浅谈大牛地气田水平井出砂原因及冲砂工艺

浅谈大牛地气田水平井出砂原因及冲砂工艺

席海珑

中石化华北石油工程有限公司  河南郑州 450042

【摘要】随大牛地气田开采进入中后期，水平井成为增产的重要手段，与其配套的作业技术仍进展缓慢，特别是水平井冲砂工艺。普通冲砂洗井方式很难达到要求，影响水平井的正常开采，同时延长了作业时间和作业费用，开展水平井冲砂技术研究尤为重要。

【关键词】水平井 冲砂洗井 工艺改进

一、引言

大牛地气田自2000年尝试水平井技术，至2009年以后技术逐步达到成熟，极大的提高了采气量，并有了更多的认识和经验；继而将水平井采气扩大战果，并积累了一些宝贵资料及经验，为后期全面认识产层及油田开采提供坚实的理论依据。随着开发时间延长，地层逐渐产生亏空，或者有严重漏失层，油藏压力下降、储层物性差，地层应力发生改变，流体反生相变及采气制度的不合理致使油气层出砂等问题层出不穷，出砂现象将会日益严重。今年来井下作业过程中70%井发生出砂，严重制约了水平井生产。

二、现状分析

目前大牛地气田水平井已成为气井增产的主要手段，但出砂是影响水平井开采的一个重要原因。由于水平井井身结构的特殊性，有直—斜—平三个阶段，较直来说，井筒结构更为复杂，出砂的沉积状态也不同，所以出砂难度增大。常规冲砂采用单根冲砂，水平井出砂采用分段反冲砂结合单根反循环冲砂，地面很难判断井筒出砂状态及深度，有砂卡管柱及砂堵管柱的风险。

1.目前工艺技术

大牛地气田水平井冲砂采用定向井中常规的冲砂工艺，冲砂井均采用反循环冲砂，主要作用就是提高有关内上返携带速度（同样排量下油管内上返速度高于套管环空流速），其次就是很大程度上消除和避免冲起的砂子在冲砂管与套管环空的运移过程中形成卡钻及砂堵管柱事故；为能更好的解决水平井冲砂难点，下面就目前工艺分析及处理方法。

水平井出砂原因是指地层中松散沙粒在生产压差的驱动下，随产出液流向井底。一部分被产出液携带到井口；一部分直接沉积或由于密度差的作用重新沉淀到井底（水平段），从而造成井底积砂。

根据产出砂在地层中的位置以及成因，基本上可分为运移出砂和表皮出砂两中方式。

从冲砂的返出砂粒观察，颜色为黑色，粒径基本均为0.3-0.5mm之间；而压裂砂为白色，粒径为0.425-0.826mm之间。两种砂粒进行比较分析，原因为：粒径变小是地层的压实作用造成的，颜色变黑是压裂砂的空隙中渗入碳颗粒及杂质形成的，同时黑丝沙粒的比重比入井压裂砂重。综合分析，返出物为压裂砂。

由于水平井的套管为水平状态，压裂后裂缝填充的支撑砂为垂直方向，而直井的压裂后裂缝填充的支撑砂为水平方向（理想状态下为水平，真正的裂缝方向是底层最薄弱的地方，也可能是垂直的）。水平井较直井在同一深度的体积要大的多，且套管在地层的截面积为椭圆形（直径截面为圆形），这种形态下有弹性作业力的影响，所以水平井的上腹岩石的压实作用及周边的应力作用对支撑砾石的作用效果要小于直径，也就是水平井较直径更容易出砂的原因。

三、工艺技术

针对水平井的固有因素的影响及目前设备的限制，避免发生井下事故、地层污染、井喷风险、减少排污处理和作业成本及减少占井周期考虑，从水泥车排量参数及冲砂液液性进行研究更为现实。从模拟参数至现场实际应用，取得了较好的成绩。

冲砂洗井参数

采用偏心环空模拟水平井段，模拟采用φ60.3mm油管，光滑壁面，轴向延伸长度为10m；设定套管内径为124mm，光滑壁面、液固两相流体从轴向截面一侧进入，另一侧流出，边界条件：井壁和钻柱为固定壁面边界条件。

1.排量

在此模型上，在其它参数不变的情况下，让排量发生变化，得到排量对水平井段冲砂洗井的影响规律，根据模拟结果分析得到，排量是影响水平井段砂床形态的重要因素之一。当排量排量较大即环空返速较高时，固体颗粒完全悬浮；当流速较低时，环空流体强度减弱，导致颗粒的沉降，因而浓度分布变形，特别是在环空下半部具有更多的颗粒，并逐步形成砂床，颗粒在环空中以悬浮、跃移和固定床3种形态存在。随着排量的增大，悬浮层内砂粒体积分数逐步增大，固体床内砂粒体积分数逐渐减少，直至全部转化为移动床。

2.冲砂速度

在套管内径和冲砂油管外径不变的情况下，液体冲砂速度越大，排量越大，流体速度与固相颗粒沉降之比越大，也就是流体的携带能力越强。根据资料，在垂直井中最小的流动携砂速度应至少为被冲洗颗粒沉降速度的两倍，而在水平井中环空流速至少应为被冲洗颗粒沉降速度的10倍，只有这样才能维持颗粒沿液体流动方向运动，当流动液体的上返速度作用在颗粒上的拖拽力抵消重力时，冲砂液携带颗粒才是最有效的，才能通过水平段，斜井段进入直井段被携带至地面。

在水平偏心环空条件下，环空流体的速度呈非均匀性分布。环空上不存在高流速区，环空下部则为低速区，且在其它条件相同时，随着排量的增加，高速区的范围逐步增加，低速区范围逐步减小。

四、认识及结论

1.在水平偏心环空条件下，环空流体的速度呈非均匀性分布。环空上不存在高流速区，环空下部则为低速区，且在其它条件相同时，随着排量的增加，高速区的范围逐步增加，低速区范围逐步减小。

2.排量是影响水平井冲砂效率的主要因素之一。环空压降随排量的增大而随之增大，砂床高度反之。在现在冲砂洗井作业中，应尽量提高排量，以达到提高洗井效率的目的。

3.低浓度胍胶作为洗净液相比清水粘度高，写啥性能好。

4.采用反循环，大排量（800L/min）和低浓度胍胶洗净液适合在大牛地气田水平井推广应用。

塔河油区TP区块是典型的严重漏失区块，在该区作业时经常出现漏失1000-2000方压井液都不见出口的现象。针对这一现象我们在冲砂时采用“漏失冲砂法”，即冲砂时出口不返液直接将井筒内沉砂冲入地层。

施工方法：探到砂面后正冲砂5-6m正循环5-10分钟（上下活动管柱），上提管柱20m以上，侯沉2小时，复探，若砂面下降则重复上述方法至达到设计冲砂深度。

1）.每次冲砂进尺保持在5-6m，不能过多，否则易造成卡钻事故；

    2）.上提管柱要迅速，最好能将管脚提至套管内；

    3）.侯沉时间不宜过短(2-4小时），确保下次冲砂砂面的准确性。