连续油管氮气泡沫冲砂技术的应用

摘要:氮气泡沫流体是一种可压缩的非牛顿流体，具有密度低且可调、粘度高、摩阻低、携砂能力强、与天然气混合不易爆炸等优点，能有效控制井底压力、减少漏失和地层污染。该技术广泛应用于漏失严重及水敏性地层的冲砂、洗井和解堵作业。

关键词：氮气泡沫  漏失  冲砂

1、引言

在油气井维护过程中，常规入井液易发生漏失和滤失，造成地层污染，影响产能。采用连续油管注入氮气泡沫，可将井筒内高密度液体替换为低密度泡沫，降低液柱压力，使其低于地层压力，从而恢复生产压差。泡沫流体通过降低表面张力、减少气体滑脱，实现气液混合物的密度降低，减少摩阻和静液柱压力，有助于将井底砂粒携带至地面。

2、长水平段氮气泡沫冲砂计算及方法

2.1水平井泡沫冲砂参数优选

水平井筒可分为斜直段、弯曲段和水平段，连续油管在各段中呈现直线、正弦或螺旋形态。当连续油管保持直线稳定状态时，单位长度接触反力和摩擦力可表示为相关公式（略）。连续油管刚度低，在推进过程中易发生正弦屈曲乃至螺旋屈曲，需结合临界载荷进行下深计算。

当连续油管保持稳定直线状态时，单位长度上的接触反力为：

单位长度上的摩擦力为

则稳定段总摩擦力为：

式中，

q-连续油管单位长浮重

-井斜角

由于连续油管的刚度较低，且摩擦系数在同一口井或同一井段中为常数；在作业过程中推力随连续油管入井逐渐增加，使得连续油管所受的附加管壁接触力和附加摩擦力相应增加，在载荷达到连续油管正弦弯曲临界载荷时发生正弦屈曲；载荷继续增大，达到螺旋弯曲临界载荷点，产生螺旋屈曲。

2.2氮气泡沫冲砂方法

（1）连续油管注入氮气泡沫冲砂：适用于水平井，通过连续油管注入低密度泡沫，降低液柱压力。注气过程中需注意气体膨胀受限和摩阻增加可能引发的“梯度逆转”现象。

（2）环空注气氮气泡沫冲砂：增大冲砂通道截面，气体上升过程中加速膨胀，带动流体快速返出，完成冲砂过程。

三、连续油管氮气泡沫冲砂技术应用

以JHW05832页岩油井为例，该井水平段1862 m，直井段3250 m，漏失严重，地层出砂快。采用氮气泡沫流体（起泡剂水溶液+氮气）作为携砂液，密度低、粘度高，能有效减少漏失和地层伤害。作业过程中，边注泡沫边下管，最大下深增加258.4 m，漏失量减少57 m³，返砂量提高2.0 m³，显著改善冲砂效果。

图1：JHW05832井冲砂示意图

JHW05832井使用氮气泡沫流体有效地解决上述问题，并利用氮气泡沫流体的粘度高、密度小、携带性能好等特点，将泡沫流体作为携砂液，比胶液循环效果更佳。使井底建立相对于油层的负压，在此负压差的作用下，依靠泡沫流体冲散井内积砂或碎屑堆积，达到冲砂的目的。

4、连续油管氮气泡沫冲砂优缺点

连续油管氮气泡沫冲砂方式与传统工艺相比有以下优点：连续油管氮气泡沫作业时间短，氮气泡沫对井下工具和管材无腐蚀性作用。适用于4000m以上的深层氮气冲砂，且氮气泡沫冲砂越深，优势越明显，氮气冲砂越彻底；作业效率高，不受井型限制，适于各种水平井、大斜度井及复杂结构井，该工艺理论成熟，是充分利用气井自身能量实现连续氮气冲砂生产，以延长油气井自喷期的高效开采的工艺技术。

其存在的工艺局限性是：气井氮气泡沫冲砂量不宜过大，下入油管深度受油管强度的限制，因压井后复产启动困难，连续油管能实现带压起下作业。气井具有一定自喷能力不适宜水淹井；井场必须具备进行修井作业的条件。受注气压力对井底造成的回压影响，不能把气水井釆至枯竭；闭式气举氮气冲砂能力小，一般在100m³/d以下，导致该工艺应用范围受限；需高压气井或工艺压缩机作高压气源；套管必须能承受注气高压；高压施工对装置的安全可靠性要求高。

5、结论及认识

5.1连续油管氮气泡沫冲砂工艺受管径通道制约，气体膨胀受约束，随注气量的增大易产生“梯度逆转”现象；后者相应增加了氮气冲砂通道截面，气体膨胀速度大，易克服流动阻力，氮气泡沫冲砂应用效果较好。

5.2氮气泡沫冲砂过程井口压力大，作业中需要考虑目标井深和设备性能，且每次作业时间间隔越长，则出液量越多。

5.3氮气泡沫冲砂优化设计的关键是确定最大采液指数，并以此为依据来进一步优化最大平均采出液量、最小氮气注入量和最佳积液时间间隔，从而确保油井在最短作业时间及最低氮气消耗量的前提下尽快恢复油气井生产。

5.4连续油管携氮气泡沫冲砂不受井型限制，在连续油管长度许可范围内可边注氮气边下井，注气点及注气速度灵活可控，对于深层及复杂结构油气井氮气冲砂复产具有很好的作用。

5.5该工艺组合灵活，当气井进入严重积液阶段时，可进行多种井间互联气举工艺氮气冲砂生产。具有显著的优点和广泛的适应性，实现气田幵发全过程的低投入、快速、高效维护复产，降低复产和开发成本。

参考文献

［1］《海上油气田完井手册》编委会.海上油气田完井手册.北京：石油工业出版社。

［2］中国石油物资装备总公司，江汉机械研究所编&连续油管作业技术文集.北京：石油工业出版社。

［3］ 高国华，李琪. 管柱在垂直井眼中屈曲分析[j]．西安石油学院学报。