连续油管超临界CO₂射流冲砂解堵的方法

专利名称：连续油管超临界CO₂射流冲砂解堵的方法
技术领域：
本发明涉及一种油井冲砂解堵的方法，尤其涉及一种连续油管超临界CO2冲砂解堵方法，属于石油解堵领域。
背景技术：
油气井出砂、压裂砂残留、井壁污染堵塞等问题一直是全球作业者普遍关注的问题，早在20世纪初人们就发现了这个问题，并一直进行努力探索，来寻求最优的解决方案。目前，不论是国内还是国外均采用水(必要时加入一些添加剂)进行洗井作业，在遇到压力衰竭储层时，常采用氮气泡沫或者空气泡沫进行欠平衡洗井，在一定程度上缓解了因井筒堵塞造成的产量递减问题。然而这类洗井方式却没有从根本上解决井筒堵塞问题，例如，水进入储层后，对水敏性油气藏会造成较大伤害，尽管采用泡沫洗井能够降低井 底压力，但泡沫质量难以控制，很容易造成井底压力波动，对储层伤害更大；此外，井筒堵塞最重要的一种就是浙青等高分子有机物夹杂沙粒、粘土等的堵塞，有些沉淀于井底，有些附着在井壁，严重阻塞了油流通道，这类堵塞在利用水射流解堵时，由于浙青等高分子有机物具有很强的粘弹性，水射流很难破碎这类物质，也就很难将这类物质彻底清除。在油气井长时间生产过程中，由于地层水矿化度较高，很容易在油套管上结垢，结垢厚度过大将导致无法正常生产。传统除垢有机械除垢，有化学药剂除垢，水射流除垢等，传统机械除垢很容易对油套管造成损伤，化学药剂除垢也会对油套管造成腐蚀，水射流除垢虽然对油套管损伤小，但是遇到坚硬水垢水射流却无法彻底清除，同时它要求的泵压也较高，若采用磨料射流除垢，压力控制不好则会射穿油套管。

发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种井筒或油套管进行射流冲砂解堵方法，其是采用连续油管输送液态CO2，使其在井筒底部或油套管底部成为超临界CO2并对井筒或油套管进行射流冲砂解堵的方法，具有喷射破岩效率高，破岩门限压力低，作业工序少,作业成本低等特点。为达到上述目的，本发明提供了一种连续油管超临界CO2射流冲砂解堵的方法，其是以超临界CO2为洗井液对井筒或油套管进行射流冲砂解堵的方法。CO2气体是一种常见气体，将其加温加压至临界点以上(临界温度T。〉31. 1°C，临界压力P。> 7. 38MPa)时成为超临界CO2流体(SC-C02_super critical CO2)。在地层温度和压力条件下，一般井深750m以上便能使CO2达到超临界状态。超临界0)2流体既不同于气体，也不同于液体，它具有接近于气体的低黏度和高扩散性、接近于液体的高密度以及表面张力为零等特性。这些特性使得超临界CO2喷射破岩具有较高的效率和较低的破岩门限压力，其低黏特性，在洗井过程中有助于CO2流体流动，对储层处理深度更大；此外，超临界CO2又具有较强的溶剂化能力，能够溶解沉淀于井底或附着在井壁上的浙青等高分子有机堵塞物，对井筒清洁效果更佳。连续油管可以带压作业，起下方便，因此将超临界CO2流体与连续油管结合起来进行井筒冲砂解堵，不仅简化了作业程序降低了作业成本，而且还能提高洗井效果。本发明所提供的上述连续油管超临界CO2射流冲砂解堵的方法可以包括以下步骤通井处理用通径规通井；冲砂解堵处理将液态CO2通过连续油管输送到井筒或油套管中，该液态CO2在井筒或油套管中成为超临界CO2流体并通过射流洗井装置进行冲砂解堵。根据本发明的具体技术方案，该方法还包括以下步骤在冲砂解堵处理的步骤中，边冲砂边下放连续油管；
当射流冲砂解堵作业到井筒底部或油套管底部后，逐渐上提连续油管进行冲砂解堵处理。根据本发明的具体技术方案，该方法还包括以下步骤当射流冲砂解堵作业到井筒顶部或油套管顶部后，逐渐下放连续油管进行冲砂解堵处理，所述下放和上提连续油管循环1-5次。根据本发明的具体技术方案，所述冲砂解堵处理包括以下具体步骤通过高压管线将储存在CO2罐车中的液态CO2输送到高压泵组变为高压液态CO2,所述高压液态CO2经由高压管线送入连续油管，到达井筒或油套管中成为超临界CO2流体并通过射流洗井装置进行冲砂解堵。根据本发明的具体技术方案，对井筒进行射流冲砂解堵时，下放速度和上提速度为3 5米/分钟；对油套管进行射流冲砂解堵时，下放速度和上提速度为2 4米/分钟。在本发明提供的上述冲砂解堵方法中，所采用的CO2来源比较广泛，可由CO2气田直接获得，或者从电厂、钢厂等产生的尾气中提取(这样更有利于环境保护)，由于超临界0)2射流冲砂解堵时0)2用量不大，可由CO2罐车运送，CO2储罐优选能够承压8MPa左右，保证CO2在一定的温度和压力下处于液态，同时也需要具有保温作用，维持储罐内需要的低温。CO2罐车上可以根据需要加装制冷机组，保证运输过程中以及泵入高压泵前的需要。CO2的运输压力一般可以控制在3-5MPa，温度控制在-20°C至5°C，这样能保证安全运输。为了更好地保证液态CO2的状态，优选地，储存在CO2罐车中的液态CO2的压力可以控制为4-5MPa，温度可以控制为-10°C到5°C。作业时所用设备及工具的橡胶等化工制品密封件改为金属密封件，主要原因是，CO2穿透性很强，能够渗透到橡胶类大分子材料中，时间过长便可刺漏胶垫，同时在井口安装防喷器，做好安全防范工作；其次，在高压泵泵头上加装循环冷却装置，温度一般控制在-5_3°c左右，防止活塞与套筒摩擦生热，使液态CO2汽化，影响泵效。进行冲砂解堵作业时，在井口处，连续油管中的液态CO2处于低温高压液态，随着液态CO2逐渐下行，其温度和压力也逐渐升高，当温度和压力同时超过临界点时，液态CO2转变为超临界CO2,超临界CO2流体经过射流洗井装置产生高压超临界CO2射流，对井筒壁或油套管壁进行冲刷和清洗。由于地层的温度随着深度的增加而逐渐上升，温度梯度约为20-500C /km，在地下几百米深的地方温度将超过CO2的临界温度(31. 1°C )，同时压裂所需压力一般较高，很容易达到CO2的临界压力(7. 38MPa)，因此，通常在井下750m便可实现超临界CO2冲砂解堵。而当地层温度异常，或在浅部地层冲砂解堵无法达到临界温度时，可以在地面对液态CO2流体进行加热，即本发明所提供的冲砂解堵方法还可以包括高压液态CO2经高压管线输送到地面加热器进行加热的步骤；该加热处理可以在地面进行。根据本发明的具体技术方案，油井井口处设置环空回压阀，合理控制环空回压阀的开启程度，尽量使井底压力处于平衡状态，一方面保证井底杂物不会随液流进入地层深部，另一方面使超临界CO2密度尽量提高，以提高其溶解能力，增强洗井效果，同时也能保证井底杂物顺利返出井口。根据本发明的具体技术方案，该方法还包括以下步骤C02循环利用处理返出井口的CO2混合物依次经过除砂器、环空回压阀、除液器、CO2气体净化器、CO2回流管线输送到所述CO2罐车。根据本发明的具体技术方案，所述射流洗井装置为旋转喷头，所述旋转喷头由阻尼器、喷头本体、喷嘴以及转轴组成。
本发明采用超临界CO2流体作为洗井液对井筒或油套管进行射流冲砂解堵的方法，具有以下一些优点I、超临界CO2喷射破岩效率高，破岩门限压力低。随着油气的不断开采，储层中的高分子有机物(如浙青)以及细沙及粘土颗粒等杂物逐渐汇聚到井筒周围，有的驻留在近井储层，有的附着在井壁，有的则沉积到井筒底部，严重堵塞了油流通道。由于这类物质具有粘弹性，水射流很难将其破碎并将其携带出井筒。超临界CO2射流破岩门限压力较低，同时它又具有较强的溶剂化能力，能以较低的喷射压力破碎并溶解这些高分子有机物，并轻易地携带出井筒；2、超临界CO2流体粘度低、表面张力接近于零、扩散系数大，这些特点使得它在洗井过程中，很容易进入到微小孔隙及裂缝中，溶解高分子有机物及其他杂质，清洗更彻底；3、超临界CO2流体密度可调范围较宽，在井筒温度和压力条件下，调节井口回压便可控制井底压力，实现欠平衡、平衡或者过平衡洗井作业。水进入储层后往往会污染储层，而超临界CO2进入储层后不但不会对储层造成污染或伤害，相反它会使粘土砂层脱水，增大储层渗透率，与原油混合降低原油粘度，增强其流动性，同时还能置换吸附在页岩或煤层上的甲烷，提高油气单井产量和采收率；4、超临界CO2射流与连续油管结合进行超临界CO2射流冲砂解堵时，起下管柱过程中无需泄压，连续油管可直接带压作业，节省工序和时间，同时还可以使CO2连续循环使用，消除了环境污染，降低作业成本。


以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中图I为连续油管超临界CO2射流水平井冲砂解堵示意2为连续油管超临界CO2射流垂直井冲砂解堵示意图；图3为带CO2密闭循环装置的连续油管超临界CO2射流水平井冲砂解堵示意图；图4为超临界CO2油套管除垢示意图；图5为旋转喷头示意图。
附图标号说明I、CO2罐车；2、车载式制冷机组；3、CO2储罐；4、绝热高压管线5 (5a和5b)、高压泵组；6、地面加热器；7、31、41、连续油管；8、连续油管卷筒；9、连续油管注入头；10、井口装置；11、环空回压阀；12、井壁；13、井筒；14、地面；15、储层；16、超临界CO2射流；17、射流孔眼；18、井底；19、超临界CO2射流洗井装置；20、地层；21、除砂器；22、除液器；23、CO2气体净化器；24、CO2回流管线；32、污垢碎屑；33、44、侧前向喷嘴；34、油套管；35、喷头；36、43、侧向喷嘴；37、超临界0)2射流；38、油套管垢；42、阻尼器；45前向喷嘴；46、喷头本体；47、转轴。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现参照说明书附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。实施例 本发明提供的连续油管超临界CO2射流冲砂解堵方法引入超临界CO2流体作为洗井液体，能够充分发挥超临界CO2和连续油管的各自优势，该方法可以包括以下具体步骤I、通井处理用通径规通井，确保连续油管及井下冲洗工具顺利下放待冲砂解堵层位上端；2、冲砂解堵处理图I所示为连续油管超临界CO2射流水平井冲砂解堵示意图。在进行洗井前，先将洗井工具下放到待冲砂解堵层位上端，误差不超过0. 5米；液态CO2由加装有车载式制冷机组2的CO2罐车I运输，运输压力控制在4_5MPa，温度控制在-10°c至5°C ；CO2储罐3中的液态CO2经过绝热高压管线4输送到高压泵组5 (5a和5b)，将液态CO2增压致所需作业压力，高压泵数量由设计所需排量而定；液态CO2经过高压泵组5加压后变为高压液态CO2,经由高压管线输送到连续油管7，连续油管7依次经过连续油管卷筒8、连续油管注入头9、井口装置10和井筒13将高压液态CO2输送到井下射流洗井装置19 ;当需要对高压液态CO2进行加热时，可以在高压泵组5之后、连续油管7之前设置地面加热器6 ；高压的超临界CO2流体经过射流孔眼17产生高速超临界CO2射流16，直接作用在井壁12上，将经过长时间生产附着在井壁上的污垢、重质油污等堵塞物清除；连续油管7与井壁12之间的空间为环空，可以通过设置环空回压阀11来控制环空底部压力；环空回压阀11应该调整到一个合适的位置，尽量使井底压力处于平衡状态，一方面保证井底杂物不会随液流进入地层深部，另一方面使超临界CO2密度尽量提高(一般控制在700kg/m3以上)，以提高其溶解能力，增强洗井效果，提高冲砂解堵效率，同时也要保证射孔生成的岩屑和磨料废渣等杂物能够被超临界CO2流体经过环空携出井筒13，到达地面14 ;在冲砂解堵处理的步骤中,边冲砂边下放连续油管；当射流冲砂解堵作业到井筒底部后，逐渐上提连续油管进行冲砂解堵处理；当射流冲砂解堵作业到井筒顶部后，逐渐下放连续油管进行冲砂解堵处理，所述下放上提连续油管循环1-5次；
对井筒进行射流冲砂解堵时，下放速度和上提速度为3 5米/分钟；这样上下往复对产层井壁进行清洗，清洗过程中可视井口返出残渣的多少选择停泵时机。作业结束后，可将剩余的CO2直接注入地层，增加储层能量，降低原油粘度，提高产量。同样，在直井中也可进行超临界CO2射流冲砂解堵(见图2)，其步骤和水平井类似。超临界CO2射流也可以对油套管进行冲砂解堵(除垢)，因为超临界CO2射流破岩门限压力低，破岩速度快，因此它不仅降低了冲砂解堵(除垢)所需泵压，而且冲砂解堵(除垢)速度快、效率高，同时对油套管本身却不会造成任何伤害。因此用超临界CO2射流进行油套管冲砂解堵(除垢)将会取得满意的效果。图4为超临界CO2油套管冲砂解堵(除垢)示意图，除垢用喷头35由连续油管31下入井筒，高压超临界CCV流体经过侧前向喷嘴33和侧向喷嘴36产生不同方向的高速超临界CO2射流37，直接作用在附着在油套管34上的油套管垢38，油套管垢破碎成污垢碎屑被返回的CO2携带出井筒。在冲砂解堵处理的步骤中,边冲砂边下放连续油管； 当冲砂解堵作业到油套管底部后，逐渐上提连续油管进行冲砂解堵处理；当射流冲砂解堵作业到油套管顶部后，逐渐下放连续油管进行冲砂解堵处理，所述下放上提连续油管循环1-5次；对油套管进行射流冲砂解堵时，下放速度和上提速度为2 4米/分钟；这样上下往复对产层油套管壁进行清洗，清洗过程中可视井口返出残渣的多少选择停泵时机。作业结束后，可将剩余的CO2直接注入地层，增加储层能量，降低原油粘度，提高产量。无论是井筒冲砂解堵还是油套管冲砂解堵(除垢)，均可选择可旋转喷头，如图5所示。其优点是旋转射流能够覆盖井筒的任何角落，清洗更彻底。旋转喷头由阻尼器42、喷头本体46、喷嘴43-45以及转轴47组成，侧向喷嘴开口方向与喷头本体切向方向一致，这样在射流作用下产生反推力，带动喷头旋转。喷头转速可通过调节阻尼器中的阻尼液粘度进行调节。3、CO2循环利用处理图3为带CO2密闭循环装置的连续油管超临界CO2射流水平井冲砂解堵示意图。返出井口的CO2流体与重烃、污水、沙粒等杂质混合物先经过除砂器21，将固体杂质去除，主要为了防止沙粒等固体杂质在高速流动过程中冲蚀回压阀，再流经环空回压阀11。去除固体杂质后的混合流体进入除液器22，进行气液分离，分离后的混合气体进入CO2气体净化器23，对CO2进行提纯，纯净的CO2气体经由CO2回流管线输送到CO2罐车2的CO2储罐3，降温后液化，继续供给高压泵组5，达到CO2循环利用的目的。连续油管超临界CO2射流冲砂解堵具有以下一些优点I、超临界CO2流体密度可调范围较大，通过井口回压可调控井底压力，进行欠平衡洗井作业；2、超临界CO2流体密度高、溶剂化能力强，超临界CO2射流不仅能轻易地破碎沉积在井底或附着在井壁的胶状凝结物，而且还能溶解高分子油污，清洗更彻底；3、超临界CO2流体黏度低、扩散系数大，洗井过程更容易渗透到储层深部，清洁深部地层，较水射流作用深度更大；4、超临界CO2对储层无任何污染，进入储层后还能降低原油粘度，增大储层渗透率，提高产量和采收率； 5、超临界CO2射流与连续油管结合进行超临界CO2射流冲砂解堵时，起下管柱过程中无需泄压，连续油管可直接带压作业，节省工序和时间，同时还可以使CO2连续循环使用，消除了环境污染，降低作业成本。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。
权利要求
1.一种连续油管超临界CO2射流冲砂解堵的方法，其是以超临界CO2为洗井液，通过连续油管将液态CO2输送到井筒或油套管中，对井筒或油套管进行射流冲砂解堵的方法。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，该方法包括以下步骤 通井处理用通径规通井； 冲砂解堵处理将液态CO2通过连续油管输送到井筒或油套管中，该液态CO2在井筒或油套管中成为超临界CO2流体并通过射流洗井装置进行冲砂解堵。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，该方法还包括以下步骤 在冲砂解堵处理的步骤中,边冲砂边下放连续油管； 当射流冲砂解堵作业到井筒底部或油套管底部后，逐渐上提连续油管进行冲砂解堵处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，该方法还包括以下步骤当射流冲砂解堵作业到井筒顶部或油套管顶部后，逐渐下放连续油管进行冲砂解堵处理，所述下放和上提连续油管循环1-5次。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述冲砂解堵处理包括以下具体步骤 通过高压管线将储存在CO2罐车中的液态CO2输送到高压泵组变为高压液态CO2，所述高压液态CO2经由高压管线送入连续油管，到达井筒或油套管中成为超临界CO2流体并通过射流洗井装置进行冲砂解堵。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其中，对井筒进行射流冲砂解堵时，下放连续油管的速度和上提连续油管的速度为3 5米/分钟；对油套管进行射流冲砂解堵时，下放连续油管的速度和上提连续油管的速度为2 4米/分钟。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，储存在CO2罐车中的液态CO2的压力为3-5MPa，温度为_20°C到5°C。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，该方法还包括在冲砂解堵处理中对液态CO2进行加热的步骤。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，该方法还包括以下步骤 CO2循环利用处理返出井口的CO2混合物依次经过除砂器、环空回压阀、除液器、CO2气体净化器、CO2回流管线输送到所述CO2罐车。
10.根据权利要求2所述的方法，其中，所述射流洗井装置为旋转喷头，所述旋转喷头由阻尼器、喷头本体、喷嘴以及转轴组成。
全文摘要
本发明涉及一种连续油管超临界CO2射流冲砂解堵方法。该方法是以超临界CO2为洗井液对井筒或油套管进行射流冲砂解堵的方法。超临界CO2射流与连续油管结合进行超临界CO2射流冲砂解堵时，起下管柱过程中无需泄压，连续油管可直接带压作业，节省工序和时间；超临界CO2流体粘度低、表面张力接近于零、扩散系数大，很容易进入到微小孔隙及裂缝中，溶解高分子有机物及其他杂质，清洗更彻底；最重要的是超临界CO2对储层无任何污染，进入储层后还能降低原油粘度，增大储层渗透率，提高产量和采收率，因此非常适合于低渗特低渗油气藏、压力衰竭油气藏、煤层气藏、页岩气藏、致密砂岩气藏、稠油油藏等非常规油气藏的井下解堵作业。
文档编号E21B21/00GK102777138SQ20111035931
公开日2012年11月14日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者史怀忠, 宋先知, 李根生, 王海柱, 田守嶒, 黄中伟 申请人:中国石油大学(北京)