完井和采油生产过程油保技术PPT课件

1 完井工程的概念 从钻开油层开始 包括下套管注水泥固井 射孔 下生产管柱 直至油井投产的一项系统工程 完井质量直接影响油井投产后的生产能力和油井寿命 2 完井方式概述 各种完井方式的特点及适用条件 射孔完井能有效封隔含水夹层 易塌地层等能分隔和选择性射开不同压力 不同物性的储层 避免层间干扰可实施分层注采可防止井壁坍塌但应注意防止射孔作业自身对储层的损害 3 射孔完井示意图 套管射孔完井 尾管射孔完井 4 完井方式概述 各种完井方式的特点及适用条件 裸眼完井油层完全裸露 具有最大渗流面积 有利于提高产能但不能防砂 不能避免层间干扰 不能有效实施分层注采适用条件 井壁稳定 岩性坚硬 无气顶或底水 无含水夹层的块状碳酸盐岩或硬质砂岩油藏 先期裸眼完井示意图 5 完井方式概述 各种完井方式的特点及适用条件 砾石充填完井特点 是有效的防砂完井方式适用条件 胶结疏松 易出砂的砂岩油藏 特别是稠油砂岩油藏 类型 裸眼砾石充填完井套管砾石充填完井 6 砾石充填完井示意图 裸眼砾石充填完井 套管砾石充填完井 7 射孔完井的保护油气层技术 损害因素分析 一 成孔过程对油气层的损害聚能射孔弹将套管 水泥环及部分储层击穿后 形成孔眼 与此同时形成压实带 Sanucier的研究表明 在孔眼周围约0 5 厚的压实带处 渗透率仅为原始渗透率的10 8 射孔完井的保护油气层技术 损害因素分析 二 射孔参数不合理或储层打开程度不完善射孔参数 孔密 孔深 孔径 步孔相位角 步孔格式等 当径向流 非径向流时 流动阻力增大 产生附加压降 如果以上参数选择不合理 产生附加压降 如果油层有气顶和底水 油层段不能全部射开 增大附加阻力 9 射孔完井的保护油气层技术 损害因素分析 三 射孔压差选择不当射孔压差 射孔液的液柱压力与P孔之差 正压差射孔 P液 P孔 可能引起的损害 射孔液进入射孔孔道 侵入油层 压持效应 使孔眼被固相颗粒 射孔弹残渣堵塞形成K很低的压实损害带 尤其是气层 负压差射孔 P液 P孔 可能引起的损害 若负压差过大 引起地层出砂 坍塌套管挤毁封隔器失效 10 射孔完井的保护油气层技术 损害因素分析 四 射孔液对储层的损害固相颗粒侵入 堵塞孔眼和储层孔喉 液相侵入 产生粘土水化膨胀 结垢 水锁等多种损害 应根据储层特性 通过室内评价 优选出能与储层配伍 并能满足施工要求的射孔液 11 孔眼周围压实带的形成 12 破碎带渗透率明显低于储层原始渗透率 Permeabilityofthecrushedzoneis1 3to1 10offormationpermeability 13 保护储层的射孔完井技术 一 正压差射孔的保护油气层技术正Dp 2MPa使用与储层配伍的无固相射孔液二 负压差射孔的保护油气层技术使用与储层配伍的无固相射孔液确定合理的负压差值负压差射孔的特点 在成孔瞬间 储层流体流向井筒 对孔眼有清洗作用 但负压差值必须合理 目前我国多数油田采用负压差射孔 但并不是在任何情况下都可实施这项技术 14 合理负压差值的确定 美国岩心公司经验公式 针对油层 Ln Dpmin 5 471 0 3688ln K 式中 Dpmin 射孔最小负压 10 1MPa K 油层渗透率 10 3mm2 15 负压射孔示意图 16 保护储层的射孔完井技术 三 保护储层的射孔液射孔液 既是射孔作业中井筒的工作液 也是射孔作业完成后 进行生产测试的压井液 对射孔液的基本要求 与储层岩石 流体相配伍满足射孔及后续作业的要求 具有合适的密度 以及适当的流变性以满足循环清洗炮眼的需要 17 常用的射孔液体系 一 无固相清洁盐水1 组成 清洁盐水无机盐 调节射孔液密度 增强抑制性缓蚀剂 减弱盐水腐蚀性pH值调节剂 保持适宜的酸碱性 防止碱敏损害表面活性剂 降低滤液界面张力 利于进入油层的滤液反排2 优点 基本无固相损害 可抑制水敏损害 液相粘度低 易反排 3 缺点 对清洗的要求高 罐车 管线 井筒等 滤失量较大 对易漏储层不宜 粘度低 清洗炮眼效果较差 18 常用的射孔液体系 二 阳离子聚合物 粘土稳定剂 射孔液1 组成 淡水或低矿化度盐水 阳离子聚合物2 特点 可增强对水敏的抑制性三 无固相聚合物盐水钻井液1 组成 无固相清洁盐水 高分子聚合物2 特点 提高粘度 降低滤失量 可提高清洗炮眼的效果四 暂堵型聚合物射孔液1 组成 淡水或盐水 增粘剂 对储层无明显损害的聚合物暂堵剂 与钻井液暂堵剂相同 分为酸溶性 水溶性 油溶性三种2 特点 可进一步降低滤失量 投产后可解堵 19 常用的射孔液体系 五 油基射孔液1 组成 柴油 添加剂 可以是w o乳化射孔液 也可以是纯油基射孔液2 特点 可避免水敏 盐敏损害但配制成本高 因而较少使用应注意防止润湿反转 乳化堵塞及有机垢堵塞 20 常用的射孔液体系 六 酸基射孔液1 组成 HAc 或稀盐酸 缓蚀剂等2 特点 可使存在于孔眼内的堵塞物以及孔眼周围的压实带得到一定程度溶解 减小油气流动阻力不宜在酸敏性储层使用不宜在H2S含量较高的储层使用应注意防腐蚀 设备 管线 井下管柱等 21 防砂完井的保护油气层技术 出砂造成的后果 油气流动阻力增大井塌套管损坏 上覆地层下沉 套管变形损坏 增加井下工具和地面设备的磨损 22 油层出砂 套管毁坏示意图 23 油层出砂机理 岩石结构破坏 一 岩石胶结方式和强度1 胶结方式 基底式胶结 强 岩石颗粒浸没在胶结物中 接触式胶结 弱 胶结物的量较少 孔隙式胶结 中 介于二者之间 2 岩石胶结强度 除取决于胶结方式外 还取决于胶结物类型及含量胶结物强度排序 粘土 碳酸盐 硅质胶结物的量越大 胶结强度越高 24 砂岩胶结方式 a 基底胶结 b 接触胶结 c 孔隙胶结 25 油层出砂机理 岩石结构破坏 二 油气层应力状态钻井前 岩石处于应力平衡状态钻井后 井壁岩石承受最大切向应力 易发生变形破坏井越深 承受的切向应力越大三 原油性质密度和粘度越高 对岩石冲刷力越大 携砂能力越强 26 油层出砂机理 岩石结构破坏 四 油藏开采条件 外因 1 生产压差 Dp Dp越大 渗流速率越高 液流对井壁岩石冲刷力越强 出砂可能性增加 2 建立生产压差的方式缓慢建压 井壁处压力分布曲线较平缓 压力梯度小 对岩石结构的影响较小 突然建压 压力梯度大 容易破坏岩石结构 引起出砂 27 保护油气层的防砂完井技术 割缝衬管 一 缝眼功能 沿衬管轴线的平行方向割成多条缝眼 一方面允许一部分具有一定尺寸的 细纱 通过 另一方面将较大尺寸的砂粒阻挡在衬管之外 形成 砂桥 二 缝眼形状 梯形 较小底边的尺寸称为缝口宽度 三 缝口宽度 e 2d10e 缝口宽度 mm d10 累计质量百分数为10 所对应的颗粒直径 mm 28 保护油气层的防砂完井技术 割缝衬管 四 缝眼数量 缝眼开口总面积 2 衬管外表面积 缝眼长度 50 300mm缝眼数量 n aF el 式中 n 缝眼数量a 缝眼总面积占衬管外表面积的百分数 2 F 衬管外表面积 mm 2e 缝口宽度 mml 缝眼长度 mm 29 割缝衬管示意图 割缝衬管衬管外所形成的砂桥 30 割缝衬管完井示意图 割缝衬管完井 悬挂割缝衬管完井 31 保护油气层的防砂完井技术 砾石充填完井 是一项用于防砂的完井方式 先将绕丝筛管下入油层部位 再用充填液将砾石泵送到绕丝筛管与井眼 或套管 之间的环空内 形成砾石充填层 32 保护油气层的防砂完井技术 砾石充填完井 一 砾石质量1 砾石粒径 Dg 5 6 d50Dg 砾石直径 mmd50 油层砂粒的粒度中值2 砾石尺寸合格程度 大于要求尺寸的砾石质量不得超过砂样总质量的0 1 小于要求尺寸的砾石质量不得超过砂样总质量的2 0 3 砾石圆度和球度 球度 0 6 球度 0 64 砾石酸溶度 在标准土酸中 溶解质量百分数 1 33 圆度和球度 标准圆度 球度目测图 34 保护油气层的防砂完井技术 砾石充填完井 二 砾石充填液对油气层的影响及其保护技术充填液 将砾石携至筛管与井壁 或套管 之间环空的工作流体 在正压差下 充填液有可能侵入储层 因此对其性能有如下要求 携砂能力强 粘度适当 500 700mPa s 悬浮能力强在加入某种添加剂或受温度影响可自动降粘稀释无固相颗粒 对油层损害小与储层岩石 流体配伍来源广 配制简便 可回收再利用目前国内外主要采用的水基聚合物 甲叉基聚丙烯酰胺凝胶 羟乙基纤维素与锆金属离子交联凝胶等 35 完井过程保护油气层技术小结 根据所选择的完井方式采取相应的油气层保护措施 首先根据地层情况选择适合的完井方式 各种完井液的优化设计是保护油气层的技术关键 尤其对于裸眼完井 36 油田开发生产过程中的油气层保护技术 中国石油大学 北京 2009年11月 37 采油过程中油气层损害的特点 油气层发生动态变化储集空间内油 气 水重新分布 注水过程 润湿性改变温度 压力改变损害周期长损害波及的范围宽更具复杂性和叠加性 作业次数比钻井 完井多 38 采油过程中的主要损害机理 采油工作制度欠合理 生产压差过大 开采速率过高 会导致 应力敏感损害微粒运移出砂底水锥进或边水指进 生产井过早产水结无机垢 注入水与地层流体不配伍 压力降低 结有机垢 温度 压力 原油组成发生变化 原油脱气 随压力降低 使Kro降低 39 采油过程中保护储层技术措施 建立合理的工作制度 生产压差 采油速率的确定 保持能量开采 在原油饱和压力以上 针对不同储层采取相应预防措施低渗油气藏 保持能量开采 避免气锁 液锁和乳化堵塞 防止出现多相流中 高渗疏松砂岩 选择合理生产压差和采取有效的防砂措施碳酸盐岩油气藏 防CaCO3垢稠油油藏 防有机垢生成 40 采油过程中解除损害的方法 适当控制生产压差及限产采用热洗 酸洗除垢采用各种物理方法 磁化 超声波 震荡等 解堵采取增产措施 压裂 酸化 41 注水过程油气层保护技术 主要损害原因 水质问题一 注入水与储层岩石不配伍粘土矿物水化膨胀 分散 运移 低于地层水矿化度 微粒运移 注水速率过高 机械杂质 浓度 颗粒尺寸 岩石表面的润湿性改变 含阳离子表活剂 二 注入水与储层流体不配伍无机垢和有机垢 离子类型及浓度 pH值 温度与压力变化 与原油生成乳状液 注入水中固体微粒具有乳化剂作用 细菌堵塞 硫酸盐还原菌 腐生菌 铁细菌 42 注水引起的储层损害类型 43 注水过程油气层保护措施 一 建立合理的工作制度 控制注水速率 Vc二 建立水质保障体系 溶于水中的无机盐 有机质 气体及含量 水中悬浮物含量及粒度分布 三 正确选择各类处理剂 防膨剂 破乳剂 杀菌剂 防垢剂 缓蚀剂 除氧剂等 44 增产作业 酸化 中的保护油气层技术 酸化作业中的油气层损害一 酸液与储层岩石不配伍微粒运移二次矿物沉淀二 酸液与储层流体不配伍与原油不配伍 形成酸渣 与地层水不配伍HF与石英 粘土矿物等反应 生成氟硅酸和氟铝酸 然后与地层中的Na 反应生成氟硅酸钠和氟铝酸钠沉淀 2Na H2SiF6 Na2SiF6 2H 3Na H2AlF6 Na3AlF6 3H 45 增产作业 酸化 中的保护油气层技术 酸化作业中的油气层损害三 不合理施工造成的损害铁锈进入储层Fe2O3 6H 2Fe3 3H2O当pH值回升时 Fe3 3OH Fe OH 3 酸液反排不及时Ca2 CO2 H2O CaCO3 2H 酸化产生的过剩Ca2 与地层中的CO2发生反应 生成CaCO3垢 46 酸液中常用的添加剂 粘土稳定剂 聚季胺盐类助排剂 阴 非离子表活剂 可降低酸液表面张力 调整岩石润湿性 促使酸液反排 络合剂 EDTA等 用于抑制Fe3 Ca2 Mg2 等生成沉淀 还原剂 羟胺络合物等 用于将Fe3 还原为Fe2 以防止Fe OH 3生成 表活剂 防止酸液与原油发生乳化 降低界面张力 加速发排 防止酸渣生成 缓湿剂 防止生成铁锈互溶剂 乙二醇单丁谜等 清除岩石表面亲油物质 保持亲水性 选择依据 必须与储层相配伍 效果及成本等 47 增产作业 酸化 中的保护油气层技术 酸化作业中的油气层保护措施一 选用与储层岩石和流体相配伍的酸液和添加剂 48 增产作业 酸化 中的保护油气层技术 酸化作业中的油气层保护措施二 使用前置液 通常选用浓度15 的HCl 隔离地层水防止土酸中的HF与地层接触生成CaF2 防止与砂岩中的石英等矿物生成Na2SiF6 和Na3AlF6 溶解含含有Ca2 Mg2 的胶结物减少HF残酸生成乳状液的可能性保持酸度 防止Fe OH 3等沉淀物的生成 49 增产作业 酸化 中的保护油气层技术 酸化作业中的油气层保护措施三 使用适宜的酸液浓度和注酸量浓度过高 会溶解过量的胶结物和骨架颗粒 破坏岩石结构 增加出砂可能性 浓度过低 达不到酸化的目的 四 及时排液如残酸与储层解除时间过长 会导致Fe OH 3和Na2SiF6等沉淀生成 50 增产作业 压裂 中的保护油气层技术 压裂作业中的油气层损害 使用水基压裂液常引起水敏 酸敏和水锁损害机械杂质引起的堵塞压裂液与原油不配伍 形成乳状液 支撑剂选择不当对裂缝导流能力造成影响 51 增产作业 压裂 中的保护油气层技术 压裂作业中的油气层保护措施 一 优选压裂液体系应根据储层岩石和流体的性质选择不同的压裂液 还应考虑储层渗透率 温度 压力 例如 对水敏性储层 可使用油基或泡沫压裂液 并使用防膨剂 对低孔低渗储层 可使用无残渣 低残渣和易反排的压裂液 并添加适宜的表活剂 52 增产作业 压裂 中的保护油气层技术 压裂作业中的油气层保护措施 二 选择合适的添加剂 原则 1 与储层岩石 流体相配伍 2 添加剂相互配伍 3 成本可接受 常用的压裂液添加剂 pH值调节剂降滤失剂 控制压裂液向油层的滤失降阻剂 聚丙烯酰胺 胍胶等粘土稳定剂 聚季胺盐类等 防止水敏损害 常加入前置液中破胶剂 淀粉酶 过硫酸盐等破乳剂 选择适宜的表活剂 防止水基压裂液与原油发生乳化 53 增产作业 压裂 中的保护油气层技术 压裂作业中的油气层保护措施 三 合理选择支撑剂1 支撑剂的强度 必须能承受裂缝的闭合应力闭合应力 40MPa的地层 选用砂粒作为支撑剂为40 6940MPa的地层 选用中强度支撑剂 69MPa的地层 选用高强度支撑剂2 粒径 应尽可能均匀 以提高承压能力及提高填砂缝的渗透性 3 圆度和球度 尽可能使用圆度 球度好的支撑剂 提高承压能力 54 提高采收率作业中的油气层保护技术 注蒸汽采油过程的损害因素分析 多为稠油油藏 胶结疏松或非固结的砂岩 一般粘土含量较高 微粒运移粘土矿物水化膨胀水热反应 即矿物转化 例如 在pH 9 T 250 时 高岭石转化为蒙脱石 Na 高岭石Na 蒙脱石 H2O H 凝析液与地层水不配伍 乳化或生成沉淀物 55 注蒸汽采油过程中的储层保护措施 控制注汽速率 速率过高导致微粒运移 出砂 控制注入蒸汽的pH值 pH 9可控制矿物溶解量及矿物转化 采取合理的防砂措施 特别稠油油藏 提高蒸汽的干度清除蒸汽中的机械杂质选用必要的添加剂 加入NH4Cl等适当降低pH值 以及防膨剂 防垢剂 破乳剂等 56 化学驱油过程中的油气层保护技术 化学驱包括 聚合物驱 表面活性剂驱碱驱碱 表活剂 聚合物三元复合驱 57 聚合物驱油过程中的油气层损害 聚合物驱常用的聚合物 1 PHP 2 生物聚合物主要作用 提高水相粘度 降低油水的粘度比 以提高流体波及效率 58 聚合物引起油气层损害的原因 溶解性 分散性差 形成鱼眼 与地层中的Fe3 发生交联反应 形成凝胶 当 Fe3 3mg l可产生明显堵塞 聚合物分子量或注入速率过大 PHP的盐敏效应 高温下PHP的进一步水解 生成聚丙烯酸钙沉淀 T 70 时 Ca2 浓度不可