大斜度、水平井井筒清洗技术探讨

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1、大斜度、水平井井筒清洗技术探讨大斜度井、水平井和一般直井一样，在试油工艺及开发中，井下不可避免会出现出砂问题，为此就必须采取井筒清洗技术，才能恢复井下正常。作业现场常用的清砂工艺主要有水力冲砂和机械捞砂两种方式。水力冲砂工艺适用于能建立循环的井，清洁效果好，应用比较普遍。机械捞砂工艺不但适宜于能建立循环的井，也可用于严重漏失的井（负压井），它是利用抽吸的原理，因此也叫负压捞砂，但效率要小于水力冲砂，因此它主要用在漏失井较多。本文针对大斜度井、水平井的清洁工艺存在技术难题作针对性的研究。第一节水力冲砂工艺的研

2、究水平井清洗技术难点主要有两个方面：一是清洗不彻底、二是极容易卡钻。由于井筒斜度大，沉砂在运动过程中的垂直下落距离短，在重力作用下一旦上返速度达不到要求或循环不充分，很快就紧贴套管壁堆积，形成很长一段砂床。如果沉砂堆积过多，则发生砂埋卡钻或粘附卡钻。因此这决定了大斜度井、水平井的井筒清洗技术与直井有所区别，必须采取合理的冲砂方式，才能达到高效、安全的冲砂目的。一、水平井冲砂的水力学分析（一）水平井井筒内固—液两相流流动规律的分析为了更加直观地了解水平井井筒清洁技术，为现场施工提供可靠的参考依据，有必要在携砂

3、液、固体颗粒在水平段的运动方式和沉降规律等方面进行理论分析和试验。图1直井、水平井冲砂过程砂粒运移示意图水平井与直井的区别在水平井段,图1是水平井冲砂时砂粒在水平段运移示意图。水平井冲砂时,在水平段冲砂液上返流动方向与砂粒自由沉降方向不在一条线上,砂粒沉降方向始终指向套管内壁底侧,与冲砂液流动方向成近乎90°的夹角,也就是说,如果冲砂液粘度太低,对砂粒没有足够的悬浮能力17,井底被冲起的砂粒在运移很短距离后便再次沉积形成砂丘(或砂床),很容易出现砂堵或砂卡管柱现象。图2为低粘度冲砂液、反循环冲砂时水平井段油

4、管内砂粒沉降分布示意图。图2反循环冲砂水平段油管内砂粒分布图从上面分析可以看出,水平井实施冲砂作业,冲砂液排量大小已不是决定冲砂效果的主要因素。要解决水平井冲砂问题,一是提高冲砂液的悬浮和携带能力；二是干扰和破坏砂丘(或砂床)形成，即阻止砂粒在水平井段的二次沉积。但根据国内一些油田的实践经验，现实、经济、有效的方法还是从改善冲砂液的性能入手，也就是说水平井冲砂要解决的关键技术是冲砂液悬浮和携带能力。产层所产出的地层砂(固体颗粒)，大都是不规则的。由于形状的不规则，在流体中自由沉降时的阻力系数比规则颗粒要大，

5、并且其在沉降过程中还伴有水平方向的漂移运动，在相同情况下比规则的颗粒（如压裂充填的石英砂）沉降末速要小。砂粒在流动液体中的沉降速度受粒径大小、形状、液体流速、液体粘度等多种因素的影响，表1为砂粒在流动清水中的沉降实验数据。表1　流水携砂实验数据就某一油田或某口井而言，井筒沉砂粒径大小不是人为能改变的。从表1可以看出，水流速度增加，砂粒沉降速度有所下降。砂粒在沉降运动中，当阻力、重力和浮力达到平衡时，17砂粒下沉速度不再增加，称其为沉末速度。球形颗粒在液体中的沉降速度与颗粒在液体中所受的重力、浮力、阻力有关，

6、当颗粒沉降速度稳定后，颗粒所受阻力F为重力W减去浮力T，即：F=W-T………………………………………………………（1）其中：，，　将其代入式(1)则可得：不同雷诺数下的颗粒移动阻力系数不同。在层条件下(Re<1),Cd=3π/Re；过渡流条件下(1

7、密度，g/cm3；ρs—砂粒密度，g/cm3；17μ—冲砂液粘度，mPa.s；g—重力加速度，m/s2。表2砂粒沉降试验数据为了解冲砂液粘度对砂粒沉降速度的实际影响,相关研究机构在室内进行了溶液粘度对砂粒沉降影响实验。表2为采用两种不同增粘剂所配溶液的砂粒沉降实验数据。图3为根据实验结果绘制的冲砂液中增粘剂浓度与砂粒平均沉降速度关系曲线。从图3可以看出:①随着增粘剂质量浓度的增加即冲砂液粘度增大,砂粒平均沉降速度逐渐下降;②就某一种增粘剂而言,当其质量浓度增加至某一值时,继续加大浓度,其溶液粘度增加值很小;

8、③当冲砂液粘度增大到某一值时,砂粒平均沉降速度会变得很小。根据实验,冲砂液粘度达到3～4mPa·s时,砂粒平均沉降速度仅为0.146cm·s-1,继续增大冲砂液粘度,砂粒平均沉降速度减幅明显变小。图3增粘剂质量浓度与砂粒平均沉降速度关系（二）冲砂使用的携砂液配方研究17从以上井筒内固液相流动规律的研究可以看出，大斜度、水平井段冲砂的特点：一是冲砂液粘度越大，沙粒沉降速度变慢，形成二次沉砂及砂床的时间延长；二是提高