第五章气井增产措施PPT课件

1 第五章气井增产措施 第一节气井酸化第二节气井压裂第三节酸压技术第四节储层评价与施工合理性研究 2 气井增产措施是向气层中注入某一种或几种物质 通过其与地层岩石或其本身相互间在特定条件下所产生的物理或化学作用 提高或恢复气层的渗透性 从而提高气井生产能力的工艺措施 酸处理技术酸压技术水力压裂技术其它增产或解堵技术 最常用气井增产措施 引言 3 第一节气井酸化技术 酸化又称为基质酸化或孔隙酸化 它是在低于储层岩石破裂压力下 将酸液注入地层孔隙 裂缝中 通过酸液和地层岩石矿物的反应 溶解部分岩石矿物或堵塞物质 从而扩大或沟通地层岩石的孔隙裂缝 改善地层近井地带渗透率 提高气井产量的工艺措施 4 第一节气井酸化技术 一 酸化增产原理 因为气井生产时大部分压力损失都发生在井筒附近 只要能较大地增加近井地带地层的渗透能力 使气井获得增产 无损害气井酸处理最大增产倍数图 5 第一节气井酸化技术 当气井受到损害后 产量将随 损害程度 和 损害范围 增大而下降 可表示为 对裂缝性气藏而言 如果酸液沿天然裂缝穿透并不断 刻蚀 缝壁岩面 使之产生不能 闭合 的酸蚀裂缝 槽沟 常规酸化施工亦能收到支撑裂缝的效果 6 受损害气井采气指数下降率与损害因素关系图 第一节气井酸化技术 7 第一节气井酸化技术 二 酸液体系 酸液体系 盐酸 土酸 胶凝酸 泡沫酸 乳化酸等 酸化施工一般都使用各种强酸 如盐酸 氢氟酸等 作为工作液的主料 并加入各种添加剂以保证其综合性能指标达到工艺要求 8 酸处理工艺对酸液性能的特殊要求 缓蚀性能 盐酸和氢氟酸对钢材的腐蚀性能都很强 缓蚀以保证施工管柱和设备不致发生腐蚀损坏 第一节气井酸化技术 要求酸液具有一定的缓速效果 以增加穿透深度和处理效果 缓速性能 其它性能 粘度 密度 与地层岩石及其流体的配伍性 管内摩损阻力 残液表面张力及三相接触角等 9 常规酸液的基本组成 第一节气井酸化技术 盐酸 缓蚀剂 表面活性剂 铁离子稳定剂 1 盐酸液系 10 土酸是盐酸与氢氟酸混合酸液的俗称 一般为10 15 的盐酸和3 5 的氢氟酸与添加剂所组成的混合酸液 为了防止氢氟酸与地层矿物和地下水中存在的钙离子反应生成氟化钙沉淀 一般都使用低浓度的盐酸液作为前冲洗液 所使用的添加剂必须通过实验证实配伍性和相容性 第一节气井酸化技术 2 土酸体系 11 几种新型酸液体系 第一节气井酸化技术 在常规酸液中加入一定比例的降阻剂 可以大大降低酸液在油管中流动时的摩擦阻力损失 增加地面泵注水功率的利用率 胶凝酸体系 胶凝酸是一种缓速酸液 它是将一定量的胶凝剂加入与其配伍的常规酸液中 使酸的粘度提高到30 60mP s 一方面抑制氢离子的传递 另一方面又可降低滤失速度 降低滤失速度造成的对流传质 从而延缓酸液与岩石的反应速度 增加活性酸有效穿透距离 降阻酸体系 12 几种新型酸液体系 第一节气井酸化技术 泡沫酸常用氮气或二氧化碳为内相 酸液为外相的泡沫体系 具有粘度高 滤失速度低 管内流动摩阻低 对储层特别是含水敏矿物的储层损害小 缓速效果好 排液速度快的优点 特别适用于气层压力已低于静水柱压力的低压气井增产作业 醇酸体系 在常规酸液中加入一定量的醇类 多使用12 20 的甲醇或乙醇 就变成醇酸体系 醇酸有很低的表面张力 可大大降低毛细管力 对稳定粘土颗粒和增加排液速度都有较大优越性 泡沫酸体系 13 第一节气井酸化技术 三 基质酸化设计 最高泵压和最大排量的确定 基质酸处理要求酸液通过岩石的孔隙进入地层而不希望将地层压裂 这样施工时的最大井底压力就必须低于地层破裂压力 即 最高泵压 最大排量 14 第一节气井酸化技术 三 基质酸化设计 酸液用量的确定 合理的酸液用量取决于酸液有效穿透距离 而酸液在岩石基质孔隙中的穿透深度又取决于岩石 酸液性质 反应条件和局部反应速度 碳酸盐岩气层基质酸化的有效作用距离 威廉斯和尼洛德研究了酸液溶蚀孔径增长模型 当已知注酸速度 假定溶蚀孔数目 确定从溶蚀孔壁向地层的滤失量后 可得出类似裂缝中流动时的计算图版 15 威廉斯和尼洛德研究的酸在 蛀孔 中的穿透距离 滤失雷诺数 流动雷诺数 施密特数 第一节气井酸化技术 16 第一节气井酸化技术 三 基质酸化设计 酸液用量的确定 2 砂岩基质酸化的有效反应半径 100 时土酸量与有效穿透深度关系 土酸与砂岩的反应必须考虑表面反应动力学 这将比碳酸盐岩 盐酸系统的计算更为复杂 可应用威廉斯和怀特利做出的设计曲线 17 第一节气井酸化技术 三 基质酸化设计 酸液用量的确定 注酸强度估算法 所谓注酸强度 是指对每米施工段所使用的酸量 一般都根据气井受损害程度的资料和施工层的孔隙度进行估算 18 第一节气井酸化技术 三 基质酸化设计 气井基质酸化的分流技术 堵塞球分流的原理 由于所射开层段岩性的损害程度的差别 酸液总是首先进入 剩余 渗透率较高的层段 而随酸液入井的堵塞球 一般直径为20 25mm 将 座封 在 入口 的射孔眼上 阻止后面的酸继续进入该孔 逼迫酸液转向进入另外的孔和另外的层 直到所有的射开层段均被酸化 19 第一节气井酸化技术 三 基质酸化设计 裂缝性气层的酸化设计应注意的问题 1 大量资料证实 钻井液 完井液对孔隙地层的损害深度一般不会超过30 50cm 但一旦井筒与天然裂缝连通时 损害深度可能会大大高于完全沿孔隙进入地层所造成的损害 这在设计施工用酸量时应引起足够的重视 2 增产幅度变化很大 用计算方法预测的增产 在天然裂缝发育的气层往往会与施工后实际得到的产量有较大的出入 20 第一节气井酸化技术 三 基质酸化设计 裂缝性气层的酸化设计应注意的问题 3 只要天然裂缝与井筒沟通 酸化 反应都将主要在裂缝内发生 在裂缝性气层进行酸压化裂设计时 应充分考虑滤失问题 在网状裂缝发育的气层设计酸化压裂时 为获得较长的酸蚀裂缝 应考虑使用降滤剂 4 在满足安全要求的泵压下尽可能快速地将酸液注入地层中最易被堵塞并损害的裂缝 恢复并增加它的流通能力从而使气井获得增产 21 第一节气井酸化技术 三 基质酸化设计 泡沫酸 压裂设计技术 泡沫酸 压裂设计所需要进行的特殊计算主要包括 地面泵注压力及酸液 气体 氮气或二氧化碳 的泵排量 泡沫酸的有效穿透距离等 22 第一节气井酸化技术 三 基质酸化设计 6 基质酸化设计的步骤 分析拟施工井进行基质酸化的合理性 证实损害原因 程度及损害深度 根据岩心分析和酸化试验结果选择酸液配方 确定泵注压力和排量 确定施工液量和总液量 确定施工工艺 如是否应用分流技术等 预测施工增产效果 提出施工的注意事项 23 第二节气井压裂技术 压裂 向井筒内以高于地层吸收能力的速率注入工作液体 在井筒内产生高于储层破裂强度的压力 从而使储层破裂并向层内延伸成一条或数条水力裂缝后 使用 支撑 或 刻蚀 的方法使这些裂缝在井筒内压力释放后不闭合 从而达到增产增注的效果 24 利用100 的液体二氧化碳和石英砂进行压裂 无水无任何添加剂 压后压裂液几乎完全排出地层 可避免地层伤害 其关键技术是混合砂子进入液体二氧化碳中的二氧化碳混合器 适用于对驱替液 冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地层 适合的储层包括渗水层 低压层及有微粒运移的储层以及水敏性储层 压裂的种类 根据造缝介质不同 水力压裂 高能气体压裂 干法压裂 利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速燃烧 产生高温高压气体 压裂地层形成多条自井眼呈放射状的径向裂缝 清除油气层污染及堵塞物 有效地降低表皮系数 从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术 第二节气井压裂技术 25 第二节气井压裂技术 水力压裂的工艺过程 憋压 造逢 裂缝延伸 充填支撑剂 裂缝闭合 26 2 降低了井底附近地层中流体的渗流阻力 裂缝内流体流动阻力小 1 改变流体的渗流状态 使原来径向流动变为油层与裂缝近似的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动 消除了径向节流损失 降低了能量消耗 第二节气井压裂技术 a 浅穿透裂缝渗流模式图 b 深穿透裂缝渗流模式图压裂气井渗流模型图 一 压裂增产原理 27 第二节气井压裂技术 Mcguil曲线 相对导流能力 无因次增产倍数 28 1 气井开采的动力一般依靠压力降落后气体的弹性膨胀 从井底到边界的每一点的压力都是时间的函数 因此 产量是采出程度的函数 即使生产压差相同 在两次测量时间间隔较近时 尚可近似估计增产 若测量时间相距较远 这一比较将可能会毫无意义 第二节气井压裂技术 2 压裂施工气井大多为低渗透 存在排液和压降传递问题 压力波传递到边界 气井生产达到 拟稳定 状态必须经过很长时间 所以时间引起的产量下降问题是不容忽略的 注意的几个问题 3 天然气在裂缝中流动大多将呈湍流状态 流动阻力的增加就相当于降低了裂缝的导流能力 再加上不可避免地缝壁损害等原因 实测增产倍数将会低于计算值 29 第二节气井压裂技术 二 压裂液体系 水基压裂液和油基压裂液 一般认为气层压裂不宜使用油基液 在低渗气田压裂中 发展了水基压裂液 乳化压裂液 多以凝析油做分散相 泡沫液 交联甲醇压裂液和纯二氧化碳压裂工艺 水基压裂液可分为三种 植物胶压裂液 纤维素及其衍生物和聚合物压裂液 其中植物胶压裂液的应用最广 30 第二节气井压裂技术 压裂工艺对工作液的要求 具有足够的粘度和理想的流变性能 具有良好的悬砂性能 低滤失性 低摩阻 易于返排 对裂缝导流能力和地层渗透率的损害最小 目前 压裂施工使用的大多是胍胶或改性胍胶作压裂液 虽然也研制成功多种替代的植物胶 如田菁胶 魔芋胶等 但因性能 原料供应和价格等原因 未能得到广泛应用 31 第二节气井压裂技术 成胶剂 成胶剂是压裂主体材料 也是形成压裂液体系和选择其它添加材料的基础 主要应用 胍胶 田菁胶 交联剂 交联剂是指一些含有硼和过渡金属元素的化合物 利用这些元素对羧基的亲和力 与由稠化剂水合形成的 凝胶 中的线性大分子中的羧基产生交联反应 而形成在三维空间中扩展的由无数个线性分子组成的网络状分子 即所谓 冻胶 常用的交联剂包括 CT RX 以有机钛为主要交联元素 铬交联剂 延缓交联的硼交联剂 32 破胶剂 酶破胶剂只适用于植物胶压裂液 且井底温度不超过65 作用与细菌消化聚合物的作用相似 应用很少 最常用的破胶剂是过氧化物 如过硫酸钾 过硫酸胺等 其破胶机理是遇热后分解高活性硫酸基 破坏聚合物联胶的主链 第二节气井压裂技术 当温度低于50 时 分解作用很缓慢 但当温度高于93 时 很快就能破坏已胶联的聚合物 因为压裂液进入地层后会引起井底和缝内温度变化 习惯的作法是 阶梯似 的加入破胶剂 目的是控制不同时间注入地层的液体能够在同一时刻破胶 以便于返排 33 表面活性剂 表面活性剂是由一个非极性的长分子链和一个极性基团组成的大分子集团 因此可以降低界面张力 使施工结束后残液利于返排 第二节气井压裂技术 根据极性基团所带电荷的差别 表面活性剂可分为阳离子型 阴离子型和非离子型三类 因为它具有特殊的化学组成 施工中常通过试验选取不同的表面活性剂用作防乳破乳剂 乳化剂 乳化体系 起泡剂 泡沫体系 助排剂等 34 粘土稳定剂 在地层岩石中存在粘土矿物 如高岭石 蒙脱石和水云母等 时 注入的含盐量低于地层水的压裂液将在粘土分子中发生离子交换而破坏其正负电荷的平衡 使粘土颗粒带有相同电荷并相互排斥而发生体积膨胀 蒙脱石 和分离迁移 如高岭石 从而减少孔隙尺寸或堵塞孔喉 使地层渗透率降低 第二节气井压裂技术 一般使用1 3 的盐类来作粘土稳定剂 使用最多的是KCl 其次为NaCl和NH4Cl等 6 其它添加剂 pH控制剂 多种弱酸或 和弱碱 高温凝胶稳定剂 滤失控制剂等 35 第二节气井压裂技术 三 支撑剂 1 支撑剂的性能要求 1 粒径均匀 密度小 2 强度大 破碎率小 3 园度和球度高 4 杂质含量少 5 来源广 价廉 闭合压力 36 第二节气井压裂技术 2 支撑剂的类型 按其力学性质分为两大类 脆性支撑剂 如石英砂 玻璃球等 特点是硬度大 变形小 在高闭合压力下易破碎 韧性支撑剂 如核桃壳 铝球等 特点是变形大 承压面积大 在高闭合压力下不易破碎 目前矿场上常用的支撑剂有两种 一是天然砂 二是人造支撑剂 陶粒 37 第二节气井压裂技术 支撑剂与裂缝导流能力 压裂施工结束后 施工液体排出地面 留在气层中并能使气井获得增产的只有支撑剂 这些支撑剂能否达到预期的增产效果 取决于以下三个方面 支撑剂的抗压强度 支撑剂在裂缝中的分布 所形成的支撑剂裂缝的导流能力 38 第二节气井压裂技术 四 水力压裂设计 1 压裂设计的任务 优选出经济可行的增产方案 2 压裂设计的原则 充分发挥油气层潜能和裂缝的作用 使压裂后油气井和注入井达到最佳状态 压裂井的有效期和稳产期长 39 第二节气井压裂技术 四 水力压裂设计 3 压裂设计的方法 根据油气层特性和设备能力 以获取最大产量或经济效益为目标 在优选裂缝几何参数基础上 设计合适的加砂方案 4 压裂设计方案的内容 裂缝几何参数优选及设计 压裂液类型 配方选择及注液程序 支撑剂选择及加砂方案设计 压裂效果预测和经济分析等 区块整体压裂设计还应包括采收率和开采动态分析等 40 第二节气井压裂技术 四 水力压裂设计 5 压裂设计的计算与分析 1 地层的破裂条件 当施工产生的最大张应力超过岩石的最小主应力和抗张强度之后 岩石就产生破裂 2 地层条件下的应力状况 3 破裂压力预测方法 41 四 水力压裂设计 5 压裂设计的计算与分析 4 裂缝几何参数计算模型 二维 拟三维和真三维模型 主要差别是裂缝的扩展和裂缝内的流体流动方式不同 二维模型假设裂缝高度是常数 即流体仅沿缝长方向流动 真三维模型认为缝高沿缝长方向是变化的 在缝长 缝高方向均有流动 即存在压力降 拟三维模型认为缝高沿缝长方向是变化的 但裂缝内仍是一维流动 缝长 第二节气井压裂技术 42 四 水力压裂设计 5 压裂设计的计算与分析 5 压裂效果预测 第二节气井压裂技术 具体内容在 采油工程 课程中有详细介绍 课本上的内容自学 43 第三节酸压技术 酸压是在足以压开地层形成裂缝或撑开地层原有裂缝压力下 对地层挤酸的一种酸化工艺 酸压施工方法有两种 一种是只挤酸 另一种是先挤前置液造缝 待裂缝向长 宽发展 然后再挤酸 酸压增产原理 首先依靠压裂泵的水力作用 压开地层形成新裂缝或撑开地层中原有裂缝 同时 依靠盐酸液的化学溶蚀作用 沿压开 撑开的裂缝溶蚀碳酸盐岩 使这些裂缝成为具有良好导流能力的酸蚀裂缝 从而减少了天然气流向井筒的阻力 使气井获得增产效果 44 酸化压裂与基质酸化相比较 延长了酸的有效作用距离 酸化压裂作为水力压裂的一种特殊形式 除包括水力压裂设计的必须全部计算内容外 不包括支撑剂计算 还必须计算出酸液的有效作用距离及其导流能力 才能预测其增产效果 第三节酸压技术 45 第四节储层评价及施工合理性研究 增产措施的最终目的是使油气井增加产量并取得尽可能高的经济效益 施工后油气井能否增产及增产幅度大小不仅与所选的工艺方法和工艺设计的完成程度有关 而且更重要的则取决于施工井层的地质因素及其施工工程效果的合理组合 46 一 储层评价 第四节储层评价及施工合理性研究 对整个气藏进行系统评价和全面认识是勘探和开发地质的工作领域 增产措施的储层评价只能在上述研究成果的基础上 针对施工井的具体情况 进行一些必要的补充工作 从而能更深入地了解施工井区一定范围内生 储 盖层的特殊情况 47 一 储层评价 第四节储层评价及施工合理性研究 气藏的地质特征 岩性及其在纵 横向上的变化 岩石物性参数 测井资料及其对比 储层岩石力学性质参数 储层流体性质 沉积环境及岩相变化趋势 储层评价主要应包括两方面的内容 48 一 储层评价 第四节储层评价及施工合理性研究 井区地层特点及低产原因研究 一般而言 造成气井低产的原因有三个方面 井区内储层渗透率低 且裂缝不发育 井区渗透率高 或天然裂缝发育 但气层损害严重 证实气层损害的最常用和最直接的方法是压力恢复曲线 非均质造成的局部低孔低渗 49 二 井身条件及工艺选择 第四节储层评价及施工合理性研究 选择合理的增产措施 除必须依据井区范围内的储层条件外 还必须依据拟施工井的井身条件 工程条件 主要包括 完井方法 一般地说 大段裸眼或衬管完井不适宜进行大型压裂施工 因为大段裸眼不能保证压裂裂缝从何处开始及向何处延伸 即使下入裸眼封隔器 封隔器能保证压裂之前井筒内的密封 裂缝延伸也趋向于应力较低的上部 从而最终使井筒上下窜通而导致施工失败 50 二 井身条件及