键词:抽砂防砂;渗流通道;防砂环境;后续防砂中图分类号:T E358.1 文献标识码:BStudy of New Sand Washing and Sand Prevention Technology and Its ApplicationFAN Yu bin,AN M ao ji,WANG Tao,ZH ANG Le,WU Zhi min,LI Xin xiao,H AN Zong feng(Sheng li Oilf ield D ow nhole Op er ation Co.,D ongy ing 257077,China)Abstract:T his paper intro duces a new technolog y o f sand w ashing and sand prevention using pa tented sand w ashing cro ssover assembly w hich is based on conventional method.T he sand w hich is accumulated in the near w ellbore area w ill be mo ved by using sw abbing action of the unidir ec tional leather cup.T his action can improve the flow matr ix o f the near w ellbo re ar ea and enhance the sand prev ention effect.Key words:sand w ashing and sand preventio n;flow m atrix ;conditio n o f sand prevention;succeeding sand prevention油、气井防砂方法很多,但都是在油井出砂后,或者根据区块特性、油井的声波时差等资料来分析判断该油井出砂情况,会出现防砂效果不理想的情况,防砂一次成功率低、有效期短。

探索抽砂、防砂工艺的最初目的并不是为了油井防砂,而是为了抽出井筒及近井地带聚集的地层砂,减小地层堵塞,为地层流体更好流入井筒提供新的通道。

因此,抽砂防砂工艺不单独作为油井防砂的一种方法,只是作为一种其他防砂方法的前期清理油层通道的方法,但也起到防砂的作用,能延长油井的生产周期,故称为抽砂防砂。

1 防砂现状及特点目前,防砂方法可分为砂拱防砂、机械防砂[1]、化学防砂、热力焦化防砂、复合防砂5大类。

其共同特点是防砂都经过2道工序:一是把井筒内的砂子冲出;二是再用各种方法把井筒外的油层重新打开,开辟新的油路通道[2]。

没有一种方法是把近井地带聚集砂抽出一部分,以减少油流通道障碍,达到延长油井生产周期的目的。

2008年第37卷 石油矿场机械第9期第91页 OIL FIELD EQUIPMENT 2008,37(9):91~942 抽砂防砂工艺的理论研究2.1 砾岩的结构特点调查了胜利油田部分井的砂岩图片。

永92井,砾岩,2977.42m;永921井,含碳质纹层砂岩,2853.3m;永922井,包卷层理砂岩,2805.9m;盐18井,粒序层理砂岩,2863.2m 。

从结构特点可以看出,所有砾石都由一定数量的比较大的钙质岩石支撑,产生游离砂后,还剩有颗粒比较大的砾石,并非整体全部是细小颗粒。

2.2 砾石的游离运移特点对于出砂严重的油井,随着生产时间的延长,井筒附近就会产生大量的聚集砂,主要包括充填砂、骨架砂、渗流砂、弱胶结附着的颗粒砂、砂穴蹦落砂等。

充填砂聚集在井筒附近,有的能形成砂桥或结胶,对骨架细砂等其他类型的砂起到防砂的作用;而骨架砂等其他类型的砂则是油层被破坏后形成的自由砂,它是原油运移通道的障隘,它能堵塞原油运移通道孔隙[3]。

当油井正常生产时,对于复合防砂井,由于井筒和炮孔周围都充满了充填(物)砂,颗粒大的砂就很难、很慢地运移到井筒附近;但是,对于颗粒远小于充填砂的骨架自由砂或其他类型的砂也就能慢慢随原油渗流到充填砂当中,甚至流到防砂管中;对于只用滤砂管防砂的油井来说,井筒环空和炮孔周围都充满的大部分是骨架自由砂。

无论是哪种情况的砂,都随着油井匀速泵抽原油,用很长的时间(1~3a 或更长)渗流到井筒或井筒外壁附近。

部分砂流入井筒或随原油抽出地面后,油层由于其地层性质(均质性和非均质性)的不同,会在井筒外壁附近形成不同的砂体空洞,如空洞式、长带式、契子式等[1]。

当井筒和防砂管内砂满后,其渗透性还能足以使油井泵继续生产时,在油井套管周围所形成的空洞将后移,而各种砂将进一步堆积在井筒套管外壁,然后慢慢以井筒套管为中心向四周堆积,最终导致油井停井。

砂体空洞的后移使各种砂进一步运移堆积在井筒套管外壁,这些砂粒的运移堆积降低了井筒附近的油层孔隙与吼道的渗透性。

当油井再次作业时,最好的办法就是再次压裂充填,重新打开地层裂缝,用砾石充填这些空洞来提高地层的渗透性。

但是,这样并没有从根本上解决问题,井筒附近聚集的自由砂没有及时得到清理,不久会再次堵塞原油运移通道孔隙,并且远处的骨架自由砂也会慢慢渗流而来,聚集到井筒套管外壁,长此以往,井筒附近的砂会越聚越多,严重威胁油井正常生产。

3 抽砂防砂工艺技术3.1 工具的研制传统的油井作业一般都是把井筒内的砂子冲完后就开始下生产完井管柱,而聚集在井筒附近的自由砂得不到清理。

井筒附近脱离结胶的自由砂,在油井生产后不久又很快进入井筒,从而使油井生产周期缩短。

笔者和有关工程技术人员研制了一种冲砂、抽砂、防砂工具 冲砂转换装置,并获得了国家专利(专利号:ZL 200420040117.4)。

利用冲砂转换装置把前期油井生产出来而被挡在井筒附近的自由砂再次抽到井筒内,并再次冲出,使井筒周围原油流通缝隙和孔吼通道清洁通畅,从而确保了抽砂、防砂的有效性。

3.1.1 设计依据[4]a) 液体动力学连续性方程为v 1A 1= v 2A 2(1)冲砂水力计算公式为Q min =36 10-3Fv min(2)砂粒从井底上升到地面所需的时间为t =H /v(3)式中,F 为上返截面积,m m 2;v 1、v 2为液体在截面积为A 1、A 2流道内的流速,m/s;A 1、A 2为液体在流道内流速变化v 1、v 2前后的流通截面积,m m 2; 为液体密度,g/cm 3;Q min 为冲砂时要求的最低泵排量,m 3/h;v min 为保持砂粒上升所需的最低流速,m/h;t 为砂粒从井底上升到地面所需的时间,s;H 为井筒内砂面深度,m;v 为砂粒上升速度,m/s 。

由此可知,要想提高冲砂液的冲击效率,必须尽可能地提高泵的排量,减小上返时的截面积,保持较高的上返速度。

转换装置的设计就是在一定的泵速下,减小上返面积,提高液体流速。

根据冲砂过程中,砂粒从井底上升到地面所需的时间可知,速度v 越大,砂粒上返用的时间越短。

b) 根据压力计算式p =F /S当p 一定时,F 和S 成反比,即S 变小,F 变大。

使用冲砂转换装置时,冲击力明显有2次变化:!冲砂液由油套环形空间经转换装置转入笔尖时,p 一定,S 由大变小,而F 则由小变大,所以,冲砂液由油套环空经笔尖冲出出口时的冲击力变大,冲砂能力增强;∀冲砂液经笔尖冲出出口后,S 又由小变大,p 不变。

经转换装置转入转换装置以上油管时,#92#石油矿场机械 2008年9月S 又一次变小,F 变大,所以,冲砂液的携砂能力增强。

从以上可知,冲砂液的冲击力变大,以及冲液的携砂能力变大,都会提高它的流速,减少液体在井筒中的滞留时间和漏失量,提高冲砂速度和效率。

3.1.2 工作原理从套管泵入冲砂液,冲砂液经油套环形空间到达转换装置时,由于转换装置上皮碗的单向密封作用,液体不能再继续沿油套环形空间流下,迫使冲砂液沿转换装置上的转换孔流下,通向油管自笔尖冲下,冲砂液冲起砂形成携砂比极高的携砂液,完成反进正冲洗过程。

携砂液继续沿转换装置下油套环形空间上返,上返至转换装置时,由于皮碗的密封作用,不再继续上返,只通过转换装置下方的转换孔转进油管,沿油管上返至井口,完成携砂液由油套环形空间转进油管返出地面的过程。

3.1.3 结构及基本参数主要由上下接头、密封、转换、扶正4部分组成[5],转换器基本参数如表1。

a) 上接头是Rc 212接箍,下接头是R 2公螺纹。

b) 密封部分采用单级单向皮碗密封。

c) 转换部分下转换孔口截面积保证不小于 50.8m m(2英寸)油管内截面积。

d) 扶正块设在转换器的上部和下部,上下扶正器可把皮碗夹在中间,既可扶正还可减小皮碗的磨损。

扶正器外径为 150mm,径向长为150~200mm 。

表1 转换器基本参数长度/mm 缸体最大外径/mm 皮碗直径/mm 适用套管内径/mm 中心通道内径/mm皮碗密封压力/M Pa连接螺纹工作温度/∃455140163159.4上 62.0下 47.515上Rc 212下R 2-20~1203.2 现场应用a) 用冲砂转换装置冲完井筒内的地层砂,在起钻时只拆掉出口管线,此时井筒液体全满,冲砂转换装置完全没入液体中;在上提过程中,冲砂转换装置就象一只活塞,产生一定的抽汲作用,而它的抽汲程度则随着起钻上提速度的不同而发生变化。

可根据需要,在最上一根油管接箍装一丝堵,来加大抽汲力度。

由于油井生产时出砂是由于匀速泵抽产生的,而起钻上提速度的变化正好对井筒外壁砂的抽汲有很大的扰动作用,就容易把聚集在井筒外壁的砂抽出。

b) 当把冲砂转换装置完全提出油层后,再次下探砂面。

若出砂,则再次做冲砂、抽砂施工,反复几次,就可把以前所有聚集在井筒附近的自由砂抽出。

油井投产后,井筒远处的砂不会快速运移到井筒内[6]。