水平井旋转射流冲砂洗井,是通过旋转射流清洗工具在井筒内产生射流冲击作用和环空旋流效应来洗井,不仅能有效解决油田冲砂作业中存在的砂卡问题,还能在一定程度上解除井筒近井地带的污染,降低表皮系数。但是,目前国内冲砂洗井的各种水力参数往往是根据直井冲砂经验确定的,喷嘴也没有经过专门设计,没有形成完善的工艺,给现场应用带来了很大困难。从水平井旋转射流冲砂洗井机理入手,建立了水力参数优化设计方法:首先计算出水平井不同井段所需要的最小工作排量,再根据最小工作排量求出循环压耗、喷嘴压降和射流冲击力等参数;以最大射流冲击力为目标函数,以最小排量为起点,设一个排量基数,在最小排量基础上逐渐增加排量基数,在满足泵压和泵功率的条件下,选择最大射流冲击力下的排量为最优排量。水力参数设计方法在长庆油田元东平6井等3口井进行了现场应用。应用结果表明,设计的排量既能满足各个井段的冲砂洗井要求,又获得了最大的射流冲击力,节省了冲砂洗井作业时间,降低了作业成本,经济效益明显。
在水平井段冲砂过程中砂粒容易沉积形成砂床,致使冲砂效率降低,排量和砂粒直径是其主要影响因素。利用CFD数值模拟软件,对水平井段高压水射流冲砂洗井进行了模拟研究,得到了在不同排量条件下、相同砂粒直径的固相体积分数云图,排量和砂粒直径与环空压耗的关系。结果表明,排量增大环空压耗增大,砂床高度降低;砂粒直径增大环空压耗增大,且粒径越大环空压力波动越大,悬浮稳定性越差,越易形成砂床。研究结果可为现场的水平井段冲砂洗井提供参考依据。
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