反冲砂技术的应用

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【摘要】冲砂是向井内高速注入液体，靠水力作用将井底沉砂冲散，利用液流循环上返的携带能力，将冲散的砂子带到地面的施工。在传统的正冲砂过程中由于地层漏失、容易使砂子在油套环空内沉积卡管柱。而使用液压油管自封装置进行反冲砂，一是施工井筒安全性能高，二是反冲砂时效较高，三是对正冲砂而言，更加减少了作业井场的环境污染。

【关键词】反冲砂技术 液压油管自封装置 冲砂水力计算

1 使用液压油管自封反冲砂装置进行反冲砂

1.1 反冲砂技术的特点

反冲砂是冲砂工作液沿冲砂管与套管环形空间向下流动，冲击井底沉砂，冲散的砂子与冲砂工作液混合后，沿冲砂管返至地面。传统的正冲砂，砂子从环套空间返出，若因水泥车排量不够，或者施工井在冲开油层时，突然发生溢流或漏失现象，井筒在返砂过程中，砂子更容易悬浮在油套环空之间，一旦形成砂桥，将会造成砂埋卡死管柱，造成严重的井筒事故。反冲砂技术具有携砂能力强，砂子上返速度快的特点，一是砂子从油管内返出，避免了卡钻现象，提高了井筒的安全性。二是，砂子上返速度快，因而冲砂效率高。三是返出地面连接水龙带直接进地面池（防渗坑），减少了对作业现场的污染。基于以上三点好处，使得反冲砂技术得到了广泛的应用和推广。

在2013年1月份施工的H5-193井，利用反冲砂工艺，冲出最大直径约为Φ20-25mm的大颗粒岩屑。该井套管内径为Φ121.36mm，73mm油管接箍外径为Φ93mm。计算环套空间一侧最大直径为：（121.36-93）/2=Φ14.18mm。试想，若利用正冲砂，大颗粒岩屑一是返不上来，二是直径约在Φ13-14mm的大颗粒岩屑处在环套空间，必定会造成卡管柱的井筒事故。

2 液压油管自封反冲砂装置的原理及使用

液压油管自封装置是一种液压控制、开关迅速、封闭环空的半封封井器，在用于反冲砂施工作业时，使用压力平衡器。其工作原理是利用橡胶受压变形，泄压后恢复原状的原理来进行对环空的密封与敞开的。

液压自封安装好后需要封井时，启动液压油泵，关闭液压油泵回压闸门，开启进油闸门，液压油由下壳体进油孔进入，随着压力的增大，液动环形胶芯在液压油的作用下被压缩变形，逐渐抱紧油管，达到密封环空的目的。当需要起下钻，打开密封环空时，则关闭液压油泵进油闸门，开启回油闸门，液压油由下壳体进油孔进入高压油管线，并回流到液压泵油箱。不再受高压的液动环形胶芯则会恢复原状，松开抱紧油管。环空随即敞开，可无碍起下管柱。当液动系统压力大于1.5MPa时，压力平衡器起作用，即通过油管接箍时，接箍会使胶芯总成内径变大（此时，胶芯内径=接箍外径），液压缸内的压力上升，推动压力平衡器内的平衡活塞移动而压缩氮气；当接箍通过胶芯内径会变小（此时，胶芯内径=管柱本体外径），液压缸内的压力下降，氮气膨胀又推动活塞，在不需要启动液压泵的情况下，压力平衡器会自动对液压缸内的压力进行补偿，使液缸内的压力稳定在一定的范围内。确保在钻进过程中对油管环空的密封。

图中：1：下法兰；2、下壳体；3液压自封胶芯；4、上壳体；5、6、密封圈；7、上法兰；8、液压胶芯支架

此装置密封最大工作压力14MPa，最大承载负荷50吨，液控压力0-40MPa，胶芯自由通径114mm。具有安装操作简单，更换胶芯方便，使用寿命长等特点。

4 反冲砂程序及技术要求

（1）下冲砂管柱。当探砂面管柱具备冲砂条件时，可以用探砂面管柱直接冲砂，否则需下入冲砂管柱冲砂。

（2）连接反冲砂管线。套管一侧与水泥车用硬管线连接，中间接高压三通并安装两个闸门（其中一个旁通）；水龙带与土油池之间用一根油管连接，中间接高压三通并安装两个闸门（其中一个旁通），油管均用地锚固定。

（3）冲砂。当管柱探到砂面后上提3m，开泵循环，观察出口排量正常后缓慢下放管柱冲砂。冲砂时要尽量提高排量，保证把冲起的沉砂带到地面。

（4）冲砂时，应根据泵压、出口排量合理控制下放速度；避免下放太快，发生憋泵现象。

（5）换单根前，要大排量循环冲洗15min以上。换单根速度要快，时间要求3～5min；换好后，开泵循环正常，方可下放。

（6）连续冲下5个单根后，必须循环洗井一周以上，将井内冲散的砂子全部返出后，方可继续施工。

（7）冲砂施工中如果发现地层严重漏失或大量出砂等问题，应立即停止施工，将油管上提至原砂面以上30m，保持洗井，分析原因后，再行施工。

（8）冲砂至人工井底或设计深度后，上提管柱1～2m，保持0.4m3/min以上的排量继续循环洗井，当出口含砂量小于0.2%时为冲砂合格。

（9）复探人工井底或设计深度。冲砂结束后，静候沉砂4h，下放油管复探人工井底（灰面）或设计深度，连探三次管柱悬重下降10～20KN，与人工井底（灰面）或设计深度误差在0.3～0.5m，为合格。

参考文献

[1] 井下作业工程师手册

[2] 液压油管自封装置使用说明书