水平井普通油管旋流連續(xù)沖砂工藝技術

1、水平井普通油管旋流連續(xù)沖砂工藝技術石油機械CHINAPETROLEUMMACHINERY2007年第35卷第9期應用技術水平井普通油管旋流連續(xù)沖砂工藝技術顧文萍陳碧波蘇德勝陳黎祥(1.江蘇油田分公司試采一廠2.江蘇油田分公司石油工程技術研究院)摘要水平井普通油管旋流連續(xù)沖砂工藝技術是利用普通油管實現(xiàn)水平井反循環(huán)旋流連續(xù)沖砂的,接單根過程中不停泵,可防止砂粒下沉和砂卡事故發(fā)生.該工藝的配套工具主要由井口循環(huán)工具(高壓自封封井器和新型反沖洗閥)和井下沖砂工具(水力旋流沖砂器,安全泄流閥和扶正器)2部分組成.該項工藝在江蘇油田分公司真11一平1井的首次應用獲得成功,沖砂效率提高50%,取得較好的經(jīng)濟

2、和環(huán)境效益.關鍵詞水平井旋流連續(xù)沖砂工藝技術配套工具傳統(tǒng)的沖砂工藝雖然能滿足直井,定向井的要求,但難以滿足水平井水平井段的沖砂要求.目前江蘇油田已鉆水平井24口,水平井在采油生產(chǎn)過程中,出砂問題比較突出,特別是疏松砂巖油藏出砂更為嚴重,通過沖砂作業(yè)恢復油井正常生產(chǎn)必不可少.由于水平井井身結(jié)構特殊,地層砂更容易進入井筒內(nèi),并在井筒底部形成砂床,出砂嚴重時可能砂堵井眼.與直井沖砂相比,水平井沖砂存在以下問題:沖洗液在水平井段及斜井段的攜砂能力低,地層砂易沉降,停泵時很容易在大斜度井段形成砂橋,造成沖砂過程中砂卡事故的發(fā)生;需沖洗的井段長;砂不易被沖起和清除干凈.為利于沖洗液將砂攜走,需采用有效措施

3、確保砂和雜質(zhì)處于懸浮狀態(tài).旋流連續(xù)沖砂工藝技術能有效地解決目前油田沖砂作業(yè)施工中存在的易砂卡,污染環(huán)境等問題,同時能解決水平井沖砂存在的問題.反循環(huán)旋流連續(xù)沖砂效率高,使沖砂液全部排入儲液池,便于回收,同時能改善工人工作條件.工藝原理旋流連續(xù)沖砂工藝技術是利用普通油管實現(xiàn)水平井反循環(huán)旋流連續(xù)沖砂的,在接單根過程中不停泵,防止砂粒下沉和砂卡管柱事故的發(fā)生,同時能保護井場環(huán)境,改善工人工作條件.水平井普通油管反循環(huán)旋流連續(xù)沖砂工藝管柱見圖1.圖1水平井普通油管反循環(huán)旋流連續(xù)沖砂工藝管柱結(jié)構示意圖l一新型反沖洗閥;2一高壓自封封井器;3一油管;4一安全泄流閥;5一扶正器;6一水力旋流沖砂器旋流連續(xù)沖

4、砂工藝配套工具由井口循環(huán)工具和井下沖砂工具2部分構成.井下沖砂管柱自下而上為:水力旋流沖砂器+1根63.5mm(2英寸)油管+0139.7mm扶正器+3.5mm油管+安全泄流閥+3.5mm油管至井口+新型反沖洗閥.1.井口循環(huán)工具井口循環(huán)工具包括高壓自封封井器和新型反沖洗閥.利用該部分工具可實現(xiàn)水平井不停泵,反循環(huán)連續(xù)沖砂作業(yè),使沖砂液全部排入儲液池,以便回收,既能保護井場環(huán)境,又能改善工人工作條件.施工時,沖砂油管每一根上端接一新型反沖洗閥,它在管柱中的作用是:$江蘇油田局級科研項目"疏松砂巖完井防砂工藝研究"(JS05024)子課題;水力旋流沖砂器已申報國家實用新型專利

5、,專利申請?zhí)?200620075761.4.2007年第35卷第9期顧文萍等:水平井普通油管旋流連續(xù)沖砂工藝技術一105一(1)在入封井器前相當于油管短節(jié),此時沖砂液循環(huán)路線為:大四通油套環(huán)空進入,油管上升至新型反沖洗閥通過管線流到地面儲液池;(2)進入封井器后,下部的滑動閥打開,上端的單流閥自動關閉,反沖洗閥與封井器共同形成循環(huán)通道,沖砂液循環(huán)路線為:大四通油套環(huán)空進入,油管上升通過反沖洗閥的滑動閥進入封井器的循環(huán)出口通道,通過管線接到地面儲液池里.此時管柱正好座在井口吊卡上,可實現(xiàn)不停泵接單根作業(yè),從而實現(xiàn)水平井連續(xù)沖砂作業(yè).(3)入井后(通過封井器后)滑動閥自動關閉,在封井器以下時還是相

6、當于油管短節(jié).2.井下沖砂工具井下沖砂工具包括水力旋流沖砂器,安全泄流閥和扶正器.該部分完成對地層砂的沖洗和安全泄流功能.水平井旋流沖砂器的作用是在套管內(nèi)形成高速旋流,攪動水平井段內(nèi)的沉砂,有效地破壞砂床,使砂子和雜質(zhì)始終處于懸浮狀態(tài),有利于沖洗液將地層砂攜走,將砂粒徹底沖洗干凈.安全泄流閥在沖洗阻力過高時起安全卸壓的作用.主要配套工具1.新型反沖洗閥新型反沖洗閥主要由油管接箍,壓蓋,彈簧,閥球,球座,中心管,護套,矩形彈簧,0形密封圈,滑動閥,下接頭等零件組成,如圖2所示.2英寸平式油管螺紋21/2英寸平式油管螺紋圖2新型反沖洗閥1一油管接箍;2-壓蓋;3一彈簧;4一閥球;5,100形密封圈

7、;6一球座;7一中心管;8一護套;9一矩形彈簧;11滑動閥;12一下接頭2.水力旋流沖砂器為提高水平井連續(xù)沖砂效率,有利于沖洗液將砂攜走,需采用有效措施確保砂和雜質(zhì)處于懸浮狀態(tài),為此研制開發(fā)了水力旋流沖砂器.水力旋流沖砂器是用普通油管實現(xiàn)連續(xù)沖砂配套工具的關鍵部件,其結(jié)構組成如圖3所示.它主要由上接頭,沖洗管,壓緊套,自封皮碗,皮碗座,中心管,旋轉(zhuǎn)噴頭限位套,旋轉(zhuǎn)噴頭,軸承,引鞋,隔圈,頂絲,0形密封圈等組成.自封皮碗內(nèi)設鋼絲骨架結(jié)構,耐壓差高,密封可靠,既增加了工作的可靠性,又增強了皮碗的整體聯(lián)動性能,可有效防止皮碗落井現(xiàn)象的發(fā)生.自封皮碗承受工作壓差達到15MPa以上,自封皮碗自由狀態(tài)下最

8、大外徑為127mm,受壓可縮小,緊貼套管壁,能有效地密封油套環(huán)形空間.I6ll4圖3水力旋流沖砂器1一上接頭;2-沖洗管;3一壓緊套;4一自封皮碗;5一密封圈;6一皮碗座;7一中心管;8一旋轉(zhuǎn)噴頭限位套;9,11,130彤密封圈;10一旋轉(zhuǎn)噴頭l2一軸承;14一引鞋;15隔圈;l6一頂絲水力旋流沖砂器工作原理:反循環(huán)連續(xù)沖砂施工時,液流從沖洗管的水眼進入,通過沖洗管和中心管之問的環(huán)空進入到旋轉(zhuǎn)噴頭的內(nèi)腔,再從旋轉(zhuǎn)噴頭的水眼噴出,形成高速射流,根據(jù)水力學原理,此時旋流噴頭在水力作用下會高速運轉(zhuǎn),在套管內(nèi)形成高速旋流,對水平井段內(nèi)的沉砂進行充分攪動,從而有效地破壞砂床,使砂子和雜質(zhì)始終處于懸浮狀態(tài)

9、,有利于沖洗液將地層砂攜走,將砂粒徹底沖洗干凈.3.安全泄流閥安全泄流閥主要由上接頭,密封心,彈簧,下接頭等組成.其作用是在泵反洗井壓力超過一定范圍時,自動卸壓泄流,在油套環(huán)空和油管之問形成新洗井液通道,從而保護洗井管柱及相關設備.4.扶正器扶正器主要由壓環(huán),彈簧,摩擦塊和扶正體等組成.扶正器自由狀態(tài)下最大外徑為132mm.扶正器對水力旋流沖砂器的自封皮碗進行扶正,以確保自封皮碗居中,有效地密封油套環(huán)形空間.旋流連續(xù)沖砂水力參數(shù)旋流連續(xù)沖砂水力參數(shù)的確定如下:沖砂液為清水,沖砂排量p為11L/s,工作壓力為15MPa.沖砂排量的確定原則:沖砂時,為了使液流將砂粒帶至地面,液流在井內(nèi)的上升速度必

10、須大于最大直徑砂粒的自由下沉速度.因而保證將砂粒帶至地面的條件是:l2vf式中.液流上返速度,m/s;-106-石油機械2007年第35卷第9期砂粒在沖砂液中的自由下沉速度,m/s.根據(jù)某油田平均砂粒大小(mm)可以從文獻2中查到不同直徑的砂粒在清水中的自由下沉速度(m/s),乘以2便可得出保持砂粒上升的最低速度.,從而可求得沖砂洗井時所需的最低排量.Qmin=360OAr1岫式中Qmi沖砂洗井所需的最低排量,m/h;A沖砂液上返流動時的最大截面積(反沖時為沖砂管柱內(nèi)截面積),m;Ulmin保持砂粒上升所需要的最低液流速度,m/s.如沖砂排量Q按11L/s計算,沖砂液在油管內(nèi)的流速=Q/A=0

11、.O11/(耵×0.062/4)=3.64m/s.旋流沖砂器中心管內(nèi)的流速=Q/A=0.O11/(耵×0.036/4)=10.81m/s.以上計算液流的上升速度均大大超過保持某油田砂粒上升所需要的最低液流速度.室內(nèi)試驗1.新型反沖洗閥(1)裝配前,各零部件應清洗干凈,去除毛刺;裝配時,各螺紋聯(lián)接處應涂潤滑脂.(2)組裝完畢后,須進行密封試驗.試驗時,從上端加壓,試驗壓力25MPa,保壓5min,單流閥處應無滲漏;從下端加壓,單流閥開啟壓力為0.50.6MPa;上端堵死,從下端加壓,試驗壓力25MPa,保壓5min,滑動閥應無滲漏.2.水力旋流沖砂器水力旋流沖砂器應通過地面試

12、驗驗證理論計算的正確性,試驗結(jié)果應與理論計算基本吻合,才能下井試驗.旋轉(zhuǎn)噴頭工作時的轉(zhuǎn)速可以通過改變其上的水眼直徑大小來實現(xiàn).地面試驗時,旋轉(zhuǎn)噴頭應高速運轉(zhuǎn)自如,無卡滯現(xiàn)象發(fā)生.3.安全泄流閥安全泄流閥裝配完畢后必須進行密封試驗,通常泄流壓力為5MPa;當壓力小于5MPa時,該閥密封心應無滲漏.現(xiàn)場應用2006年9月20日在江蘇油田試采一廠周52新2井(大斜度井,最大井斜達53.)開展普通油管旋流連續(xù)沖砂現(xiàn)場試驗.反循環(huán)沖砂管柱自下而上:水力旋流沖砂器+1根3.5mm油管+139.7mm扶正器+3.5mm油管+安全泄流閥+63.5mm油管至井口+新型反沖洗閥.水力旋流沖砂器下深2450m,沖砂

13、排量11L/s,沖砂循環(huán)壓力911MPa.水力旋流沖砂器工作良好,但新型反沖洗閥在試驗中還存在以下幾個問題:單流閥球座固定不住;滑動閥出水通道太小;高壓自封封井器的膠心易損壞,原因是新型反沖洗閥的外輪廓倒角過小.改進后,于2006年12月1日在江蘇油田試采一廠真11一平1井重新進行旋流連續(xù)沖砂現(xiàn)場試驗,該井反循環(huán)沖砂施工非常順利,新型反沖洗閥完全達到設計的功能.試驗結(jié)果表明,油井沖砂作業(yè)時間平均縮短50%以上,取得較好的經(jīng)濟和環(huán)境效益.結(jié)論(1)旋流連續(xù)沖砂工藝和常規(guī)沖砂工藝相比,井口循環(huán)工具不用特殊懸掛器和工作筒(長度達10m,運輸不便),只需高壓自封封井器和新型反沖洗閥,結(jié)構簡單,使用方便;(2)水力旋流沖砂器結(jié)構設計獨特,使沖砂效率提高50%以上;(3)旋流連續(xù)沖砂工藝基本解決了水平井沖砂的技術難題,可減少沖砂作業(yè)中砂卡事故的發(fā)生,能盡快恢復油井特別是水平井的正常生產(chǎn);(4)旋流連續(xù)沖砂工藝可達到保護井場環(huán)境,使沖砂液全部排人儲液池,便于回收,同時改善了工人工作條件.參考文獻