0 引言

油气井、注水井生产过程中最常见地层出砂、结垢、结腊等问题，以及在完井、修井及其他作业中出现的砂堵与砂卡现象，采用常规管柱处理难度大、工序复杂、周期长，处理过程中对一些低压井的储层易造成伤害，施工效果与经济效益达不到施工要求。我国从1977年引进第1台连续管作业机，其中冲洗井作业是一个主要应用。截止到目前，国内大多数油田，冲砂洗井类的作业还占总作业量的50% ^[1]。由此可见，连续管冲砂洗井作业是现场施工的一个最基础应用，同时也是各种复杂作业中必不可少的一个重要环节。连续管在处理冲洗类作业有着非常大的优势：可带压作业、连续循环处理砂量大的管柱、处理复杂井作业(水平井、过油管、过滑套、小井眼)、根据清洗管柱的结垢情况匹配工具与参数以及利用轻质冲砂液减少对储层的伤害。现已从前期的光管(不带工具) 冲砂洗井作业，发展到后期的携带一些简单的工具作业。多数现场施工作业中，没有根据施工井的实际井况进行系统的计算，存在施工参数不够优化及工具配套不完善等问题，没有发挥出连续管技术的优势，体现不出降本增效的作用。笔者通过系统参数计算，作业之前对参数进行优化，进而确定地面设备配套与工具施工参数，提高了冲洗井作业的成功率与效率，达到了降低成本的目的。

1 连续管冲砂洗井基本原则 1.1 连续管下入深度达到施工要求(下得去)

近年来水平井、侧钻井及大斜度井作业数量增多，该类井随着井眼轨迹曲率变化、方位变化和水平段的不断加长，连续管受力状态由直井状态的受拉状态变成受压状态。随着轴向压力继续增加，连续管将发生正弦屈曲和螺旋屈曲，连续管与井壁的摩擦阻力相应增加，轴向压力达到一定程度时连续管会发生自锁。因此在水平井或大斜度井冲砂洗井作业前需要对连续管的下入深度进行模拟计算，根据施工井况、连续管设备及施工作业参数，计算连续管是否能够达到设计施工深度。

国内学者对连续管下入能力进行了大量的研究^[2-4]。近年来连续管设备供应商随设备提供连续管模拟计算软件，输入相应施工井况和施工参数，即可计算连续管下入深度。

1.2 冲洗作业射流速度(冲得起) 1.2.1 冲砂射流速度

地面泵注设备将携砂液通过连续管输送到井下，出口建立起一定的射流速度，流体通过冲刷井内积砂，积砂产生松动进而被携砂液带出井口。一些井的积砂由于时间和压力等影响板结严重，采用光管下入，连续管出口速度有限，不能建立起足够的射流速度，积砂不能被有效搅碎而冲起。

朱宏武等^[5]对沉积在罐底的油泥清除进行室内测试，通过调整喷距与喷嘴孔眼大小，测试冲砂的效果，得出了喷嘴的出口速度控制在25 m/s以上的射流速度可达到良好的冲刷效果。

冲砂作业射流速度没有标准可依，要根据实际的工况选择合理的射流速度，对于一些松散的积砂可以采用光管冲洗，而一些积砂板结严重的井，则需配套工具在地面泵注设备允许的情况下尽量提高射流速度。

1.2.2 洗井作业射流速度

洗井类作业用以处理油气井生产管柱的油垢、腊垢、锈垢或盐垢等附着在管柱内壁的物质。其中注水井由于油田注水或含水水质较差，砂和离子含量较高，油管经长时间使用，内壁结垢现象严重，难以清除。连续管与高压水射流清洗技术结合进行管柱清洗相比传统的清洗方式，清洗效率高，操作简单且不污染环境。其基本原理是利用清洗工具射出高速射流冲击管柱内表面，与垢污发生碰撞、摩擦、剪切，以达到清洗除垢的目的^[6]。

笔者选取渤海油田ø88.9 mm (3.5 in) 垢样油管试件(结垢严重，现场清除难)，以不同射流速度淹没清洗管壁，获取射流速度对清洗效果的影响情况，试验参数见表 1。

通过多次测试，旋转喷嘴射流速度在150 m/s以上，清洗时送进速度控制在3~5 m/min，能将ø88.9 mm垢样油管彻底清洗干净，垢样管柱和2次参数下的喷射效果如图 1和图 2所示。

1.3 冲洗产生的砂与垢正常返出井口(返得出) 1.3.1 上返速度

连续管冲洗作业中，沉降末速的计算与确定很重要，根据沉降末速可确定冲洗产生的砂子与管壁脱落物能否正常返出井口，还可确定地面泵注设备型号。

沉降末速的计算方法与公式很多，管锋等^[7-8]给出了沉降末速的计算模型，并指出了沉降末速的影响因素。沉降末速计算式为：

(1)

(2)

式中:v_t为沉降末速，m/s；d_p为颗粒直径，m；ρ_s、ρ_t分别为砂粒和携砂液密度，kg/m³；Re_s为颗粒雷诺数；C_D为阻力系数，是Re_s的单值函数，无量纲，层流区C_D=，过渡区C_D=，紊流区C_D=0.45；μ为冲砂液黏度，Pa·s。

分段给出了直井筒环空上返速度至少为沉降末速的3倍，水平井60°井斜时携砂要求的上返速度至少为沉降末速的6倍。实际作业过程中，直井上返速度取4~6倍的沉降末速，水平井取6~10倍的沉降末速。

砂子在清水中的沉降末速参考值^[7]见表 2。

根据实际的作业类型及工况计算冲洗作业所需的施工排量。

1.3.2 大尺寸井眼与储层压力系数小于1.0冲洗作业

泡沫冲砂洗井技术最早在美国与加拿大应用，目前在青海、长庆和胜利等油田得到了推广与应用。泡沫流体密度低，利于保护储层；粘度高，携砂效果好，在较低的上返速度下其携砂能力远高于清水及其他液体。

连续管作业中清洗大井眼尺寸，通过计算上返速度无法满足基本条件时，考虑采用携砂效果好的液体或泡沫流体。地层压力系数小于1.0的油气井，使用泡沫冲砂能够有效控制施工压力，防止出现漏失问题，有效保护储层，作业井恢复产能速度快。

2 冲砂洗井基本施工参数 2.1 连续管流体压降

流体通过缠绕在滚筒上与下入井中连续管时，由于流体的黏性作用产生阻力，这个阻力随着连续管尺寸的减小而成倍数增加。流体压降是冲洗作业的一个重要参数，涉及到地面泵注设备的选型。

基本计算公式^[9]：

(3)

式中:Δp₁为连续管压降，MPa；f为摩擦因数；L为连续管长度，m；ρ为流体密度，kg/m³；v为管内流体平均流速，m/s；d为连续管内径，mm。

2.2 喷嘴压降

冲洗作业需要配套井下工具时，流体在喷嘴处有局部压力损失，喷嘴出口形成高速射流。

喷嘴压降的近似计算公式为：

(4)

式中:Δp₂为喷嘴压降，MPa；ε为局部阻力系数。

2.3 地面泵压

地面泵压p的计算式为：

(5)

式中：p为地面泵压，MPa；Δp₃为环空压降，MPa；Δp₄为其他局部压降，MPa。

2.4 参数计算

对外径38.1 mm (1.5 in)，壁厚3.2 mm，长3 500 m的连续管进行冲洗作业参数计算，结果见表 3。

表 3中的所有计算值均基于清水。现场施工压力过高或返出效果差时，需要更换液体。Δp₃、Δp₄与现场管线连接情况有关，计算p时根据经验预估。

根据计算，ø31.8 mm连续管一般用于油管冲砂作业，ø31.8 mm及以上连续管可用于油套管冲砂清洗作业。作业时需考虑作业的类型，在满足作业要求的基础上泵压不要过高，必要情况下采用降阻液体。

3 冲洗基础工具 3.1 多孔喷嘴

多孔喷嘴(见图 3) 是冲洗作业中常用的一种工具，常用滚压(或凹坑式) 接头与连续管直连，与喷头采用常规螺纹连接，工具的外径可与连续管尺寸一致，具有良好的通过性及冲洗效果，一般用在冲砂作业中。喷头孔径大小、数量与孔的倾斜角度可调。工作时，流体通过喷头的喷孔时产生节流，形成高速射流，达到冲洗的目的。

3.2 旋流喷嘴

旋流喷嘴由上接头、密封、护套、造旋器和喷嘴组成，其结构见图 4。上接头与连续管连接器连接。工作时，流体通过造旋器，流体的轨迹发生改变，强迫流体沿着造旋器的导引方向流动，流体产生三维速度，即轴向、径向与旋转。最终流体经过喷嘴时呈锥形高速喷出，喷射出的流体呈圆锥状。该类型工具可与连续管直连或通过螺纹连接，外径尺寸可与连续管一致，工具通过性强，可以应用在复杂井作业中，有一定的破岩能力，清洗效果好。

3.3 旋转喷嘴

旋转喷嘴分为限速与非限速2种类型。图 5所示为限速旋转喷头，主要由上接头、限速环、芯轴、下接头、喷头与喷嘴等部分组成。工作时，流体通过上接头芯轴，最终通过偏心安装的喷嘴流出形成高速射流清洗管壁，由于偏心安装，流出流体产生反作用力驱动喷头转动，通过限速环进行速度的控制，防止喷头旋转速度过快，保证清洗管壁时有一定的驻流时间，以便达到清洗的效果。

可以通过控制施工排量大小来调整喷嘴射流速度，控制旋转速度，以满足现场需求。

4 现场实例 4.1 井况

青海狮38井为直井，井深3 804 m，2015年10月14完井后，日喷原油超过500 t，成为30年来青海油田的最高日产井。此后300 t日产量维持了近1个月。从2015年11月中旬起，多次出现油管堵塞，产量下降的情况，而后采用套管生产，至12月中旬，该井已进行3次连续管疏通盐堵作业，由于工具少，工艺不匹配，无法疏通到井底。

4.2 施工参数

施工连续管外径44.5 mm，长4 400 m，旋转喷嘴5个，直径2.5 mm。具体施工参数见表 4。

射流参数满足管柱清洗射流速度大于150 m/s的要求，环空上返速度满足直井沉降末速4~6倍的要求。地面设备需要满足330 L/min的排量要求，施工压力50 MPa以内。

4.3 施工过程

(1) 按要求摆放好设备，连接管汇，安装注入头；

(2) 加压50 MPa，试压合格；

(3) 工具串配置：内连接器+变扣+旋转喷嘴(清洗效果好，通过性强)，工具外径与连续管尺寸一致；

(4) 工具串入井后，按照设计排量150 L/min泵入，以3 m/min的速度下入，下过井口50 m后，速度控制在10 m/min下入，井深1 394 m遇阻，提高排量至330 L/min，泵压46 MPa (与计算值相符)，通过遇阻点。此后在油管段与裸眼段反复遇阻，提高排量通过遇阻点，经过8 h反复冲洗到达3 804 m井底。

5 结论

(1) 连续管冲砂洗井作业前，根据冲砂洗井基本原则需要计算下入深度，根据施工的类型确定射流速度，在此基础上计算上返速度是否满足要求。

(2) 在计算的基础上合理选择连续管设备、施工排量及配套地面设备。

(3) 对大尺寸井眼及地层压力系数小于1.0的油气井，连续管冲洗井需要考虑液体的携砂效果及对储层的保护。