大牛地气田水平井泡沫冲砂工艺技术研究

大牛地气田水平井泡沫冲砂工艺技术研究

马京虎

中石化华北石油工程有限公司井下作业分公司 河南省郑州市     450007

摘  要：天然气作为绿色清洁的低碳能源，我国将天然气培育成为现代清洁能源体系的主要能源之一。鄂尔多斯盆地有中国能源金三角之称，盆地的北部主要分布着大牛地气田和东胜气田是我国主要气源地之一。

本论文根据大牛地气田因长年开采情况，地层能量亏空越来越严重，地层压力系数急剧下降，入井液的漏失问题已经严重影响到了冲砂作业措施的执行。目前，对低压气井冲砂作业时，常采用常规冲砂方式进行作业，冲砂液的漏失量少则百余方，多则上千方，冲砂液的大量漏失对油气层渗流通道造成严重破坏，通过本论文可有效提高冲砂效率，降低作业安全风险和作业成本，提高自身技术水平，具有广泛的应用前景。

关键词：大牛地气田、泡沫冲砂、水平井

一、长水平段泡沫冲砂施工技术难点分析

大牛地气井井深普遍大于4000m左右，水平段长度普遍在1200m左右。由于井深大、水平段长，给常规冲砂施工带来诸多困难。通过对以往施工资料的汇总和分析，得出常规冲砂施工的主要共性技术难点如下：

1、水平井冲砂作业施工风险相对较高

水平井由于井眼轨迹的特殊性，大牛地气田水平段较长约1200m，管柱进入水平段大量摩阻，造成冲砂作业复杂，对泵车排量、压力液体性能要求较高，因此水平井冲砂施工作业风险难度和施工难度高于常规井。

2、冲砂液体漏失对地层造成伤害

大牛地油气田由于开发时间较长，地层压力逐年下降，使用常规冲砂液体容易造成漏失进入地层，大牛地气田为三低井，更容易导致储层含敏感性矿物、以及粘土水化膨胀、和颗粒分散迁移堵塞孔隙，造成冲砂井段形成水锁现场，并导致水平井储层的流通性变差，最终导致大牛地气井产量急剧下降。

3、水平段携砂能力差,容易形成砂桥

  水平段冲砂冲砂液呈现上快下慢循环通道，使井眼底边流速很低，管柱在液体作用下呈现“钟摆力”现象，冲砂时摩擦面积变大，导致水平井段携砂能力差，更加容易砂卡。冲砂液体在水平井段或者斜井井段冲砂施工过程中，被液体冲起的砂粒在上升过程中，更加容易在造斜井段和水平井段底部形成二次沉积 ，形成水平井或者大斜井砂桥，造成砂卡事故。

4、排液复产周期长

对于三低井而言冲砂液更容易形成漏失进行地层，给后期排液造成困难，并不能单纯依靠地层能量将液体排出井外，后期还需要借助人工排方式进行，大牛地气田常使用抽汲或者其办法进行排液，导致施工费用增加、施工周期延长。

二、大牛地泡沫冲砂主要工作开展

通过对泡沫冲砂工艺技术的研究，将泡沫液密度调整适当可低于气层的孔隙压力。造成负压或者低压冲砂，因此可以大大减少冲砂液体的漏失对储层伤害，泡沫流体具有较高的表观黏度，泡沫冲砂液体具有携砂性能好的特点，提高冲砂的效率以及时效，泡沫液体返排时将井筒内以及射孔段处的脏污、沉砂等携带至地面，清除产层污染物，恢复产能，达到提高产量的目的。

1、低压气井泡沫负压法冲砂工作液体系

1.1在实验室对泡沫流体流变性的研究：

泡沫流体流变性的研究共计二个方面：一是采用六速旋转粘度计及泡沫液体静态流变仪实验研究，二是通过实验室内高倍摄像系统对泡沫流体微观结构的实验研究。

500转/分钟 450转/分钟    400转/分钟    350转/分钟

1.2实验氮气泡沫密度、温度、及压力的关系对比：

  通过实验变化压力范围分别设定为 1.0～9.0MPa。并记录不同气液质量对比泡沫流体的密度、温度、及压力变化的有关详细数据记录。

（1）通过实验在一定的压力变化下，其实验泡沫的密度随着实验中压力的增加而产生急剧增加，泡沫密度与压力的变化成正比。

（2）通过实验在一定的压力，其实验压力不变化时泡沫的密度随温度的升高而降低，因为利用泡沫热胀冷缩作用的结果；

通过实验对泡沫流体的温度分别设定为 30℃、60℃、90℃和 120℃，并记录了不同气液质量比下泡沫流体的密度、温度、压力变化的有关数据。

（1）在不同温度下，压力保持不变，充气质量越多，泡沫密度就越小；

1.3泡沫冲砂液配方

配方：0.5~1%发泡剂 ＋ 0.2~0.5%稳泡剂 ＋ 0.5~1%井壁稳定保护剂＋0.5~1%防水锁剂。

实验性能：泡沫密度0.75-0.85g/cm3；泡沫塑性粘度10~20 mPa·s；实验屈服值6~13 Pa；发泡体积：360-570 mL；实验泡沫半衰期>200 min。

2、低密度泡沫发生装置

泡沫发生器是泡沫生成的重要设备，通过设备运转使其能够连续、稳定的产生一定密度的泡沫，在设备内部通过高压气体螺旋通道使气液两项处于高速紊流状态，通过后高压气体螺旋通道的液体在膜制氮的作用下形成分散的薄膜状，大泡沫通过切割挤压使泡沫粒径细小致密，气、液分别通过螺旋搅拌室和泡沫放大器，初步形成大小不太均匀泡沫，进入泡沫均匀器，使泡沫更加均匀，减少悬浮液滴存在，使泡沫包裹砂粒形成负压或低压冲砂。

性能指标:

型号：YTFM-6A；流量范围: 0～10m3／h（可定制）；工作温度:-30-＋40℃；额定压力:20.0 MPa；泡沫密度:0.3-0.9g/cm³；井口连接法兰及管件：DN25mm；外形尺寸：1000×600×1200mm

技术特点：

1）撬装式结构，体积小，重量轻，移动拆卸方便。

2）创新采用气动马达进行剪切搅拌，加快泡沫液生成。

3）组合式模块化不同孔径细分孔板组合，使生成泡沫更均衡。

4）配套安全泄压阀，确保流程堵塞时安全。

5）外接法兰安装在机柜箱体外侧，连接更便利。

6）关键部件采用316L材质加工制作，确保长期使用无锈蚀。

7）长期运行稳定性好，元件及整机可靠性高，维护费用低。

3、添加剂添加装置

工作原理：

用于气井井筒冲砂作业过程中，向泡沫发生器定量注入高压发泡药剂或其他药剂，提高泡沫发生器工作效率同时支持三种或者四种添加剂同时进行添加作业。

技术特点：

1）流量可控，根据施工需要可设定药剂加注瞬时流量。

2)采用智能软件控制界面、流量、温度、压力实时采集。

3）控制精确、操作简单

4）系统智能伴热，不受低温季节影响。

4、除砂装置

通过离心作用将泡沫与沙粒分离，固体介质顺着内壁下行，泡沫向出口流动，最后再经过滤网将剩余细沙过滤。分离、过滤后的沙粒垂直落至积沙罐，干净泡沫通过泡沫出口管线排出。沉积沙由自动切换排沙系统完成排放由三组电动阀组合控制排放。

技术特点：

1.撬装式结构，重量轻，移动拆卸方便。

2.自力式旋流分离结构，使分离效果更佳。

3.固、泡分离后单独排放，优化施工方案。

4.便于泡沫重复利用，减少污水排放量，从而降低施工成本，节能环保。

5.系统智能伴热，施工不受低温环境影响。

三、施工现场实验情况分析

1、下入底带水平井特制导向头的冲砂管柱探砂面后，上提管柱。

2、关封井器，启动水泥车、开启添加起泡剂流程及压风机，以密度0.75-0.80g/cm3 的泡沫液反循环洗井至出口见稳定泡沫（压力稳定、出口排量稳定，可达到携砂要求时）。

3、缓慢打开2FZ18-35防喷器，观察自封正常后，开始下放管柱冲砂。冲完一个单根后，要充分洗尽管内砂粒，洗井设备停止，关闭旋塞，接提带打开状态的旋塞单根。

4、砂冲完后，继续循环30min以上，直至出口无砂返出为止，关闭套管闸门，油管放完泡沫液（地层压力低，在建立循环过程中尽量降低注入泡沫流体密度，缩短建立循环时间）。

结 论

通过对该泡沫冲砂工艺的研究，完善出一套低压气井泡沫负压法冲砂工作液体系，研制出一套低密度泡沫液快速发生装置、泡沫添加剂添加装置和泡沫冲砂液除砂装置，并达到提高水平井段冲砂成功率和施工作业时效的目的，使泡沫冲砂施工一次成功率95%以上，并现场应用不小于一口井次。

1）通过该论文的研究及施工现场实验，优化大牛地气田泡沫负压法冲砂技术参数，为大牛地气田的增储上产提供技术支撑。同时还为开发我国其它地区低压低渗油气藏提供技术指导和有益的经验，项目的研究成果将产生巨大的经济效益。

2）通过该现场施工的应用，可大大降低作业施工中对油气层的伤害，减少作业后产能损失，缩短产能恢复周期，具有良好的经济效益，为井下作业分公司的发展打下良好的技术经济基础。

参考文献

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