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盤錦廣拓石油技術有限公司

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超深井壓裂砂返排

深井及水平井的壓裂砂返排作業存在的技術難題


隨著油田開發不斷進行,深層致密巖性油氣藏、頁巖油氣藏等低滲油氣藏采取壓裂投產的井越來越多,特別是深井、水平井壓裂后壓裂砂的返排作業也日益增多,因此,油井壓裂后的沖砂作業,已成為壓裂井產能恢復的必要手段。

1、對于深井直井,由于沖砂作業過程中接續油管時沖砂液的間斷,致使沙粒不能連續上升,通常依靠增加沖砂液排量,但受設備能力限制,沖砂作業效率很低,甚至根本沖不出,使作業失敗,更有甚者造成砂埋管柱事故;

2、大斜度井、水平井壓裂后的沖砂作業難度更大,主要體現在以下幾方面:

      (1)在水平井沖砂時,砂粒上返過程中,容易在井斜60°附近區域重新堆積,造成砂堵的現象;

(2)井斜超過60°后,井筒內沉積砂粒呈砂床狀態,常規沖砂技術沖砂效率很低,甚至難以將砂沖出;尤其是深井和常水平井段油井沖砂難度更大;

(3)井內管柱貼近井壁低邊,管柱受“鐘擺力”和摩擦面積大的雙重作用,更易形成砂卡;

(4)在水平段,沖洗液環空流速偏差很大,地層砂不易被沖起和清除干凈;

因此,目前許多深井、水平井壓裂后沖砂作業難以實施,嚴重影響了此類油井產能的發揮。

為了解決這一難題,國內外沖砂管柱大多選擇連續油管,反沖砂作業方式,但是我國連續油管依賴進口,費用高昂,操作繁瑣,由于連續油管本身規格及材質,連續管下入到一定位置還會產生自鎖,不能滿足水平段較長的水平井、超深井及結構復雜井的沖砂要求。為此,我公司研發了一種實現連續沖砂作業技術,即達到連接沖砂管柱過程中,沖砂液循環不停泵,并通過沖砂方式優選、沖砂工具合理配備、沖砂工藝參數優化設計和施工作業的監督,不僅實現連續正反沖砂一體化作業,大大提高了作業效率,還避免了砂卡管柱的作業風險,為壓裂砂的快速返排、快速復產提供了技術保障。


連續、正反一體化沖砂技術特點


1設計:利用優化的研究成果,可根據沖砂的施工目的,油井的類型(油井的井斜角度),井深,砂粒直徑等進行設計。確定沖砂方式(連續正沖砂/連續反沖砂),優化沖砂管柱結構,設置相應的前端沖砂器具,確定沖砂工藝參數和施工程序,使沖砂作業有堅實的理論依據。

2高效:根據不同油井設計的施工工藝參數,在確保沖砂液有效攜砂上返的前提下,有效地提高各項操作環節的沖砂工藝參數,大大提高了沖砂效率。

3、安全:根據油井的施工設計,在沖砂液有效攜砂的前提下,充分發揮裝置自身潛力和地面泵車能力,不僅確保了自身裝置的安全性能,同時也確保了連續沖砂作業的施工安全。

4、具有自主的知識產權:我公司于2006年自主研發了《水平井連續反沖砂裝置》,已取得國家實用新型專利,專利號:ZL200620153591.7。多年來我公司陸續與國內兩大石油院校合作,3位博士、5位研究生及10多位研發人員共同參與研發,耗資300余萬元,對壓裂后的深井、水平井的沖砂規律進行更深入研究,找出砂粒沉降速度計算方法,從而針對各類油井進行施工參數設計,同時,對相關配套裝置及工器具進行了研發設計,滿足各類油井沖砂施工工藝要求。并于2011年9月申報國家發明專利,2014年獲得授權,《油井連續、正反一體化沖砂裝置》申請(專利)號201110289849.1。


現場應用情況


遼河油田深井及水平井壓裂后,使用油井連續、正反一體化沖砂裝置返排壓裂砂施工案例:


① 馬古XX井,人工井底4548m,最大井斜36°26′,沖砂井段4500.17m-4548m;

 下探砂管柱帶入φ73mm筆尖,遇阻深度H:4500.17m,連續探砂三次,深度不變。用ρ:1.0g/cm3清水常規正、反循環沖砂,P:7MPa/Ⅳ,無進尺,井筒內砂子無法返出到地面。

2013年11月1日,使用超深水平井連續、正反一體化沖砂裝置進行沖砂作業。

11:00  超深水平井連續、正反一體化沖砂裝置安裝完畢,開始連續沖砂作業。泵車700型×2,P:13Mpa,ρ:1.0g/cm3清水。

12:10  出口開始返液,在遇阻深度H:4500.17m位置緩慢下放沖砂管柱進行沖砂。

13:10  沖砂至人工井底H:4548m,進行洗井,P:13Mpa,漏失量約Q:﹤15m3/h,開始少量返砂。

17:00  出口持續返清水,無砂,P:13Mpa,漏失量約Q:3m3/h。

17:40  充分循環至進出口液性一致,停泵,返砂約0.42m3。上提管柱25根,卸特制自封井口及沖砂工具,施工完畢,沖砂井段:4500.17m-4548m。


② 馬古XX井,人工井底4509m,最大井斜32.08°,沖砂井段4477m-4509m;

2014年1月25日,使用超深水平井連續、正反一體化沖砂裝置進行沖砂作業,沖砂管柱前端帶有正沖砂器。

10:40用ρ=1g/cm3清水45m3開始連續正沖砂,700型泵車*2,排量:40m3/h泵壓:12Mpa。

11:30沖砂至人工井底4509m處后開始洗井。

15:00出口開始反壓裂砂,

21:00洗井完畢,返壓裂砂約0.2 m3,沖砂井段:4477m-4509m;


③ 熱XX井,人工井底3178m,水平段長90m,沖砂井段3118.94m-3178m;

2014年3月3日使用超深水平井連續、正反一體化沖砂裝置進行沖砂作業。沖砂管柱前端帶有水平井反沖砂器。

11:00 到達施工井現場,安裝超深水平井連續、正反一體化沖砂裝置;

12:30 ρ=1g/cm3清水反洗井至出口反液排量:35m3/h,泵壓:3 Mpa,漏失量約3m3/h;

13:20 遇阻位置3118.94m沖砂至3130m開始大量反壓裂砂;

14:40 沖砂至人工井底3178m,沖砂期間返砂量逐漸減少,開始洗井,排量:35m3/h,泵壓:3 Mpa,漏失量約3 m3/h;

17:00 洗井完畢,反壓裂砂約0.5 m3沖砂井段3118.94m-3178m。

17:40 充分循環至進出口液性一致,停泵,返砂約0.3m3。上提管柱25根,卸特制自封井口及沖砂工具,施工完畢,沖砂井段:4500.17m-4548m。


2009-2013年12月在遼河油田水平井、結構復雜井、漏失井及深井現場施工500余井次(鉆灰60余井次,漏失井40于井次),沖砂合格率達到100%。通過多年來現場施工實踐,證明了《油井連續、正反一體化沖砂》技術滿足了水平井、結構復雜井、漏失井及深井的沖砂工藝要求。接沖砂管柱時不停泵,避免了砂卡管柱的作業風險,有效地保證了井下安全,為壓裂砂的快速返排、快速復產提供了技術保障;接沖砂管柱時井口不噴濺,極大的改善了作業工人的操作環境;減少噴濺的同時也避免了對環境的污染。



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