CN102094586A - 水平井冲砂地面装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平井冲砂地面装置及其使用方法，由设置于水平井井口的冲砂井口装置连接井下冲砂管柱，并通过地面冲砂管线及设置于冲砂管线上的泄压阀、转换阀，以及通过冲砂液返排管线等装置，进行地面连续高压循环冲砂，实现水平井连续负压冲砂，适用于石油开采中出砂水平井的连续冲砂作业，可用于水平井冲砂、水平井替泥浆、低地层压力油井冲砂等，有效解决水平井大斜度井段和水平井段冲砂问题，避免冲砂液回灌油层对油层造成的伤害。

Description

水平井冲砂地面装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及水平井冲砂地面装置及其使用方法。

背景技术

水平井采油技术是油田开发的一项重要工艺技术，可以有效提高采收率，实施效果显著。目前油井出砂现象普遍，水平井技术在油田应用规模不断扩大，大部分水平井属于砂岩地层，水平井技术的应用不可避免地要涉及砂的问题，水平井、出砂水平井采油是一个新的技术领域，带来了一系列新的课题需要研究，否则将严重制约该项新技术的发展及实施效果。出砂水平井冲砂是目前急需解决的技术问题。

常规冲砂作业对于直井段和小斜度井段是有效的。水平井井底沉砂必然沉积于水平井段，对于大斜度井段和水平井段冲砂，目前技术现状仍以常规冲砂方式为主，为了增加冲砂液的携砂能力，采用高成本的稀油冲砂，仍然达不到预期的效果，无法将井底沉砂彻底清理干净，其直接后果是井底有效沉砂空间不足，频繁出现砂埋油层，造成检泵周期缩短，油井频繁作业。水平井冲砂已经成为瓶颈技术，严重阻碍水平井采油技术在出砂区块的应用。

水平段冲砂困难的主要原因是：

1、井底沉砂的搅动及悬浮：竖直井段冲砂，冲砂笔尖推进的方向垂直于井底砂面，井底沉砂可以被充分搅动起来，悬浮于冲砂液中。但对于大斜度井及水平井，用常规冲砂方式冲砂时，冲砂笔尖推进的方向趋于与井底砂面平行，冲砂液流不能直接垂直作用于井底砂面，井底沉砂不能被充分搅动起来并悬浮于冲砂液中，造成砂冲不出来。

2、井底砂的水平运移：各种井斜角情况下都有重力影响存在，相关试验及资料表明，井斜角在0～30°之间，液流中的砂粒有足够长的沉降距离，而且砂和井壁的摩擦力也非常小。因此当液流流速高于砂粒的沉降速度就可将之携出。随着井斜角增加，砂粒沉降到井壁的距离在缩短，而且砂和井壁的摩擦力也在增加，给砂的运移带来困难。

3、目前油田开发阶段地层压力普遍较低，现有的常规冲砂方式属于带压冲砂，存在冲砂液回灌地层的问题，严重的冲砂液无法返回地面，尤其是热采水平井，对油层造成伤害。

发明内容

本发明实施例提供一种水平井冲砂地面装置，用以有效解决水平井冲砂问题，包括：

冲砂井口装置，设置于水平井井口，包括：

竖直方向上贯通的冲砂油管；设置于所述冲砂油管中部的换向阀；设置于所述冲砂油管外部，与水平井井口配合安装的连续冲砂井口总成；连接于所述连续冲砂井口总成下端的套管四通；

所述冲砂油管入口处设竖直方向上的第一冲砂液体入口；所述换向阀处设侧向的第二冲砂液体入口；所述套管四通上设侧向的冲砂液体出口；

所述冲砂井口装置下端与井下冲砂管柱相连，其中，所述冲砂井口装置的冲砂油管下端与井下冲砂管柱的冲砂油管相连，所述冲砂井口装置的套管四通下端与井下冲砂管柱的套管相连，所述井下冲砂管柱的冲砂油管设于套管内，从冲砂油管与套管之间的环空排砂，所述冲砂液体出口连通井下冲砂管柱的冲砂油管与套管之间的环空；

所述水平井冲砂地面装置还包括：

与第一冲砂液体入口连接的第一泄压阀和第一转换阀；

与第二冲砂液体入口连接的第二泄压阀和第二转换阀；

经冲砂管线与第一转换阀和第二转换阀连接的泵车；

经冲砂液返排管线与冲砂液体出口连接的沉砂过滤装置；

与泵车连接的泵车上水装置。

本发明实施例还提供一种上述水平井冲砂地面装置的使用方法，用以有效解决水平井冲砂问题，该方法包括：

将泵车输出的高压冲砂动力液通过第一转换阀，从第一冲砂液体入口进入所述冲砂井口装置的冲砂油管，推动换向阀的滑套下移，直到竖直冲砂液流通道开启，所述高压冲砂动力液进入所述冲砂井口装置的冲砂油管内进行冲砂作业，此时侧向冲砂液流通道处于关闭状态；

在第二冲砂液体入口连接第一根油管，泵车继续工作，打开第二转换阀，关闭第一转换阀，将高压冲砂动力液从第二冲砂液体入口输入，推动换向阀的阀球上移，直到侧向冲砂液流道通开启，高压冲砂动力液通过侧向冲砂液流通道进所述冲砂井口装置的冲砂油管中，此时竖直冲砂液流通道处于关闭状态，打开第一泄压阀将与竖直冲砂液流通道连接的冲砂管线泄压，在井口进行油管连接操作；

井口油管连接完毕后，打开第一转换阀，关闭第二转换阀，打开第二泄压阀，将与侧向冲砂液流通道连接的冲砂管线泄压，继续进行冲砂作业；

将第二冲砂液体入口连接的第一根油管更换为第二根油管，重复上述操作，进行不停泵连续冲砂作业。

本发明实施例进行地面连续高压循环冲砂，可实现水平井连续负压冲砂，适用于石油开采中出砂水平井的连续冲砂作业，可用于水平井冲砂、水平井替泥浆、低地层压力油井冲砂等，有效解决水平井大斜度井段和水平井段冲砂问题，避免冲砂液回灌油层对油层造成的伤害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中水平井冲砂地面装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中冲砂井口装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中井下冲砂管柱的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1为本发明实施例中水平井冲砂地面装置的结构示意图，如图1所示，本发明实施例的水平井冲砂地面装置包括：设置于水平井井口的冲砂井口装置；该冲砂井口装置的结构如图2所示，包括：

竖直方向上贯通的冲砂油管；设置于所述冲砂油管中部的换向阀；设置于所述冲砂油管外部，与水平井井口配合安装的连续冲砂井口总成；连接于所述连续冲砂井口总成下端的套管四通；

所述冲砂油管入口处设竖直方向上的第一冲砂液体入口；所述换向阀处设侧向的第二冲砂液体入口；所述套管四通上设侧向的冲砂液体出口；

所述冲砂井口装置下端与井下冲砂管柱相连，其中，所述冲砂井口装置的冲砂油管下端与井下冲砂管柱的冲砂油管相连，所述冲砂井口装置的套管四通下端与井下冲砂管柱的套管相连，所述井下冲砂管柱的冲砂油管设于套管内，从冲砂油管与套管之间的环空排砂，所述冲砂液体出口连通井下冲砂管柱的冲砂油管与套管之间的环空；

如图1所示，本发明实施例中水平井冲砂地面装置还包括：

与第一冲砂液体入口连接的第一泄压阀和第一转换阀；

与第二冲砂液体入口连接的第二泄压阀和第二转换阀；

经冲砂管线与第一转换阀和第二转换阀连接的泵车；

经冲砂液返排管线与冲砂液体出口连接的沉砂过滤装置；

与泵车连接的泵车上水装置。

具体实施时，上述井下冲砂管柱包括套管及设于套管内的冲砂油管，其结构可以有多种实现形式，例如图3所示的井下冲砂管柱的结构，当然，只要是具备套管及设于套管内的冲砂油管，并从套管及冲砂油管之间的环空排砂的冲砂管柱均可适用。

以图3所示的井下冲砂管柱结构为例，井下冲砂管柱可以包括：

冲砂油管1、交叉流道密封器2、外层管柱3、内层管柱4、套管5、井下喷射泵6；

套管5为所述井下冲砂管柱的外管；冲砂油管1、交叉流道密封器2、外层管柱3、内层管柱4、井下喷射泵6、泵吸入口7和冲砂喷嘴8设置于套管5内；

所述井下冲砂管柱分为上部竖直井段部分和下部水平井段部分，由交叉流道密封器2进行流道转换；

冲砂油管1设置于所述上部竖直井段部分，一端为所述上部竖直井段部分入口，另一端连接交叉流道密封器2；

外层管柱3、内层管柱4、井下喷射泵6、泵吸入口7和冲砂喷嘴8设置于所述下部水平井段部分；

外层管柱3、内层管柱4形成同心双管；一端连接交叉流道密封器2，另一端连接井下喷射泵6；井下喷射泵6上设有泵吸入口7和冲砂喷嘴8。

具体实施时，所述井下冲砂管柱中，高压冲砂动力液由冲砂油管1内输入井下，通过交叉流道密封器2转换到外层管柱3与内层管柱4之间的环形流道内，驱动井下喷射泵6工作；乏动力液与高含砂液的混合液由内层管柱4输出，并在井下喷射泵6驱动下在内层管柱4内高速流动，之后经交叉流道密封器2转换流道后，由冲砂油管1与套管5之间的环空输出。

其中，乏动力液与高含砂液的混合液在井下喷射泵6驱动下在内层管柱4内高速流动，实验证明，此高速流动的流速可达2m/s以上，可以彻底解决水平段砂运移的问题，之后经交叉流道密封器2转换流道后，由冲砂油管1与套管5之间的环空输出，可实现与地面常规冲砂流程的对接。

具体实施时，喷射泵6可采用双向喷嘴反循环水力喷射泵，经泵吸入口7连接冲砂喷嘴8，将高压冲砂动力液在外层管柱3与内层管柱4之间的环形流道内分为两部分：

一部分经冲砂喷嘴8正向喷出，射流在井筒内呈扇形扩散，使水平段沉砂充分悬浮于所述高压冲砂动力液中；实验证明，此正向喷出的高压冲砂动力液流速可达100m/s以上；

另一部分驱动井下喷射泵6工作将所述混合液排出，并在井底形成负压。

本发明实施例还提供一种上述水平井冲砂地面装置的使用方法，可以包括：

将泵车输出的高压冲砂动力液通过第一转换阀，从第一冲砂液体入口进入所述冲砂井口装置的冲砂油管，推动换向阀的滑套下移，直到竖直冲砂液流通道开启，所述高压冲砂动力液进入所述冲砂井口装置的冲砂油管内进行冲砂作业，此时侧向冲砂液流通道处于关闭状态；

在第二冲砂液体入口连接第一根油管，泵车继续工作，打开第二转换阀，关闭第一转换阀，将高压冲砂动力液从第二冲砂液体入口输入，推动换向阀的阀球上移，直到侧向冲砂液流道通开启，高压冲砂动力液通过侧向冲砂液流通道进所述冲砂井口装置的冲砂油管中，此时竖直冲砂液流通道处于关闭状态，打开第一泄压阀将与竖直冲砂液流通道连接的冲砂管线泄压，在井口进行油管连接操作；

井口油管连接完毕后，打开第一转换阀，关闭第二转换阀，打开第二泄压阀，将与侧向冲砂液流通道连接的冲砂管线泄压，继续进行冲砂作业；

将第二冲砂液体入口连接的第一根油管更换为第二根油管，重复上述操作，进行不停泵连续冲砂作业。

综上所述，本发明实施例的水平井冲砂地面装置，由设置于水平井井口的冲砂井口装置连接井下冲砂管柱，并通过地面冲砂管线及设置于冲砂管线上的泄压阀、转换阀，以及通过冲砂液返排管线等装置，进行地面连续高压循环冲砂，从而利用在冲砂油管中配套换向阀和地面工艺管汇，实现了不采用连续油管装备的带压循环，实现水平井连续负压冲砂，可降低实施成本，适应不同的套管规格。

井下冲砂管柱还可采用同心双管冲砂管柱结构，双向喷嘴反循环水力喷射泵，与地面连续高压循环配套使用，其中，井下冲砂管柱中设交叉流道密封器，将整个管柱分为上部竖直井段部分和下部水平井段部分，由交叉流道密封器实现流道转换。在水平井段部分乏动力液与高含砂液的混合液由内层管柱4输出，乏动力液与高含砂液的混合液在喷射泵驱动下在内层管柱的圆柱形管内高速流动，流速可达2m/s以上，可以彻底解决水平段砂运移的问题；在竖直井段部分高压冲砂动力液由冲砂油管输入井下，乏动力液与高含砂液的混合液由冲砂油管与套管之间的环空输出，实现与地面常规冲砂流程的对接。高压冲砂动力液由外层管柱与内层管柱之间的环形流道内输入井下后分为两部分：一部分经冲砂喷嘴以高流速正向喷出，射流在井筒内呈扇形扩散，使水平段沉砂充分悬浮于高压冲砂动力液中；另一部分驱动井下喷射泵工作，将乏动力液与高含砂液的混合液排出，并在井底形成负压。

本发明实施例适用于石油开采中出砂水平井的连续冲砂作业，可用于水平井冲砂、水平井替泥浆、低地层压力油井冲砂等，有效解决水平井大斜度井段和水平井段冲砂问题，避免冲砂液回灌油层对油层造成的伤害。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水平井冲砂地面装置，其特征在于，包括：

冲砂井口装置，设置于水平井井口，包括：

竖直方向上贯通的冲砂油管；设置于所述冲砂油管中部的换向阀；设置于所述冲砂油管外部，与水平井井口配合安装的连续冲砂井口总成；连接于所述连续冲砂井口总成下端的套管四通；

所述冲砂油管入口处设竖直方向上的第一冲砂液体入口；所述换向阀处设侧向的第二冲砂液体入口；所述套管四通上设侧向的冲砂液体出口；

所述冲砂井口装置下端与井下冲砂管柱相连，其中，所述冲砂井口装置的冲砂油管下端与井下冲砂管柱的冲砂油管相连，所述冲砂井口装置的套管四通下端与井下冲砂管柱的套管相连，所述井下冲砂管柱的冲砂油管设于套管内，从冲砂油管与套管之间的环空排砂，所述冲砂液体出口连通井下冲砂管柱的冲砂油管与套管之间的环空；

所述水平井冲砂地面装置还包括：

与第一冲砂液体入口连接的第一泄压阀和第一转换阀；

与第二冲砂液体入口连接的第二泄压阀和第二转换阀；

经冲砂管线与第一转换阀和第二转换阀连接的泵车；

经冲砂液返排管线与冲砂液体出口连接的沉砂过滤装置；

与泵车连接的泵车上水装置。

2.如权利要求1所述的水平井冲砂地面装置，其特征在于，所述井下冲砂管柱，包括：

冲砂油管(1)、交叉流道密封器(2)、外层管柱(3)、内层管柱(4)、套管(5)、井下喷射泵(6)；

套管(5)为所述井下冲砂管柱的外管；冲砂油管(1)、交叉流道密封器(2)、外层管柱(3)、内层管柱(4)、井下喷射泵(6)、泵吸入口(7)和冲砂喷嘴(8)设置于套管(5)内；

所述井下冲砂管柱分为上部竖直井段部分和下部水平井段部分，由交叉流道密封器(2)进行流道转换；

冲砂油管(1)设置于所述上部竖直井段部分，一端为所述上部竖直井段部分入口，另一端连接交叉流道密封器(2)；

外层管柱(3)、内层管柱(4)、井下喷射泵(6)、泵吸入口(7)和冲砂喷嘴(8)设置于所述下部水平井段部分；

外层管柱(3)、内层管柱(4)形成同心双管；一端连接交叉流道密封器(2)，另一端连接井下喷射泵(6)；井下喷射泵(6)上设有泵吸入口(7)和冲砂喷嘴(8)。

3.如权利要求2所述的水平井冲砂地面装置，其特征在于，所述井下冲砂管柱中，高压冲砂动力液由冲砂油管(1)内输入井下，通过交叉流道密封器(2)转换到外层管柱(3)与内层管柱(4)之间的环形流道内，驱动井下喷射泵(6)工作；乏动力液与高含砂液的混合液由内层管柱(4)输出，并在井下喷射泵(6)驱动下在内层管柱(4)内高速流动，之后经交叉流道密封器(2)转换流道后，由冲砂油管(1)与套管(5)之间的环空输出。

4.如权利要求3所述的水平井冲砂地面装置，其特征在于，所述井下冲砂管柱中，所述高压冲砂动力液在外层管柱(3)与内层管柱(4)之间的环形流道内分为两部分：一部分经冲砂喷嘴(8)正向喷出，射流在井筒内呈扇形扩散，使水平段沉砂充分悬浮于所述高压冲砂动力液中；另一部分驱动井下喷射泵(6)工作将所述混合液排出，并在井底形成负压。

5.一种权利要求1所述的水平井冲砂地面装置的使用方法，其特征在于，该方法包括：

将泵车输出的高压冲砂动力液通过第一转换阀，从第一冲砂液体入口进入所述冲砂井口装置的冲砂油管，推动换向阀的滑套下移，直到竖直冲砂液流通道开启，所述高压冲砂动力液进入所述冲砂井口装置的冲砂油管内进行冲砂作业，此时侧向冲砂液流通道处于关闭状态；

在第二冲砂液体入口连接第一根油管，泵车继续工作，打开第二转换阀，关闭第一转换阀，将高压冲砂动力液从第二冲砂液体入口输入，推动换向阀的阀球上移，直到侧向冲砂液流道通开启，高压冲砂动力液通过侧向冲砂液流通道进所述冲砂井口装置的冲砂油管中，此时竖直冲砂液流通道处于关闭状态，打开第一泄压阀将与竖直冲砂液流通道连接的冲砂管线泄压，在井口进行油管连接操作；

井口油管连接完毕后，打开第一转换阀，关闭第二转换阀，打开第二泄压阀，将与侧向冲砂液流通道连接的冲砂管线泄压，继续进行冲砂作业；

将第二冲砂液体入口连接的第一根油管更换为第二根油管，重复上述操作，进行不停泵连续冲砂作业。

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