利用氮气泡沫进行油井防砂的装置及方法与流程

1.本发明属于油气资源开发领域，具体地，涉及一种利用氮气泡沫进行油井防砂的装置及方法。


背景技术：

2.我国疏松砂岩油藏分布广泛，在石油产量中占重要的地位，油井出砂是这类油藏开采的主要矛盾之一。随着我国石油行业的发展，油井防砂技术不断完善，日益成熟，但油井开发进入中后期阶段，往往发生地层能量下降，漏失井增多，防砂效果逐步变差的现象，多数防砂井携砂液用量逐步增加，尤其是多层非均质井，多次防砂后支撑剂易沿大孔道深入，小孔道得不到有效改善且容易堵死，导致防砂屏障薄弱。
3.为实现防砂效果，现有的防砂方法有机械防砂和化学防砂两种，第一类机械防砂使用砾石充填防砂，第二类机械防沙使用防砂管进行防砂，化学防砂使用药剂增加沙子粘聚力使之形成较好的粘合体进行防砂；上述防砂手段存在以下不足之处：
4.(1)第一类机械防沙的施工复杂，一次性投入高，若砾石尺寸选择不当，地层砂侵入砾石层后会增加油流入井的阻力，影响防砂后油井产能。
5.(2)第二类机械防砂的防砂管柱容易被地层砂堵塞，只能阻止地层砂产出到地面而不能阻止地层砂进入井筒，有效期短，只适用于油砂中值大于0.1mm的中、粗砂岩地层。
6.(3)化学防砂强度较低，无法满足大排量生产，对地层渗透率有一定伤害，适用于渗透率相对均匀的薄层段地层防砂，而层内差异大的厚层化学防砂施工由于注入剂锥进不均和重力作用易造成固结不均，影响防砂效果；化学防砂的注入剂存在老化现象，防砂有效期短；不适用于裸眼井防砂。
7.基于上述原因，亟需一种有效的油井防砂装置及方法，提高携砂液携砂能力，降低携砂液滤失量，防止漏失井脱砂、砂堵，从而高效地解决油井漏失问题，显著提升防砂效果，减少防砂井携砂液用量，实现均匀铺砂的效果，同时增加产液量，延长生产周期。


技术实现要素：

8.为解决已有方法在油井防砂中存在的缺陷与不足，克服油井漏失严重、防砂效果差、携砂液用量大、多层非均质井支撑剂铺砂不均、小孔道容易堵死、防砂屏障薄弱的问题，本发明提供了一种利用氮气泡沫进行油井防砂的装置及方法。
9.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
10.利用氮气泡沫进行油井防砂的装置，包括：液氮泵车、混砂车、携砂液泵车、三相泡沫发生器、滑动井口、套管、油管、封隔器、充填工具、筛管、射孔、丝堵、砂墙和人工井底；其特征在于：2台承压45mpa、泵注速率2500nm3/h的液氮泵车底部通过管线并联连接后与承压70mpa的三相泡沫发生器气相入口相连，用于泵注氮气进入三相泡沫发生器；混砂车底部通过管线与携砂液泵车顶部连接，用于将沙子注入携砂液泵车；携砂液泵车通过管线与三相泡沫发生器的液相入口连接，用于将泡沫携砂液输入三相泡沫发生器；三相泡沫发生器的
出口通过管线与油井的滑动井口相连，用于混合氮气、携砂液和砂子，制成氮气泡沫携砂液，并注入滑动井口；滑动井口底部与套管和油管的顶部相连；套管从上至下依次穿过上覆地层和砂岩油藏直至下卧地层上部，套管底部有人工井底；砂岩油藏中的套管上设有射孔，可为氮气泡沫携砂液提供进入砂岩油藏形成砂墙的通道，套管内部有同心的油管；油管底部与充填工具相连，油管在砂岩油藏顶部与套管之间位置处安装有封隔器，用于阻挡氮气泡沫携砂液溢出至套管上部；封隔器下方安装有充填工具，用于将氮气泡沫携砂液注入油管和套管之间，氮气泡沫携砂液进而通过射孔输入砂岩油藏；充填工具下方安装有筛管，用于阻挡砂子进入油管，筛管与油管连接处有为液体返回油管的通道，筛管底部有丝堵。
11.利用氮气泡沫进行油井防砂的方法，采用上述利用氮气泡沫进行油井防砂的装置，包括以下步骤：
12.s1、施工前准备；
13.s2、氮气泡沫制备；
14.s3、井口测压；
15.s4、前置泡沫液注入与分步加砂；
16.s5、顶替液注入；
17.s6、带压丢手、关井散压与放喷；
18.s7、反洗井；
19.s8、复探中心管砂面与起出管柱。
20.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：适用于存在出砂现象、地层漏失严重、采区跨越多个地层导致不同地层渗透率差异大的油井；与常规防砂相比，有效提高了泡沫携砂液携砂能力，同等携砂液量下，加砂量提高20％，携砂能力提高3倍以上；有效减少泡沫携砂液滤失量，滤失量减少60％以上；更易达到设计加砂量，同等加砂量下液体用量减少20-30％；砂墙厚度增加1倍，长度增加1倍，渗流面积增加2-3倍，动液面高度提高20％；减少漏失井泡沫防砂施工过程中脱砂及砂堵现象，对比常规携砂液粘度可提高3倍以上；对于非均质老井防砂，可实现均匀铺砂的效果；产液量增加2倍、生产周期延长50％。
附图说明
21.图1是利用氮气泡沫进行油井防砂的装置示意图；
22.图中：1、氮气泵车；2、混砂车；3、携砂液泵车；4、三相泡沫发生器；5、滑动井口；6、上覆地层；7、套管；8、油管；9、封隔器；10、充填工具；11、筛管；12、射孔；13、丝堵；14、砂墙；15、砂岩油藏；16、人工井底；17、下卧地层。
具体实施方式
23.如图1所示，利用氮气泡沫进行油井防砂的装置，包括：液氮泵车1、混砂车2、携砂液泵车3、三相泡沫发生器4、滑动井口5、套管7、油管8、封隔器9、充填工具10、筛管11、射孔12、丝堵13、砂墙14和人工井底16；其中：2台承压45mpa、泵注速率2500nm3/h的液氮泵车1底部通过管线并联连接后与承压70mpa的三相泡沫发生器4气相入口相连，用于泵注氮气进入三相泡沫发生器4；混砂车2通过管线与携砂液泵车3连接，混砂车2将沙子注入携砂液泵车3；携砂液泵车3通过管线与三相泡沫发生器4的液相入口连接，用于将泡沫携砂液输入三相
泡沫发生器4；三相泡沫发生器4用于混合氮气、携砂液和砂子制成氮气泡沫携砂液，三相泡沫发生器4出口通过管线与油井的滑动井口5相连，并将氮气泡沫携砂液注入滑动井口5；滑动井口5底部与套管7和油管8的顶部相连；套管7从上至下依次穿过上覆地层6和砂岩油藏15直至下卧地层17上部，套管7底部与人工井底16顶端相连；砂岩油藏15中的套管7上设有射孔12，可为氮气泡沫携砂液提供进入砂岩油藏15形成砂墙14的通道，套管7内部有同心的油管8；油管8底部与充填工具10顶部相连，油管8在砂岩油藏15顶部与套管7之间位置处安装有封隔器9，用于阻挡氮气泡沫携砂液溢出至套管7上部；封隔器9下方安装有充填工具10，用于将氮气泡沫携砂液注入油管8和套管7之间，氮气泡沫携砂液进而通过射孔12输入砂岩油藏15；充填工具10下方安装有筛管11，用于阻挡砂子进入油管8，筛管11与油管8连接处有为液体返回油管的通道，筛管11底部有丝堵13。
24.上述利用氮气泡沫进行油井防砂的装置及方法，包括以下步骤：
25.s1、施工前准备
26.按40-50根/小时的速率起出井内原生产管柱，观察描述工具结垢、腐蚀情况，并进行记录；将原有井口更换为滑动井口，要求试压合格；下入油管，探冲砂调整砂面；刮削套管至井深，并在封隔器坐封位置进行刮削处理；现场按管柱设计实测丈量、配好防砂管柱，防砂管柱为油管、充填工具、筛管与丝堵的组合，平稳下入井中，使防砂管柱正对油层；记录管柱悬重、漏失情况；上提管柱35cm，向油管内灌水，灌满后分阶段向油管打压4mpa、6mpa、8mpa、10mpa、12mpa、14mpa各稳压3分钟；下压上提管柱检验密封性，检验合格后，继续升压至18mpa，压力突降到0，打开充填通道，充填通道打开后，正洗井至出口正常返液、洗井压力正常；通过管线将2台氮气泵车并联连接至三相泡沫发生器气相入口，通过管线将混砂车与携砂液泵车相连，并通过管线将携砂液泵车与三相泡沫发生器的液相入口连接，将三相泡沫发生器出口与滑动井口连接；单台液氮泵车承压45mpa、泵注速率2500nm3/h，三相泡沫发生器承压70mpa；连接防砂及反洗井施工管线；对地面管线进行试压，试压33mpa，5min不刺不漏视为合格。
27.s2、氮气泡沫制备
28.向2台并联液氮泵车中分别注入99.999％的液氮；向清水中加入胍尔胶、体积百分比为0.01％的杀菌剂、体积百分比为1％的防膨剂、体积百分比为0.5％的助排剂和体积百分比为1％的起泡剂，制成起泡携砂液；混砂车中砂子粒径级配为20-40目(筛网孔径0.85mm-0.425mm)，抗压强度达到设计要求；将砂子与起泡携砂液混合制成泡沫携砂液，将泡沫携砂液和氮气同时加入泡沫发生器内充分混合，生成氮气泡沫携砂液，检查合格后注入滑动井口。
29.s3、井口测压
30.监测现场井口注入压力，根据井口注入压力调整氮气泡沫携砂液注入速率，井口注入压力0-10mpa时注入速率3m3/min；井口注入压力10-20mpa时注入速率2.5m3/min，井口注入压力20-33mpa时注入速率2m3/min；氮气泡沫携砂液注入施工限压33mpa。
31.s4、前置泡沫液注入与分步加砂
32.向井内注入前置泡沫液50-80m3，前置泡沫液组分为本区块地层水加入体积百分比为1％的起泡剂，压力波动不超过2mpa，压力稳定5min，开始加砂；注入砂子与起泡携砂液体积比为10％的泡沫携砂液，井口压力稳定2min后，注入砂子与起泡携砂液体积比为20％
的泡沫携砂液，井口压力稳定2min后，开始下一级浓度加砂，每级比上一级加砂浓度增加10％，直至砂子与起泡携砂液体积比为70％，稳定2min；若2min内压力升高超过2mpa，停止加砂，注入不含砂的起泡携砂液10m3，观察泵注压力变化情况，压力趋于平稳则按照施工设计继续加砂至施工结束，完成设计要求；若压力持续升高，则停止施工。
33.s5、顶替液注入
34.加砂完成后，按设计顶替量注入不加砂子与氮气的起泡携砂液，顶替量公式为：
[0035]v顶替
＝(v
地面
+v
油管
)
×
90％
[0036]
其中，v
顶替
为顶替液体积，v
地面
为地面管线容积，v
油管
为油管容积；注入速率为0.5m3/min，注入压力不得超过10mpa；现场技术人员需要根据井口压力调整施工排量。
[0037]
s6、带压丢手、关井散压与放喷
[0038]
上提油管至原悬重，正转管柱30圈，实现管柱丢手，上提油管至井口以上1m；关闭油管和套管阀门24小时，若油管和套管井口压力不为0，在油管出口安装油嘴，并根据油管井口压力选用表1中相应的油嘴直径，放喷直至井口压力为0。
[0039]
表1油管井口压力与油嘴直径对应关系
[0040]
油管井口压力》5.0mpa3.0-5.0mpa1.0-3.0mpa《1.0mpa油嘴直径3mm5mm8mm敞放
[0041]
s7、反洗井
[0042]
用本区地层水进行反洗井，地层水注入速率为300-600l/min，直至返出液与注入地层水液性一致为止；洗井完成后起出丢手管柱。
[0043]
s8、复探中心管砂面与起出管柱
[0044]
下入含φ42mm冲管至少80m和油管的冲砂管柱复探中心管砂面，若有砂则反洗冲砂至丝堵；冲砂采用本区地层水，注入速率为300-600l/min，直至返出液与注入地层水液性一致为止，起出井内冲砂管柱，施工结束。
[0045]
至此，本发明可以有效提高泡沫携砂液携砂能力，减少泡沫携砂液滤失量，减少液体用量，增加砂墙厚度与长度，减少漏失井泡沫防砂施工过程中脱砂及砂堵现象，显著提高携砂液粘度，实现均匀铺砂的效果，显著增加产液量，延长生产周期。