连续油管带压冲砂洗井技术在注水井中的应用.pdf

第 35 卷 第 6 期2013 年 11 月石 油 钻 采 工 艺OIL DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGYVol.35 No.6Nov.2013文章编号：1000 7393（2013）06 0105 04连续油管带压冲砂洗井技术在注水井中的应用夏健1 杨春林1 卫俊杰2 谭金华2 赵毅杰3 王振东3（1.华北油田公司钻采工程部，河北任丘062552；2.华北油田公司第四采油厂，河北廊坊065007；3.华北油田公司第一采油厂，河北任丘062552）引用格式：夏健，杨春林，卫俊杰，等.连续油管带压冲砂洗井技术在注水井中的应用J.石油钻采工艺，2013，35（6）：105-108.摘要：华北油田部分油藏注水井注水压力高、出砂严重，导致注水井频繁出现砂埋、套变，严重制约了油田注水开发。为解决常规和带压冲砂作业风险高、效果差、周期长的难题，提出了在带压注水井中利用连续油管实施冲砂洗井；通过在京 11、岔河集等油田 58 口井现场作业表明，该工艺冲砂工序简单，施工周期短；对长期砂埋停注待大修井的恢复作用较好，可减少作业队伍占用。该技术为砂埋停注待大修的注水井重新恢复正常注水提供了一种新途径，具有极为重要的推广价值。关键词：连续油管；注水井；带压冲砂洗井；冲砂作业参数优化；现场应用中图分类号：TE935文献标识码：AApplication of coiled tubing pressure sand washing technology in injectorsXIA Jian1,YANG Chunlin1,WEI Junjie2,TAN Jinhua2,ZHAO Yijie3,WANG Zhendong3（1.Drilling and Production Engineering Department,Huabei Oilfield Company,Renqiu 062552,China;2.No.4 Production Plant,Huabei Oilfield Company,Langfang 065007,China;3.No.1 Production Plant,Huabei Oilfield Company,Renqiu 062552,China）Abstract:The injectors in part of Huabei oilfield reservoirs have high injection pressure,and severe sanding problem,leading to frequent sand burying and casing deformation,which affects severely water injection development of the field.To fix the difficulties of high risk,poor effect,and long cycle about conventional and pressure sand washing operations,it was proposed to take use of coiled tub-ing to conduct the sand washing work.The applications on 58 wells in Jing 11 and Chaheji fields showed that the technology had simple procedure and short operation cycle.It had good recovery effect for long-term sand buried injectors and could decrease man power occu-pation.The technology supplies a novel method of recovering water injection for sand buried injectors,and it has great promotion value.Key words:coiled tubing;injector;pressure sand washing;sand washing parameter optimization;field application作者简介：夏健，1968 年生。1990 年毕业于石油大学（华东）采油工程专业，2008 年毕业于中国石油大学（北京）油气田开发工程，工学硕士，高级工程师。电话：[phone]。E-mail：cyy_xiaj。连续油管作业技术开始于 20 世纪 60 年代初，随着连续油管新材料和新技术的发展，其应用领域不断扩大，被誉为“万能作业设备”。国外，连续油管应用于钻井、完井、防砂、试油、采油、修井、测井等井下作业已有较长历史，每年实施达 1500 井次以上。而国内目前的连续油管技术则主要用于气井气举排液、压裂井液氮助排、水平井冲砂解堵、酸洗、酸化等一些简单的井下作业；施工井次少，单井次应用费用高，在油水井常规维护性作业中没有被使用过。2011 年华北油田针对一些注水井地层出砂造成砂埋注水管柱无法正常生产的实际情况，提出在注水井中利用连续油管实施带压冲砂洗井作业，通过规模应用，降低了单井次施工费用，取得了显著效果。1实施背景华北油田部分地层注水压力高、出砂严重，导致注水井频繁出现砂埋、套变，严重制约油田注水，石油钻采工艺2013 年 11 月（第 35 卷）第 6 期1062010 年仅京 11、泉 241、中岔口等油田注水井作业冲砂就达 29 井次，因砂埋管柱大修 5 井次，冲砂成为注水井作业的重要原因之一。而常规冲砂作业需要关井降压，降压时间长（别古庄油田平均 91 d），影响平稳注水；带压作业工序复杂，作业周期一般在半个月左右。由于常规冲砂和带压作业冲砂周期长、成本高、造成注采失衡等问题，急需技术突破，革新作业方式；而连续油管冲砂技术优势明显，主要体现在以下 4 个方面：一是实现带压冲砂，注水井压力小于 20 MPa 即可冲砂；二是缩短冲砂周期，整个冲砂过程仅需 58 h；三是无需起下油管，减少作业队伍占用；四是连续油管外径小，可进入油管不能下到的套变井段。2连续油管冲砂工艺2.1连续油管作业机组成连续油管是一种无螺纹连接、可连续下入或起出的长油管，通常使用滚筒绕卷放置。用于起下、缠绕和运输连续油管的设备称为连续油管作业机。连续油管作业机主要由连续油管、注入头、滚筒、井口防喷器组、液压动力装置、控制台等组成。（1）连续油管。长 4 500 m，内径 25.4 mm，外径31.75 mm，抗内压 88.9 MPa。（2）注入头。或称为牵引起下设备，由油管导向架、链条牵引总成和防喷盒组成。其主要作用是提供足够的推拉力起下连续油管并控制其起下速度；正常起下速度 912 m/h，最大上提拉力 270 kN。（3）滚筒。用于缠绕连续油管。（4）井口防喷器组。用以控制井口压力、防止井喷。包括 4 套液压驱动的防喷器芯子，自上而下排列为全封芯子、油管剪断芯子、卡瓦芯子和不压井作业芯子。（5）液压动力装置。为连续油管作业提供液压控制和操作动力，用来控制作业机全部元件的动作。（6）控制台。由各种开关和仪表组成，用于监测和控制连续油管作业机所有装置的操作。2.2工艺原理现场冲砂施工时，配套使用吊车和高压泵车。连续油管注入头、防喷器采用吊车悬挂与采油树测试闸门连接，连续油管通过注入头下入到油管内指定位置后，泵车出口与连续油管进口相连接打入洗井液。启动泵车，在连续油管和油管之间建立起循环，并继续下放连续油管冲砂，返出液通过连续油管与油管之间的环空，从油管闸门排出，从而达到注水井冲砂洗井的目的。2.3冲砂作业参数优化2.3.1井筒净化指标连续油管冲砂与钻井液循环环境极为相似，钻井井场实践证明，当（vvs）/v 0.5 时，井眼即能保持清洁，由此可得，在冲砂过程中井眼净化的条件为 v 2vs（1）式中，v 为冲砂时环空返速，m/s；vs为砂粒沉降速度，m/s。这表明，不考虑别的外界条件影响，冲砂时的环空返速至少应为沉砂沉降速度的 2 倍。2.3.2砂粒沉降速度砂粒的沉降速度直接影响最小注入速度和工作排量，因此准确计算砂粒的沉降速度至关重要。计算砂粒沉降速度的常用方法为莫尔计算法，其计算公式为 vdsssww122.95=()（2）式中，ds为砂粒直径，m；s为砂粒密度，kg/m3；w为冲砂液密度，kg/m3。2.3.3雷诺数计算液体流动有 3 种基本流态：层 流 Re 2000，过 渡 流 2000Re4000。雷诺数 Re 的表达式为 Revdvd=w（3）式中，为液体黏度，mPa s；为运动黏度，m2/s；d为管子直径，m。2.3.4冲砂时的水头损失对于牛顿流体，流态指数 n=1，a、b 值分别为 an=+=+=lg.lg.3 935013 93500 0786（4）bn=1.75lg.lg.71 75170 25（5）管中的范宁摩擦因数为 faReb=（6）管中的摩擦压力损失为 Pf v Ld=22（7）式中，f 为范宁摩擦因数；L 为管路长度，m；DP 为总压降，Pa。2.3.5等效直径环形空间中液体流动状态与圆管中的流动是不相同的，这是因为与液体接触的表面积增加了；在考虑环形空间摩擦阻力时，常用液流的等效直径 De表示环空表面积的增加量。对于内管较小、外管较大井可表示为107夏健等：连续油管带压冲砂洗井技术在注水井中的应用 DDDebc=()0 786.（8）式中，Db为外管直径，m；Dc为内管直径，m。2.3.6连续油管强度校核目前使用的连续油管抗内压强度 P抗为 88.9 MPa，连续油管冲砂时，水泥车泵压必须小于连续油管的抗内压强度，即 DP油+DP环P抗（9）式中，DP油为连续油管内部压降，MPa；DP环为环空中压降，MPa。2.3.7应用实例泉 241-9 井完钻井深 1 888.25 m，人工井底 1 797 m；油层套管规格为 139.7 mm7.72 mm，生产油管规格为 73 mm5.5 mm，采用外径31.75 mm3.175 mm 连续油管进行冲砂施工；水泥车排量为 4 m3/h（0.067 m3/min）；冲砂液为 50 清水，其运动黏度为 0.553106 m2/s，密度 1103 kg/m3；井内砂粒直径为 1620 目（10.85 mm），密度为 2.3103 kg/m3。管环空平均速度为 vQDD=()=()443 146231 75106022226bc0.067.环 =0.5 m/s 连续油管内平均速度为 油vQD=4403 1425 41060226c067.=2.2 m/s根据式（8）求得环空等效直径为 DDDebcmm=()=()=0 7860 7866231 7523 8.根据式（3）求得环空雷诺数为 RevD=e3640.523.8 100.553 102.15 10环 根据式（3）求得连续油管内雷诺数为 RevD=()=12.231.7523.175100.553 101.01 10365油 环空中的范宁摩擦因数为 faReba2.156.49=()=0 0786101040 253.环 连续油管内的范宁摩擦因数为 油faRebt1.014.41=()=0 0786101050 253.可以看出，环形空间和连续油管内部的雷诺数均大于 4 000，因此可以判断冲砂液在连续油管内外均为紊流。根据公式（7）得环形空间、连续油管内压降为 Pfv Ldaa6.490.5=22101 10179723 8 1023323.=2.45105 Pa Pfv Ldtt4.412.2=22101 10179725 4 1023323.=3.02106 Pa环形空间与连续油管内总压力损失为 P总=P内+P环=（0.245+3.02）106 Pa =3.265 MPaP抗（88.9 MPa）式中，Q 为液体泵注排量，m3/s；v环为管环空平均速度，m/s；v油为连续油管内平均速度，m/s；D1为连续油管内径，mm。砂粒沉降速度为 vdsssww123332.952.951 102.3 101 101=()=()1 10m/s312=0 11.则携砂液临界速度为 v 2vs=0.22 m/s 冲砂要求的最低排量为 QvAmin=()c2260.2246231.751060p =29.4 L/min3现场应用采用连续油管对带压注水井进行冲砂洗井，现场实施 58 口井，42 口井恢复正常注水；其中砂埋油管待大修井 19 口，成功恢复 10 口；砂埋油层注不进水井 32 口，成功恢复 22 口。利用连续油管冲砂作业均采用正冲方式，为防止冲砂过程中发生砂卡事故，对施工排量、压力等参数进行了控制。在施工过程中连续油管下至砂面以上 50 m，开始起泵循环，由于连续油管长达4 500 m，且内径仅为 25.4 mm，循环过程中自身摩阻较大，起泵后泵压一般在 10 MPa 以上，循环排量在 70 L/min 左右。从已冲砂的 58 口井来看，冲砂前油压在 4 MPa 以上，最高 16 MPa；冲砂压力普遍为1320 MPa，循环排量为 5070 L/min。如赵 41-60 x 井，油压 22.8 MPa，日注水 28 m3；2011年8月探得砂面深度为1 605 m，注水层被砂埋，石油钻采工艺2013 年 11 月（第 35 卷）第 6 期1082011 年 12 月停注；该井于 2012 年 4 月进行了连续油管冲砂施工，施工后日注水由施工前的注不进水到目前的日注水 40 m3，油压 21 MPa，达到了预期效果。再如泉 241-24 井，2010 年 11 月用 60 mm 油管冲砂在 1 814 m 遇阻，提出后末根油管缩径至 45 mm；12 月砂埋注水层注不进水，软探砂面 1 720 m遇阻；2011 年 4 月采用连续油管冲砂，冲出油管及上部注水层，但冲砂至 1 826 m 遇阻，分析认为遇阻原因主要是套变缩径严重所致。从冲砂井返出物可以看出，冲砂过程中存在砂粒分选，循环过程中返出砂粒粒径由小到大，先冲出细粉砂和灰浆，随后灰浆中夹带颗粒返出。安 46 井返出颗粒最大，直径可达12 mm。通过全油田实施的 58 口井冲砂效果来看，一是施工费用成倍节约，仅用几万元的连续油管冲砂支出就节约了砂埋管柱用解卡、套铣等大修施工几十万元甚至上百万的高额费用。二是占井时间大幅度缩短，仅用 58 h 的施工时间就解决了常规检管十几天或大修几十天的占井时间，从而提高了注水井生产时率。三是施工安全得到保障，设备的带压作业能力得到提高，井控安全得到保障。四是施工效率显著提高，由于是从油管内进行冲砂，携砂能力大大增强，比常规冲砂更加彻底。五是避免了放压，减少外排污染环境，实现节能降耗。4结论（1）连续油管可以实现注水井带压冲砂洗井，降低关井降压对平稳注水的影响；无需放压，不污染环境。冲砂洗井工序简单、施工周期短，可缓解作业队伍紧张局面，减轻工人劳动强度。（2）连续油管具有高耐压、高可靠性，对于目前洗井车无法施工的高压注水井也有很好的适应性。因此连续油管在高压注水井中冲砂洗井具有广阔的应用前景。（3）连续油管长度 4 500 m，冲砂深度一般不超过 3 000 m；受连续油管和油管之间的环空限制，返出颗粒粒径一般小于 12 mm；因此进一步推广应用连续油管冲砂，需要做好相关技术改进，提高技术的适应性。参考文献：1 袁辉，杨柳.连续油管酸洗在 WAA-1 井应用效果评价J.石油钻采工艺，2012，34（1）：92-94.2 李文彬，刘彦龙，叶赛，等.连续油管冲砂作业参数优化J.石油矿场机械，2011，40（11）：58-61.3 胡昌德，赵元才，包慧涛，等.涩北气田连续油管冲砂作业分析J.天然气工业，2009，29（7）：85-88.4 曲洪娜，黄中伟，李根生，等.水平井旋转射流冲砂洗井水力参数设计方法J.石油钻探技术，2011，39（6）：39-43.（修改稿收到日期2013-10-11）编辑薛改珍胜利油田初步形成非常规油气开发配套技术体系近日，由胜利油田采油院牵头承担的中国石化“十条龙”攻关项目“东部老区非常规油勘探开发关键技术”通过中石化集团公司专家组的阶段检查。经过近两年的研究，已初步形成具有胜利油田特色的长井段水平井多级分段压裂完井配套技术体系。该项目于 2012 年 1 月成功申报，计划在 5 年时间内研究形成以地质评价、长水平段钻完井和多级分段压裂为核心的关键技术系列，自主研制的压裂完井工具成本与进口工具相比降低 30%以上，为东部老区“十二五”期间非常规油勘探开发提供支撑。采油院作为技术总负责单位，在近两年的时间里先后开展了致密砂岩储层人工裂缝起裂扩展规律、页岩油气可压性及网状裂缝优化设计、长水平井段多级分段压裂工艺优化、速溶胍胶等 7 个方面的研究，取得了一系列创新成果，主要包括：水平井裸眼封隔器分段压裂完井管柱可实现 15 级分段压裂，封隔器耐压 70 MPa；揭示了致密砂岩薄互层非平面裂缝起裂扩展规律，建立了“权重法”评价陆相页岩油储层的可压性；研发了速溶胍胶压裂液体系，成功进行了 9 口井试验；研发了滑溜水压裂液体系，降阻率达到 73%；自主研发了可现场实时混配乳液态缔合型压裂液，成功实施“井工厂”压裂；初步形成具有胜利油田特色的长井段水平井多级分段压裂完井配套技术体系。（供稿石艺）