水平井冲砂技术的改进与应用要点.ppt
赵传利 艾教银
[摘 要]本文系统的论述了水平井冲砂工艺技术，包括工艺、管柱、参数和施工方法，同时，给出了2种冲砂的适用范围和界限，并研究出水平井专用冲砂液体系。
[关键词]水平井 管柱冲砂 连续冲砂 冲砂液 技术
中图分类号：TE243 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）25-0055-01
1、前言
在水平井修井作业施工中，经常会遇到落物掉入水平段后被砂埋的情况，或因地层砂、暂堵剂及其它固相沉积物等在水平井中形成沉砂床，堵塞井眼，深埋落物。因此，要实现水平井的解卡打捞，首先进行冲砂，露出落物，然后才能进行解卡打捞等下步施工。该工艺包括管柱冲砂和连续冲砂2种，现场根据不同井况合理选用。
2、水平井管柱冲砂工艺技术
2.1 水平井管柱冲砂适用范围
（1）砂柱段长在40m以内的各种井斜及水平段的冲砂；
（2）砂柱段在井斜角30°以内（包括直井段）井段的冲砂；
（3）下部有落物需要打捞，在落物以上有沉砂需要冲洗，并用一趟管柱完成的；
（4）水平井管柱冲砂必须使用专用冲砂液，严禁使用清水或不合格冲砂液。
2.2 水平井管柱冲砂工艺
2.2.1 冲砂方法
在水平井中，各井段受井径、井斜及井内结构的影响，在同一口井中，一个井段的最佳施工参数不一定适合另一井段，一口井的工作方法和施工参数同样也不完全适应另一口井。根据井况，应把握0°～10°，10°～30°，30°～60°，60°～90°四个井斜段，重点是30°～60°井段和水平井段的冲砂。其他井段的施工方法和冲砂液性能要做进一步调整，以适应全井冲砂的要求。应采用水力冲砂和机械冲砂结合的综合措施。
（1）机械冲砂
①在接单根及起下管柱时边循环边转动，机械冲砂与水力冲砂联合作业破坏钻屑沉积床。这是十分有效的冲砂措施。
②转动及上下活动管柱，利用钻具接箍破坏钻屑沉积床。
③加强固控，及时有效的清除冲砂液中的固相。
管柱如果静止在井内冲砂，其偏心环空必然导致井眼底边的流速减低，不但冲不出沉砂，反而会引起新的沉降，甚至造成卡钻。转动的管柱不但可以使井筒内的冲砂液保持均匀的流变性，改善井眼冲洗效果，同时可以搅动带起井眼底部的沉砂，提高冲砂效率。
（2）水力冲洗
①采用适当的水力参数和洗井液性能来提高冲洗效果。
②增加流量达到紊流状态和降低流变性可以达到最佳效果。
在沉砂床已被破坏的条件下，可适当调整施工参数。可以提高粘度采用层流的方法作业，也可以在必要时向井内打入一高粘度液体柱，以清洗携带出井内的砂粒。在条件和泵压允许的情况下，全部冲砂过程采用大排量冲砂，因为增加环空流速，携砂和冲砂作用都会增大，砂床形成机会少，已形成的砂床高度也会降低。
2.2.2 各井段的施工方法及工作参数
（1）0～10°井段，其作业方法及施工参数与直井相同。
（2）10°～30°井段，此井段一般形不成沉砂床，但存在沉降作用，要保持冲砂液的悬浮性，防止砂粒沉降。钻具运动方式以旋转为主，转速15～30r/min，以环空流态为层流时的排量为宜。
（3）30°～60°井段，以破坏沉砂床、防止砂粒再次沉降为主。钻具运动方式以往复运动为主，结合旋转运动。下放钻具时，转速控制在15～30r/min，上提钻具时，速度控制在5m/min左右，以充分利用上提钻具时产生的偏流对砂床的冲蚀作用。以达到紊流的大排量为主，必要时可用水泥车组提高排量。在完全破坏沉砂床后，结合层流，利用洗井液的低剪切速率粘度和静切力彻底清除井筒内的沉砂。
（4）60°～90°井段，以减少钻具摩阻，破坏沉砂床为主。钻具运动方式以旋转为主，因为水平段中钻具已不能在拉力下靠近上井壁，偏流冲蚀作用很小。下放钻具时必须动转盘，转速15～30r/min，以减少钻具摩阻，遇阻后要反复活动钻具，根据理论计算摩擦阻力大小，适当加压冲砂。钻压以计算能克服摩擦阻力时为宜，一般不超过20kN，不能加压强下。实践证明此段紊流比层流的冲砂效果好。
2.2.3 冲砂作业钻具组合
（1）尖钻头十φ73mrn钻杆，用于直井段和小于30°的井段施工。
（2）特制短翼三刮刀钻头十φ73mm钻杆，用于30°～60°井段的施工。
（3）三牙轮（或PDC）钻头十φ73mm钻杆，用于大于60°井段和水平段的冲砂解堵施工。
（4）对边冲砂边解卡打捞的井，采用可洗井钻具组合，冲砂与解卡打捞同时进行，一趟管柱完成，简化了施工工序，提高了工作效率。
3、水平井连续冲砂技术
井下部分由安全阀、旋流冲砂器和油套转换器组成；井口部分由自封封井器、工作筒和反冲洗阀组成。在管柱下放过程中，工作筒内的反冲洗阀随管柱下行，当其移出工作筒时，上部反冲洗阀同时进入工作筒，为冲洗液提供从油管到工作筒的通道，实现不停泵加长冲洗管柱，达到水平井连续冲砂的目的。施工过程如果遇到冲洗阻力较大的情况，安全阀自动泄流，保证施工安全。
该技术目前现场试验7口井，冲砂段最长达795.0m，工艺成功率100%，进一步证实了工艺的可靠性，同时，也为今后进行水平井连续冲砂施工积累了经验。
4、水平井冲砂液
水平井冲砂液的功能与常规井冲砂液相比有所不同，受多种影响因素制约，应全面考虑其特殊需要。应以安全快速、不损害油气层、有利于钻屑运移及低成本为目标。必须具有高携砂能力、抗剪切、低摩阻和低伤害的特性。因此，冲砂液的选择是冲砂作业的技术关键。
4.1 冲砂液体系配方的确定
冲砂液需加入特定的添加剂，随添加剂加量的增加，基液的漏斗粘度、表观粘度、密度增加，动切力和失水量增加较快，因此，对于聚合物冲砂液体系，必须加入降粘剂和降失水剂来调整冲砂液体系的性能。
4.2 冲砂液的悬砂性能
将500mL冲砂液装入量筒中，将一定量的压裂砂放入量筒，放置24个小时，压裂砂仍然均匀悬在冲砂液中，基本没有变化，这说明在冲砂液的悬砂性能很好。
4.3 现场应用情况
水平井冲砂技术现场应用18口井，其中，连续冲砂工艺技术现场应用7口井，管柱冲砂工艺技术现场应用11口井，工艺成功率100%。实现了各项技术的突破，连续冲砂冲砂段最长达795.0m，并实现了气井水平井、侧钻水平井等高危、复杂结构井的安全、有效冲砂施工。
5、结论与认识
（1）2种冲砂工艺适用于不同的井况，现场根据具体情况进行合理选用。管柱冲砂结构简单，应用方便，主要适合于短距离、小井斜或与其它工艺一趟管柱完成的井况；连续冲砂主要利用连续冲砂装置完成，适用于长距离、水平段的冲砂。
（2）2种冲砂工艺高效、实用，现场应用效果好，基本满足水平井打捞施工前清洗鱼顶和大井斜、长井段解堵冲砂的需要，成為水平井施工作业的一种重要手段。
（3）管柱冲砂工艺管柱结构、参数合理，实用性强；连续冲砂装置设计精巧，工艺可行，可有效防止沉砂卡管柱事故的发生，保证了大井斜、长井段解堵冲砂的施工安全。
（4）自行研制的冲砂液流变性能好、携砂能力强，能满足水平井冲砂对冲砂液的特殊性能要求。
