第1章完井与试油.ppt

1 第一章完井方案设计与试油 主要内容 完井方式 射孔方案设计 试油 2 引言 要将埋藏在地下的石油和天然气开采到地面 一般需要经历三个过程 第一是如何建立从地面至地下储集层之间的连接通道 即钻井工程 包括固井工程 第二是如何使储藏在地层孔隙 裂缝中的石油和天然气 沿复杂的油气层孔隙网或裂缝网 有效地流入井底 即合理开发油田 油藏开发工程 第三是如何使流入井底的石油和天气沿井身 有效地流到地面 即合理管理油气井 采油工程 这三个过程是相互联系 相互影响 不可分割的统一体 3 完井工程 衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程 是从钻开油层到固井 完井 下生产管柱 排液 诱导油流 直至投产的工艺过程组成的系统工程 完井工程设计的任务 对油气层潜在损害进行评价 提出相应保护措施 尽可能减少对储层的损害 使油气层与井筒间保持良好的连通条件 最大程度发挥其产能 通过节点分析 优化压力系统 根据油藏工程和油田开发全过程特点以及开发过程中所采取的各项措施来选择完井方式 方法和选定套管尺寸 第一章完井方案设计与试油 4 第一节完井方式 完井方式 油层与井底的连通方式 井底结构及完井工艺 完井方式选择的要求 1 保持最佳的连通条件 油层所受的损害最小 2 应具有尽可能大的渗流面积 入井的阻力最小 3 有效地封隔油 气 水层 防止窜槽及层间干扰 4 有效防止油层出砂和井壁坍塌 确保油井长期生产 5 应具备便于人工举升和井下作业等条件 6 施工工艺简便 成本低 5 一 井身结构 保护井口附近的表土地层 防止被经常流出的洗井液体冲垮 巩固上部比较疏松易塌的不稳定岩层 安装防喷器等井口设备 控制钻开高压层时可能发生的井喷现象 封隔某些难以控制的复杂地层 以便能顺利地钻达预定的生产目的层 封隔油 气 水层 保证油井的正常生产 技术套管 表层套管 导管 生产套管 6 二 完井方式 套管或尾管射孔完井 割缝衬管完井 裸眼完井 裸眼或套管内砾石充填完井 7 裸眼完井示意图 oilzone 8 一 裸眼完井方式 先期裸眼完井方式 复合型完井方式 后期裸眼完井方式 9 优点 油层完全裸露 不会产生附加渗流阻力 产能较高 完善程度高 缺点 不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响 不能克服生产层范围内不同压力的油 气 水层的相互干扰 无法进行选择性酸化或压裂等 裸眼完井方式的主要特点 一 裸眼完井方式 10 二 射孔完井方式 油层 11 二 射孔完井方式 套管射孔完井方式 优点 可选择性地射开油层 避免层间干扰 具备实施分层注采和选择性压裂或酸化等分层作业的条件 缺点 出油面积小 完善程度较差 对井深和射孔深度要求严格 固井质量要求高 水泥浆可能损害油气层 12 二 射孔完井方式 尾管射孔完井方式 特点 有利于保护油层 可以减少套管重量和固井水泥的用量 从而降低完井成本 13 三 割缝衬管完井方式 14 三 割缝衬管完井方式 割缝衬管完井方式 改进后的割缝衬管完井方式 15 四 砾石充填完井方式 裸眼砾石充填完井 套管砾石充填完井 16 四 砾石充填完井方式 直接充填 先将绕丝筛管或衬管下入油层部位 然后用充填液将在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环形空间内 形成砾石充填层 阻挡油层砂流入井筒 达到保护井壁 防砂入井的目的 预制充填 在地面预先将符合油层特性要求的砾石填入具有内外双层绕丝筛管的环形空间而制成的防砂管 将筛管下入井内 对准出砂层位进行防砂 在 防砂与清砂 中有详细介绍 17 其他完井方式 无油管完井 对于小直径井使用小直径套管 便可不下油管直接采用套管完井生产 此方法常用于产量低 压力低的小气藏 当一井眼穿过两个或多个产层时 可采用多层完井 多层完井 单管完井在井内只下一根油管 用单管多级封隔器将各油层分隔开采 在油管上与各油层对应的部位装一配产器 对各层进行控制采油 18 19 其他完井方式 多管完井在井内下入多根油管柱 用封隔器将各油层分隔开采 通过每一根管柱和井口油嘴单独实现一个油层的控制采油 20 三 完井方式选择 完井方法的选择是一项复杂的系统工程 需要综合考虑的因素很多 这些因素主要有生产过程中井眼是否稳定 生产过程中地层是否出砂 地质和油藏工程特性 完井产能大小 钻井完井的经济效益 采油工程要求等 21 完井方法分类 按照完井方法是否具备防砂的功能来分 则又可分成防砂型完井和非防砂型完井两大类 22 按照钻井后井眼是否裸露 可将完井方法分为两大类 射孔系列完井和裸眼系列完井 完井方法分类 23 井眼的力学稳定性判断 从能否支撑井壁来看 完井方法可分为能支撑井壁的完井方法 例如 射孔完井 割缝衬管完井 绕丝筛管完井 预充填筛管完井等 和不能支撑井壁的完井方法 即井眼完全裸露的裸眼完井 生产过程中井眼的力学稳定性判断的目的就是要判定该井是采用能支撑井壁的完井方法还是裸眼完井 24 井眼的力学稳定性判断 根据考虑中间主应力的Von Mises 冯米泽斯 剪切破坏理论 可以计算作用在井壁岩石上的剪切应力均方根 广义剪应力 和有效法向应力 式中 剪切应力均方根 MPa 有效法向应力 MPa 1 作用在井壁岩石上的最大主应力 MPa 2 中间中应力 MPa 3 作用在井壁岩石上的最小主应力 MPa Pr 地层孔隙压力 MPa 25 根据Von Mises剪切破坏理论 计算井壁岩石的剪切强度均方根 即 式中 油层岩石的剪切强度均方根 MPa 岩石材质常数 Mpa 岩石材质常数 Ch 油层岩石的内聚力 Mpa 油层岩石的内磨擦角 c 油层岩石的单轴抗压强度 Mpa t 井壁岩石的最大切向应力 Mpa 井眼的力学稳定性判断 26 若由后式算出的剪切强度均方根大于由前式算出的剪切应力均方根 则表明不会发生力学上的不稳定 可以采用裸眼完井方法 反之将会发生井眼的力学不稳定 即有可能发生井眼坍塌 因而不能采用裸眼完井方法 必须采用能支撑井壁的完井方法 井眼的力学稳定性判断 27 地层出砂的判断 油气井出砂会造成井下设备 地面设备及工具 如泵 分离器 加热器 管线 的磨蚀和损害 也会造成井眼的堵塞 降低油气井产量或迫使油气井停产 所以 弄清油气井出砂机理及正确地判断地层是否出砂 对于选择合理的防砂完井方法及搞好油气田的开发开采是非常重要的 28 影响地层出砂因素 地层岩石强度地层孔隙压力的衰减生产压差地层是否出水和含水率的大小地层流体粘度不适当的措施或管理 29 现场观测法判断出砂1 岩心观察2 DST测试3 邻井状态经验法判断出砂1 声波时差法声波时差 295 s m时 地层容易出砂 地层出砂的判断 30 2 组合模量法根据声速及密度测井资料 用下式计算岩石的弹性组合模量EC EC 2 0 104Mpa 正常生产时不出砂 1 5 104Mpa EC 2 0 104Mpa 正常生产时轻微出砂 EC 1 5 104Mpa 正常生产时严重出砂 地层出砂的判断 31 完井方法选择的原则与思路 根据井眼稳定性判据 从大的方面选择是否采用能支撑井壁的完井方法 根据地层出砂判据 从大的方面选择是否采用防砂型的完井方法 根据油气藏类型 油气层特性和工程技术及措施要求等几方面的因素 从流程图初步选择完井方法 选出的完井方法可能有几种 32 针对初选的几种完井方法 对每一种完井方法的完井产能进行预测 根据每一种完井方法的完井产能预测结果 再进行单井动态分析 根据单井动态分析 结合钻井 完井投入与生产的收益进行经济效益评价 最终优选出经济效益最佳的完井方法 完井方法选择的原则与思路 33 第二节射孔方案设计 一 射孔参数设计 主要考虑的问题 参数组合的产能比 套管损害情况和孔眼的力学稳定性 1 资料准备 收集射孔枪 弹的基本数据 进行射孔弹穿深 孔径校正 计算钻井损害参数 34 2 射孔参数优选过程 建立各种储层和产层流体条件下射孔完井产能关系数学模型 获得各种条件下射孔产能比定量关系 收集本地区 邻井和设计井有关资料和数据 用以修正模型和优化设计 调配射孔枪 弹型号和性能测试数据 校正各种弹的井下穿深和孔径 计算各种弹的压实损害系数 计算设计井的钻井损害参数 计算和比较各种可能参数配合下的产能比 产量 表皮系数和套管抗挤毁能力降低系数 优选出最佳的射孔参数配合 35 影响油井射孔产能的因素分析 孔深 孔密 孔径 相位角 伤害程度 伤害深度 压实程度 压实厚度及非均质性等 孔深 孔密与油井产能比关系曲线 相位角和各向异性与油井产能比关系曲线 孔径与油井产能比关系曲线 油井射孔压实程度与产能比关系曲线 36 二 射孔工艺设计 射孔方式 射孔枪 弹和射孔液选择 一 射孔方式选择 电缆输送套管枪射孔 油管输送射孔 TCP 油管输送射孔联作 电缆输送过油管射孔 TTP 超高压正压射孔 高压喷射和喷砂射孔 37 二 射孔枪 弹选择 有枪身射孔和无枪身射孔 三 射孔液选择 密度可调节 腐蚀性小 高温下性能稳定 无固相 低滤失 成本低 配制方便 射孔液性能要求 二 射孔工艺设计 射孔液体系 无固体清洁盐水射孔液 聚合物射孔液 油基射孔液 酸基射孔液 38 第三节试油 试油 根据地质录井资料和测井资料解释结果 钻井过程中油气显示等资料 利用一套专用的设备和方法 对可能出油的层位的油气水产量 温度 压力及油气水性质进行直接测量 以鉴别和认识油气水层的工作 试油目的 为勘探开发提供依据 39 一 试油的任务及工作内容 主要任务 1 了解储层及流体性质 为附近同一地层的其它探井提供重要的地质资料 2 查明油 气田的含油面积及油水或气水边界以及驱动类型 为初步计算油气工业储量提供必要的资料 3 了解储层产油气能力和验证测井资料解释的可靠程度 4 整理和分析试油资料结果 确定油井合理工作制度 为制定油田开发方案时确定单井生产能力提供依据 主要工作内容 诱导油流和测试 第三节试油 40 诱喷排液 油气井完井以后井内泥浆造成的压力通常超过油藏压力 因此试油阶段的第一步就是要设法降低井底压力 使其低于油藏压力 让油气流入井内 这一工作称为诱喷排液 诱喷的方法通常有三种 替喷法 1 一般替喷法 2 一次替喷法 3 二次替喷法优点 在于生产压差的形成均匀缓慢 不致引起由于井壁的坍塌而使油层出砂 41 诱喷排液 抽汲排液抽汲就是用一种专用工具把井内液体抽到地面 以达到压低液面 即降低液柱对油层的回压的一种排液措施 由于抽汲的诱流强度比替喷大些 所以它一般适用于喷势不大的自喷井或有自喷能力但在钻井过程中 由于泥浆漏失 失水严重使油层受到损害的油井 抽汲的主要工具 油管抽子 常用的抽子有无凡尔抽子 又称两瓣抽子 和凡尔抽子 42 诱喷排液 抽汲排液抽汲不但有降压诱喷的作用 还有解除油层某种堵塞的作用 抽汲的效率取决于抽汲的强度 而抽汲强度又与抽汲速度 抽子与管壁间的密封程度和抽子的沉没度三个因素有关 合理的抽汲工艺参数应当根据排液的要求经过计算确定 对油层压力低于静水柱压力的极低压 低渗 低产的油井也常用提捞法排液诱流 主要工具是提捞筒 但这种方法费工又费时 效率低 43 诱喷排液 气举排液气举排液就是采用高压气体压缩机把气体压入井中使井中压井液排出的诱导油流的方法 气举只准许采用氮气 天然气 二氧化碳气 气举排液最突出的特点是井内液体回压能疾速下降 所以它只能适用于油层岩石胶结牢固的砂岩或碳酸盐岩的油井的排液 对于一些胶结疏松的砂岩 要控制好捞空深度和气举排液速度 以免破坏油层结构而出砂 1 常规气举排液常规气举排液又有正 反举之分 正举把气体从油管中压入 气液混合物从油套管环形空间上升喷至地面 反举则反之 44 诱喷排液 气举排液 2 多级气举凡尔气举排液这种气举排液方法 就是根据排液的需要设计好多级气举凡尔管柱 主要是选择好气举凡尔的类型并计算好各级凡