冲砂工艺技术讲解

一、概
1、地质因素：
述
（一）井筒沉砂原因
（1）地层胶结疏松时，地层流体在生产压差作用下向井眼方向渗流，
致使岩石颗粒间的胶结力不断消弱，地层结构破坏引起出砂。流体密
度粘度越高、含气量越大，流动阻力越大，就越容易出砂。地层疏松
与否主要取决于岩石颗粒间胶结力的强弱，胶结强度与胶结物的种类、
数量及胶结方式有关。容易出砂的地层主要是接触胶结，胶结物数量
大而产生漏失，严重时会无法进行循环，因此常采用气化液冲
砂（又称混气冲砂）。 （3）气化液的液体可采用原油或清水。气化液冲砂的实质在 于降低冲砂液的密度，从而降低液柱对井底产生的回压，以减 少或防止漏失。气化液是技术
4、气化液冲砂： （4）气化液冲砂时，压风机与水泥车并联。要先开水泥车， 后开压风机，使泵不受气体影响，保证上水正常。压风机出口 与水泥车之间要装单流阀，以防液体倒流。接单根前要先停压
四、特殊井冲砂技术
（一）水平井冲砂技术： 1、冲砂特点
1）油层砂粒更易进入井筒，形成长井段的“砂床”，严重时砂 堵井眼。 2）井内管柱贴近井壁低边，管柱受“钟摆力”和摩擦面积大的 双重作用，管柱摩阻大。 3）冲起的砂粒在造斜段和水平段容易再次沉积。
4）修井液环空流速偏差很大，井眼低边的流速很低，携砂能力
一、概
地层出砂规律
述
1、未胶结地层：未胶结地层中没有有效的胶结物，地层的聚集主 要依靠很小的流体束缚力及周围环境圈闭的压实力。这类地层一旦 开井投产便立即开始长时间连续出砂，且地层产出液含砂量基本保 持稳定。尽管累积出砂量越来越大，但套管周围不会出现地层空穴， 只是地层越来越疏松。 2、弱胶结地层：弱胶结地层胶结物数量少，胶结力弱，地层强度 较低。油水井投产后，炮孔附近地层砂砾逐渐剥落，进而发展形成 洞穴。如不及早加以控制，极易造成油层砂埋、油管砂堵及渗透率 降低、产量下降。这类地层产出液含砂量变化较大，甚至每天都不 一样，时多时少。 随着产层压力递减，作用在承载骨架颗粒上的负荷逐渐增加， 出砂情况会日趋严重。任其发展，有可能造成地层坍塌、盖层下沉、 套管损坏、油水井报废的严重后果。
冲砂工艺技术
作业一分公司
2012年3月
汇报提纲
一、概述 二、直井冲砂技术
三、斜井冲砂技术
四、特殊井冲砂技术
一、概
述
冲砂，就是向井内高速注入液体，靠水力作用将井底沉砂冲散 悬浮，并借助高速上返的液流将冲散的砂子带到地面的施工方法。 冲砂的原因： 1、由于油层胶结疏松或油井工作制度不合理，以及措施不当造成油
井出砂，油井出砂后，如果井内的液流不能将出砂全部带至地面，
井内砂子逐渐沉淀，砂柱增高，堵塞出油通道，增加流动阻力，使 油井减产甚至停产，同时会损坏井下设备造成井下砂卡事故。 2、由于作业工序需要，将地层砂人为的填入井筒，滞留后在井筒堆 积成砂柱，影响到油井的正常生产或注水井的正常注水。 3、压裂施工后的压裂砂返出沉淀、滞留，影响生产。
一、概
述
对非均质、弱胶结或中等胶结砂砾岩油藏来讲，注水开发
阶段是油水井严重出砂的开始，特别是当油井见水后，产出液
含水量不断上升，胶结物逐渐膨胀疏松，致使地层胶结强度迅 速下降并出现严重的出砂现象。出砂情况随开采时间的延续及 开采强度的变化呈周期性变化。一般来说，开采时间越长出砂 越多，造成的地下亏空也越大。当亏空后的生产层胶结强度不 足以支撑生产液流所引起的冲刷强度时，就会出现更为严重的 出砂现象。
二、直井冲砂技术
3、正冲反洗冲砂：
（1）先用正冲的方式冲散沉砂，使其呈悬浮状态，随即 改用反冲砂，将砂粒携带到地面的方式。
（2）正反冲砂可以提高冲砂效率。正反冲砂时，必须接
总机关，以便使倒换冲砂方式方便，迅速。
二、直井冲砂技术
4、气化液冲砂： （1）采用泵车泵出的冲砂液和压风机压出的气混合而成的混 合液进行冲砂的方式。 （2）在一些地层压力低的井中，冲砂时往往由于液柱压力过
三、斜井冲砂技术
在有一定斜度的井内，砂粒在水流里受力是不平衡的，水 平方向和垂直方向均有分力，所以砂粒在井筒内部的轨迹与合 力的方向一样也是不一定的；随着角度减小，水平方向的 分力在逐步增大，狭小空间内，很容易造成砂粒的堆积，形成 砂桥或砂堵，堵塞油管或砂埋油管。 所以在斜井中冲砂，一般采用反循环冲砂。 在斜井中冲砂时的下放速度一定要慢，排量尽可能增大， 以便增大砂粒的上返速度，避免砂粒堆积。
一、概
（三）油水井出砂危害
述
1、原油产量、注水量下降甚至停产、停注
2、地面和井下设备磨损
3、修井工作量增加
4．套管损坏、油水井报废
二、直井冲砂技术
（一）冲砂方式
冲砂方式主要可以分为正循环冲砂、反循环冲砂、正冲反洗 冲砂、气化液冲砂、冲管冲砂等。 1、正循环冲砂 （1）正冲砂是冲砂液从冲砂管内进入，携带沉砂沿冲砂管与套管 环行空间返至地面的冲砂方式。 （2）通常在冲砂管最下端带斜尖，这样可以防止下放太快而憋泵， 也可利用斜尖刺松砂堵，便于冲砂。 （3）正冲砂的优点是冲砂管直径较小，冲刺力大，易于冲散砂堵； 缺点是套管特别是大直径套管与冲砂管环行空间面积比较大，使冲 液上返速度小，携砂能力弱，大颗粒砂子不易带出。为了提高携砂 能力，可以提高冲砂液的粘度或加大泵的排量。 （4）为了防止在接单根过程中砂子下沉而造成卡钻，在接单根前 要进行较长时间的循环冲洗，并要求接单根速度尽可能快。
一、概
3、脆性砂、砾岩层
述
脆性砂、砾岩层易碎，但有较多的胶结物，中等胶结强 度。地层流体产出时，能把地层面上的砂砾逐渐冲刷下来。 这类地层开始投产时出砂一段时间，忽然出砂量大减，甚至 无砂产生，此时，产量有可能会上升，但到一定时候有可能 重新出砂。这种规律是因为在出砂过程中套管外部冲蚀空穴 突然增大，过流面积成倍增加，使地层流体的流速大幅度下 降，致使出砂量明显下降。随着油气井条件变化，又会形成 新的出砂环境而开始出砂。当单位过流面积上的流体速度达 到一定数值时，又会出现地层砂砾大块坍塌，过流面积倍增 而停止出砂，最终可使油气井套管变形而报废。
下降，易导致钻具被卡。
四、特殊井冲砂技术
2、水平井冲砂施工方式：
水平井冲砂施工过程中必须保证连续作业，杜绝意外造 成停泵循环的现象。根据井身倾角的不同，排量设计和 工具的运动有所不同，施工方式具体分为如下几个阶段: 0°一30°时，基本与直井冲砂方式相同，冲砂过程中不要急 于求成，以0.3m/min稳定的速度下放管柱，冲洗排量不 低于600L/min; 30°一60°时，上返的地层砂容易再次沉降形成砂卡，冲洗 时宜将排量提高到1000一1200 L/min为宜，钻具要上下 起放，一般下放50m，上提一次，没有负荷大幅度增加 现象和憋压情况，才能继续冲洗; 60°一90°时，冲砂管柱磨阻最大阶段，加压下放速度小于 0.3 m/min，并每单根上下移动2一3次为宜，以破坏 “固化的砂床”，冲洗排量不低于1000 L/min,如遇憋 压情况，上提活动管柱。
二、直井冲砂技术
（三）冲砂的水力计算
冲砂时为使携砂液将砂子带到地面，液流在井内上返 速度必须大于最大直径的砂粒在携砂液中的下沉速度。 Vt>2Vd 式中 Vt—冲砂液上返速度； Vd—砂子的自由下沉速度，可以从相关资料直接查询。 下式求出冲砂时所需要的最低排量 Qmin=360F×Vt min 式中 Qmin—冲砂要求的最低排量； F—冲砂液上返流动截面积； 为了提高冲砂速度应尽可能提高泵的排量，并减少液 流返出截面，以保持高的液流上返速度。
三、斜井冲砂技术
1、斜度较小的井冲砂方式和直井基本一样。
2、斜度较大的井，沙粒随流体上返时作用力情况分析为：
三、斜井冲砂技术
在斜井中水力上返的力基本上是平衡于井壁的，假设砂
粒垂直方向的受力是平衡的。 在冲砂过程中，沙粒在井内受力：
G=F×sinθ
G——砂粒的重力与浮力的合力 F——砂子所受的水力冲击力 θ——井斜角度 在实际冲砂中，砂子在垂直方向的受力是不平衡的。 水平方向上分力：N=F×cosθ 垂直方向上的分力：N=F×sinθ-G
解部分岩石胶结物，使岩石骨架解体；密集射孔会破碎岩石甚至引
起套管损坏。
一、概
述
（4）油井出水时，泥质胶结物水化膨胀并分散成细小颗粒，在地层 压差作用下随着油、水流线向井眼方向运移，造成油井出砂、出泥。 （5）在油水井生产过程中，油、气层孔隙压力总体上是不断下降的， 而上覆岩层对地层颗粒及其胶结物的有效应力则不断增加，致使颗粒 间的应力平衡被破坏，胶结力下降引起地层出砂。 （6）在注水开发油田，当油井含水量上升时，为维持原油产量必须 提高采液速度，加大了地层流体对岩石颗粒的拖拽力，引起地层出砂。 （7）当井壁附近的岩石结构破坏到一定程度时，就会出现流砂现象。 这时即使井底压差很小，大批砂子也会无控制地流出，造成严重的砂 堵或砂卡现象。
四、特殊井冲砂技术
3、水平井连续正循环冲砂：
从油管注入冲砂液，旋转冲 砂器将形成的砂床旋流冲起，进 入套管环空。同时井口的连续冲 砂装置实现了不停泵冲砂作业， 缩短了接入单根循环时间，降低 了劳动强度，避免了井场污染。 管柱组合（51/2“套管内）： Φ89mm导锥＋Φ73mm（3*45°） 倒角油管＋Φ73mm油管 Φ89mm旋流冲砂器＋Φ105mm扶正 器+Φ73mm倒角油管＋Φ73mm油管
二、直井冲砂技术
（二）冲砂液
冲砂液指的是进行冲砂时所采用的液体。通常采用的冲 砂液有油、水、乳化液等。为了防止污染油层，在液中可以 加入表面活性剂。一般油井用原油或水做冲砂工作液，水井 用清水（或盐水）做冲砂工作液，低压井用混气水做冲砂工 作液。选择冲砂液有一定的标准。 （1）具有一定的粘度，以保证有良好的携砂性能。 （2）具有一定的密度，以便形成适当的液柱压力，防止井喷 和漏失。 （3）与油层配伍性好，不损害油层。 （4）来源广，不损害油层。
少，而且泥质较多。