李益民, 令永刚,杨建生,林志波,张　军,屈光涛

(中国石油长庆油田分公司第十采油厂，甘肃庆阳 745100)

华庆油田水平井冲砂工艺技术研究

李益民, 令永刚,杨建生,林志波,张军,屈光涛

(中国石油长庆油田分公司第十采油厂，甘肃庆阳 745100)

摘要：华庆油田水平井开采时间不同，水平井砂床分为松散砂床和固化胶结砂床，存在冲砂效率低、漏失量大、固化胶结砂床难处理的问题。针对不同性质砂床，在研究国内现有冲砂工艺的基础上，研制旋流过滤冲砂器，完善反循环连续冲砂工艺技术，对投产周期不足1年，水平段砂床未胶结或轻微胶结的水平井适用性较好，解决了水平井常规冲砂工艺管串易内堵的问题，冲散砂床效果明显。创新采用螺杆钻与瓜尔胶液相结合的方法，提出了水平井螺杆钻破胶冲砂工艺技术。该技术通过螺杆钻携带钻头的旋转将胶结物破碎，用黏度系数较大的瓜尔胶液将砂粒及时携带出井筒，解决了胶结砂床难处理、漏失量大的问题；水平井反循环旋流过滤连续冲砂技术和水平井螺杆钻破胶冲砂技术两项水平井冲砂新技术成功解决了华庆油田水平井冲砂的难题，具有较大的推广应用价值。

关键词：水平井；冲砂工艺；华庆油田；螺杆钻

Sand Washing Technology for Horizontal Wells in Huaqing Oilfield

Li Yimin, Ling Yonggang, Yang Jiansheng, Lin Zhibo, Zhang Jun, Qu Guangtao

(No.10OilProductionPlantofPetroChinaChangqingOilfieldCompany,Qingyang,Gansu745100，China)

Abstract:Sand beds of horizontal wells in Huaqing Oilfield could be classified into loose beds and solidified and cemented ones, due to different production time. They are confronted with such problems as low sand washing efficiency, huge leakage, and difficult treatment for solidified and cemented sand beds. For the beds of different properties, on the basis of domestic sand washing technology, we developed cyclone filter sand washer and improved the reverse circulation continuous sand washing technology, which were applicable for the horizontal wells with uncemented or slightly cemented sand beds in horizontal section and less than one year of production cycle. They helped solve the problem that the string of horizontal wells was easily blocked with conventional sand washing technology. And the sand beds could be broken up remarkably. In addition, we innovatively adopted the method of combining screw drill with gel liquid, and put forward the sand washing technology using screw drill to break up cements in horizontal wells. Based on this, we utilized the gel liquid of high viscosity coefficient to carry sand particles out of the shaft. It was a good solution to the difficulty in cemented sand beds with great leakage loss. The continuous sand washing technology with reverse circulation and cyclone filtration and the sand washing technology with screw drill breaking up cements for horizontal wells solved the sand washing problem of horizontal wells in Huaqing Oilfield successful, and they had better value for popularizing.

Key words:horizontal well; sand washing technology; Huaqing Oilfield; screw drill

水平井具有油层渗流面积大、单井产量高的特点，目前已成为华庆油田提高单井产量的主要手段之一；但随着生产周期的延长，地层不断出砂，水平段堆积的砂粒越来越多，堵塞了油流通道，甚至部分砂粒固化胶结，严重影响单井产量。传统的反循环冲砂方式胶结砂床不易冲散，冲砂过程中管柱易砂堵，效率低，漏失量大。针对水平井冲砂难题，在目前水平井冲砂工艺的基础上，改进反循环连续冲砂工艺技术，提出水平井螺杆钻破胶冲砂工艺技术，并在现场应用取得良好效果。

1 水平井沉砂特点

水平井中砂床胶结物是压裂砂、无机垢、沥青质、胶质及其他增产措施施工后残留的混合固相沉积。

水平井没有沉砂口袋，砂粒随产液运移到井筒，较大颗粒的砂粒直接落在水平段内，逐步形成砂床，在重力、压差、温度的作用下砂床逐步发生固化胶结，具有一定的硬度；较小颗粒的砂粒随产液进入直井段后，过流面积增大造成流速下降，部分砂粒进一步沉降，易在造斜段处形成砂桥。

水平段沉砂厚薄不均，喷点附近沉砂厚度大，甚至堵塞整个通道，离喷点较远处砂床厚度较薄，不同喷点出砂程度不同，整个砂床呈不规则波浪状分布。

2 水平井冲砂施工难点

(1)井内管柱贴近井壁底边，管柱受“钟摆力”和摩擦面积大的双重作用，钻具悬重在拉力计上未能得到真实反映。

(2)钻具轴线偏离井眼曲线的程度随井斜角的增大而增大，最终与井眼底边接触。钻具沿井眼底边移动，冲砂液易在流动阻力小的上部形成循环通道，环空流速偏差大，下部的砂床难以清理干净。

(3)水平段长，因此在冲砂过程中，反循环冲砂混合液必须进入直井段进行垂直悬浮后再接单根。除去井内漏失量，冲砂液量必须大于从井底到直井段油管内容积的2倍以上才能接单根，否则携砂液中的砂粒易沉降造成冲砂管柱砂堵。

(4)水平井射孔段多，冲砂液会携砂漏入地层，无法将砂粒带出井筒，完井后漏入地层的砂粒随产液重新进入井筒，不但造成反复冲砂，而且冲砂液的漏失会造成储层伤害。

(5)通过观察前期冲砂返出物发现，返出的胶结砂块硬度较大，不易破碎，严重影响冲砂效率。

3 国内工艺现状

3.1 水平井常规冲砂工艺技术

对于投产初期产量高、生产周期在一年以内，但后期产量大幅下降的水平井，一般采用常规反循环连续冲砂工艺。

钻具组合：φ73mm斜尖(φ93mm倒角接箍、水力旋流冲砂器)+φ118mm扶正器+φ62mm倒角工具油管+φ62mm工具油管+井口反循环连续冲砂装置。

冲砂液体系：采用活性水冲砂液体系可满足施工需求，具体配方见表1。

表1　活性水冲砂液配方表

优点： ①不易卡钻；②能清除水平段底部松散沉砂；③连续冲砂，提高施工效率，降低工人劳动强度。

缺点：①地层漏失量大；②冲砂过程中易发生油管内堵。

3.2 连续油管冲砂工艺技术

连续油管是一种缠绕在连续油管作业机大滚筒上、可连续下入或起出油井的一整根无螺纹连接的油管。连续油管冲砂是通过连续油管作业机的液压驱动设备将连续油管通过套管或油管下入井底，利用水泥车将冲砂液从油管正冲泵入井底，高速液流冲散砂床，同时借助上返液流将井底泥砂带出地面。

管柱组合：旋流冲砂工具+连续油管。

冲砂液体系：连续油管冲砂工艺冲砂液可采用活性水冲砂液体系。

优点：①机动性强，效率高、操作集中方便、自动化程度高、安全可靠；②可以连续循环和带压作业，对地层伤害小；③能够快速在井中运行(是常规油管的11倍左右)，工期短，效率高；④对环境影响小(占地面积约为常规作业的1/3)；⑤对水平井有针对性。

缺点：设备昂贵。华庆油田主要井场都处于黄土高原丘陵沟壑区，山大沟深，道路坡陡弯急，井场内多为丛式井，井距一般为6m，不适于大型设备进出施工。

4 技术创新

4.1 反循环旋流过滤连续冲砂工艺技术

反循环旋流过滤连续冲砂工艺技术是利用旋流过滤冲砂器与油管组合，结合活性水冲砂液体系，井口配合连续冲砂装置实施的反循环连续冲砂技术。

钻具结构：旋流过滤冲砂器+φ118mm扶正器+φ62mm倒角工具油管+φ62mm工具油管+井口反循环连续冲砂装置。

优点：实现连续冲砂，降低劳动强度，提高冲砂效率，能够破除轻微胶结砂床，适用于松散或轻微胶结砂床冲砂。

4.2 水平井螺杆钻破胶冲砂工艺技术

水平井螺杆钻破胶冲砂工艺技术是通过地面泵车泵入一定黏度的瓜尔胶液，利用螺杆钻将液能转化为机械能，带动钻头旋转破碎水平段胶结砂床，同时利用瓜尔胶液的高携砂性能将井内砂粒及时携带至地面，达到破胶结冲砂的目的。

4.2.1 参数设定

冲砂钻具组合：φ118mm铣锥+φ100mm螺杆钻具(+滑套开关)+73mm倒角工具油管+φ73mm工具油管至井口，该冲砂钻具可有效解决水平段胶结固化砂床不易冲散的问题。

冲砂液体系配方见表2。

表2　瓜尔胶冲砂液配方表

地面采用两台700型水泥车、双流程交替作业；携砂液经过三级沉降罐过滤除砂，保证沉砂效果。

4.2.2 可行性分析

水平井井身结构具有特殊性，即使部分冲起的砂粒在冲洗过程中沉降，直井段的沉砂通过活动钻具易下行，水平段的沉砂不易将井筒堵死，可以通过建立循环，解除卡钻。

砂粒在流动液体中的沉降速度受粒径大小、形状、液体流速、液体黏度等影响，室内实验证实，砂粒在瓜尔胶液中的沉降速度是活性水中的1/30左右，且瓜尔胶液是低残渣、易返排的油层改造携带液，冲砂效果好。

地面采用两台700型水泥车、双流程交替作业，换单根时间可以缩短到70s以内。携砂液经过三级沉降罐过滤除砂，液体中的固体悬浮物可以达到0.5% 以下，满足螺杆钻工作要求，且油层伤害小。

5 现场应用

5.1 反循环旋流过滤连续冲砂工艺

针对生产周期在一年以内，但后期产量大幅下降，以及未发现砂床胶结的水平井，采取水平井反循环旋流过滤连续冲砂工艺，现场实施5口井，详细数据见表3，冲砂成功率达100%。

优点：实现不停泵连续冲砂，提高冲砂效率，降低员工劳动强度。

缺点：不能破碎胶结砂床，连续冲砂装置井口配套工具橡胶件过多，易损坏。

表3　水平井反循环旋流过滤连续冲砂工艺实施井数据表

5.2 水平井螺杆钻破胶冲砂工艺

5.2.1 陈平18-10井冲砂

陈平18-10井最初使用旋流过滤冲砂器+倒角工具油管+外加厚工具油管的钻具结构，反循环连续冲砂，从2206.98m冲至2226.08m后再无进尺。

试验φ118mm铣锥+φ110mm螺杆钻具(带扶正器)+倒角工具油管+工具油管的螺杆钻破胶冲砂工艺技术，历时12小时，从2226.08m直接冲至人工井底，冲砂进尺697.68m。

5.2.2 冲砂效果

2015年采用水平井螺杆钻破胶冲砂工艺共实施8口井(表4)，一次性解决了水平段胶结砂床冲不散、漏失量大、效率低的问题，成功率为100%，冲砂效率高，效果好。

表4　水平井螺杆钻破胶冲砂工艺实施井统计表

续表

在庆平4井和川平47-22井钻具结构中螺杆钻上部增加滑套开关，在螺杆钻冲砂至井底后，通过投球打开滑套，螺杆钻停止工作，用活性水洗至进出口水质一致，减少了铣锥长时间、同一位置工作对套管的损伤。

5 结论

(1)水平井反循环旋流过滤连续冲砂技术适用于投产周期不足一年，水平段砂床未胶结或轻微胶结的水平井。该技术解决了水平井常规冲砂工艺管串易内堵的问题，有较好地冲散砂床作用，提高了效率，降低了劳动强度。

(2)水平井螺杆钻破胶冲砂技术适用于投产时间长、漏失较大、砂床胶结严重的水平井。该技术实用性强，“通吃”胶结砂床、井壁结垢、松散砂床、砂桥及井壁附着异物等，施工效率高、漏失小，具有较高的推广应用价值。使用滑套作为辅助工具，可以降低铣锥对套管壁伤害。对环境要求低，节约成本。

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作者简介：第一李益民(1968年生)，男，高级工程师，现主要从事井下作业工艺技术研究工作。联系人张军的邮箱：zj12cq@petrochina.com.cn。

中图分类号：TE355

文献标识码:A