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[摘 要]冀东油田目前处于油田开采的后期，为保证油田产量，提高采收率，老井改造挖潜越来越受到油田高层重视，但井下出砂严重影响了油气井的正常生产，轻则迫使油气减产，重则会使油气井停产，只有通过冲砂作业将砂粒冲出才能恢复油气井正常生产。
[关键词]油气井；冲砂作业；卡钻；预防措施
中圖分类号：TE358 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0399-01
前言
在冲砂过程中，需要知道砂粒在流体中的自由下沉速度和冲砂液上返速度[1]。砂粒在井筒流体中的运动方式与流体的冲击速度有关，当冲砂液上返速度小于砂粒的自由下沉速度时，砂粒表现为沉降运动，当冲砂液上返速度大于砂粒下沉速度时，砂粒表现为上升运动，当冲砂液上返速度等于砂粒的自由下沉速度时，砂粒处于悬浮状态，因此砂粒的下沉速度是流体携砂能力的临界点，确定合理排量，才能将砂粒冲出井筒[2]。同时，在冲砂过程中由于种种原因很容易卡钻，造成井下砂卡事故，使井况复杂化，因此只有效预防砂卡事故发生，才能有效提高冲砂作业的成功率。
一、冲砂作业原理及冲砂方式
1、冲砂作业原理
冲砂就是用高速流动的液体将井底的砂子冲散，并利用循环上返的液流将冲散的砂子带至地面的工艺流程。油井出砂后，如果井内的液流不能将出砂全部带至地面，井内砂子逐渐沉积，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，同时会损失井下设备造成井下砂卡事故。冲砂的目的在于解除砂堵，恢复油井正常生产。
2、冲砂方式
1）正冲砂：冲砂液沿着油管流向井底，由油套环形空间返出地面。
2）反冲砂：冲砂液沿油套环形空间流向井底，由油管返出地面。
3）旋转冲砂：利用动力源带动工具旋转，同时用泵循环携砂。
现场施工一般采用正冲砂方式冲砂。
二、冲砂液的要求
1、具有一定的粘度，携砂能力强。
2、具有一定的密度，形成液柱压力防止井喷。
3、配伍性好，不伤害油层。
4、来源广，价格便宜。
常用的冲砂液类型有油、水、乳状液和汽化液等。为了防止污染油层，在冲砂液中可以加入表面活性剂。
三、冲砂水力的计算
冀东油田原油中细砂平均直径0.53mm，圆度为0.546；粗砂平均直径0.95mm，圆度0.685；同时可根据实验测定密度2.64g/cm3、不同直径的砂粒在各种冲砂液中的自由降落速度vd，由此可得出保证砂子上返地面的最低速度：
从而可由下式求出冲砂时所需的最低排量：
应尽可能选用大排量泵，以保证冲砂速度，并减少液流返出截面，以保持高的液流上返速度[3]。在冲砂的过程中，砂粒从井底上升到地面所需要的时间为：
四、造成冲砂卡钻的原因及预防措施
1、井漏造成的卡钻
在冲砂过程中，被埋油层为负压层，造成地层吸水，导致出口不返水，或少量返水，出砂能量下降。同时，冲砂前循环不返水，井筒悬浮的砂粒下降速度加快，都是容易造成卡钻的原因。
预防措施如下：
1）对于冲砂过程中遇到负压层时，可以用双泵冲砂。也可以先进行大排量洗井，将管柱上提致到油层上界，等循环正常后方可冲砂。
2）在需要的情况下，可以暂堵，将漏失点用暂堵剂进行暂堵。
3）冲砂施工时，将油套环形空间的砂子返出地面，然后再冲开油层，当冲至油层上界10米时应充分进行洗井。
4）对于活动管柱，将管柱上提至漏失段以上，防止砂卡，也可采用捞砂泵捞砂工艺。
2、冲砂时间短造成砂卡
冲砂时现场操作人员未严格执行操作规范，导致单根循环时间短，盲目追求施工进度，忽视施工质量，使套管内的砂砾在换单根时快速下沉，造成砂卡。
预防措施如下：
1）必须按操作规程控制管柱下放速度，加压吨位要符后标准，对于出砂严重的井，更换单根前必须充分洗井，更换单根后下放速度要慢，为防止堵卡或憋泵，冲砂工具以小于0.3m/min为宜，距离油层上界20m时控制下放速度。
2）换单根的时间一定要小于单根循环的时间，更换单根后，开泵循环正常方可下放管柱。为防止油套环形空间悬浮砂过多，需要连续冲砂5个单根后充分洗井。
4、洗井不充分、起钻不及时造成的卡钻
按设计要求冲砂至一定深度后，必须进行洗井作业，如果洗井不充分彻底，部分砂砾滞留于套管中，此时不起钻会造成砂卡。
预防措施如下：
1）冲砂洗井后立即将管柱提至安全位置。
2）冲砂达到设计深度后，大排量洗井至出口含砂量小于0.1%时，方可达冲砂合格标准。
5、其它原因造成砂卡
1）循环系统出现故障，停泵时应及时上提管柱至砂面以上，并反复活动管柱。
2）机械动力或提升系统出现故障无法保持正常循环。
五、目前冲砂流程的新方法
1、循环冲砂。冲砂液从井内的套管环形空间进入，然后经过分流器对下部冲砂管的砂堵进行冲散，被冲散的砂子与液体先从下部套管环形空间出来返至分流器，再进入井内上部冲砂管内，最后返至地面。这种冲砂管柱是在冲管下部15-20米处可以下一个分流器，用来改变液流通道，分流器上面带有一个通过液力作用张开的密封环，可以密封套管和冲管之间的环形空间。它的優点是增大了上返液的速度增大，加强了对砂堵的冲刺力，提高了冲砂效率。
2、钻柱压力捞砂。它是以液体流动携砂原理来实现捞砂，利用环空液柱压力与钻柱之间的压差当作冲砂动力，可以冲洗干净，尤其对于超深井、漏失井冲砂效果十分显著。
3、冲管冲砂。这主要是由油管内径冲砂，可以用小于油管内径的小直径管柱，解决由于地层出砂而造成砂卡的油水井施工。对于套管冲砂，冲砂工作液沿冲砂管与套管环形空间向下流动，冲击井底沉砂，冲散的砂子与冲砂工作液混合后，沿冲砂管返至地面。
六、结论
总之，在冲砂施工过程中，应注意出口返砂、泵压变化情况，并对泵参数、砂面参数、返出物参数等进行记录，并根据作业现场实际情况及参数异常波动情况采取有效的预防措施，避免出现砂卡事故，提高油气井冲砂作业的成功率。
参考文献
[1] 沈燕来，陈建武.冲砂洗井水力计算方法综述[J].水动力学研究与进展（A辑），1998年03期.
[2] 王学海.密闭连续冲砂工艺技术应用研究[J].石油化工应用，2007年02期.
[3] 李秋燕，刘铁军，梁宇庭，等.连续油管技术在冲砂作业中应用效果[J].石油矿场机械，2012，41（6）：84-87.
[关键词]油气井；冲砂作业；卡钻；预防措施
中圖分类号：TE358 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0399-01
前言
在冲砂过程中，需要知道砂粒在流体中的自由下沉速度和冲砂液上返速度[1]。砂粒在井筒流体中的运动方式与流体的冲击速度有关，当冲砂液上返速度小于砂粒的自由下沉速度时，砂粒表现为沉降运动，当冲砂液上返速度大于砂粒下沉速度时，砂粒表现为上升运动，当冲砂液上返速度等于砂粒的自由下沉速度时，砂粒处于悬浮状态，因此砂粒的下沉速度是流体携砂能力的临界点，确定合理排量，才能将砂粒冲出井筒[2]。同时，在冲砂过程中由于种种原因很容易卡钻，造成井下砂卡事故，使井况复杂化，因此只有效预防砂卡事故发生，才能有效提高冲砂作业的成功率。
一、冲砂作业原理及冲砂方式
1、冲砂作业原理
冲砂就是用高速流动的液体将井底的砂子冲散，并利用循环上返的液流将冲散的砂子带至地面的工艺流程。油井出砂后，如果井内的液流不能将出砂全部带至地面，井内砂子逐渐沉积，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，同时会损失井下设备造成井下砂卡事故。冲砂的目的在于解除砂堵，恢复油井正常生产。
2、冲砂方式
1）正冲砂：冲砂液沿着油管流向井底，由油套环形空间返出地面。
2）反冲砂：冲砂液沿油套环形空间流向井底，由油管返出地面。
3）旋转冲砂：利用动力源带动工具旋转，同时用泵循环携砂。
现场施工一般采用正冲砂方式冲砂。
二、冲砂液的要求
1、具有一定的粘度，携砂能力强。
2、具有一定的密度，形成液柱压力防止井喷。
3、配伍性好，不伤害油层。
4、来源广，价格便宜。
常用的冲砂液类型有油、水、乳状液和汽化液等。为了防止污染油层，在冲砂液中可以加入表面活性剂。
三、冲砂水力的计算
冀东油田原油中细砂平均直径0.53mm，圆度为0.546；粗砂平均直径0.95mm，圆度0.685；同时可根据实验测定密度2.64g/cm3、不同直径的砂粒在各种冲砂液中的自由降落速度vd，由此可得出保证砂子上返地面的最低速度：
从而可由下式求出冲砂时所需的最低排量：
应尽可能选用大排量泵，以保证冲砂速度，并减少液流返出截面，以保持高的液流上返速度[3]。在冲砂的过程中，砂粒从井底上升到地面所需要的时间为：
四、造成冲砂卡钻的原因及预防措施
1、井漏造成的卡钻
在冲砂过程中，被埋油层为负压层，造成地层吸水，导致出口不返水，或少量返水，出砂能量下降。同时，冲砂前循环不返水，井筒悬浮的砂粒下降速度加快，都是容易造成卡钻的原因。
预防措施如下：
1）对于冲砂过程中遇到负压层时，可以用双泵冲砂。也可以先进行大排量洗井，将管柱上提致到油层上界，等循环正常后方可冲砂。
2）在需要的情况下，可以暂堵，将漏失点用暂堵剂进行暂堵。
3）冲砂施工时，将油套环形空间的砂子返出地面，然后再冲开油层，当冲至油层上界10米时应充分进行洗井。
4）对于活动管柱，将管柱上提至漏失段以上，防止砂卡，也可采用捞砂泵捞砂工艺。
2、冲砂时间短造成砂卡
冲砂时现场操作人员未严格执行操作规范，导致单根循环时间短，盲目追求施工进度，忽视施工质量，使套管内的砂砾在换单根时快速下沉，造成砂卡。
预防措施如下：
1）必须按操作规程控制管柱下放速度，加压吨位要符后标准，对于出砂严重的井，更换单根前必须充分洗井，更换单根后下放速度要慢，为防止堵卡或憋泵，冲砂工具以小于0.3m/min为宜，距离油层上界20m时控制下放速度。
2）换单根的时间一定要小于单根循环的时间，更换单根后，开泵循环正常方可下放管柱。为防止油套环形空间悬浮砂过多，需要连续冲砂5个单根后充分洗井。
4、洗井不充分、起钻不及时造成的卡钻
按设计要求冲砂至一定深度后，必须进行洗井作业，如果洗井不充分彻底，部分砂砾滞留于套管中，此时不起钻会造成砂卡。
预防措施如下：
1）冲砂洗井后立即将管柱提至安全位置。
2）冲砂达到设计深度后，大排量洗井至出口含砂量小于0.1%时，方可达冲砂合格标准。
5、其它原因造成砂卡
1）循环系统出现故障，停泵时应及时上提管柱至砂面以上，并反复活动管柱。
2）机械动力或提升系统出现故障无法保持正常循环。
五、目前冲砂流程的新方法
1、循环冲砂。冲砂液从井内的套管环形空间进入，然后经过分流器对下部冲砂管的砂堵进行冲散，被冲散的砂子与液体先从下部套管环形空间出来返至分流器，再进入井内上部冲砂管内，最后返至地面。这种冲砂管柱是在冲管下部15-20米处可以下一个分流器，用来改变液流通道，分流器上面带有一个通过液力作用张开的密封环，可以密封套管和冲管之间的环形空间。它的優点是增大了上返液的速度增大，加强了对砂堵的冲刺力，提高了冲砂效率。
2、钻柱压力捞砂。它是以液体流动携砂原理来实现捞砂，利用环空液柱压力与钻柱之间的压差当作冲砂动力，可以冲洗干净，尤其对于超深井、漏失井冲砂效果十分显著。
3、冲管冲砂。这主要是由油管内径冲砂，可以用小于油管内径的小直径管柱，解决由于地层出砂而造成砂卡的油水井施工。对于套管冲砂，冲砂工作液沿冲砂管与套管环形空间向下流动，冲击井底沉砂，冲散的砂子与冲砂工作液混合后，沿冲砂管返至地面。
六、结论
总之，在冲砂施工过程中，应注意出口返砂、泵压变化情况，并对泵参数、砂面参数、返出物参数等进行记录，并根据作业现场实际情况及参数异常波动情况采取有效的预防措施，避免出现砂卡事故，提高油气井冲砂作业的成功率。
参考文献
[1] 沈燕来，陈建武.冲砂洗井水力计算方法综述[J].水动力学研究与进展（A辑），1998年03期.
[2] 王学海.密闭连续冲砂工艺技术应用研究[J].石油化工应用，2007年02期.
[3] 李秋燕，刘铁军，梁宇庭，等.连续油管技术在冲砂作业中应用效果[J].石油矿场机械，2012，41（6）：84-87.