CN102720453A - 油、气井井筒欠平衡机械除砂、排液方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液方法及装置,在欠平衡状态下,通过将工作液的动能转化为螺旋钻头的机械能,用以切割、举升砂体,并随工作液返回地面;除砂完成后向井筒注入排液工艺气排出井筒内积液,恢复油、气井生产。该除砂、排液方法及装置,在除砂作业过程中保持工作液液柱动压低于地层压力,从而有效防止工作液渗漏,减少对地层的污染;将工作液的动能转变为螺旋钻头的机械能,切割、举升井筒沉积砂体,有效防止液力冲击对地层的伤害及诱发地层复杂情况;采用注气辅助排液装置排出井内工作液,有利于逐步激活地层能量,建立气、液、油稳定流态,迅速恢复油、气井生产。
Description
技术领域
本发明属于油田开发设备技术领域,涉及一种油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液方法及装置。
背景技术
油田开发过程中,石油、天然气中携带的砂、尘微粒会聚集、沉积在井筒内;特别是对于粉砂岩和泥质粉砂岩,具有欠压实、成岩性差、胶结疏松、高粘土、高泥质、高矿化度、敏感性强的地层,油气生产过程中出砂较为严重;采用强排强采工艺的油气井和长期注水或注气开采的油气井,由于地层结构受到伤害或储层骨架遭到破坏,都会加剧出砂。据有关油气田资料介绍,出砂的油、气井沉砂速度达到44.07~100米/年。油、气井井筒积砂,会逐步掩埋产层,造成油、气井减产或停产。
油、气井井筒除砂是油、气开发生产中必须面临的课题。
目前,油、气田普遍采用水力冲砂,包括连续油管冲砂及喷射头冲砂。这种技术的缺陷是高压、大排量冲砂会伤害、污染地层,对于地层压力低或有漏失的油、气井危害更严重,对于地质结构脆弱的油、气井,还会导致严重的井下复杂情况,甚至导致产层垮塌等。
近年开发的捞砂泵,受到井斜、沉没度、砂面硬度、积砂紧密度等影响因素较多,应用受到限制。
现场实践说明,相当多的油、气井井筒积砂在一段时间的压力作用下,聚集成为致密性砂柱;部分油井(特别是稠油)井筒积砂与胶质、蜡质组分聚凝,成为有强度、有韧性的砂瘤、砂柱;上述问题使得冲砂、抽砂工作变得更加困难。同时,现行冲砂作业后没有有效的排液工艺。出砂油、气田地质结构本来就十分脆弱,采用高压气举或液氮助排,会对地层造成冲击、扰动,诱发地层复杂情况,更不利于地层建立气、水、油稳定流态,可能导致投产失败。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足,提供一种油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液方法及装置,能够在不破坏地层结构、不污染地层的前提下,解决油、气井井筒内的积砂问题,同时给出有效的排液工艺,并实现工作液和工艺气的循环利用。
为达到上述目的,本发明采取的技术方案是:提供一种油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液方法,其特征在于:在欠平衡状态下,通过将工作液的动能转化为螺旋钻头的机械能,用以切割、举升砂体,并随工作液返回地面;除砂完成后向井筒注入排液工艺气排出井筒内积液,恢复油、气井生产。
所述工作液为低密度工作液,使井筒内的工作液液柱动压低于地层压力,作业过程处于欠平衡状态;所述工作液为泡沫或充气泥浆。
排出所述井筒的工作液经与砂体分离后重新用于油、气井除砂作业。
所述排液工艺气经气、液分离后重新输送到井筒内用于排出井筒内积液;所述排液工艺气为天然气或者氮气。
一种油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液装置,包括液力泵、连续油管装置、除砂装置、注气辅助排液装置、砂液分离器和气液分离器;所述连续油管装置设置的连续油管将除砂装置送至井下油管内积砂管段作业;所述连续油管装置与采油树连接;所述砂液分离器与液力泵连接;所述气液分离器与注气辅助排液装置连接;所述连续油管分别与液力泵和注气辅助排液装置连接;所述气液分离器与砂液分离器连接。
所述除砂装置包括液马达;所述液马达上方设置有压差扭力平衡器;所述液马达下端设置有螺旋钻头。
所述砂液分离器与砂液返回管线连接;所述气液分离器与气液返回管线连接;所述气液返回管线与砂液返回管线连接;所述砂液返回管线与采油树连接。
所述气液分离器通过排污管线与砂液分离器连接;所述气液分离器还设置有进气管线。
所述液力泵通过液力管线与连续油管连接;所述注气辅助排液装置通过高压气管线与连续油管连接。
本发明采用的机械除砂,是将工作液的动能转化为螺旋钻头的机械力切割、破损砂体,并举升砂体及与工作液形成的混合物。
本发明采用的注气辅助排液装置为本申请人于2010年申请的,专利号为CN201020614971.2的专利中提供的注气辅助排水采气机组。该注气辅助排水采气机组包括井场天然气处理装置和注气机组;注气机组包括天然气发动机、液力离合器、天然气增压机和流程及控制***;井场天然气处理装置包括消泡处理装置、组合分离器、精细脱硫处理装置和调压装置。注气辅助排液装置取用管网天然气或氮气作为工艺气,增压后通过连续油管注入井底,携液返回地面,逐步排除井筒内积液,激活地层能量;返回的工艺气经分离处理后可重复使用,辅助排液直到稳定气、液、油流态,恢复油、气井生产。
本发明提供的油、气井井筒欠平衡机械除砂、排液方法及装置具有如下有益效果:
1、在除砂作业过程中保持工作液液柱动压低于地层压力,从而有效防止工作液渗漏,减少对地层的污染;
2、将工作液的动能转变为螺旋钻头的机械能切割、举升井筒沉积砂体,有效防止高压液流对地层的冲击,避免地层伤害及诱发地层复杂情况;
3、采用注气辅助排液装置排出井内工作液,有利于逐步激活地层能量,建立气、液、油稳定流态,迅速恢复油、气井生产;
4、实现了工作液和工艺气的循环利用,具有很好的经济效益和社会效益;
5、此外,具有广泛的实用性,普遍适用于直井、斜井及水平井的除砂、排液作业。
附图说明
图1为油、气井井筒欠平衡机械除砂、排液装置的结构示意图。
其中,1、液力泵;2、液力管线;3、连续油管;4、油管井口固定装置;5、采油树;6、砂液返回管线;7、井下油管;8、压差扭力平衡球;9、容积式液马达;10、螺旋钻头;11、砂液分离器;12、注气辅助排液装置;13、高压气管线;14、气液分离器;15、进气管线;16、气液返回管线;17、排污管线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述,但它们不是对本发明的进一步限制。
本发明提供了一种油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液方法:在欠平衡状态下,通过将工作液的动能转化为螺旋钻头的机械能,用以切割砂体、捞砂、举砂,并随工作液返回地面,提高除砂效率,并避免高压液体对地层的伤害和污染;除砂完成后向井筒注入排液工艺气排出井筒内积液,恢复油、气井生产。
上述工作液为低密度工作液,根据地层成份不同,选择合适的工作液,满足井筒内的工作液液柱动压低于地层压力,作业过程处于欠平衡状态;针对有胶、蜡凝聚组分的油、气井井筒内积砂,选择的工作液还具有解析、溶蚀和稀释功能;工作液可以选择泡沫或充气泥浆;排出井筒的工作液经与砂体分离后重新用于油、气井除砂作业。
上述排液工艺气经气、液分离后重新输送到井筒内用于排出井筒内积液;上述排液工艺气为天然气或者氮气。
如图1所示,该油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液装置包括液力泵1、连续油管装置、除砂装置、注气辅助排液装置12、砂液分离器11和气液分离器14和储液罐。
连续油管装置包括连续油管3、井口装置及封井器装置;连续油管装置通过油管井口固定装置4与采油树5连接,完成工作液、排液工艺气的输送及起下钻、送钻、加载等作业。
砂液分离器11和气液分离器14均与采油树5连接;具体地,砂液分离器11与砂液返回管线6连接;气液分离器14与气液返回管线16连接;气液返回管线16与砂液返回管线6连接;砂液返回管线6与采油树5连接。
砂液分离器11与液力泵1连接;气液分离器14与注气辅助排液装置12连接;连续油管3分别与液力泵1和注气辅助排液装置12连接,具体地,液力泵1通过液力管线2与连续油管3连接,注气辅助排液装置12通过高压气管线13与连续油管3连接。
气液分离器14与砂液分离器11连接,具体地,气液分离器14通过排污管线17与砂液分离器11连接。气液分离器14还设置有进气管线15。
连续油管3与除砂装置(8、9、10)连接;除砂装置包括容积式液马达9;容积式液马达9上方设置有压差扭力平衡器8;容积式液马达9下端设置有螺旋钻头10。本实施例中容积式液马达9也可以用其它形式的液、动转换装置,核心是将液能转变为机械能,同时满足扭矩、转速及空间位置要求。
液力管线2、高压气管线13、气液返回管线16、排污管线17以及进入砂液分离器11的管线上均设置有阀门。
使用该油、气井井筒欠平衡机械除砂、排液装置对油、气井井筒进行除砂、排液包括以下步骤:
A、工作液经液力泵1增压后,通过压力管线2、连续油管3,将部分动力输送给除砂装置(包括压差扭力平衡器8、容积式液马达9和螺旋钻头10),工作液在容积式液马达9的进出口形成一定的压力差,推动转子绕定子的轴线旋转,并将转速和扭矩通过万向轴输出,带动螺旋钻头10旋转,切割、卷积、举升砂体;当容积式液马达9在负荷工况下,工作液压差推动压差扭力平衡器8的柱塞抵紧油管管壁,平衡容积式液马达9工作时产生的反扭矩;再携带井筒内砂体破解后的砂粒,通过井下油管7与连续油管3形成的环空及砂液返回管线6,进入砂液分离器11;此时,液力管线2、进入砂液分离器11的管线上的阀门打开,高压气管线13、气液返回管线16和排污管线17上的阀门关闭;
B、在砂液分离器11中,实现砂体与工作液的分离;分离后的工作液进入液力泵1循环使用;根据需要,连续油管3从储液罐中补充工作液;
C、除砂完成后,液力管线2、进入砂液分离器11的管线上的阀门关闭,高压气管线13、气液返回管线16和排污管线17上的阀门打开;由进气管线15输入的排液工艺气经气液分离器14进入注气辅助排液装置12,排液工艺气增压后,通过高压气管线13、连续油管3输入井筒内,举升井筒内积液;
D、井筒内排液工艺气携带积液通过井下油管7与连续油管3形成的环空、砂液返回管线6、气液返回管线16进入气液分离器14;经气液分离器14分离后的排液工艺气进入注气辅助排液装置12循环利用;根据需要,由进气管线15补充排液工艺气;经气液分离器14分离后的积液,根据是否有其它液体产出物,确定进一步的处理措施;若积液中含有油液,收集分离出的油液;若积液中不含有油液,则积液视性能,可以储存作为下一口井的工作液或进行无害化处理。
需要注意的是,分离器11中的存砂要定期清除。
上述方案只是本发明采取的最佳实施方式,但本发明不局限与上述实施方式,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,很容易对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液方法,其特征在于:在欠平衡状态下,通过将工作液的动能转化为螺旋钻头的机械能,用以切割、举升砂体,并随工作液返回地面;除砂完成后向井筒注入排液工艺气排出井筒内积液,恢复油、气井生产。
2.根据权利要求1所述的油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液方法,其特征在于:所述工作液为低密度工作液,使井筒内的工作液液柱动压低于地层压力,作业过程处于欠平衡状态;所述工作液为泡沫或充气泥浆。
3.根据权利要求1所述的油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液方法,其特征在于:排出所述井筒的工作液经与砂体分离后重新用于油、气井除砂作业。
4.根据权利要求1所述的油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液方法,其特征在于:所述排液工艺气经气、液分离后重新输送到井筒内用于排出井筒内积液;所述排液工艺气为天然气或者氮气。
5.一种油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液装置,其特征在于:包括液力泵、连续油管装置、除砂装置、注气辅助排液装置、砂液分离器和气液分离器;所述连续油管装置设置的连续油管将除砂装置送至井下油管内积砂管段作业;所述连续油管装置与采油树连接;所述砂液分离器与液力泵连接;所述气液分离器与注气辅助排液装置连接;所述连续油管分别与液力泵和注气辅助排液装置连接;所述气液分离器与砂液分离器连接。
6.根据权利要求5所述的油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液装置,其特征在于:所述除砂装置包括液马达;所述液马达上方设置有压差扭力平衡器;所述液马达下端设置有螺旋钻头。
7.根据权利要求5所述的油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液装置,其特征在于:所述砂液分离器与砂液返回管线连接;所述气液分离器与气液返回管线连接;所述气液返回管线与砂液返回管线连接;所述砂液返回管线与采油树连接。
8.根据权利要求5所述的油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液装置,其特征在于:所述气液分离器通过排污管线与砂液分离器连接;所述气液分离器还设置有进气管线。
9.根据权利要求5所述的油、气井井筒在欠平衡状态下机械除砂、排液装置,其特征在于:所述液力泵通过液力管线与连续油管连接;所述注气辅助排液装置通过高压气管线与连续油管连接。
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