油田开发模块总结报告.doc

精细油藏描述培训班油田开发模块总结报告目 录前 言11 深度调剖技术21.1 调剖技术简介21.1.1 目的意义21.1.2 技术原理21.1.3 主要功能21.2三元复合驱调剖方案的设计31.3三元复合驱深度调剖选井选层原则42分层注入工艺及测调技术62.1分层注水工艺62.1.1分层注水的必要性62.1.2分层注水工艺及管柱发展历程72.1.3分层注水井常用下井工具102.1.4分层注水测试及调配工艺112.2化学驱分层注入工艺122.2.1聚合物驱同心分注工艺122.2.2聚合物分注分压注入工艺132.3分层注入技术的发展趋势143机械堵水技术153.1封隔器型号编制及技术参数153.2机械堵水管柱类型及发展163.3机械堵水井的选井选层原则183.4机械堵水的一般流程184水力压裂工艺技术204.1水力压裂的概述204.1.1水力压裂的基本概念204.1.2水力压裂的造缝机理204.2压裂施工与设备244.2.1压裂施工过程244.2.2压裂设备264.2.3压裂工具与管柱274.3压裂施工监督294.3.1压裂现场施工技术294.3.2压裂裂缝形态监测技术305套损的成因及预防335.1套损形态及检测方法335.1.1套损形态335.1.2套损检测方法355.2大庆套损原因355.2.1大庆套损的基本特点355.2.2大庆套损的原因365.3套损预防与治理415.3.1制定套损综合防护技术标准415.3.2嫩二段底部套损的配套防护技术425.3.3异常高压普查与治理技术435.3.4合理注水压力界限确定及注水压力调整技术445.3.5断层部位套损的配套防护技术456油田开发动态分析466.1动态分析的概述466.1.1油田开发的阶段466.1.2油田开发的三大矛盾466.1.3井网部署类型476.1.4油田开发的两大平衡486.1.5油田开发的五类压差486.1.6大庆油田的驱油方式486.1.7油田开发调整方法及挖潜措施496.2动态分析方法和流程516.2.1阐述动态分析的目的526.2.2动态分析的研究主线526.2.3动态分析基本流程526.2.4动态分析基本方法536.2.5分类动态分析方法547修井工艺技术647.1修井工艺的概述647.2修井的目的657.3修井工艺技术发展657.3.1解卡打捞工艺技术657.3.2整形打通道工艺技术677.3.3加固工艺技术697.3.4中深部取换套工艺技术717.3.5测斜修井工艺技术717.3.6水平井修井工艺技术727.3.7气井修井工艺技术747.3.8工程报废工艺技术758地面集输工艺769结论78III大庆油田第二期精细油藏描述培训班前 言通过几天的学习主要学习了油气田开发相关的一些基础知识，从油水井措施、油气田开发动态分到套损及修井技术，对油气田开发现场有了直观的认识，油水井措施主要讲述了调剖、分层注水、堵水及压裂等技术的工艺及流程，油气田开发动态分析方面详细讲述了单井分析、到井组分析再到区块分析方法及主要分析内容，套损课程老师详细讲述了套损形成的原因及预防措施，修井方面从修井的原因及工艺技术方面进行了详细的讲述。1 深度调剖技术1.1 调剖技术简介1.1.1 目的意义由于地层的非均质性、注入流体与地层原油流度差异性，在开发过程中，水将沿着优势通道突进，导致注入流体低效或无效循环，影响开发效果，降低最终采收率化学堵水调剖技术目前已成为改善开发效果、实现油藏稳产的有效手段之一。总结经验教训，谋划攻关思路，集中优势力量，集成、创新、规模应用高效堵水、调剖技术，是摆在我们面前的当务之急。三元复合驱矿场试验表明：复合驱可实现提高采收率20个百分点；大庆油田三元复合驱试验区、示范区14个，10个工业化区块逐步上产，自2014年起，复合驱年产油量已达200万吨以上，但在开发过程中，也存在无效循环严重，储层动用不均衡、油井见效差异大等问题，对化学堵水调剖技术同样存在着巨大需求。1.1.2 技术原理调剖技术原理化学调剖技术是利用非均质油层间的吸水差异来实现的，在较低的注入压力下注入调剖剂，使之优先进入并封堵启动压力较低的高吸水层或部位，从而降低其吸水能力，进而提高全井的注水压力，实现增加低渗透层或部位的注水量的目的。化学堵水技术原理化学堵水技术是在油井注入化学药剂，封堵高含水层，达到降低油井含水，降低井底流压，减少无效水循环的目的。1.1.3 主要功能化学堵水调剖技术做为分层开采、注水管柱的一个重要的补充技术，它主要可以解决以下三个方面的问题：一是由于受层间隔层厚度和分层注水管柱分层程度的限制，往往一个层段内包含有多个吸水能力相差较大的油层，化学调剖可以对层段内的这些小层吸水量进行合理的调整；二是对因套损而不能下入分层注水管柱的井，在笼统注水条件下，可采用化学调剖方法对注水井的吸水剖面进行调整；三是对非均质厚油层，可用化学调剖方法使注水量由高、中渗透部位向低渗透部位转移。1.2三元复合驱调剖方案的设计下图为三元复合驱调剖方案的设计流程。图1-1三元复合驱调剖方案设计流程为此我们设计了调剖方案8项内容模板，以便规范调剖方案编制流程，具体涵盖内容有以下几点：区块的概况：地质概况、区域构造特征储层沉积特征、化学驱控制程度、油层水淹状况等；区块现状及存在的问题：注入井压力统计、剖面统计及油井含水、产液强度统计 ；选井选层原则及调剖井的确定：拟调剖井的各项指标与选井选层原则的符合率大于90% ；调剖体系的选择：药剂筛选过程、整体性能、应用实例及配伍性评价；调剖参数的设计：调剖厚度、调剖用量、段塞设计及注入参数设计；深度调剖剂配制和注入设计：设备要求及工艺流程设计；调剖费用及经济效益预测；方案实施要求：参加单位的职责分工、安全环保及调剖后的监测。图1-2七参数选井选层标准制定了包含注入压力、含水上升速度、渗透率级差等七参数选井选层标准（图1-2），宏观上定井，微观上定层，调剖选井选层流程。2014-2016年编制并实施了杏五区西部、萨中西区二类等复合驱工业化推广区块69口井的调剖方案。1.3三元复合驱深度调剖选井选层原则选井选层的总体原则如下：一是在开发过程中，重视“两大一好” ，即砂体纵向上动用状况差异较大、层间、层内吸水厚度差异较大及注采完善、油水井连通状况好的井；二是在日常生产上，关注“一强一低”，即吸水能力强、注入压力低的井。针对于发育较好的厚油层，以注入井压力、油井含水上升速度、渗透率级差，设计了定井、定层（图1-3）。图1-3选井选层原则下表为深度调剖选井选层指标（表1-1）。表1-2选井选层细化指标在选井的基础上，依靠分层指示曲线及检配结果进行准确定层图1-4注水井吸水比例方面（1）注水井方面。层间渗透率变异系数大于0.5；层段内砂岩厚度大于3；层段内沉积单元大于3个；层段内连通方向大于2个（图1-4）。（2）连通油井方面。平面渗透率变异系数大于0.4；平面产液不平衡系数大于0.5平面含水差异系数大于0.5；井组平均含水大于90%（图1-5）。图1-5连通油井方面累计增油量从工艺角度，针对于多层系开发井，选择井段长层数多细分调整难度大的井进行调剖。2分层注入工艺及测调技术大庆油田地质特点是：油层多，非均质性严重；主力油田喇萨杏发育萨尔图、葡萄花、高台子3套油层，9个油层组，41个砂岩组，136个小层；单层有效厚度从0.2m到十几米都有；渗透率变化范围为10-5000毫达西；高渗透层与低渗透层，厚油层与薄油层交互分布，这些地质特点决定了大庆油田必须采用分层开采。对于大庆油田，在油层压力降低到饱合压力时的弹性开采阶段，只能采出1%左右的地质储量，按溶解气驱方式开采，油层能量枯竭时的采收率也只能达到15%，因此从提高采收率的目的出发，需要通过注入剂保持油层能量进行开采。主要有注入水和注入聚合物的方式进行开采。2.1分层注水工艺2.1.1分层注水的必要性注水的目的是提高水驱采收率，而注水开发的油田，驱油效率决定于注入水的驱油效率及波及体积，对一个具体油田来说，即在储层孔隙结构、流体与岩石表面性质一定的情况下，如果不改变注入水的物理化学性质，在一定注水倍数时，驱油效率基本上不会有大的变化，因此，注水开发油田要获得较好的开发效果和较高的水驱采收率，关键在于扩大注入水的波及体积。对于注水开发非均质多油层油田来讲，这一点显得尤其重要。对于采用笼统注水的方法来开发多油层油田，注入水在剖面上首先沿高渗透率油层突进（图2-1），这些层见水快，油层压力水平高。而中低渗透率油层，因严重的层间干扰的影响，吸水很少，压力水平低，出油少甚至不工作。随着油井含水的升高，中低渗透率油层不工作的厚度比例还有增加的趋势。这样开发油田，根据一些试验区块的资料，每采出1%地质储量含水将上升6-7%，预计最终采收率只有25%左右。 图2-1笼统注水示意图 图2-2分层注水示意图分层注水就是在同一口注水井中，利用封隔器将多油层分隔为若干层段（图2-2），使之在加强中、低渗透率油层注水的同时，通过调整井下配水器水嘴的节流损失，降低注水压差，对高渗透率油层进行控制注水，以此调节不同渗透率油层吸水量的差异。因此提高水驱波及体积最有效的方法就是进行分层注水。2.1.2分层注水工艺及管柱发展历程20世纪60年代，在大庆油田开发初期，注水采取笼统注水方式，为解决主力油层“单层突进”、“过早见水”的问题，研制成功了固定式分层注水和活动式分层注水工艺技术，实现了分层注水。（1）固定式分层注水技术固定式分层注水管柱由475-8型水力扩张封隔器和745-4型固定式配水器、球座等井下工具组成（图2-3），首次实现了分层注水，1964-1974年间，油田广泛应用，缓解了注入水单层突进，控制了油井含水上升。图2-3 固定式分层注水管柱图2-4 活动式分层注水管柱该技术的优点：首次实现了多层段的定量注水，缺点：由于固定式配水器中的水嘴无法更换，因此在调整层段注水量时，必须将注水管柱起出，作业工作量很大；还没有形成配套的分层测试工艺。（2）活动式分层注水技术随着油田含水的上升，需要不断调整各层的注水量以保持注采平衡，为满足这种需求研制了活动式配水管柱，桥式和空心两种（图2-4），其水嘴装配在堵塞器上，更换、调整水嘴时，用钢丝投捞堵塞器即可。该技术的优点：解决了调整注水量时，不需起出管柱的技术问题，缺点：受配水器结构限制，最多只能使用4级；存在无法进行注水剖面测试（如桥式）及更换水嘴时投捞工作量大的问题。由于活动式分层注水技术的使用受级数限制，且存在调整分层水量时投捞堵塞器工作量大，不能进行注水剖面测试的问题，20世纪70年代，为满足注水井多段分注的需要，研制出了665-2偏心式分层注水技术，较好地解决了封隔器验封和压力、流量测试问题，使分层注水技术达到比较完善的程度。（3）665-2偏心分层注水技术665-2偏心分层注水技术可实现多层配水（图2-5），任意层段投捞堵塞器，调换水嘴；分层流量测试工艺配套，可实现集流和非集流分层测试；可进行同位素吸水剖面测井，但是要求两级配水器间的距离不能小于8米。图2-5分层注水管柱的几种随着套损井数逐年增加，常规的分层注水管柱不能适应套变井分注要求，研究了95mm、100mm小直径偏心分层注水、100mm小直径桥式偏心分层注水等工艺技术。（4）集成式分层注水技术集成式分层注水技术是为了解决部分小卡距井（两级配水器之间的距离最小2米）的分层注水要求，集成式细分注水管柱主要由内径60mm的Y341型可洗井封隔器、内径55mm和52mm可洗井配水封隔器、外径55mm和52mm配水堵塞器等组成。其优点：可实现小卡距井的分层注水，缺点：最多分四段，需采用特殊的测试仪器，才能完成封隔器的验封及分层流量和压力的测试。随着分层注水井数的逐年增加，测试调整工作量越来越大，为了简化测试工艺，提高测试效率和资料的准确性，攻关研究了桥式偏心分层注水技术，实现了分层流量和压力的直接测试，使分层注水技术又达到了一个新水平。（5）桥式偏心分层注水技术图2-6常规偏心配水器与桥式偏心配水器对比图桥式偏心配水器工作筒主体上带有桥式通道（图2-5），可实现在测试单层流量、压力时不影响其它层段的正常注入，其采用集流方式测试，与常规偏心相比降低了对测试仪器量程的要求，大幅度提高了测试精度。图2-7桥式偏心测试原理图与常规偏心配水器不同，桥式偏心配水器中心主通道周围布有过流通道，当使用测试密封段对目的层段进行分层流量或压力测试，测试密封段堵塞主通道时，其它层段依然可以通过过流通道正常注水。这点区别也就解释了桥式偏心测试的原理，克服了常规偏心单层测压困难及递减法流量测试误差大的缺点（图2-6、2-7）。为了进一步扩大水驱波及体积，提高水驱控制程度，达到精细挖潜的目的，目前正在开展多层细分注水技术的攻关（6）多层细分注水技术采用正反导向桥式偏心与逐级解封封隔器组成多层细分注水管柱，利用双导向直读式测调仪实现高效测调。（7）非接触智能配注技术图2-8非接触智能配注技术示意图非接触智能配注技术是将井下参数采集模块、控制模块、流量控制阀长期置于井下，对井下生产参数进行长期监控，并根据需要进行实时自动调整的自动化配水技术。其可在无人工参与的情况下定期自动完成注水层段的流量测调，大幅提高层段的注水合格率，节省测试成本。（8）预置电缆智能配注技术预置电缆智能配注技术是在井下管柱预置电缆，地面控制主机通过预置电缆与井下智能配注器连接，对各层段压力、流量进行实时监测及控制，实现全自动分层调配及参数监测。2.1.3分层注水井常用下井工具图2-9分层注水井常用的下井工具分层注水井常用下井工具主要分为两大类，分层注水管柱及其他配套工具，分层注水管柱主要由封隔器、配水器、球座、筛管等井下工具组成；其他配套工具主要分为投捞工具及分层测试工具两大部分，投捞工具：主要包括投捞器、震荡器、打捞器等组成，分层测试工具：主要包括流量计、压力计、测试密封段等。图2-9给出了分层注水经常用的几种下井工具。2.1.4分层注水测试及调配工艺分层流量测试的目的是测试每个分注层段的日注水量（图2-10），测试方式可以分为集流测试和非集流测试，测试后数据传输方式分为直读式和存储式，按流量计的工作原理又分为浮子式流量计、涡阶式流量计、涡轮式流量计、电磁式流量计及超声波流量计。图2-9分层流量测试曲线（1）集流测试将流量计与测试密封段相连，下过最下一级偏心配水器35m后，上提仪器串至配水器以上，打开密封段定位爪，使测试密封段坐入该级配水器内，流量计测出的流量就是该层段的实际注入量。（2）非集流测试采用存储式电磁流量计进行分层流量测试，测试时先将流量计停在最下两级配注器之间的油管位置，测出下部层段注入量，然后依次上提直至完成各层段的测试，用递减法得出各层段注入量。分层压力测试：可测试任意层段的压力（流压、静压、压力降落曲线 ），分为地面直读式电子压力计测试系统和 井下储存式电子压力计测试系统两类。注水井吸水剖面测试技术主要作用是了解注入液的去向、各层的注入量以及注入液是否按设计方案注入地层。油田的开发经历了由笼统注水到分层注水、由水驱到化学剂驱方式的转变，注入剖面测井技术也随之不断发展，经过多年攻关，发展了五参数组合测井技术，在水驱油田得到广泛的应用，针对化学驱注入剖面测井问题，形成了电磁流量，脉冲中子氧活化，示踪流量等测井技术，发展了适用于笼统注水井的连续流量计测试吸水剖面技术和适用于笼统和分层注水井的放射性同位素测试吸水剖面技术。图2-10反导向测试示意图测调工艺这里主要介绍了直读式高效测调工艺，测调仪通过电动控制，实现与配水器对接，适应正反导向细分和双级可调偏心集成细分井，并与常规偏心完全兼容。图2-10给出了反导向测试示意图。2.2化学驱分层注入工艺2.2.1聚合物驱同心分注工艺常规注水井的分注管柱无法适应聚合物驱，存在剪切降解大问题，影响驱替效果。化学驱分层注入工艺采用同心分注工艺，分注管柱由配注器、封隔器等井下工具组成，各配注器对应不同的层段，正常注聚时，在井口同一注入压力下，通过配注器的节流作用，控制分层注入量，从而达到分层配注的目的（图2-11）。图2-11聚驱同心分注管柱同心配注器由工作筒和配注芯组成（图2-11），配注芯坐入工作筒后与其内表面形成环形空间过流通道，通过调节配注芯长度来控制分层注入压力，调节分层注入量。配注芯为多单元分级环形降压配注芯，环型降压槽配注芯减弱了聚合物溶液流动时的涡流区，降低了粘损率，流过降压槽时，聚合物分子链的变形与恢复形成节流压差，从而控制分层流量。 分层流量测试采用的是存储式电磁流量计进行非集流式流量测试。该工艺的工艺参数是：适应注入量：20-150m3/d，控制压差：3.0MPa，聚合物溶液最大粘度率：4.0%，工作压力：20 Mpa。2.2.2聚合物分注分压注入工艺在二、三类油层聚合物驱过程中，层间矛盾进一步突出：如果采用同一分子量的聚合物驱替，由于层间渗透率的差异，将导致低渗透层堵塞、动用程度低；整体降低聚合物分子量，就会影响高渗透层段的驱油效果（图2-12）。为了解决这一问题发展了聚合物分注分压注入工艺。图2-12聚合物分子量与油层渗透率的关系曲线该工艺的主要原理是通过压力调节器和分子量调节器的调节达到了聚合物分质分压注入的目的，高渗透层注入高分子量聚合物，低渗透层注入低分子量聚合物，最终提高二、三类油层聚合物驱开发效果（图2-13）。图2-13分质分压原理示意图这种工艺的特点：实现了分层分子量及分层配注量的双重控制，使聚合物分子量与油层渗透率的匹配关系趋于合理，在不降低高渗透层聚驱效果的同时，提高了低渗透层动用程度。其分子量调节机理是利用作用在聚合物分子链上的剪切应力，使分子链断裂，降低聚合物分子量，通过井下分子量调节器调节聚合物分子量。图2-14分子量调节机理示意图分子量堵塞器通过更换分子量堵塞器内的喷嘴调节分子量的降解强度，降低注入低渗透油层的聚合物分子量。压力调节器由压力堵塞器与偏心工作筒组成，通过改变降压槽数量，控制高渗透层注入压力。该工艺在验封时将验封堵塞器投入到反应层的偏心工作筒内，改变井口工作制度，压力计分别记录油管（激动层）及油套环空（反应层）的压力变化。测试时采用电磁流量计进行分层流量的测试，与现有的聚合物分压注入井测试工艺相同，剖面测试采用脉冲中子氧活话测试技术。2.3分层注入技术的发展趋势分层注入技术的发展趋势经历了可靠性高、技术成熟，但是可控性差、工作量大的机械化向高精度、可控的自动化阶段发展，最终会实时高效、易于管理的智能化（图2-15）。目前大庆的现状处于自动化阶段。图2-14分层注入技术发展趋势示意图3机械堵水技术油田在开发过程中，为了控制含水上升，延长高产稳产期，对高含水井的高含水层采用堵水的方式进行封堵，可以使产水量下降，产油量增加。堵水的工艺原理是：油井堵水封堵高含水层后，含水率下降，井底流动压力降低，生产压差增大，会提高其它层产油能力。自喷井要达到堵水后增产的效果，堵层含水率必须较多地高于未堵层含水率，而抽油井只要堵层含水率略高于未堵层含水率，就会收到油井增产的效果3.1封隔器型号编制及技术参数封隔器按其封隔原理可以分为四大类，自封式、压缩式、扩张式及组合式（图3-1）。自封式：靠封隔件外径与套管内径的过盈和压差以实现密封的封隔器，压缩式：靠轴向力压缩封隔件，使封隔件直径变大以实现密封的封隔器，扩张式：靠径向力作用于封隔件内腔，使封隔件直径扩大以实现密封的封隔器，组合式：由自封式、压缩式、扩张式任意组合实现密封的封隔器。图3-1封隔器的分类在实际生产过程中，其编制方法是按封隔器分类代号、固定方式代号、坐封方式代号、解封方式代号、封隔器钢体最大外径、工作温度及工作压差等参数依次排列，进行型号编制（图3-2）。图3-2封隔器型号编制方式其分类代号是用分类名称第一个汉字的汉语拼音大写字母表示，自封式的为Z，压缩式的为Y，扩张式的为K，组合式的用各式的分类代号等组合表示。固定方式、坐封方式及解封方式代号均用阿拉伯数字表示（表3-1）。钢体最大外径：用阿拉伯数字表示：单位为mm；工作温度：用阿拉伯数字表示：单位为摄氏度（）；工作压差：用阿位伯数字表示：省略到个数位，单位为兆帕（MPa）。应用该方法时，可将油田名称加到封隔器型号的前面，特殊用途加到封隔器型号的后面。表3-1各方式代码表例如Y211-114-120/15型封隔器，表示该封隔器封隔件的工作原理为压缩式、单向卡瓦固定、提放管柱坐封、提放管柱解封、钢体最大外径为114mm，工作温度为120，工作压力为15Mpa。3.2机械堵水管柱类型及发展这里主要介绍几种常见的机械堵水技术。图3-2给出了几种常见的堵水技术的管柱。（1）自喷井分层采油（堵水）技术主要由封隔器、工作筒、偏心配产器、等组成。堵塞器内装有不同孔径的油嘴以控制各层段的产液量，可在堵塞器内安装死嘴封堵高含水层，其特点是可实现分层配产和分层堵水及分层段测试。（2）机采井整体式分层采油（堵水）技术管柱主要由Y111型封隔器和管柱支撑工具或Y221型封隔器、偏心配产器等组成，最简单的方法是管柱直接支撑井底。其特点是管柱与生产管柱合为一体，下部为堵水管柱，上部为泵抽管柱，堵水管柱的寿命取决于生产管柱的生产周期。（3）机采井平衡式分层采油（堵水）技术主要由Y341型封隔器、丢手接头和连通器等组成。通过各封隔器之间力的平衡，保持堵水管柱在无锚定条件下处于稳定静止状态，实现油层堵水。其特点是无卡瓦支撑，结构简单，起下安全，封隔器密封性能好，解封可靠，能封堵多个高含水层（4）机采井卡瓦悬挂式分层采油（堵水）技术管柱由丢手接头、Y441或Y445型封隔器、Y341型封隔器等组成。堵水管柱由双向卡瓦封隔器悬挂，水力坐封、机械（液压）丢手，封堵高含水层，其特点是管柱与生产管柱脱开，可任意多级使用，封堵多个高含水层，封隔器处于自由悬挂状态，密封率高，泵抽生产和检泵作业对堵水管柱无影响，可实现不压井作业施工。（5）可钻式封隔器分层采油（堵水）技术可钻式封隔器与插入管柱配合,可与不压井配套,实现调整层系,分层堵水、注水、酸化、压裂等工艺措施图3-3常见分层采油（堵水）管柱上述五种机采井分层采油（堵水）管柱，要求高含水层位清楚，主要目的是封堵高含水层，对于一些在正常生产情况下，很难或不能进行产液剖面测试，无法确定高含水层的机采井，可采用以下工艺进行分采。（1）抽油机井滑套式找水堵水技术该技术实现了滑套开关可以多级使用，可实现不压井作业，滑套开关可任意调整（开、关状态），在140mm套管、泵径小于90mm的抽油机井，电动开关测试仪经环空进行调试。而对于大于90mm外径抽油泵，潜油电泵的井可以采用以下两种分采工艺，液压滑轨可调层堵水技术与压电控制开关找堵水工艺技术。图3-4给出了这两种管柱的结构图。（2）液压滑轨可调层堵水技术该技术在地面预先设置好三级开关的工作状态，只有一级开关处于关闭状态，其余两级开关均处于打开状态，调层时，在压力作用下三级开关的工作状态顺序依次发生改变，可实现反复调层，提高了堵水成功率。（3）压电控制开关找堵水工艺技术该技术通过地面向井下各层段的压电控制开关发出压力和时间信号，井下微电机调节各层段压电控制开关的开度大小，实现产液量控制。图3-4潜油电泵的井分层采油（堵水）管柱结构图3.3机械堵水井的选井选层原则在油田开发中，为了控制含水上升速度，延长高产稳产期，对高含水井的高含水层进行封堵是必须采取的一项措施。在油井堵水施工前，应严格选井选层，根据分层测试资料，计算油井含水率，与油井实际含水率比较，选计算含水率与实际含水率相近的油井，按相应的公式计算堵水后产油量和产水量的变化值，选择产油量增加，产水量下降的油井进行施工，就可以获得较好的堵水效果。3.4机械堵水的一般流程在确定需要进行机械堵水的井及层位之后，就要进行接下的堵水工作，堵水施工前的准备工作包括有编写堵水作业施工指导书及进行接井、搬家的准备。之后方可进入堵水的施工工序，该工序应严格按照Q/SY DQ1528.4-2012井下作业标准实施规范第四部分：酸化和堵水执行，抬井口，按装井控装备、试提；起抽油杆、探砂面、起原井管柱、通井、刮削；验窜、找漏；下堵水管柱（下丢手投送管柱、起丢手投送管柱）；下完井管柱、收尾；交井、资料验收。堵水施工现场必须有现场监督人员进行监督，负责堵水施工质量现场监督人员，必须具备井下作业技术监督的资质，堵水施工过程中事故隐患多，危险性大，具有高压，环境污染，人员伤害的风险，应严格执行各项标准及操作规程，达到安全，优质，清洁生产。堵水作业后要对堵水效果进行一定的评价，评价标准按SY/T 5874-2012的油井堵水效果评价方法进行评价，主要包括油井堵水效果，工艺成功以及经济效益的评价方法。4水力压裂工艺技术油井增产措施仅次于油藏描述和评价，其如此重要的原因很简单，其他方法只是减小油藏伤害，消除对产量的不利影响，而该措施直接改善和增加了油井产能，当其他措施都没有用时，就用压裂措施吧，这是M.J.Economides说的话，突出了压裂对于油田生产的重要性。这次主要介绍的水力压裂技术。4.1水力压裂的概述4.1.1水力压裂的基本概念水力压裂的基本概念是利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力的排量将高粘液体（压裂液）泵入井内，而在井底憋起高压，当该压力克服井壁附近地应力达到岩石抗张强度后，就在井底产生裂缝。继续将带有支撑剂的携砂液注入压裂液，裂缝继续延伸并在裂缝中充填支撑剂。停泵后，由于支撑剂对裂缝的支撑作用，可在地层中形成足够长、有一定导流能力的填砂裂缝。简单来讲就是利用液体传递压力在地层岩石中形成人工裂缝，通过液体连续注入使人工裂缝变大，随液体进入的高强度的固体颗粒（支撑剂）带人并充填裂缝，在压裂施工结束后，液体返排出来，支撑剂留在裂缝中，形成高流通能力的油气通道，并扩大油气的渗流面积，提高油气井的生产能力，压裂的用途是达到近井解堵、地层防砂、储层改造及区块开发的目的。图4-1给出的就是一个简易的压裂施工图。图4-1压裂施工流程示意图4.1.2水力压裂的造缝机理前面我们说了压裂可以提高油气井的生产能力，那么是怎么提高的呢，在没有压裂前，没有裂缝，油气就通过多孔储层岩石形成向井筒的径向流动（图4-2），该时期渗流面积小、渗流阻力大，产量就相应的较低，通过压裂后，形成人工裂缝，流体就会自自地层线性地流入裂缝，同时，裂缝中的流体再线性地流入井筒，及双线性流，另外一般地层线性流阶段在裂缝导流能力较高时才出现，这样就由于裂缝的存在，在一个面上来看就相当于拟径向流，就相当于扩大了井筒半径，增加了渗流面积，渗流阻力也比压前大幅度降低，所以产量就会比压前有了较大的提高。图4-2流体在地层中的几种流动形态所以水力压裂产生裂缝是油气井增产的关键，那么水力压裂的造缝机理有哪些呢？这次学习中主要讲述了下面三种机理，下面分别进行介绍。（1）地应力对裂缝形态和裂缝方位的影响 储层受到的垂向应力主要有垂向地层的密度有关系，而水平方向的应力主要有三部分组成，包括垂向应力作用、热应力作用及构造应力作用。垂直应力：；水平应力：图4-3不同应力大小下的裂缝结果通过实验可以得出，zxy及zyx时多形成垂直缝，而xyz及yxz时易形成水平缝（图4-3）。主应力倾斜角和最小主应力倾斜方向是控制人工裂缝的延伸方向的决定性因素。（2）地层岩石破裂机理和破裂压力 作用在地层岩石上的应力，一部分被地层流体承担，另一部分才是真正作用在岩石的骨架上。作用在岩石骨架上的应力为有效应力，有效应力由下列公式求得：，其中，为有效应力，为总应力，p0为孔隙压力，三个主应力方向作用在岩石骨架上的有效应力分别为：垂直方向：水平方向：；图4-4地层岩石破裂机理若使地层岩石破裂，所需外力必须同时克服有效应力和岩石的抗张强度。应力集中导致破裂压力大于延伸压力，由于射孔降低了一部分周应力，因此，射孔井比裸眼井的破压低。裂缝将从孔眼开始起裂。（3）裂缝扩展模型描述人工裂缝形成的动态过程及最终结果，对压裂施工具有重要的意义，为控制裂缝几何尺寸的大小、决定施工规模和施工步骤等提供理论依据。 现在采用较普遍的裂缝扩展模型有二维的PKN模型、KGD模型、RADIAL模型，以及三维的全三维模型和拟三维模型。这些模型都是在一定简化条件的假设下建立起来的，与所描述的实际过程有不同程度的偏离，尽管如此，其模拟的结果完全可以用于指导压裂施工设计的制定及实施。表4-1 裂缝扩展模型类型模型假设条件特点问题示意图PKN模型a)裂缝有一固定高度，与缝长无关；b)与裂缝扩展方向垂直的横截面中的液体压力p为常数；c)垂直平面存在岩石的刚度，它抵抗在压力p下产生的变形。即每一个垂直截面独立变形，不受临近截面的妨碍。PKN模型裂缝压力将按缝长的1/4次方比例增长(这与大部分油井压裂施工表现出的施工压力特征一致)会过高估计距缝端一定距离内的裂缝宽度KGD模型a)缝高是固定的常数；b)裂缝宽度与缝高无关，但每单位缝高的流量比影响裂缝的宽度，在垂直方向上裂缝宽度不变。KGD模型裂缝压力将接缝长的1/3次方比例递减(这与厚层和大部分气井压裂施工表现出的压力特征一致)长缝情况下，会低估弹性刚度，不真实地计算出随着裂缝增加，注入压力下降这一结果PKN、KGD模型是假定水平应力小于垂向应力，还假定裂缝高度一定，裂缝沿垂直方向扩展。当垂向应力比水平应力小时，将导致裂缝沿水平或倾斜方向扩展，产生了径向裂缝扩展模型在两维“PKN”模型和 “KGD”模型中，裂缝延伸过程中假设裂缝高度不变，可变量为宽度和长度。两种模型的基本差别在于：PKN模型假设在垂直于裂缝长轴的垂直平面内，裂缝剖面一般保持为椭圆形，KGD模型假设裂缝形状在平面上为椭圆形，在垂直面上为矩形。由于二维、拟三维压裂模拟受模型的限制,无法满足压裂设计水平进一步提高的要求，开展应用的全三维压裂优化设计模拟程序。全三维模型假设缝高随注入量的增加而变化，并且考虑了液体的垂向流动分量。拟三维模型具有全三维模型的特征，但假设缝长大于缝高，并且计算量较少。不管是全三维模型还是拟三维模型，其基本方法都是将裂缝进行单元离散后通过数值方法来求解。水力压裂三维模型有利于更真实预测裂缝形态、支撑剂分布以及压裂施工的动态特征。地层的弹性响应被模拟为三维问题，从而取消了二维平面应变假设。三维计算中，包括了流量的垂直分量，从而可以模拟具有明显垂直延伸的裂缝中压裂液的流动情况，并可计算垂向流动分量对支撑剂输送的影响。4.2压裂施工与设备4.2.1压裂施工过程（1）压裂施工的准备工作数据资料压裂施工前需具有有关井数据资料，压前的破裂压力试验数据和压裂设计指导书。有关井的数据资料应包括管柱和井口设备的尺寸大小和额定压力值，套管和地层的隔离情况，地层及其上下遮挡层情况。了解裂缝高度的遮挡层以及附近水层和漏层的位置，射开的孔眼数和孔眼的大小等。破裂压裂试验可在正式压裂施工前进行。根据破裂压裂试验的数据，特别是原先估计的裂缝高度如有变化，或根据压力压降曲线而得到更准确的液体滤失系数时，可能会修改压裂施工设计。修改过的最后设计应包括排量施工表、预期的井口压力、总液量、添加剂和支撑剂浓度等。施工设备摆放现场施工设备必须按标准摆放，以利于协调指挥和管理。图4-5给出了常规压裂施工泵入装置简图。图4-5常规施工泵入装置简图施工前检查施工前要检查施工要求配备的物品，确保其质量和数量和性能。井场准备情况检查：主要考虑是否有足够大的场地并方便施工车辆进出。它对施工进展、施工质量及安全都很重要。设备准备情况检查：要求施工设备使用状态良好，能完成现场施工，现场还必须备有足够的易损件。压裂材料检查：主要是指压裂液和支撑剂的检查。检查压裂液细菌污染情况及胶凝物的水化和交联性能，这些可简单通过检查储罐的清洁程度、配液时间、环境温度、液体颜色、气味等来确定。必要时，可对每一罐压裂液进行小规模交联和混合试验。对支撑剂要确认其型号，检查其杂志含量等。（2）压裂作业施工工序及要求这里主要介绍的抽油机井油层压裂的主要工序：抬井口，装井口控制器，起抽油杆，倒油管挂，下加深油管探砂面，起出原井管柱；按指导书要求下入压裂管柱；地面管线试压，泵压40MPa（普通）、45MPa（小井眼）、55MPa（外围及内部高压管柱），不刺不漏为合格；压裂：按各层压裂施工工序表完成各层段压裂；压裂后或上提管柱前，关井扩散压力40min；探砂面，起出压裂管柱；下完井管柱：执行采油厂完井设计。其作业施工的要求有以下几点：地面管线和井下管柱必须用62mmN-80外加厚油管，装好井口控制器，保证管线和井口密封，不刺不漏。地面管线、井口装置等要承压40MPa（外围要求承压55MPa）；严格执行压裂施工技术标准及操作规程，严格按设计施工；封隔器下入后，套管必须灌满清水以保护封隔器；压裂后套管不许放喷，以防砂卡；注意文明施工与安全生产：施工过程中，非工作人员禁止进入施工现场；注意环境保护：严格按国家环境保护法执行；砂柱高度要求在射孔底界以下15m，否则下冲砂管柱冲砂。部分外围井要求压后冲砂至人工井底；需刮蜡、洗井的：下刮蜡管柱：54mm工作筒，118mm刮蜡器，深度至射孔底界下10m，用45热水洗井，水量为井筒容积的2.5倍。（3）压裂施工中的异常情况及处理措施主要介绍压不开的情况和压窜的两种常见的异常情况。压不开是指压裂施工中，在最高允许压力下，反复多次憋放，地层无注入量、无破裂显示的异常施工现象。其原因有：地层岩石致密破裂压力异常、近井地层污染严重、新井泥浆替喷不彻底，堵塞射孔炮眼、喷砂器凡尔打不开、射孔质量不高，目的层未完全射开、施工管柱深度差错，使封隔器卡在未射孔井段、管柱堵塞等。现场处理有以下几种措施，选择次序按下列顺序的措施进行处理，a磁性定位校验卡点深度。深度无差错则挤酸处理目的层，降低地层破裂压力及解除近井污染后再压裂；b深度若有差错，则调整准确后再压裂；c磁性定位测井时，根据下井仪器的遇阻深度判断管柱是否堵塞。有堵塞则起出管柱，通油管后重下压裂管柱再压裂；d管柱无堵塞且深度准确，仍压不开则起出压裂管柱，检查喷砂器凡尔是否卡死，凡尔卡死则换喷砂器等工具，重下压裂管柱再压裂；e如深度准确、无堵塞、喷砂器均正常，则与采油厂协商，进行扩层、改层压裂，或放弃对该层压裂。压窜压窜指压裂施工中，压裂液由某一异常通道:a返至第一级封隔器以上油套环空，使地面套压持续升高；b返至最下一级封隔器以下油套环空，使管柱上顶的异常施工现象。其原因分两大类：一是管外窜槽，二是管柱问题。管外窜槽有：地层窜槽、水泥环窜槽；管柱问题有：封隔器不坐封、封隔器胶筒破裂、油管破裂、油管接箍短脱、管柱深度差错等。现场处理有以下几种措施，选择次序按下列顺序的措施进行处理，a停泵，套管放空，反复23次；b仍有窜槽显示则磁性定位校验卡点深度；c深度无差错则上提管柱至未射孔井段，验封；d验封仍有窜槽显示则起出管柱，发现管柱短脱则进行打捞，正常验封起出则检查油管和封隔器破损情况；e验封没有窜槽显示则说明地层窜，与采油厂协商，进行扩层、改层压裂，或放弃对该层压裂。4.2.2压裂设备施工设备由地面设备和压裂车组两部分组成，压裂用地面工具设备主要有封井器、井口球阀、投球器、活动弯头、由壬、蜡球管汇、压裂管汇等，为井口以上地面控制类工具。压裂管汇是地面管线与多台压裂车连接的地面用具。用途是将压裂车泵出的液体汇集注入压裂井的目的层，所以要求它具有耐高压、摩阻小的特点。压裂管汇主要由主体、控制阀、由壬组成。常见压裂管汇成树叉形，放空阀起排出管汇内余压和余液作用。图4-6压裂管汇与蜡球管汇示意图蜡球管汇是可与地面管线和压裂管汇连接的地面用具，用途是通过压裂车泵注将容器中盛储的蜡球注入施工井。蜡球管汇主要由蜡球容器、控制阀、由壬组成。常见如图4-6所示。控制阀控制进出液。压裂准备时，关闭容器两端进出口控制阀，卸下容器上丝堵加入所需量蜡球后拧紧丝堵待用，当泵注蜡球时关闭与地面管线连通控制阀，打开进出口控制阀，泵注后及时关闭进出口控制阀，打开与地面管线连通控制阀、容器上放压阀。压裂车组包括泵车、混砂车、罐车（液罐车、砂罐车、添加剂罐车）、仪表车、水泥车。目前使用的2000型压裂车最高施工压力105MPa，最大单车排量2.33m3/min。在1900r/min转速、45.9MPa条件下，单车排量可达1.87m3/min。完成一般油层压裂需要3台泵车，进行外围探井压裂时，根据需要确定泵车数量。表4-2给出了三种压裂车车型及主要作用。表4-2 压裂车组主要车型的作用车型作用图片泵车泵送液体，使液体升压混砂车把支撑剂与压裂液充分混合，为泵车提供充足的液仪表车控制泵车和混砂车的运行参数，适时记录及监测分析施工参数4.2.3压裂工具与管柱施工管柱由油管和下井工具（封隔器、喷砂器）组成，其作用：一是为传送施工压力提供通道；二是实现分层。压裂管柱按井深区分常用的有三种，即浅井、中深井、深井。按封隔器坐封形式区分常用的有坐压单层和多层两种。按喷砂器结构区分常用的有两种，一种是有滑套，一种是无滑套。按工艺技术分常见的有15种。 常用压裂管柱基本结构相同，主要采用62mmN-80级外加厚油管，配液压坐封、解封封隔器，有套和无套喷砂器组成。再根据井况和工艺技术需要配上工作筒或安全接头、水力锚、丝堵等。基本工作原理是泵入管柱的高压液体经喷砂器产生节流压差使封隔器坐封，地层压裂，坐压两层管柱经打套，压裂第二层，压裂后管柱泄压，封隔器解封完成压裂。压裂管柱组配和使用技术要求：压裂管柱采用N-80以上钢级的外加后油管和短节组配；封隔器卡点应选择在套管光滑部位，避开套管接箍；压裂管柱喷砂器与封隔器直接连接，最下一级封隔器以下的尾管长度不小于8m，管柱底端距井内砂面或人工井底距离不小于10m；按照施工设计精确配出封隔器卡距、油管下入深度，卡点深度与设计深度误差不超过0.2m；由K344-114封隔器组成的浅井分压多层管柱最多允许使用4级封隔器，允许上提一次，该管柱承压能力为40 MPa；由Y344-114封隔器组成的中深井、深井压裂管柱承压能力为55 MPa；压裂管柱是专用管柱，严禁用于替喷、冲砂、压井、打捞等作业施工；活动管柱时，负荷不超过井内管柱悬重200KN，上提速度控制在0.5m/min以内。最终活动行程不大于5m。（1）滑套式分层压裂管柱该管柱用于浅井不动管柱分压多层，压裂施工中先压最下第一层（无套），泵注液体压力经喷砂 器节流产生压差，封隔器坐封，地层进行压裂，压开后投球封上一级滑套，并蹩压剪断销钉，使滑套下行，打开上一级喷砂器孔，封堵下一层喷砂器孔，压开第二层后，用以上同样方法压开第三层。（2）中深井压裂管柱该管柱用于中深井坐压单层,通过逐层上提可压多层，坐压最下第一层时,泵注液体压力经导压喷砂器25喷嘴节流产生压差，封隔器坐封，地层进行压裂，压后经扩散压力，油管泄压，上提管柱坐压第二层。重复以上方法施工多层。（3）中深井坐压两层压裂管柱该管柱多用于新开发井压裂，最下第一层采用尾喷嘴笼统压裂,投堵打套后完成坐压第二层，压裂施工时,先笼统压裂最下第一层，压开后关闭井口球阀，地面管线放空，卸下井口管柱顶端丝堵，投入喷嘴总成后，拧紧管柱丝堵，打开井口球阀，用不大于0.6m3/min排量打套, 在液压作用下, 喷嘴总成坐于导压喷砂器滑套上,并推滑套下行打开导压喷砂器长方形喷砂孔,同时喷嘴总成剪钉被剪断,堵头坐堵于导压喷砂器下端,下堵头坐堵于尾喷嘴封堵住下通道, 而后进行第二层压裂。（4）深井压裂管柱该管柱用于深井坐压单层,通过逐层上提可压多层，工作原理同中深井任意井段单层压裂管柱，该管柱最多允许上提二次，尾喷嘴压裂管柱尾喷嘴压裂管柱是深井底部笼统压裂管柱，只能用于笼统压单层，该压裂管柱特点是施工简单、方便可靠，缺点是不能任意井段压裂。（5）小井眼压裂管柱主要应用于套管内径101.6mm的套管井，管柱结构有三种,一是任意井段单层压裂管柱，二是坐压两层压裂管柱，三是尾喷嘴压裂管柱，工作原理如中深井、深井结构相同压裂管柱。（6）水平井压裂管柱按用途可以分为两种，连续油管水力喷射环空加砂压裂，采用射孔压裂一体化方式，通过机械定位器精确定位，下放管柱坐封封隔器，实现储层有效封隔，经过喷枪喷砂射孔，环空加砂实施体积压裂，层层上提管柱实现多段压裂；套管固井复合桥塞分段压裂，减小地层伤害（封堵已压开层段)压后桥塞可快速钻掉，易排出。针对储层高温高压的特点，研发了压裂投产一体化及不压储层更换管柱两种压裂工艺，实现了不动管柱压裂5层（以往压裂2层）。压裂投产一体化压裂管柱，工具耐温160，承压差90MPa，加砂500m3，不动管柱实现6个层位压裂，一趟管柱完成压裂施工，压裂后直接返排生产，不需要更换管柱。现场应用：升深1-1井、徐深6-210井、徐深6-2井。不压储层更换生产管柱压裂工艺，工具耐温160，承压差90MPa，加砂500m3，不动管柱实现6个层位压裂，采用两趟管柱完成压裂施工，压裂后利用暂堵工具实现不压储层更换生产管柱，现场应用：芳深6井成功压裂5层。4.3压裂施工监督通过严格的质量控制使一个优化的压裂设计转化为优化