大斜度、水平井井筒清洗技術(shù)探討

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1、大斜度、水平井井筒清洗技術(shù)探討大斜度井、水平井和一般直井一樣，在試油工藝及開發(fā)中，井下不可避免會(huì)出現(xiàn)出砂問題，為此就必須采取井筒清洗技術(shù)，才能恢復(fù)井下正常。作業(yè)現(xiàn)場常用的清砂工藝主要有水力沖砂和機(jī)械撈砂兩種方式。水力沖砂工藝適用于能建立循環(huán)的井，清潔效果好，應(yīng)用比較普遍。機(jī)械撈砂工藝不但適宜于能建立循環(huán)的井，也可用于嚴(yán)重漏失的井（負(fù)壓井），它是利用抽吸的原理，因此也叫負(fù)壓撈砂，但效率要小于水力沖砂，因此它主要用在漏失井較多。本文針對大斜度井、水平井的清潔工藝存在技術(shù)難題作針對性的研究。第一節(jié)水力沖砂工藝的研

2、究水平井清洗技術(shù)難點(diǎn)主要有兩個(gè)方面：一是清洗不徹底、二是極容易卡鉆。由于井筒斜度大，沉砂在運(yùn)動(dòng)過程中的垂直下落距離短，在重力作用下一旦上返速度達(dá)不到要求或循環(huán)不充分，很快就緊貼套管壁堆積，形成很長一段砂床。如果沉砂堆積過多，則發(fā)生砂埋卡鉆或粘附卡鉆。因此這決定了大斜度井、水平井的井筒清洗技術(shù)與直井有所區(qū)別，必須采取合理的沖砂方式，才能達(dá)到高效、安全的沖砂目的。一、水平井沖砂的水力學(xué)分析（一）水平井井筒內(nèi)固—液兩相流流動(dòng)規(guī)律的分析為了更加直觀地了解水平井井筒清潔技術(shù)，為現(xiàn)場施工提供可靠的參考依據(jù)，有必要在攜砂

3、液、固體顆粒在水平段的運(yùn)動(dòng)方式和沉降規(guī)律等方面進(jìn)行理論分析和試驗(yàn)。圖1直井、水平井沖砂過程砂粒運(yùn)移示意圖水平井與直井的區(qū)別在水平井段,圖1是水平井沖砂時(shí)砂粒在水平段運(yùn)移示意圖。水平井沖砂時(shí),在水平段沖砂液上返流動(dòng)方向與砂粒自由沉降方向不在一條線上,砂粒沉降方向始終指向套管內(nèi)壁底側(cè),與沖砂液流動(dòng)方向成近乎90°的夾角,也就是說,如果沖砂液粘度太低,對砂粒沒有足夠的懸浮能力17,井底被沖起的砂粒在運(yùn)移很短距離后便再次沉積形成砂丘(或砂床),很容易出現(xiàn)砂堵或砂卡管柱現(xiàn)象。圖2為低粘度沖砂液、反循環(huán)沖砂時(shí)水平井段油

4、管內(nèi)砂粒沉降分布示意圖。圖2反循環(huán)沖砂水平段油管內(nèi)砂粒分布圖從上面分析可以看出,水平井實(shí)施沖砂作業(yè),沖砂液排量大小已不是決定沖砂效果的主要因素。要解決水平井沖砂問題,一是提高沖砂液的懸浮和攜帶能力；二是干擾和破壞砂丘(或砂床)形成，即阻止砂粒在水平井段的二次沉積。但根據(jù)國內(nèi)一些油田的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)實(shí)、經(jīng)濟(jì)、有效的方法還是從改善沖砂液的性能入手，也就是說水平井沖砂要解決的關(guān)鍵技術(shù)是沖砂液懸浮和攜帶能力。產(chǎn)層所產(chǎn)出的地層砂(固體顆粒)，大都是不規(guī)則的。由于形狀的不規(guī)則，在流體中自由沉降時(shí)的阻力系數(shù)比規(guī)則顆粒要大，

5、并且其在沉降過程中還伴有水平方向的漂移運(yùn)動(dòng)，在相同情況下比規(guī)則的顆粒（如壓裂充填的石英砂）沉降末速要小。砂粒在流動(dòng)液體中的沉降速度受粒徑大小、形狀、液體流速、液體粘度等多種因素的影響，表1為砂粒在流動(dòng)清水中的沉降實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表1　流水?dāng)y砂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就某一油田或某口井而言，井筒沉砂粒徑大小不是人為能改變的。從表1可以看出，水流速度增加，砂粒沉降速度有所下降。砂粒在沉降運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)阻力、重力和浮力達(dá)到平衡時(shí)，17砂粒下沉速度不再增加，稱其為沉末速度。球形顆粒在液體中的沉降速度與顆粒在液體中所受的重力、浮力、阻力有關(guān)，

6、當(dāng)顆粒沉降速度穩(wěn)定后，顆粒所受阻力F為重力W減去浮力T，即：F=W-T………………………………………………………（1）其中：，，　將其代入式(1)則可得：不同雷諾數(shù)下的顆粒移動(dòng)阻力系數(shù)不同。在層條件下(Re<1),Cd=3π/Re；過渡流條件下(1

7、密度，g/cm3；ρs—砂粒密度，g/cm3；17μ—沖砂液粘度，mPa.s；g—重力加速度，m/s2。表2砂粒沉降試驗(yàn)數(shù)據(jù)為了解沖砂液粘度對砂粒沉降速度的實(shí)際影響,相關(guān)研究機(jī)構(gòu)在室內(nèi)進(jìn)行了溶液粘度對砂粒沉降影響實(shí)驗(yàn)。表2為采用兩種不同增粘劑所配溶液的砂粒沉降實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖3為根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制的沖砂液中增粘劑濃度與砂粒平均沉降速度關(guān)系曲線。從圖3可以看出:①隨著增粘劑質(zhì)量濃度的增加即沖砂液粘度增大,砂粒平均沉降速度逐漸下降;②就某一種增粘劑而言,當(dāng)其質(zhì)量濃度增加至某一值時(shí),繼續(xù)加大濃度,其溶液粘度增加值很小;

8、③當(dāng)沖砂液粘度增大到某一值時(shí),砂粒平均沉降速度會(huì)變得很小。根據(jù)實(shí)驗(yàn),沖砂液粘度達(dá)到3～4mPa·s時(shí),砂粒平均沉降速度僅為0.146cm·s-1,繼續(xù)增大沖砂液粘度,砂粒平均沉降速度減幅明顯變小。圖3增粘劑質(zhì)量濃度與砂粒平均沉降速度關(guān)系（二）沖砂使用的攜砂液配方研究17從以上井筒內(nèi)固液相流動(dòng)規(guī)律的研究可以看出，大斜度、水平井段沖砂的特點(diǎn)：一是沖砂液粘度越大，沙粒沉降速度變慢，形成二次沉砂及砂床的時(shí)間延長；二是提高