專利名稱：油、氣井井筒欠平衡機械除砂、排液方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油田開發(fā)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液方法及裝置。
背景技術(shù)：
油田開發(fā)過程中，石油、天然氣中攜帯的砂、塵微粒會聚集、沉積在井筒內(nèi)；特別是對于粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，具有欠壓實、成巖性差、膠結(jié)疏松、高粘土、高泥質(zhì)、高礦化度、敏感性強的地層，油氣生產(chǎn)過程中出砂較為嚴重；采用強排強采エ藝的油氣井和長期注水或注氣開采的油氣井，由于地層結(jié)構(gòu)受到傷害或儲層骨架遭到破壞，都會加劇出砂。據(jù)有關(guān)油氣田資料介紹，出砂的油、氣井沉砂速度達到44. 07^100米/年。油、氣井井筒積砂，會逐步掩埋產(chǎn)層，造成油、氣井減產(chǎn)或停產(chǎn)。油、氣井井筒除砂是油、氣開發(fā)生產(chǎn)中必須面臨的課題。目前，油、氣田普遍采用水力沖砂，包括連續(xù)油管沖砂及噴射頭沖砂。這種技術(shù)的缺陷是高壓、大排量沖砂會傷害、污染地層，對于地層壓カ低或有漏失的油、氣井危害更嚴重，對于地質(zhì)結(jié)構(gòu)脆弱的油、氣井，還會導(dǎo)致嚴重的井下復(fù)雜情況，甚至導(dǎo)致產(chǎn)層垮塌等。近年開發(fā)的撈砂泵，受到井斜、沉沒度、砂面硬度、積砂緊密度等影響因素較多，應(yīng)用受到限制?，F(xiàn)場實踐說明，相當(dāng)多的油、氣井井筒積砂在一段時間的壓力作用下，聚集成為致密性砂柱；部分油井(特別是稠油)井筒積砂與膠質(zhì)、蠟質(zhì)組分聚凝，成為有強度、有韌性的砂瘤、砂柱；上述問題使得沖砂、抽砂工作變得更加困難。同吋，現(xiàn)行沖砂作業(yè)后沒有有效的排液エ藝。出砂油、氣田地質(zhì)結(jié)構(gòu)本來就十分脆弱，采用高壓氣舉或液氮助排，會對地層造成沖擊、擾動，誘發(fā)地層復(fù)雜情況，更不利于地層建立氣、水、油穩(wěn)定流態(tài)，可能導(dǎo)致投產(chǎn)失敗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供ー種油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液方法及裝置，能夠在不破壞地層結(jié)構(gòu)、不污染地層的前提下，解決油、氣井井筒內(nèi)的積砂問題，同時給出有效的排液エ藝，并實現(xiàn)工作液和エ藝氣的循環(huán)利用。為達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是提供ー種油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液方法，其特征在于在欠平衡狀態(tài)下，通過將工作液的動能轉(zhuǎn)化為螺旋鉆頭的機械能，用以切割、舉升砂體，井隨工作液返回地面；除砂完成后向井筒注入排液エ藝氣排出井筒內(nèi)積液，恢復(fù)油、氣井生產(chǎn)。所述工作液為低密度工作液，使井筒內(nèi)的工作液液柱動壓低于地層壓力，作業(yè)過程處于欠平衡狀態(tài)；所述工作液為泡沫或充氣泥漿。排出所述井筒的工作液經(jīng)與砂體分離后重新用于油、氣井除砂作業(yè)。所述排液エ藝氣經(jīng)氣、液分離后重新輸送到井筒內(nèi)用于排出井筒內(nèi)積液；所述排、液工藝氣為天然氣或者氮氣。一種油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液裝置，包括液力泵、連續(xù)油管裝置、除砂裝置、注氣輔助排液裝置、砂液分離器和氣液分離器；所述連續(xù)油管裝置設(shè)置的連續(xù)油管將除砂裝置送至井下油管內(nèi)積砂管段作業(yè)；所述連續(xù)油管裝置與采油樹連接；所述砂液分離器與液力泵連接；所述氣液分離器與注氣輔助排液裝置連接；所述連續(xù)油管分別與液力泵和注氣輔助排液裝置連接；所述氣液分離器與砂液分離器連接。所述除砂裝置包括液馬達；所述液馬達上方設(shè)置有壓差扭力平衡器；所述液馬達下端設(shè)置有螺旋鉆頭。所述砂液分離器與砂液返回管線連接；所述氣液分離器與氣液返回管線連接；所述氣液返回管線與砂液返回管線連接；所述砂液返回管線與采油樹連接。所述氣液分離器通過排污管線與砂液分離器連接；所述氣液分離器還設(shè)置有進氣管線。所述液力泵通過液力管線與連續(xù)油管連接；所述注氣輔助排液裝置通過高壓氣管線與連續(xù)油管連接。本發(fā)明采用的機械除砂，是將工作液的動能轉(zhuǎn)化為螺旋鉆頭的機械力切割、破損砂體，并舉升砂體及與工作液形成的混合物。
本發(fā)明采用的注氣輔助排液裝置為本申請人于2010年申請的，專利號為CN201020614971. 2的專利中提供的注氣輔助排水采氣機組。該注氣輔助排水采氣機組包括井場天然氣處理裝置和注氣機組；注氣機組包括天然氣發(fā)動機、液力離合器、天然氣增壓機和流程及控制系統(tǒng)；井場天然氣處理裝置包括消泡處理裝置、組合分離器、精細脫硫處理裝置和調(diào)壓裝置。注氣輔助排液裝置取用管網(wǎng)天然氣或氮氣作為工藝氣，增壓后通過連續(xù)油管注入井底，攜液返回地面，逐步排除井筒內(nèi)積液，激活地層能量；返回的工藝氣經(jīng)分離處理后可重復(fù)使用，輔助排液直到穩(wěn)定氣、液、油流態(tài)，恢復(fù)油、氣井生產(chǎn)。本發(fā)明提供的油、氣井井筒欠平衡機械除砂、排液方法及裝置具有如下有益效果
1、在除砂作業(yè)過程中保持工作液液柱動壓低于地層壓力，從而有效防止工作液滲漏，減少對地層的污染；
2、將工作液的動能轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪@頭的機械能切割、舉升井筒沉積砂體，有效防止高壓液流對地層的沖擊，避免地層傷害及誘發(fā)地層復(fù)雜情況；
3、采用注氣輔助排液裝置排出井內(nèi)工作液，有利于逐步激活地層能量，建立氣、液、油穩(wěn)定流態(tài)，迅速恢復(fù)油、氣井生產(chǎn)；
4、實現(xiàn)了工作液和工藝氣的循環(huán)利用，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益；
5、此外，具有廣泛的實用性，普遍適用于直井、斜井及水平井的除砂、排液作業(yè)。


圖I為油、氣井井筒欠平衡機械除砂、排液裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I、液力泵；2、液力管線；3、連續(xù)油管；4、油管井口固定裝置；5、采油樹；6、砂液返回管線；7、井下油管；8、壓差扭力平衡球；9、容積式液馬達；10、螺旋鉆頭；11、砂液分離器；12、注氣輔助排液裝置；13、高壓氣管線；14、氣液分離器；15、進氣管線；16、氣液返回管線；17、排污管線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述，但它們不是對本發(fā)明的進ー步限制。本發(fā)明提供了ー種油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液方法在欠平衡狀態(tài)下，通過將工作液的動能轉(zhuǎn)化為螺旋鉆頭的機械能，用以切割砂體、撈砂、舉砂，井隨工作液返回地面，提高除砂效率，并避免高壓液體對地層的傷害和污染；除砂完成后向井筒注入排液エ藝氣排出井筒內(nèi)積液，恢復(fù)油、氣井生產(chǎn)。上述工作液為低密度工作液，根據(jù)地層成份不同，選擇合適的工作液，滿足井筒內(nèi)的工作液液柱動壓低于地層壓力，作業(yè)過程處于欠平衡狀態(tài)；針對有膠、蠟?zāi)劢M分的油、氣井井筒內(nèi)積砂，選擇的工作液還具有解析、溶蝕和稀釋功能；工作液可以選擇泡沫或充氣泥漿；排出井筒的工作液經(jīng)與砂體分離后重新用于油、氣井除砂作業(yè)。 上述排液エ藝氣經(jīng)氣、液分離后重新輸送到井筒內(nèi)用于排出井筒內(nèi)積液；上述排液エ藝氣為天然氣或者氮氣。如圖I所示，該油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液裝置包括液カ泵I、連續(xù)油管裝置、除砂裝置、注氣輔助排液裝置12、砂液分離器11和氣液分離器14和儲液罐。連續(xù)油管裝置包括連續(xù)油管3、井口裝置及封井器裝置；連續(xù)油管裝置通過油管井ロ固定裝置4與采油樹5連接，完成工作液、排液エ藝氣的輸送及起下鉆、送鉆、加載等作業(yè)。砂液分離器11和氣液分離器14均與采油樹5連接；具體地，砂液分離器11與砂液返回管線6連接；氣液分離器14與氣液返回管線16連接；氣液返回管線16與砂液返回管線6連接；砂液返回管線6與采油樹5連接。砂液分離器11與液カ泵I連接；氣液分離器14與注氣輔助排液裝置12連接；連續(xù)油管3分別與液カ泵I和注氣輔助排液裝置12連接，具體地，液カ泵I通過液カ管線2與連續(xù)油管3連接，注氣輔助排液裝置12通過高壓氣管線13與連續(xù)油管3連接。氣液分離器14與砂液分離器11連接，具體地，氣液分離器14通過排污管線17與砂液分離器11連接。氣液分離器14還設(shè)置有進氣管線15。連續(xù)油管3與除砂裝置(8、9、10)連接；除砂裝置包括容積式液馬達9 ;容積式液馬達9上方設(shè)置有壓差扭力平衡器8 ;容積式液馬達9下端設(shè)置有螺旋鉆頭10。本實施例中容積式液馬達9也可以用其它形式的液、動轉(zhuǎn)換裝置，核心是將液能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，同時滿足扭矩、轉(zhuǎn)速及空間位置要求。液カ管線2、高壓氣管線13、氣液返回管線16、排污管線17以及進入砂液分離器11的管線上均設(shè)置有閥門。使用該油、氣井井筒欠平衡機械除砂、排液裝置對油、氣井井筒進行除砂、排液包括以下步驟
A、工作液經(jīng)液カ泵I增壓后，通過壓カ管線2、連續(xù)油管3，將部分動カ輸送給除砂裝置(包括壓差扭力平衡器8、容積式液馬達9和螺旋鉆頭10)，工作液在容積式液馬達9的進出ロ形成一定的壓カ差，推動轉(zhuǎn)子繞定子的軸線旋轉(zhuǎn)，并將轉(zhuǎn)速和扭矩通過萬向軸輸出，帶動螺旋鉆頭10旋轉(zhuǎn)，切割、卷積、舉升砂體；當(dāng)容積式液馬達9在負荷エ況下，工作液壓差推動壓差扭力平衡器8的柱塞抵緊油管管壁，平衡容積式液馬達9工作時產(chǎn)生的反扭矩；再攜帶井筒內(nèi)砂體破解后的砂粒，通過井下油管7與連續(xù)油管3形成的環(huán)空及砂液返回管線6，進入砂液分離器11 ;此時，液力管線2、進入砂液分離器11的管線上的閥門打開，高壓氣管線13、氣液返回管線16和排污管線17上的閥門關(guān)閉；
B、在砂液分離器11中，實現(xiàn)砂體與工作液的分離；分離后的工作液進入液力泵I循環(huán)使用；根據(jù)需要，連續(xù)油管3從儲液罐中補充工作液；
C、除砂完成后，液力管線2、進入砂液分離 器11的管線上的閥門關(guān)閉，高壓氣管線13、氣液返回管線16和排污管線17上的閥門打開；由進氣管線15輸入的排液工藝氣經(jīng)氣液分離器14進入注氣輔助排液裝置12，排液工藝氣增壓后，通過高壓氣管線13、連續(xù)油管3輸入井筒內(nèi)，舉升井筒內(nèi)積液；
D、井筒內(nèi)排液工藝氣攜帶積液通過井下油管7與連續(xù)油管3形成的環(huán)空、砂液返回管線6、氣液返回管線16進入氣液分離器14 ;經(jīng)氣液分離器14分離后的排液工藝氣進入注氣輔助排液裝置12循環(huán)利用；根據(jù)需要，由進氣管線15補充排液工藝氣；經(jīng)氣液分離器14分離后的積液，根據(jù)是否有其它液體產(chǎn)出物，確定進一步的處理措施；若積液中含有油液，收集分離出的油液；若積液中不含有油液，則積液視性能，可以儲存作為下一口井的工作液或進行無害化處理。需要注意的是，分離器11中的存砂要定期清除。上述方案只是本發(fā)明采取的最佳實施方式，但本發(fā)明不局限與上述實施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，很容易對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液方法，其特征在于在欠平衡狀態(tài)下，通過將工作液的動能轉(zhuǎn)化為螺旋鉆頭的機械能，用以切割、舉升砂體，并隨工作液返回地面；除砂完成后向井筒注入排液工藝氣排出井筒內(nèi)積液，恢復(fù)油、氣井生產(chǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液方法，其特征在于所述工作液為低密度工作液，使井筒內(nèi)的工作液液柱動壓低于地層壓力，作業(yè)過程處于欠平衡狀態(tài)；所述工作液為泡沫或充氣泥漿。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液方法，其特征在于排出所述井筒的工作液經(jīng)與砂體分離后重新用于油、氣井除砂作業(yè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液方法，其特征在于所述排液工藝氣經(jīng)氣、液分離后重新輸送到井筒內(nèi)用于排出井筒內(nèi)積液；所述排液工藝氣為天然氣或者氮氣。
5.一種油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液裝置，其特征在于包括液力泵、連續(xù)油管裝置、除砂裝置、注氣輔助排液裝置、砂液分離器和氣液分離器；所述連續(xù)油管裝置設(shè)置的連續(xù)油管將除砂裝置送至井下油管內(nèi)積砂管段作業(yè)；所述連續(xù)油管裝置與采油樹連接；所述砂液分離器與液力泵連接；所述氣液分離器與注氣輔助排液裝置連接；所述連續(xù)油管分別與液力泵和注氣輔助排液裝置連接；所述氣液分離器與砂液分離器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液裝置，其特征在于所述除砂裝置包括液馬達；所述液馬達上方設(shè)置有壓差扭力平衡器；所述液馬達下端設(shè)置有螺旋鉆頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液裝置，其特征在于所述砂液分離器與砂液返回管線連接；所述氣液分離器與氣液返回管線連接；所述氣液返回管線與砂液返回管線連接；所述砂液返回管線與采油樹連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液裝置，其特征在于所述氣液分離器通過排污管線與砂液分離器連接；所述氣液分離器還設(shè)置有進氣管線。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液裝置，其特征在于所述液力泵通過液力管線與連續(xù)油管連接；所述注氣輔助排液裝置通過高壓氣管線與連續(xù)油管連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油、氣井井筒在欠平衡狀態(tài)下機械除砂、排液方法及裝置，在欠平衡狀態(tài)下，通過將工作液的動能轉(zhuǎn)化為螺旋鉆頭的機械能，用以切割、舉升砂體，并隨工作液返回地面；除砂完成后向井筒注入排液工藝氣排出井筒內(nèi)積液，恢復(fù)油、氣井生產(chǎn)。該除砂、排液方法及裝置，在除砂作業(yè)過程中保持工作液液柱動壓低于地層壓力，從而有效防止工作液滲漏，減少對地層的污染；將工作液的動能轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪@頭的機械能，切割、舉升井筒沉積砂體，有效防止液力沖擊對地層的傷害及誘發(fā)地層復(fù)雜情況；采用注氣輔助排液裝置排出井內(nèi)工作液，有利于逐步激活地層能量，建立氣、液、油穩(wěn)定流態(tài)，迅速恢復(fù)油、氣井生產(chǎn)。
文檔編號E21B4/02GK102720453SQ20121018054
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者楊勇華, 楊茂華 申請人:遂寧市華旭科技有限公司