钻采工艺 | 氮气在冲沙洗井中的应用

氮气泡沫流体是一种可压缩的非牛顿流体，其结构决定了其具有许多优点，如密度低且方便调节、粘度高、摩阻低、携砂能力强以及在地下与天然气混合不易发生爆炸等性能，作为入井液便于控制井底压力，减少漏失和对地层污染。广泛应用于低压、漏失及水敏性地层冲砂、洗井、排液、修井等井下作业中。

氮气泡沫流体是由含起泡剂和稳泡剂的水溶液和氮气组成，其中氮气是分散相，液体是连续相。气泡充分分散在水中，降低了流体密度。由于氮气泡沫流体密度小、粘度大、携砂能力强、遇水敏性地层不会产生粘土膨胀等问题，用它做入井液可有效减少漏失，因此氮气泡沫流体可以解决其它方法无法解决的难题，如低压井、严重漏失井的洗井或冲砂。嘉峪关氮气

在用常规流体冲砂、洗井作业中，由于入井液的漏失及滤失，往往会对油气产层造成的污染，影响作业后的产能，对于一些漏失严重井，甚至不能建立正常的洗井循环。使用氮气泡沫流体可以有效地解决上述问题，氮气泡沫流体冲砂洗井就是利用泡沫流体粘度高、密度小、携带性能好的特点，将泡沫流体作为携带液或压井液，在油管和环空中循环，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结蜡，以达到洗井、冲砂的目的。泡沫流体冲砂洗井可广泛应用于各种油气井。

1、氮气泡沫流体冲砂、洗井主要优点：

氮气泡沫密度低，可实现低压或负压循环，以免漏失；

氮气泡沫粘度高、滤失量少、液相成分低，可大大减少对产层的伤害；

氮气泡沫的悬浮能力强，可以把井底和油、套管壁上的固体颗粒或其它赃物带出；

可以诱导近井地带赃物外排，以解除产层堵塞，同时还可以诱导油流。

2、氮气泡沫流体的特性和配置

在清水（或现场污水）中加入化学起泡剂，在注入适当气体（氮气）的条件下充分搅拌，使气泡的直径变小，气泡充分分散在液体中，就形成氮气泡沫流体。泡沫的稳定程度与气泡的直径有关，气泡直径越小，越稳定。根据加入的气体量的多少，泡沫流体的密度非常方便在 0.1～0.9g/cm3之间调整，如果需要泡沫流体的密度还可更低。酒泉氮气生产厂家

经过充分搅拌形成的泡沫其初始直径是很小的，在 0.01mm 以下，只有在较长时间的静止下，气泡才会聚集变大、滑脱上升。均匀的泡沫是乳白色不透明的，泡沫有很强的悬浮能力，能使中等直径的砂粒长时间悬浮而不下沉，均匀泡沫的稳定性非常好，在井下高压状态下可长时间保持稳定。

起泡剂大都属阴、非离子型表面活性剂，选择与地层岩石和地层流体亲和性好的起泡剂，可减少对油层的污染。通常，直接在清水（或现场污水）中加入化学起泡剂即可，加量在2‰~5‰之间，不必添加其它处理剂，其性能完全满足一般低压油井的洗井冲砂要求。

在施工现场配置起泡洗井液，经柱塞泵加压与高压氮气在泡沫发生器中充分混合，形成均匀泡沫注入井筒中。高压氮气量是根据柱塞泵的排量和井下的压力情况计算所得，根据具体施工情况使泡沫密度符合现场作业要求。

泡沫的密度是用气液的混合量控制的，应计算出在井筒中建立正常循环时的大允许密度，考虑携砂量的要求，再考虑循环中的压力环境变化和流阻的变化，决定施工控制的地面流体密度。一般，流动中满足井底压力平衡，要考虑随井深增加流体密度的增加和流动中沿程阻力损失，所使用的泡沫流体密度要比仅考虑静止压力时的密度小很多。施工中应分别计算气体和液体的流量，使入井泡沫密度满足冲砂洗井要求。

泡沫流体再井筒中为变密度流体，其对井底的压力和流动阻力计算，比纯液体复杂的多，流体循环时的气水流量计算、密度选择、流阻计算要通过相应的模式计算出，以指导施工。在参数的选择中，比较重要的参数是流体密度和流量，密度应当根据上述原则的计算值，取尽量低的密度，保持较低密度对建立正常循环和防止漏失是十分重要的。保持流体流速是使井底沉砂冲出的必要条件，一般混合液的流量不少于 30m3/h，如果砂粒的直径较大、颗粒较粗，砂粒在液体中的沉降速度太快，应使用更大排量和更低密度，满足携砂的要求。

3、氮气泡沫流体冲砂洗井工艺流程

使用水泥车将混有起泡剂的水溶液与高压气体在泡沫发生器中充分混合，形成均匀的泡沫流体作为冲砂洗井液，在油管和环空间建立正常循环，进行正循环（或反循环）冲砂

洗井。建立循环后，控制流体的密度和流量，边循环边下放油管冲洗砂柱，循环出的液体

经旋流除砂器清除液体中的砂粒，除砂后泡沫流体可以直接回水箱自然除气，循环使用，如果泡沫太丰富，自然除气不及时，可适量使用消泡剂消泡。在洗井中尽量不要中断循环。

氮气泡沫流体洗井所用的设备与清水洗井基本相同，除水泥车和其他附属设备外，只是增加现场制氮设备和泡沫发生器。为方便各种注入方式的快捷转换，高压管线应有闸门组，控制流体的注入和排出，方便变换注入时从油管到套管的切换。

4、应用实例

氮气泡沫流体冲砂、洗井工艺技术在胜利油田东辛、桩西、海洋等采油厂以及中海油渤海油田进行了广泛应用，年施工200多井次，应用效果显著。