浅议大斜度井冲砂作业中的风险及应对措施

王斌  马军虎   张军  孙振华  张海龙

【摘要】随着油气的开发，为了最大限度减少开采成本，也为了有效开采薄油层。目前钻井工程越来越多的采用定向钻井技术。所钻油、气、水井多数为定向大位移井，水平井。因为井身结构的变化，井下作业施工方式也相应发生了变化。特别是冲砂施工作业，采取原来的作业方式已经不能很好的解决作业过程中产生的井下事故的风险。本文通过对大斜度井、水平井冲砂施工过程中容易发生的事故原因的分析，提出了相应的应对措施。对大斜度井、水平井冲砂施工过程中的安全风险进行有效的规避，可以有效保障施工作业的顺利进行。

【关键词】冲砂卡钻紊流   蜡包砂  砂堵

一、名词解释

（一）冲砂： 所谓冲砂，就是利用高速流动的液体所具有的能量冲散井筒内的沉砂，同时利用液体循环上返的携带能力将冲散的砂子带出井筒的施工过程。

（二）砂堵： 指利用流体带动砂子运移的过程中，因为各种原因造成的砂子堆积无法运动，进而发展成为流体也无法流动

现象称为砂堵。

（三）卡钻： 是指油水井在生产或作业过程中，由于操作不当或某种原因造成的井下管柱或井下工具在井下被卡住，按正常方式不能上提的一种井下事故。

（四）砂卡： 因为砂埋管柱造成的卡钻称为砂卡。

（五）套管错断卡： 因为套管错断后断裂套管壁卡在油管接箍面（钻杆台阶面）原因造成的卡钻现象称为套管错断卡。

（六）紊流： 是指液体流动过程中,各质点的流线互相混杂、互相干扰的流动状态。

主要特征：1．流体质点的运动极不规则，流场中各种流动参数的值具有脉动现象。2．由于脉动的急剧混掺，流体动量、能量、温度以及含有物的浓度的扩散速率较层流为大。3．紊流是有涡流动，并且具有三维特征。

（七）蜡包砂： 蜡包砂是指油层中的蜡质在析出固化过程中与砂子混合在一起，没有明显的分界，砂子颗粒镶嵌在固体蜡质中的现象。

二、大斜度井冲砂作业中的技术难点

大斜度井的井斜往往非常大，有时甚至会超过90度，井眼在储层中的延伸距离比较长，和普通直井相比，冲砂施工过程中有较多的技术难点，这主要存在于如下的几个方面：

 

（一）对冲砂液液性的要求

在斜井段，由于管柱紧贴井壁，再加上开发中流体钟摆力的影响，随着地层流体进入井筒的地层砂、压裂所加支撑剂的返吐非常容易形成砂桥，容易导致卡钻等事故的发生，常规的修井作业方式往往不能有效发挥其作用。

（二）对冲砂施工过程中不同井筒复杂采取不同应对措施的要求

由于大斜度井的结构非常复杂，导致油层经常会发生砂堵的情况，这会严重影响到油、气、水井的正常生产。为了有效解除井内的沉砂对正常生产的影响，就需要针对大斜度井冲砂施工过程中出现的不同现象采取不同的应对方式：

1．由于大斜度井段正冲砂作业，冲起的砂子容易沉积在油套环形空间，而造成卡钻现象。解除砂卡事故费时、费力，甚至可能造成油井报废。

2．由于大斜度井采用反循环冲砂时，大斜度井段垂直方向高度略大于油管直径，一旦停泵，冲起的砂子很快沉积而停止运动，造成砂堵油管事故。为了增加砂子的沉积时间，避免沉砂造成砂堵事故，就需要增加循环洗井的排量、循环上返的时间。尽可能把冲起的砂子举升至垂直井段。冲砂液携砂能力差，就需要延长洗井时间来避免砂堵事故的发生。所以，应该使用携砂能力强的冲砂液，大排量循环冲洗的方式进行冲砂作业，这样可以有效提高排砂的效率。反循环冲砂时，由于套管容积远远大于油管（钻杆）容积。所以，冲砂过程中必须严格控制下放速度。这样做的目的在于控制进入油管（钻杆）内腔的砂液比。砂液比过大，形成砂堵的时间就会大大缩短，砂堵风险相应会增加。

3．由于大斜度井套管下入井内后沿井眼轨迹发生一定的变形。相对于直井，大斜度井固井质量更差一些，水泥环在套管外

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不均匀分布。所以，大斜度井套损现象的发生也高于直井段。冲砂管柱下带斜尖，而井下套管发生错断的现象同时出现时。斜尖在套管内就会形成“引鞋”作用。引导冲砂管柱进入套管错断处。固井质量差，又导致套管错断部位套管活动。在上提油管过程中，油管接箍容易卡在套管错断处形成套管错断卡。下入套管错断部位以下的冲砂管柱越多，越容易形成卡死无法解卡的现象。又因为大斜度井段内砂子的沉积不能完全充满井筒，探砂面管柱在探到砂面以前，部分管柱外部已经存有沉砂，随着油套环空砂量的增加，在反循环冲砂过程中，冲砂液在油管接箍处容易形成紊流，沉砂随着液体紊流打转，无法顺利进入冲砂管柱内腔。一旦停泵上提管柱，油管接箍带动砂子运动堆积，当砂量达到一定程度后，就会造成砂卡事故。而采取每接一个单根，上下活动管柱的方法可以早发现套管错断卡。又因为油管在套管内的运动破坏油管接箍处冲砂液紊流的发生。所以，大斜度井冲砂一般采用限速下放管柱减小砂液比；冲砂单根下放完毕后，限速上提冲砂管柱检查有无套管错断卡；快速再次下放管柱破坏“紊流”利于沉砂进入冲砂管柱内部的方法减小砂卡、砂堵风险的方式。现场多用活动管柱3-5次的办法。

4．随着采出率的增加，油层能量降低，增加了井漏的风险。部分大斜度井射孔段过长，修井液漏失严重。井筒内液柱压力的

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增加会导致漏失量增加的现象。严重时会导致井口失返。遇到漏失比较严重的井。反循环冲砂所冲起的砂量越大，井底压力也会随之增加，井漏现象也随之更加严重。对于此类现象，现场一般采取逐根冲砂的方式减少井口失返而造成的砂堵现象的发生。具体做法是每接一根单根，循环洗井至冲起的砂子完全返出井口后，再进行下一根冲砂单根冲砂。直至冲砂到设计要求深度。虽然此方法增加了一定施工时间，影响了施工进度。但相比发生砂堵事故后的解除事故时间，此方法简单有效。

5．对于注水开发的油田，由于注入水串通或者长期砂埋油层导致地层压力恢复至原始地层压力，压裂施工后砂埋油层的大斜度油水井。还存在冲开油层后导致井喷的风险。对于具有井喷高风险的油井，一般采取控制返出口流量的方法，对地层产生一定的回压的方式进行冲砂施工。

6．对于老井、井筒结蜡严重的井。随着地层流体进入井筒携带一定数量的地层砂也进入井筒。原油中的含蜡随着环境的变化析出结晶在套管内壁。地层砂和析出的原油含蜡混合在一起，蜡不熔化流动而导致的现象现场称之为“蜡包砂”。蜡包砂现象

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生后，冲砂管柱循环洗井正常，但是砂并不随冲砂流体运移。在起下管柱的过程中，油管接箍带动蜡包砂一起运动、堆积。当堆积到一定的程度后，发生卡钻事故。此类事故发生后，切忌采用大力上提的方法进行解卡。大力上提只会导致“蜡包砂”现象越来越严重。正确的方法应该及时停止起钻。使用热洗清蜡的方式先对井筒进行清蜡作业。当井筒结蜡处理结束后，在上下活动管柱的同时大排量洗井一周以上，即可解除“蜡包砂”卡钻事故。

7．不管采取哪一类方式进行的冲砂施工，派专人监控返出口，检测井下喷、漏现象的发生以及泵压变化都是必须要采取的控制方法。井下各种异常状况的发生，早发现、早处理、早汇报都是避免事故的发生有效管控手段。

参考文献：《井下作业》    主编：孙树强

《石油天然气井下作业井控》 石油天然气井下作业井控编写组编

作者简介：张军，中国石油天然气集团公司玉门油田分公司油田作业公司试油修井经理部，助理工程师。王斌，中国石油天然气集团公司玉门油田分公司油田作业公司，井下作业工，高级技师。马军虎，中国石油天然气集团公司玉门油田分公司油田作业公司试油修井经理部，井下作业工，高级技师。孙振华，中国石油天然气集团公司玉门油田分公司油田作业公司，井下作业工，高级技师。

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