射流泵负压抽砂技术

射流泵负压抽砂技术新疆·乌鲁木齐●负压冲砂技术背景●常规冲砂技术问题●射流泵抽砂原理●国外技术发展情况●射流泵负压抽砂计算●射流泵负压抽砂工具●气举反循环钻井参数●结论与认识负压冲砂技术背景油井检泵冲砂不返是造成检泵周期短、作业返工的主要原因之一，大量地层砂冲入近井地带，生产时重新进入井内，随液流进入泵内卡泵。又由于套变致使不能捞砂，这类井的井筒清砂是维持生产的主要问题。近几年，水平井采油技术得到广泛应用，但是普通冲砂工艺在出砂水平井中应用存在水平段冲砂困难的问题，水平井常因水平段沉砂冲不出来造成频繁砂埋油层，不能正常生产，阻碍了水平井采油技术在出砂区块的应用。针对这些问题，研究应用水力喷射泵负压冲砂技术，取得较好的冲砂效果。普通冲砂即是将冲砂管柱下到砂面位置，利用地面泵车将高速冲砂液输入到井底，冲砂笔尖与高速液流将沉砂搅起并冲散，通过返出的液流将泥砂带出到地面，从而将油层射孔部分清洗干净，恢复油井的正常生产。然而，油田开发进入中后期，地层漏失严重，大部分井冲砂不返，冲砂液直接进入地层，并把沉砂带入地层，使之成为冲不净的流砂，造成砂埋、砂卡等事故频繁出现。常规冲砂技术问题射流泵抽砂原理来自地面动力泵的高压冲砂液沿同心管环空下行，越过射流泵桥式筒，进入高压腔；少部分冲砂液由搅砂喷嘴喷出，冲击井底，搅动沉砂后，上返到桥式筒入口；大部分冲砂液由抽砂喷嘴喷出，由于射流速度高，使射流周围压力降低，形成负压区，将搅砂喷嘴搅起的沉砂与高速喷出的抽砂液一起吸入喉管，在射流携带下进入扩压管，速度降低，压力升高到射流泵排出压力，混合后的携砂液沿同心管内管返回地面。随着射流泵的逐渐下放，完成负压抽砂作业。同心内管同心外管射流泵套管冲砂液携砂液混砂液动力液搅砂液地层砂射流泵抽砂原理来自地面动力泵的高压冲砂液由动力液管下行，越过桥式筒，进入高压腔，分为2路。30%的高压冲砂液由搅砂喷嘴喷出，冲击井底，搅动沉砂后，上返到桥式筒的入口；70%的高压冲砂液由喷射嘴高速喷出。由于液流速度高，使液柱周围压力降低，形成负压区。在井底压力与负压区之间的压差作用下，将搅砂喷嘴搅起的沉砂与工作过的废动力液一起吸入扩压器喉管，在高速射流的携带下进入扩压器，速度降低，压力升高到喷射泵应有的排出压力。混合后的携砂液沿冲砂管返回地面，随着冲砂器的逐渐下放，完成整个冲砂工作。射流泵抽砂原理国外技术发展情况射流泵负压抽砂技术最早是由BJServices开发出来的，但其实现主要依托同心连续油管来实现。用于加拿大阿尔伯塔省与委内瑞拉稠油水平井。●BJServices国外技术发展情况●BJServices国外技术发展情况●BJServices国外技术发展情况●BJServices国外技术发展情况●TitanServices国外技术发展情况●TitanServices射流泵负压抽砂计算要使射流泵负压工作区压力保持稳定，就要求油井内的动液面保持不变。为实现这一要求，就要求搅砂喷嘴喷出的液体量约等于射流泵的吸入量。考虑到高压射流泵的容积效率最高为42%，忽略其他因素的影响，射流泵的有效吸液量为工作流量的42%。通过搅砂喷嘴流量QW与通过抽砂喷嘴流量QS关系为QW/QS=0.42，根据QW=kWAWDpW、QS=kSASDpS(kW、kS分别为搅砂喷嘴与抽砂喷嘴流量系数，对同一种工作液及同一流道类型的喷嘴而言，kW=kS；DpW、DpS分别为搅砂喷嘴与抽砂喷嘴压降，因两个喷嘴从同一个高压腔供液，DpW≈DpS)可得AW/AS=0.42，即DW/DS=0.65。●冲砂液排量分配搅砂喷嘴抽砂喷嘴射流泵负压抽砂计算射流泵负压抽砂能力取决于抽砂喷嘴与喉管过流面积之比。AS为高压喷嘴过流面积，AT为喉管过流面积，常取AS/AT=0.17～0.4。取值接近上限时，喷射液柱四周的供液环形面积相对较小，导致吸液流量较小，使其成为一个压头相对较高，排量相对较低的射流泵。这种射流泵适应于深井抽砂。如果用这种泵在浅井中使用，虽然流量会增大，但过大的流量使流速太高，水力损失太大，效率极低。取值接近下限时，喷射液柱四周的供液环形面积相对较大，导致吸液流量较大，而产生的压头较低。这种泵适用于浅井抽砂。如果这种泵在深井中使用，虽然压头会增大，但较大的环形面积使大量的低速液体与高速动力液之间产生较高的湍流损失，射流泵效率极低。因此，AS/AT为井深函数，设计计算同一般采油射流泵。●负压抽砂能力射流泵负压抽砂计算根据地面试验与现场实践，保证将砂粒带至地面的水力条件nt2nd，nt为抽砂液返回地面的上升速度；nd为砂粒在静止冲砂液中的自由下沉速度。由上式可得，保证砂粒返回地面的最小速度nmin=2nd，冲砂时所需的最低流量Qmin=AFnmin，AF为冲砂液上返的过流面积。由Qmin=AFnmin可计算所需地面泵的最小流量，或在已知地面泵最大流量的情况下合理选择冲砂管的尺寸。砂粒从井底上升到地面所需要时间t=H/(nt-nd)，H为冲砂深度。用t与实际返回时间作比较，可间接地检测井下射流泵的工作情况、冲砂效果及冲砂液的粘度是否合适。●抽砂液排量射流泵负压抽砂工具●同心油管●同心水龙头●射流抽砂泵射流泵负压抽砂工具射流泵负压抽砂工具射流泵负压抽砂工具射流泵负压抽砂工具射流泵负压抽砂工具射流泵抽砂技术应用射流泵抽砂技术参数射流泵负压冲砂技术能够达到负压清砂的目的,但仍然存在不足,应进一步完善。1)研制或引进同心连续油管，将该工艺与连续油管作业技术相结合,更能够保证效果。2)减小搅砂喷嘴直径，减少管柱漏失量，同时加大抽砂喷嘴尺寸，降低驱动压力，增加携砂能力。结论与认识汇报内容第一部分、压裂工艺技术工作汇报第二部分、稠油水平井冲砂工艺技术汇报第三部分、带压作业技术汇报爱国、创业、求实、奉献目录稠油水平井冲砂开展情况3稠油水平井概况、冲砂难点、现状31冲砂成效、存在问题及建议34施工工艺简介321.稠油水平井概况水平井技术取得的重大成果，使之成为提高单井产量的重要手段。截止2010年10月新疆油田水平井数已累计达835口，其中浅层稠油水平井数达627口，占75.1%。新疆油田稠油水平井油藏埋藏浅，一般埋深为120-600m，地层欠压实，地层胶结疏松，导致油层出砂。直接影响油井的原油产量，严重时会造成砂埋油层或井下工具,导致油井停产和砂卡事故。冲砂时冲砂液漏失造成油层污染、积液返排时间延长，复产周期长。一、稠油水平井概况、冲砂难点、现状2.稠油水平井冲砂难点由于水平井自身轨迹的特殊性，常规水力冲砂工艺在水平井内使用存在以下难题：①水平段冲散的砂粒易反复在低边形成砂床，难以清理干净彻底，导致重复冲砂；②环空间隙大，停泵加单根，砂粒回落易砂卡；③产液量较大，地层亏空较严重，加之地层压力低，导致冲砂液漏失严重。井筒中的砂易进入地层，在进行蒸汽吞吐时，砂会再次返出造成水平段砂埋，造成反复冲砂。一、稠油水平井概况、冲砂难点、现状④漏失严重的井甚至无法建立正常循环，导致冲砂作业失败。⑤由于稠油与细粉砂胶结，在高温高压作用下，砂床比较硬，造成冲砂时原油与砂粒很难脱开。因此浅层稠油水平井的出砂已成为新疆油田浅层稠油水平井生产的瓶颈。一、稠油水平井概况、冲砂难点、现状一、稠油水平井概况、冲砂难点、现状3.稠油水平井冲砂技术现状国外稠油水平井冲砂普遍采用连续油管冲砂方式。井下作业公司使用的连续油管依赖进口，目前所拥有的连续油管设备不能满足水平井冲砂工作量的需求。针对稠油水平井冲砂难点、现状，我们开展了同心管负压冲砂、氮气泡沫冲砂工艺技术的应用。爱国、创业、求实、奉献目录稠油水平井冲砂开展情况3稠油水平井概况、冲砂难点、现状31冲砂成效、存在问题及建议34施工工艺简介321.同心管射流泵负压冲砂工艺工艺优点：①冲砂液的返速快且呈紊流态，携砂悬砂能力强；②水眼喷射出的高速水流既能破碎砂床，又能清洗筛管周围的沉砂；③能在井底产生负压，达到近井解堵作用；④采用同心管环空进液、内管返液，避免了砂卡冲砂管柱。⑤冲砂介质使用脱油污水即可，价格低廉取材方便，经沉砂处理后可循环使用。二、施工工艺简介同心管负压冲砂工艺流程图二、施工工艺简介2.水平井氮气泡沫冲砂工艺工艺优点：①密度低且方便调节，作为入井液便于控制井底压力，减少漏失和污染；②粘度高，低摩阻，悬砂携砂能力强；③泡沫产生负压可诱导近井地带污染物外排解堵；④压缩系数大，助排性能好，负压产生泡排效应能有效排出井内积液并诱导油流；⑤低滤失性，对产层伤害小；⑥防膨性能好。⑦冲砂管柱简单，使用普通油管及冲砂头即可。二、施工工艺简介氮气泡沫冲砂工艺流程图二、施工工艺简介二、施工工艺简介泡沫发生器全套设备由泡沫发生系统、供药系统、仪表测控系统、中央控制系统、橇装式箱体总成及辅助装置组成。二、施工工艺简介该控制系统是一个独立计算机控制系统，主要具有以下功能：◆显示现场运行状况可对泡沫出口压力、泡沫密度、泡沫流量等参数进行监测，可进行超压报警、密度超标报警或漏失报警等。报警信号可用声光讯号；◆实时显示关键参数动态变化曲线可以实时绘制泡沫出口密度、泡沫出口压力、泡沫出口流量等参数的动态变化曲线，为现场工艺人员提供决策参考。◆自动记录设备运行参数同心管冲砂工艺与氮气泡沫冲砂工艺比较：同心管冲砂工艺需借助特殊结构的管柱及冲砂工具达到井底负压实现冲砂目的；而氮气泡沫冲砂工艺是靠地面调节泡液比，使用低密度的泡沫液降低液柱压力来达到井底负压，利用常规管柱及工具建立循环通道，实现井内循环的。同心管冲砂工艺使用的冲砂介质经过三级沉砂过滤后可循环使用，而氮气泡沫冲砂工艺使用的泡沫液暂时无法重复使用。二、施工工艺简介爱国、创业、求实、奉献目录稠油水平井冲砂开展情况3稠油水平井概况、冲砂难点、现状31冲砂成效、存在问题及建议34施工工艺简介322008年在浅层稠油水平井上使用同心管负压射流泵冲砂工艺进行冲砂，2010年开发了氮气泡沫水平井冲砂工艺，使用2种冲砂工艺累计完成56井次作业。三、稠油水平井冲砂的开展情况近3年水平井冲砂统计柱状图24121217051015202530200820092010同心管冲砂普通油管泡沫冲砂连续油管泡沫冲砂2010年稠油水平井冲砂不同工艺比例58%40%2%同心管冲砂普通油管泡沫冲砂连续油管泡沫冲砂三、稠油水平井冲砂的开展情况不同区块开展稠油水平井冲砂情况不同作业区块水平井冲砂分布柱状图6312176302121505101520253035重油公司风城作业区采油二厂采油一厂冲砂总井数同心管冲砂井数泡沫冲砂井数三、稠油水平井冲砂的开展情况同心管冲砂工艺开展情况：自2008年以来采用同心管冲砂38井次，有4井次出现重复冲砂现象（见下表），同心管冲砂施工周期约10天（不出现主副管打捞前提）。在开发过程中地层压力变化，不再是原始地层压力，由于地层压力无法准确预测，导致在冲砂过程中需要根据井内循环情况提出冲砂管柱更换射流泵水嘴，频繁更换水嘴影响了生产进度。井号初次冲砂时间二次冲砂时间间隔周期（d）FHW120062009.5.7-5.172010.11.11-11.25540FHW120272009.7.7-7.152010.5.8-5.18300FHW130682009.7.16-7.292010.9.15-9.26430FHW130572009.11.11-12.32010.9.2-9.13300三、稠油水平井冲砂的开展情况泡沫冲砂工艺开展情况：2010年用水平井泡沫冲砂工艺施工18井次（含连续油管泡沫冲砂1井次），由于复产周期不长，冲砂有效周期还需观察。水平井氮气泡沫冲砂既可采用普通油管，又可使用连续油管。采用连续油管可实现带压连续冲砂，效率高，每小时可冲砂60m。由于没有泡沫发生测控装置，无法准确监测冲砂过程中，不同温度压力下管内、环空、地面管汇中泡沫液密度、泡沫质量数据，需要根据现场试验调整施工参数及施工泡沫液用量。通过优选冲砂管柱组合、冲砂参数后，泡沫液用量每井次由90m3减少到45m3。水平井冲砂进一步完善,是稠油水平井开采技术的一大进步。通过该技术手段使一批躺井恢复了正常