一种井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵方法与流程

本发明属于环保设备技术领域，是一种适用于油田井下清淤及套管外解堵的专用工艺设备及解堵方法，特别涉及一种井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵方法。

背景技术

目前，国内外油田传统的井下清淤冲洗解卡作业中，传统采用将液体通过泵做功后在井内建立起液流循环，把井内的泥砂返到地面的工艺流程。该工艺存在以下缺陷：1、由于液体存在累积压强，由于压强大小与液体比重和液柱高度成正比。在几千米的井下存在很大的累积压强，流体不可能出现射流，泵速与流量的提高，只能提高流体的携带能力，而不能使流体在液体中产生远距离的向上喷射，只有使流体在气体环境中喷射，这时才会出现流速越高、喷射距离越远的效果。在传统工艺的井下冲砂清淤作业时就会出现以下情况：在井内落物后发生长距离砂卡的情况下只能采用套铣作业。大直径工具又不能采用套铣作业时，就只能倒扣打捞，分段冲洗。实际工作中如果发生这种情况，后续修井工程的打捞工艺就会非常繁杂，大大增加修井周期，甚至导致油井报废。由于井内液体累积压强的存在，平衡了套管外部地层的自然压强，所以传统清淤工艺只能对套管井内起到一定清淤效果，而对于套管外地层中存在的各种污染，如钻井时遗留在油层中的泥浆污染、近井地带粉砂沉积造成的污染及由于注水导致的地层中泥岩遇水膨胀生成的泥饼污染，则不会产生任何作用。油田开发中后期，由于长时间的注水、注汽作业，频繁的井下作业施工以及套管材质与腐蚀、地层的变化等诸多因素，经常会发生套管挫断。套管挫断处发生的套管外塌方可使上、下套管发生移位，导致正常采油、作业工具不能顺利通过。如果不把套管外这部分泥砂清理到井外，使用领尖工具也不能扶正套管，套管还容易被破坏。如果此处严重变形，领尖工具也找不到下部套管，只能采用将上部套管取出井外等措施解决。

技术实现要素：

本发明克服了上述存在的缺陷，目的是通过采用气体作为工作介质，在井下人工创造气柱,气柱在井底不存在累积压强，在气体环境中使用液体加压后可产生远距离强有力的喷射效果，气体压缩储能后突然释放可产生爆发力，产生井内气举，提供一种井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵方法。

本发明井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵方法内容简述：

本发明井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵方法，其特征在于：包括井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵工艺设备及在井下处于气体欠平衡条件下，实现可产生井下套管内外清淤、解除近井地带污染、气体吞吐疏通远井地层孔隙及气体驱油四种功能的工艺流程，营造井下气体欠平衡条件，根据井径、井深及液面高度计算出井下单流阀以上液体总量，根据工程流体力学计算求得所需压力和流量，按照计算结果将气体注入井内，通过气举将井内液体举出地面，使井内原来的液体正平衡状态变为气体欠平衡状态,井内气举在出现加速度时真空度最高,保障真空度必须向井内加入2-5倍以上相当于井内容积的高压气体,然后立即关闭供气控制阀门,使井下产生气举,当液柱受井下高压气体举升时会产生加速度,将井下液体全部举出地面的井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵方法。

井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵工艺设备，是由：打捞工具、单流阀、下井钻具、井口、钻杆、水龙头、水龙带、三通、高压泵车、压力传感控制阀、蓄能器、空气蓄能逆止阀、井口大四通、大罐、气体检测仪、自动点火装置、空压机、大修车、安全阀、分离灌电机、平台、旋转自封器、井口防喷器和排气管组成，在下井钻具的前端设有带孔眼的打捞工具，打捞工具与可自动关闭的单流阀连接，依次将常规钻具：井口防喷器、井口大四通和旋转自封器设置在井口上面；旋转自封器与井外设置的方钻杆、水龙头连接；井口防喷器通过三通与水龙带连接，三通的一端与高压泵车连接，三通的另一端与装有压力传感控制阀的蓄能器上的空气蓄能逆止阀连接；在井内循环的出口处井口大四通通过水龙带与全封闭具有自动分离功能的大罐连接，在大罐的排气管上设有气体检测仪及自动点火装置，水龙带与储能器、空压机连接，在空压机上设有安全阀和分离灌电机。

通过井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵设备，在井下处于气体欠平衡条件下，实现可产生井下套管内外清淤、解除近井地带污染、气体吞吐疏通远井地层孔隙及气体驱油四种功能的工艺流程：采用下述工艺步骤：

1、开启空压机进行储气增压，当达到设计压力时压力传感控制阀自动开启，通过钻具内孔通道强制打开井下单流阀，使气体喷入井下环空中做气举井内液体工作，气体体积被压力缩小至百分之一，当气体通过单流阀时瞬间产生的爆发力冲击井内液体，使液体迅速排除至井外，井内气压处于气体欠平衡状态，通过带压气体推动液体产生喷射流对井下进行清淤，高压泵车启动供水，与气体同时注入井内钻具内，此时通过混合流体的总压强决定射程及效果，储能器与空压机排量，容积大于井内容积5倍以上，气水比例为3:7，此流程切换应在瞬间完成；气体的流速为15.24米/秒，井下泥砂及液体产生运动，固、液两项体积小于气体体积30%，在上返过程中注入的气水混合物以气化的形式返出井外；在气化状态下井底没有累积压强保持井内喷射，流体每增加1兆帕可产生100米射程，在井下推动高压水在气体环境中喷射产生超远程射流，实现井下清淤、解卡；

2、清淤工作完成后停止向井内供水、供气，储能器开始储能，当井内液面上升至淹没井下单流阀，20-50米后，储能器打开，向井内瞬间供应套管与钻具环空容积1.5倍的高压气体，推举井内该段液体迅速上升成为液体活塞，在活塞上升过程中出现加速度时，立刻关闭储能器上压力传感控制阀，使井底产生真空效应，此时液体活塞对井内套外产生强力抽吸作用，钻井时渗漏到地层里的泥浆及粉细砂岩的沉淀对近井地带产生的污染被彻底清除；

3、关闭地面出口强行向油层注入超高压气体，同时将井内所有液体一起压回油层中，当达到设计油层后迅速打开出口放压，使油层中所有气体带着液体及水敏后的泥饼排出井外，反复上述过程5-10次使出油量增加，显著增加注水井注水量、降低注水压力，利用气体渗透性强于液体，对地层疏通距离更远，通过气体吞吐方式疏通远井地层孔隙；

4、用气驱代替水驱油，气体不会造成污染。

本发明能够对所有油、水、气井的井下管柱严重漏失的清淤解堵及井下解卡作业，既可同时完成高速喷射冲击井内清洗，又具有真空抽吸套管外污染同时一次性打捞的功能。是解决套管外清淤解堵的最有力、最直接、最简便、最廉价的终极采油最佳辅助的工艺设备及方法。

附图说明

图1是井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵方法的工艺设备流程图；

图中：1是打捞工具、2是单流阀、3是下井钻具、4是井口、5是钻杆、6是水龙头、7是水龙带、8是三通、9是高压泵车、10是压力传感控制阀、11是蓄能器、12是空气蓄能逆止阀、13是井口大四通、14是大罐、15是气体检测仪、16是自动点火装置、17是空压机、18是大修车、19是安全阀、20是分离灌电机、21是平台、22是旋转自封器、23是井口防喷器、24是排气管。

具体实施方式

本发明井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵方法，是这样实现的，下面结合井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵方法的工艺设备流程图做具体说明。

本发明井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵方法，包括井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵设备及在井下处于气体欠平衡条件下，实现可产生井下套管内外清淤、解除近井地带污染、气体吞吐疏通远井地层孔隙及气体驱油四种功能的工艺流程，营造井下气体欠平衡条件，根据井径、井深及液面高度计算出井下单流阀以上液体总量，根据工程流体力学计算求得所需压力和流量，按照计算结果将气体注入井内，通过气举将井内液体举出地面，使井内原来的液体正平衡状态变为气体欠平衡状态,井内气举在出现加速度时真空度最高,保障真空度必须向井内加入2-5倍以上相当于井内容积的高压气体,然后立即关闭供气控制阀门10,使井下产生气举,当液柱受井下高压气体举升时会产生加速度,将井下液体全部举出地面的井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵方法。

见图1，井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵工艺设备是由：打捞工具1、单流阀2、下井钻具3、井口4、钻杆5、水龙头6、水龙带7、三通8、高压泵车9、压力传感控制阀10、蓄能器11、空气蓄能逆止阀12、井口大四通13、大罐14、气体检测仪15、自动点火装置16、空压机17、大修车18、安全阀19、分离灌电机20、平台21、旋转自封器22、井口防喷器23和排气管24组成，在下井钻具3的前端安装带孔眼的打捞工具1，打捞工具1与可自动关闭的单流阀2连接，依次将常规钻具：井口防喷器23、井口大四通13和旋转自封器22设置在井口4上面；旋转自封器22与井外设置的方钻杆5、水龙头6连接；井口防喷器23通过三通8与水龙带7连接，三通8的一端连接高压泵车9，负责供水；三通8的另一端连接至装有压力传感控制阀10的蓄能器11上的空气蓄能逆止阀12，负责供气；在井内循环的出口处从井口大四通13两侧阀门通过水龙带7连接到全封闭具有自动分离功能的大罐14上，以防止从井内返出的气、水、油、泥砂污染地面环境，在大罐14的排气管24上设有检测甲烷与硫化氢功能的气体检测仪15及自动点火装置16，当有毒气体或易燃易爆气体超标时能自动点火来消除其危害，确保施工能够正常进行；水龙带7与储能器11、空压机17连接，空压机17上设有安全阀19和分离灌电机20，准备工作就绪。

本发明通过井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵设备，在井下处于气体欠平衡条件下，实现可产生井下套管内外清淤、解除近井地带污染、气体吞吐疏通远井地层孔隙及气体驱油四种功能的工艺流程：采用下述工艺步骤：

1、开启空压机17进行储气增压，当达到设计压力时压力传感控制阀10自动开启，通过钻具3内孔通道强制打开井下单流阀2，使气体喷入井下环空中做气举井内液体工作，气体体积被压力缩小至百分之一，当气体通过单流阀2时瞬间产生的爆发力冲击井内液体，使液体迅速排除至井外，井内气压处于气体欠平衡状态，通过带压气体推动液体产生喷射流对井下进行清淤，高压泵车9启动供水，与气体同时注入井内钻具3内，此时通过混合流体的总压强决定射程及效果，储能器11与空压机17排量，容积大于井深容积5倍以上，气水比例为3:7，此流程切换应在瞬间完成；气体的流速为15.24米/秒，井下泥砂及液体产生运动，固、液两项体积小于气体体积30%，在上返过程中注入的气水混合物以气化的形式返出井外；在气化状态下井底没有累积压强保持井内喷射。流体每增加1兆帕可产生100米射程，在井下推动高压水在气体环境中喷射产生超远程射流，实现井下清淤、解卡；

2、清淤工作完成后停止向井内供水、供气，储能器11开始储能，当井内液面上升至淹没井下单流阀2，20-50米后，储能器11打开，向井内瞬间供应套管与钻具3环空容积1.5倍的高压气体，推举井内该段液体迅速上升成为液体活塞，在活塞上升过程中出现加速度时，立刻关闭储能器11上压力传感控制阀10，使井底产生真空效应，此时液体活塞对井内套外产生强力抽吸作用，钻井时渗漏到地层里的泥浆及粉细砂岩的沉淀对近井地带产生的污染被彻底清除；

3、关闭地面出口强行向油层注入超高压气体，同时将井内所有液体一起压回油层中，当达到设计油层后迅速打开出口放压，使油层中所有气体带着液体及水敏后的泥饼排出井外。反复上述过程5-10次使出油量增加，显著增加注水井注水量、降低注水压力，利用气体渗透性强于液体，对地层疏通距离更远，通过气体吞吐方式疏通远井地层孔隙；

4、用气驱代替水驱油，气体不会造成污染。

本发明井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵方法，注水的目的有两点：一是水作为炮弹，而气体形象的比喻就是炸药，它们用来提高喷射流的距离和清淤的力度。二是该工艺的实施是在油井内进行，因为井下可能存在大量的甲烷等可燃气体，所注入的又是空气，当中含有氧气，有助燃条件。井内的砂岩在高速运动时与井壁钢管产生摩擦就会产生静电火花，此时着火爆炸三个要素都具备。当甲烷浓度超过15.5%时，就可能发生爆炸事故。如果注入氮气代替空气，成本会很高。所以采用科学的手段是在井内注入空气和水生成气化水，即可全面消除静电现象的产生过程，安全问题就得到保障。当井内供液不足时，需要采用在套管环空中注水解决。

本发明井内欠平衡喷射流清淤真空抽吸套外解堵方法，不但可以解决长距离砂卡，也可以免去套铣过程，只要不是硬卡也会免去因为砂卡倒扣打捞的所有作业流程，使修井工艺变得非常轻松。在此基础上不动任何管柱和工具就会产生真空抽吸，对套外清淤、目的层解堵具有很好的效果。

本发明能够对所有油、水、气井的井下管柱严重漏失的清淤解堵及井下解卡作业，既可同时完成高速喷射冲击井内清洗，又具有真空抽吸套管外污染同时一次性打捞的功能。是解决套管外清淤解堵的最有力、最直接、最简便、最廉价的终极采油最佳辅助的工艺设备及方法。