水平井洗井工艺技术研究(一)
水平井冲砂洗井技术研究
水平井冲砂洗井技术研究
摘要：论文针对水平井冲砂洗井过程中，由于水平井结构特殊造成的水平段砂粒易沉降、井壁粘结杂质不易冲洗干净等问题，介绍了几种水平井冲砂洗井的工艺技术。通过对比说明了不同洗井工艺的优缺点，需根据不同的油井出砂状况来选择正确的冲砂工艺，以实现高效的水平井冲砂作业。
关键词：开采后期、防砂工艺、技术探讨
1引言
水平井已经成为国内外一项重要的采油工艺技术，随着水平井数量的增多，也伴随着产生了一系列关于水平井的技术问题，水平井的冲砂解堵工艺就是其中一项。由于水平井井身结构的特殊性，与直井冲砂相比，水平井冲砂工艺存在以下问题：由于需冲洗的井段很长，尤其是洗井液在水平井段及斜井段的携砂能力低，因此砂粒容易沉降，不易被冲起和清除干净，而且在停泵时很容易在大斜度井段形成砂桥，造成冲砂过程中的砂卡事故。因此，发展与水平井相配套的冲砂解堵工艺技术具有重要的工程价值。
2 水平井冲砂洗井技术
2.1 油管液体冲砂
我国各油田普遍采用水力冲砂的方式将油井中的积砂冲到地面，目前应用最多的就是传统油管液体冲砂。它是利用高速液体将井底砂子冲散，然后利用循环上返的液体将冲散的砂子带到地面。
油管液体冲砂有三种方式：（1）正冲：冲砂液沿冲砂管流入，冲散的砂子和冲砂液沿冲砂管和套管之间的环空返回地面；此工艺可以在井底产生较高的冲击力，冲散井底砂层。（2）反冲：与正冲恰好相反，冲砂液沿油井环空注入，冲散的砂子和冲砂液沿冲砂管柱返回地面，此工艺可利用管柱内空间较小的特点，提高冲砂液上返速率，从而增加冲砂液的携砂率。（3）正反冲：同时采用正冲和反冲，利用两者各自的优点。
常规油管液体冲砂技术弊端在于：冲完一根管柱停泵接单根时，冲砂液停止循环，砂粒上返过程中易在井斜大的部位重新堆积，造成砂卡堵的现象。因此，目前国内外大部分油田开始选用连续油管作为水平井冲砂管柱，避免了作业中接单根的工序，同时保证了冲砂液的连续循环，实现高效安全的冲砂洗井。【水平井洗井工艺技术研究】
2.2 连续冲砂洗井工艺技术
虽然连续油管可有效解决洗井过程中停泵导致的冲砂液暂停循环问题，但我国使用的连续油管及相关设备依赖进口，费用较高，随着我国水平井数量的不断
水平井洗井工艺技术研究(二)
水平井工艺技术措施
水平井技术措施
1. 侧钻
1) 直井段要保证钻直，钻进至造斜点测ESS，及时计算出井身轨迹数据，以此为依据计算设计下部施工的井眼轨道；
2) 侧钻井段要选择在井径规则、钻时较快的井段，最好是砂岩段；
3) 水泥塞要保证打实，候凝48小时以上，检查水泥塞质量。检查方法：修水泥面，试钻钻压50~80千牛，钻时不高于5~8分/单根，水泥塞质量达到上述要求后钻至侧钻点井深；
4) 侧钻用直马达加弯接头，使用MWD监测井身轨迹的变化情况，判断是否侧钻成功；
5) 严格按照推荐上扣扭矩紧扣；
6) 控制起下钻速度在15柱/小时以下；
7) 开泵前要确保已安放了钻杆泥浆滤清器；
8) 钻井参数服从马达参数，轻压，根据钻进直井段时的钻时选择控制好侧钻钻时；
9) 随时注意钻进时的返砂情况，根据返砂情况及时调整钻井参数，确认新井眼与老井眼偏离2米，新砂样达90%，可确定出新井眼，方可起钻；
10) 起钻前，充分循环至振动筛上无砂子返出；
11) 起钻后采用导向系统钻进。
2. 导向钻进
1) 严格按照推荐上扣扭矩紧扣；
2) 控制起下钻速度在15柱/小时以下；
3) 若下钻遇阻，划眼时应保证工具面是钻进该井段时使用的工具面；
4) 开泵前要确保已安放了钻杆泥浆滤清器；
5) 钻井参数参考马达使用参数；
6) 如果造斜率偏高，马达角度在2度以下可考虑采用10－30转/分以下的转速启动转盘导向钻进;
7) 如果造斜率偏低，起钻换高角度马达；
8) 工具造斜率应稍高于设计造斜率，避免因造斜率不足而起钻；
9) 实际施工过程中，应使实钻轨道尽量靠近设计轨道；
10) 根据现场实际情况，分段循环，及时短起下，保证井眼清洁；
11) 钻具倒装，原则是井斜30度以深井段采用18锥度钻杆，加重钻杆数量保证该井的加压需要；
12) 加强泥浆性能，保证携砂、润滑，含砂量〈 0.5%，以保证MWD和马达正常工作，并延长其使用寿命；
13) 起钻前，充分循环至振动筛上无砂子返出；
14) 选用与马达参数相匹配的优质钻头以保证安全优质快速钻井；
15) 造斜点以上井段及入窗之前井斜60－70度左右测多点，以校对MWD与ESS测斜仪是否存在偏差，进一步保证安全着陆；
16) 定期进行钻具探伤，发现有损坏的钻具及时更换，并定期倒换井下钻具下井顺序；
17) 及时测斜计算，根据测斜结果掌握好井身轨迹的变化趋势，准确制定出钻进下部井眼的最合理的施工方案；
18) 现场施工人员根据钻进情况及时调整钻具组合及钻井参数，解决好水平井在大斜度时的传压问题。
3. 水平井段
1) 水平段采用小角度导向马达钻进，加强短起下钻作业，保证井眼清洁，加强泥浆性能管理。
2) 条件许可的情况下，泥浆排量应采用高限，以保证携砂及清洁井眼；
3) 及时测斜计算，根据测斜结果掌握好井身轨迹的变化趋势，准确制定出钻进下部井眼的最合理的施工方案；
4) 现场施工人员根据钻进情况及时调整钻具组合及钻井参数，解决好水平井在大斜度时的传压问题。
水平井洗井工艺技术研究(三)
水平井冲砂工艺技术探讨
水平井冲砂工艺技术探讨
【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。本文主要简要的分析了水平井的冲砂技术。
【关键词】水平井 冲砂 探讨
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。【水平井洗井工艺技术研究】
1 水平井冲砂工艺的特征
1.1 水平井冲砂特点
水平井井身结构的特殊性，决定了水平井冲砂与直井有所不同，主要区别有以下几点：【水平井洗井工艺技术研究】
（1）在水平段环空流体速度偏差很大，在靠井壁底面位置流速很低，携带能力大大降低，尤其在管柱静止时这种现象更加突出；
（2）井壁残留沉积物易导致钻具被卡，但循环通道在短时间内依然存在，施工时不易发现这种异常情况；
（3）同一口井中，不同井斜角井段的作业参数不同，选择最关键的井段，即30°～60°井段和水平井段，作为施工方法和洗井液性能选择的依据。
1.2 水平井冲砂难点
（1）由于水平井没有沉砂口袋，砂粒从地层中进入井筒后直接落在生产井段内逐渐形成砂床，由于各种原因压实的砂床，具有一定的强度，硬探砂面时管柱已从砂床上穿过，地面指重表没有明显显示，冲砂是只能按最终硬探的深度冲砂，导致砂面数据不准确。
（2）井内管柱贴近井壁低边，管柱受“钟摆力”和摩擦力的双重作用，易卡钻。
（3）在水平井段，无论修井液携砂能力有多强，总有部分地层砂在上返途中留在井壁低边，形成砂屑床，致使摩擦面积和扭矩增大，导致井况复杂。
水平井洗井工艺技术研究(四)
水平井分段压裂工艺研究现状及发展趋势
【摘要】对水平井进行分段压裂，一口井可以形成多条横向裂缝，增产效果比直井更明显，近年来水平井压裂应用越来越广泛。当水平井需要改造的段数较多时，需要采用分段压裂工艺。根据工艺技术的不同，分析了5类不同的分段压裂工艺研究现状，指出了目前研究中的不足，并对未来的研究方向进行了分析和展望。
【关键词】水平井 分段压裂 封隔器 水力喷射
水平井压裂已成为当今开采低渗透油田的主导措施。当水平井需要改造的段数较多，就需要采用分段压裂工艺。分段压裂的突出特点是逐段改造，每次只压裂开1个井段，根据工艺技术的不同，可以分为以下5类：段塞分段压裂、封隔器分段压裂、封隔器+滑套喷砂器水平井分段压裂、水力喷射分段压裂、TAP分段完井压裂。
1 水平井分段压裂造缝机理
根据水平井筒轴线方向与地层最大主应力方向的关系，水平井压裂后的裂缝形态主要有3种：水平井筒与最大主应力方向平行，形成纵向裂缝；水平井筒与最大主应力方向垂直，形成横向裂缝；水平井筒与最大主应力方向有一定的夹角，形成扭曲裂缝。水平井压裂的增产机理在于压裂改变了渗流模式：从压裂前的径向流变为压裂后的线性流，渗流阻力减小很多。
2 水平井分段压裂工艺现状2.1 段塞分段压裂
基本原理是在前一段施工快结束的时候，使用高粘度的物理、化学物质在顶替完成后在井筒中故意形成堵塞，使后续液体和支撑剂进入新裂缝。堵塞材料主要有高浓度支撑剂、超粘完井液、填砂液体胶塞3种。该工艺优点是无需下入专门工具，就可以确保按照预计的多裂缝压裂进行施工。缺点是作业周期长、冲胶塞施工时易造成伤害；胶塞强度有限，在深井中不能实现有效的封隔，目前已经较少应用。
2.2 封隔器分段压裂
2.2.1 上提管柱分段压裂
利用喷砂器的节流压差坐封封隔器，反洗井替液解封封隔器，采取上提管柱的方式，实现一趟管柱完成多个层段的压裂。采用高压差K344封隔器跨隔密封，优化了管柱受力状态，提高了施工的可靠性。
2.2.2 不动管柱分段压裂
不动管柱多级分段压裂利用喷砂器的节流压差坐封封隔器，利用投球的方式实现分段压裂，实现不动管柱一趟管柱完成多个层段的压裂。该技术的主要优点是多段压裂的针对性比较强，但是压裂工具能否顺利通过水平井造斜段、压裂后封隔器胶筒的收回、管柱砂卡处理等问题仍旧是制约该项技术应用的关键。
2.3 封隔器+滑套喷砂器水平井分段压裂
该技术的基本工作原理为：射孔时一次性将待压裂井段全部射开，利用导压喷砂封隔器的节流压差坐封封隔器。首先通过油管直接压裂下层，滑套喷砂器处于关闭状态；下层压裂后，停泵、由井口投球，待其落到滑套喷砂器位置后，向油管加压，液压推动钢球、打开滑套喷砂器喷砂孔，进行第2段压裂；根据需要重复上述步骤。
图2 水力喷射分段压裂示意图
该分段压裂工艺的优点是一趟管柱可完成多段的定点改造，针对性强；井下工具少，工序简单，作业效率高，工艺管柱性能可靠；可以同时满足浅、中、深水平井分段压裂的要求；工艺管柱和封隔器不受卡距的限制，可同时满足短射孔井段、长射孔井段多裂缝的改造要求。缺点在于要求井径规则、固井质量好；封隔器易砂埋、管柱上提困难；分段数受到限制。2.4 水力喷射分段压裂
水力喷射分段技术是由水力喷射、水力压裂和环空组合注入、注液体封堵剂四种工艺技术组合而成的。水平井井下作业风险大、周期长、遇卡机率高，所以在设计水力喷射分段压裂钻具时，井下工具设计要求尽可能简化，可操作性好；在喷射和压裂过程中，要求工具定位准确、稳定性好；井下工具耐压、耐温、密封性能满足不同区块储层的压裂要求；喷射器工作寿命必须能够满足一趟管柱压裂两段以上的要求。
工艺优点在于适合固井完井和裸眼水平井的改造；无需下入封隔工具，避免了井下复杂事故和工况的发生；缺点是一次只压开一段，多次压裂时需要上提管柱。
2.5 TAP分段压裂技术
TAP分段压裂技术不受压裂层级限制、层数越多优势越明显等特点，可减少多层射孔费用，有效降低整井射孔费用。
该技术的局限性主要表现在目前适应的管柱尺寸单一，仅限114.3mm套管，且同样采用套管施工，对套管及套管头等耐压要求高，压后有时须下入生产管柱，可能对储层造成二次伤害。
3 结论
（1）多封隔器配合滑套的水平井分段压裂工艺是提高射孔完井水平井改造的有效手段，它能够实现定点改造，存在施工工艺复杂，对封隔器和其它井下工具要求高的缺点。
（2）针对裸眼完井水平井分段压裂改造特点，形成了液压裸眼封隔器和遇油膨胀封隔器配合滑套实现多井段改造的压裂工艺，能够满足裸眼水平井的分段压裂改造。
（3）不动管柱滑套式水力喷射分段压裂改造工艺同时兼顾了封隔器+滑套和水力喷射分段压裂工艺的优点。降低了井下复杂事故发生的几率、减少了压裂液对储层的伤害，真正意义上实现了对水平井多段的高效改造，值得在水平井改造中大力推广。
（4）TAP分段压裂技术无需射孔、不需要安装封隔器，具有不受压裂层级限制、层数越多优势越明显等特点，成为今后的重要发展方向。
参考文献
[1] 曾凡辉，郭建春，苟波，等. 水平井压裂工艺现状及发展趋势[J].石油天然气学报，2010，32（6），294～298
[2] 白建文，胡子见，侯东红，等.新型TAP完井
多级分层压裂工艺在低渗气藏的应用[J].石油钻采工艺，2010，32（4）：51-53
作者简介
孟博，男，1981年生，现主要从事油气钻采方面的工作和研究。
水平井洗井工艺技术研究(五)
浅谈水平井冲砂技术
【摘要】近年来，随着水平井钻井技术的发展，油田开发建设中水平井的数量急剧上升，随之而来的是水平井的后期维护作业次数也大幅增加。但受水平井客观条件的限制，水平井的作业维护较普通直、斜井有很多技术难题，而地层出砂频繁是影响水平井生产、维护最为头疼的难题之一。本文分析了水平井冲砂的技术难题，并结合冀东油田水平井冲砂的实际案例，提出了一些水平井冲砂中的注意的事项和防止砂卡的措施。 【关键词】水平井 冲砂 砂卡
1 水平井的发展及应用
目前世界上已开发的油气田，其采收率高的已超过70%，低的则不足10%。我国东部各大油田的平均采收率约在30%左右，也就是说尚有2/3的原油滞留在地下没有被开采出来。原有的直井开采技术已经难以满足三次采油的需要，很难再有较大程度地提高原油采收率。而水平井在提高老油区原油的采收率的三次采油中发挥着巨大的作用。
目前常见的水平井完井方式有裸眼完井、割缝衬管完井、管外封隔器的割缝衬管完井、射孔完井和砾石充填完井五类。冀东油田水平井主要完井的方式是套管固井射孔完井。套管射孔完井方式能够有效分隔层段、避免层段之间窜通，可以进行包括压裂在内的任何选择性增产措施，可以根据钻井轨迹和油层情况优化生产井段。其缺点是完井成本相对较高，储层易受水泥浆污染，射孔操作技术较高。
2 水平井冲砂中存在的技术难题
水平井由于井眼轨迹的特殊性，冲砂作业与常规定向井作业有很大不同，因此施工作业风险和施工难度高于普通井作业。
水平井冲砂较普通直井有以下几项技术难题：
（1）井内管柱贴近井壁低边，管柱受“钟摆力”和摩擦面积大的双重作用，更易形成砂卡。
图1 水平井、斜井油管受力示意图
由图1可得钟摆力为：F=W×sinα
式中：α―井斜角 ；W―管柱重量
由上图可以看出随着α角的增大，钟摆力F逐渐增大，摩擦面积逐渐增大，摩擦力也随之逐渐增大。当α角度为90度时，F最大，此时油管平躺在水平段上，此时油管移动所克服的摩擦力是最大的。在作业机提升负荷一定的情况下，油管上升和下放的速度都会大大降低，大大增加了砂子沉降卡钻的几率。
（2）正冲砂时，冲起的砂粒在造斜段和水平段容易再次沉积形成砂桥。
冲砂时，冲起的砂粒会在重力的作用下产生沉降现象。在水平段垂直方向的空间狭小，是砂粒很容易沉降下来，并在井眼低边形成砂床造成卡钻。当砂子流到造斜段时，冲砂液流向发生改变，损失较多能量，导致流速和携砂能力下降，使砂子下沉速度加快。同时由于直井段的砂粒也都沉降在造斜段，使造斜段更易形成砂桥，造成卡钻。
（3）修井液环空流速偏差很大，井眼低边的流速很低，携砂能力下降，易导致管柱被卡。冲砂管柱平躺在水平井段，造成井眼高低边的油套环空大小不等，使井眼高边油套环空的阻力较小，而低边的油套环空阻力较大。因此，冲砂液在井眼高边流速较高，携砂能力强，而在井眼低边流速低，携砂能力弱。这样，在井眼低边造成大量砂粒沉积形成砂床，导致管柱被卡。
3 水平井冲砂（卡钻）实例分析
下面以冀东油田某作业区的P6井位实例分析其冲砂失败的原因。
该井施工目的为不产液，液面在1700米，怀疑砂埋，为恢复该井产量，决定冲砂检泵。自搬上起出电泵，下探砂管柱，砂面1798.87m；活性水45m3反循环洗井后，反冲砂，冲下25根油管，后冲砂无进尺；经请示改为正冲砂，正冲下25根，冲砂井段：2037.43m -2276.22m。 停止冲砂，并要求将冲砂管柱提出造斜点后，改为反冲。当起油管至第31根时，油、套管发生溢流，溢流高度约1.5米，现场人员为防止井喷发生，立即抢装旋塞阀，连接管线，进行正洗井，泵压0MPa，出口未返。随后提管，管柱卡，活动解卡400KN无效，经请示作业区后，采取了如下措施：
正洗井，出口未返，泵压0MPa；边洗边活动解卡，最大负荷480KN。
反洗井，洗井出口未返，最高泵压15MPa。旋转管柱解卡，管柱转不动
原因分析：①进行正冲砂施工时，在工作液流体带动下，水平井段沉砂向前推移，同时造斜段的沉砂也比较严重，由于大套管施工，以及施工时循环洗井情况不好，造成地层砂未能彻底冲净，形成砂桥是卡管柱的原因之一；
②通过对P6井所在的断块进行地质资料调查研究，发现由于地层连通或窜槽），造成P6井地层压力异常增高，破坏井筒压力平衡，使地层砂在流体带动下大量进入套管，并造成油、套管同时发生溢流现象，同时由于现场技术人员处理紧急状况的经验不足，未能及时建立油、套管之间的循环通道，将地层砂冲洗出套管，而是立即抢装旋塞阀，耽误了时间，造成地层砂大量堆积在造斜段及水平段，卡死管柱造成了本次冲砂卡钻事故。
4 结论
通过对水平井冲砂技术难题、案例的分析，并结合现场实际工程要求。为防止水平井冲砂过程中出现砂卡事故，施工中一般要遵循以下几点要求：
（1）施工前必须认真查阅施工井地质资料，掌握施工井的地质情况；
（2）采用反冲砂的施工方式，大排量循环正常后方可进行施工；
（3）若确实需要进行正冲砂施工，必须彻底冲洗出油、套管内的浮砂，连续施工；
（4）冲砂时需耐心缓慢冲进，开泵循环正常后均匀缓慢下放管柱冲砂，冲砂时排量应达到设计要求；
（5）每次单根冲完必须充分循环，洗井至少循环一周以上（时间不得小于15min）；
（6）采取下2根上提1根无超负荷后下入的办法，限速20根/小时，连续冲砂超过3个单根后，要至少洗井循环1周以上方可继续下冲；
（7）冲砂时不得中途停泵，若泵车发生故障或其它原因不能连续冲砂时，上提油管出水平段（理论上井斜超过60度为水平段），到套管开窗悬挂器以上10 m，或距离原始砂面以上100m，并反复活动管柱沉砂，防止卡钻；
（8）若发现有明显漏失或地层大量出砂时，必须及时采取相应措施；
（9）高压自喷井冲砂时要严格控制出口排量，防止井喷；
（10）冲砂施工必须使用合适密度工作液，保证井筒压力平衡；
（11）冲砂施工必须有沉砂池，进、出口罐分开，防止将冲出的砂又循环带入井内；
（12）冲砂至设计深度后，要大排量循环，当出口含砂量小于0.2%时为止。然后上提管柱出水平段，沉降4小时以上后复探砂面，记录深度。
参考文献
[1] 孙莉，黄晓川，向兴华.国内水平井技术及发展.钻采工艺，2005，28（5）：23-26
[2] 赖枫鹏，李治平.水平井水力冲砂最优工作参数计算.石油钻探技术，2007，1（35）：70-71
[3] 张国仿.提高水平井冲砂质量工艺技术.江汉石油职工大学学报，2002，9：36-38
http://m.zhuodaoren.com/fanwen320922/
推荐访问:地热井洗井技术 降水井洗井
