[基金项目]该项技术是江苏油田2006～2007年度科研项目《复杂结构井修井工艺研究与应用》的研究成果之一,该项目获江苏油田2008年度科技进步二等奖。[作者简介]张成江,男,1961年4月出生,工程师,一直从事井下作业工艺技术研究与应用工作。一种经济有效的水平井冲砂工艺方法张成江吉小敏(江苏油田井下作业处工艺研究所江苏江都225265)摘要水平井与直井冲砂的主要区别在水平井段,由于重力作用,砂粒在水平井段内自由沉降方向与液流方向近乎垂直,所以水平井冲砂是否成功,冲砂液排量大小已不是主要因素,关键是冲砂液要具有很好的悬浮和携带能力。实验表明,提高冲砂液的粘度可有效降低砂粒的沉降速度,当粘度大于4mPa·s时,砂粒沉降速度已变得很慢。根据室内实验结果和对胍胶液性能测定,认为在目前设备技术条件下,胍胶液是比较理想的水平井冲砂液,它具有粘度高、冲砂效果好、易于配制、性能稳定、成本低廉等优点。通过在Z11平1井冲砂实践进一步证明:“胍胶液+反循环+出口机械除砂”是解决水平井冲砂问题的有效方法之一,具有较好的推广应用价值。关键词水平井砂粒沉降冲砂液粘度胍胶液现场应用引言水平井能有效提高油田的采油速度和采收率,加之钻井及完井技术的日益进步,使水平井技术在油气田开发中得到广泛应用。但水平井修井方面仍有诸多技术还处于研究探索阶段,如水平井冲砂工艺技术就是目前国内许多油田仍在研究探索的修井技术之一。水平井冲砂工艺要解决的关键技术1.直井冲砂时砂粒运移过程分析图1a是直井实施冲砂作业时砂粒运移示意图,砂粒的自由沉降方向与冲砂液流动方向在一条直线的相反方向,从理论上讲实现冲砂的条件是:V1>V2,但相关实验表明直井冲砂将砂子带出地面的充分条件是:V1>2V2(1)式中:V1———冲砂液上返速度,m·s-1;V2———砂粒在冲砂液中的自由沉降速度,m·s-1。冲砂时所需的最低排量:Qmin=360F·Vmin(2)Vmin=2V2(3)式中:Qmin———冲砂要求最低排量,m3·h-1;Vmin———保证砂子上返地面所需要的最低流速,m·s-1;F———冲砂液上返流动截面积,m2。分析可以看出:直井实施冲砂作业,只要携砂液的上返速度达到要求,砂粒就可以被有效带出地面,也就是说,如排除地层漏失因素,冲砂液的排量大小是影响冲砂效果的决定因素,而对冲砂液的悬浮能力(即粘度)要求不是很高。2.水平井冲砂时砂粒运移过程分析水平井与直井的区别在水平井段,图1b是水平井冲砂时砂粒在水平段运移示意图。水平井冲砂时,在水平段冲砂液上返流动方向与砂粒自由沉降2010年4月油气井测试第19卷第2期方向不在一条线上,砂粒沉降方向始终指向套管内壁底侧,与冲砂液流动方向成近乎90°的夹角,也就是说,如果冲砂液粘度太低,对砂粒没有足够的悬浮能力,井底被冲起的砂粒在运移很短距离后便再次沉积形成砂丘(或砂床),很容易出现砂堵或砂卡管柱现象。图2为低粘度冲砂液、反循环冲砂时水平井段油管内砂粒沉降分布示意图。从上面对比分析可以看出,水平井实施冲砂作业,冲砂液排量大小已不是决定冲砂效果的主要因素。要解决水平井冲砂问题,理论上有两个探索研究方向:一是冲砂液性能研究即提高冲砂液的悬浮和携带能力;二是干拢和破坏砂丘(或砂床)形成技术研究即阻止砂粒在水平井段的二次沉积。但根据国内一些油田的实践经验,现实、经济、有效的方法还是从改善冲砂液的性能入手,也就是说水平井冲砂要解决的关键技术是冲砂液悬浮和携带能力。冲砂液粘度对砂粒沉降速度的影响砂粒在流动液体中的沉降速度受粒径大小、形状、液体流速、液体粘度等多种因素的影响,表1为砂粒在流动清水中的沉降实验数据。表1流水携砂实验数据[1]粒径d=0.43mm流速(mΠs)沉降速度(mΠs)d=0.35mm流速(mΠs)沉降速度(mΠs)d=0.28mm流速(mΠs)沉降速度(mΠs)00.06300.04900.0370.0140.0570.0060.0470.0060.0340.0280.0510.0140.0420.0140.0310.0400.0450.0210.0400.0280.0280.0560.0410.0280.0370.0410.024就某一油田或某口井而言,井筒沉砂粒径大小不是人为能改变的。从表1可以看出,水流速度增加,砂粒沉降速度有所下降,但现场实践表明常规设备条件下,这种沉降速度下降产生的砂粒运移时间延长,一般情况下不足以将砂子带入垂直井段,否则,施工成本会很高。为了合...
