注水井洗井过程中颗粒沉降及压力分布规律及应用

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1、注水井洗井过程中固液两相流规律及参数优化何伦斌秦延才水胜芝前言洗井是水井常见的一项维护措施,对保持水井正常的工况非常重要.前几年,由于采取外排形式,溢流量、洗井水量均较大,因此洗井效果较好。目前依据环保要求,罐车洗井、油水密闭连接装置等环保式洗井逐渐取代了外排式洗井,成为目前的主要洗井方式。根据有关注水井洗井工艺规程对正常注水井、出砂井和欠注井洗井的技术要求,所有注水井洗井持续时间6h以上，用水量在120-240m3之间。依据目前罐车洗井的技术条件，仅考虑能耗、运费、水质处理费，一口井费用在30

2、00-5000元左右。由于受排量、车况等诸多因素影响,洗井工作难度明显增加,致使洗井周期不断延长,洗井质量和效果很难保障,严重影响了油田的注水开发效果。通过对目前油田注水井洗井方法的研究,提出适合目前油田水井洗井工作的建议和方法,为提高注水质量及保证油田开发效果提供有效保障。一、颗粒在油管中的沉降规律将地层砂和悬浮颗粒近似看作球形，球形颗粒在水中的沉降末速与重力、浮力、阻力有关。当颗粒的沉降速度稳定后颗粒所受阻力为重力减去浮力。πds3———(ρs-ρ)g=Ψρds2ut2　　6式中　ds———

3、颗粒直径,m;　ρs、ρ———砂粒及液体的密度,kg/m3;　g———重力加速度,9.8m/s2;　ut———静止液体中颗粒沉降速度,m/s;　Ψ———颗粒移动的阻力系数,无因次。根据固液两相流理论基础，不同雷诺数下的颗粒运动阻力系数Ψ亦不同[2]。水井洗井排量一般在15～30m3/h范围内,雷诺数范围在(103≤Re≤105)之间,在此紊流条件下：Ψ=πc/8,阻力系数c几乎保持不变,为0.44～0.5,平均值为0.47。由此，颗粒在水井井筒中的沉降末速可表达为：那么，颗粒在洗井过程中在直径为

4、Ｄ，排量为ｑ的油管中的上升速度为：ｖ＝４ｑ／πＤ２－Ｕt根据上式对不同排量、不同粒径的颗粒在∮６２mm油管中上升　1000米所需时间进行了计算（石英砂的密度取2650kg/m3）：不同粒径颗粒上升1000米所需时间（S）粒径排量（mm）（m3/h）0.190.240.580.731574874578180025441439452461二、洗井过程中的压力分布与地层喷量的关系2.1洗井过程中的水力分析鉴于用静力学、静液柱压力推导制订的洗井方案误差较大,洗井效果差,引入了水力学动态研究方法,对洗井过

5、程中的水流状态进行分析、计算。由于油套环形空间内,油管接箍凸出,造成洗井水在下行过程中产生一系列旋涡,不能形成规则形式的运动,因此在分析过程中主要讨论油管内部的水流状况。(1)洗井中油管内部流态分析。根据雷诺数:Re=vd/μ,一般洗井排量在15～30m3/h范围内,由此可推算出v在1．38～4．14m/s,注水井一般用62mm油管,水的粘度μ=10-6m2/s,代入公式后得出:Re=85560～256680>2000,故确定为紊流。虽然油管内有一定的锈蚀和结垢现象,但考虑到水的冲刷能力难以改变

6、锈蚀和结垢形态,故认为在洗井过程中绝对粗糙程度Δ基本不变,水的运动粘度也是相对不变的,这样油管内沿程阻力系数λ可按紊流状态v>1.2m/s(洗井时在1.38～4.14m/s之间)时的经验公式计算。即:λ=0.021/d0.3=0.021/0.0620.3=0.048,这样沿程水头损失hf=λ·L/d·v2/2g=0.048·L/d·v2/2g,折算成压力损失Ph=hf/100,在L、d一定的情况下,hf与v2成正比关系,设k=0.048·L/d·1/2g,则公式简化为hf=kv2(为抛物线方程式

7、),即两者之间为抛物线关系。2.2地层喷量的控制设洗井时喷量为Q喷,则Q喷=k吸〔(P地-P流),由于P流=P油+Pf+P柱,于是Q喷=k吸[P地-(P油+Pf+P柱)],又由于k吸、P柱、P地为定值,流量一定时,Pf也一定,于是Q喷随P油变化,控制好P油,便可获得需要的Q喷。三、水井洗井参数优选方法注水井洗井的目的在于：采用洗井液（清水、油田注入水或混气水）进行洗井，以清除附着或沉积于井筒和吸水层段的渗滤面及井底附近的污物，使吸水层段的渗滤面避免或减缓污染或堵塞。从而恢复地层吸水能力，保证正常

8、注水或测试。注水井井况差异很大，要达到较好的洗井效果，建议采取以下步骤：(1)首先要认真分析井况,确定洗井目的(是解堵地层还是清洗油管),同时准备如下数据:吸水指数、地层压力、油管长度、管径、套管内径等。(2)选择合理的进口排量,根据沙粒沉降规律计算，排量在25m3/h可以满足清洗要求。对正常井洗井时，首先进行微喷洗井，控制井口油压略低于启动压力，带喷洗井。平衡阶段洗井控制油压等于启动压力，可适当增加排量到35m3/h.强化阶段保持井口油压不变，增加排量，强化效果。(3)选择合理的喷量。结合出砂