完井工程基础1

1、完 井 工 程煤层气工程2011级1绪 论本课程主要内容：第一章 完井的工程地质基础第二章 完井方法及其选择第三章 井口装置及完井管柱第四章 完井投产措施2教 材：完井工程自编讲义（试用）参考书：1.现代完井工程，万仁溥编著， 石油工业出版社，2008年 2.实用完井工程，李克向编著 石油工业出版社，2002年 3.钻井工程理论与技术 绪 论3绪 论埋藏在地下的油气开采到地面，一般需三个过程：1. 建立地面至地下储层之间的连接通道，有效保护油气层，保证最大开采效益和开采寿命-钻完井工程2. 使储藏在地层孔隙、裂缝中油气，沿复杂的油气层孔隙网或裂缝网，有效地流入井底-油藏开发工程3. 流入井底油

2、气沿井筒有效地流到地面-采油工程三个过程相互联系、相互影响、不可分割的统一体。4oil zone 中间套管(技术套管)表层套管生产套管(油层套管)一开二开三开绪 论5绪 论6直接运移运移达西流井筒基质孔隙割理扩散外生裂隙井筒I、II类煤7、类煤基质孔裂隙表面解析、扩散基质大裂隙扩散井孔8一、完井的定义 完井是使井眼与油气储集层（产层、生产层）连通的工序（Well Completion），是衔接钻井工程和采油工程而又相对独立的工程，包括从钻开油气层开始，到下生产套管、注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液，直至投产的系统工程。绪 论9二、完井内容 美国、前苏联和我国过去，一般都认为完井工程是钻井工程

3、最后一道工序，包括： 钻开储集层（生产层）；下套管、注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液；确定完井井底结构，使井眼与产层连通；安装井底和井口等环节，直至投产。 合理选择完井方式，可以有效地开发油气田，延长油气井寿命，提高经济效益。绪 论10岩心分析及敏感性评价钻井液的选择 出砂预测及出砂规律 生产动态预测 不确定性参数定量分析 完井动态经济评价及风险性分析 完井方法优选油管及生产套管尺寸 注水泥设计、固井质量射孔及完井液设计 完井生产管柱设计 完井的试井评价 投产措施三、现代完井工程内容绪 论11第一章 完井的工程地质基础一、油气藏分类二、储层流体三、储层岩性特征四、储层物性五、地应力的概念与确

4、定12一、 油气藏分类 1. 按照油气储集空间和流体流动主要通道的不同 ： 1）孔隙型油藏 以粒间孔隙为储油空间和渗流通道。 砂岩、砾岩、生物碎屑岩储油层。2）裂缝型油藏 裂缝既是主要储油空间又是渗流通道 。 可能不存在原生孔隙或有孔隙而不连通、不渗透。 碳酸盐岩、变质岩、泥页岩储油层都可形成。 133）裂缝孔隙型油藏 以粒间孔隙为主要储油空间，以裂缝为主要渗流通道； 裂缝往往延伸较远而孔隙渗透率却很低 。一、 油气藏分类144）孔隙裂缝型油藏 粒间孔隙和裂缝都是储油空间，又都是渗流通道. 裂缝发育而延伸不远，油层孔隙度较低 。5）洞隙型油藏 溶洞、孔洞、孔隙和裂缝既是储油空间，又是渗流通道。

5、 储油层均属可溶性盐类沉积层，基本上没有原生孔隙，只有次生孔隙。一、 油气藏分类15 2. 油藏按几何形态分类：1）块状油藏 油层有效厚度大（大于10m) ，有气顶、底水，统一水动力系统和良好连通性，底水有补给能力。 2）层状油藏多属背斜圈闭，构造完整，具有统一的油水界面。 3）断块油藏 断裂十分发育，构造被切割成许多大小不等断块。 4）透镜体油藏 砂体几何形态的地质描述一般以长宽比划分。 一、 油气藏分类16 3. 按原油分类:（1）常规油藏：地层原油粘度小于50mPa S ， 可采用注水开发。（2）稠油油藏：地层原油粘度大于50mPa S ，热采 （3）高凝油藏：蜡基原油，原油流温必须高于

6、 凝固点，才能维持正常生产。一、 油气藏分类17 储层流体充填于岩石孔隙，油、气、水三大类。1. 原油原油是由各种烃与少量杂质组成的液态可燃矿物，原油的重要物理性质包括密度、粘度、凝固点等。我国按粘度将原油划为常规油和稠油两大类：油层温度下脱气原油粘度小50mPaS常规油，油层温度下脱气原油粘度大于50mPaS 稠油。二、储层流体182. 天然气天然气存在状态： 伴随原油产出的溶解气； 气顶产出的游离气（或气藏、薄夹层）； 地层水中的溶解气。天然气主要成分： 甲烷为主，少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和重烃； 非烃气体包括N2、CO2、H2S、He等。二、储层流体19地层水：天然出现在岩石中，并且在

7、钻井以前一直存在的水。油田水：任何与油气藏伴生的水，这些水有某些突出的化学特征。原生水：至少在地质时期的大部分时间中已经同大气失去接触的化石水。二、储层流体3. 水20储层岩性：碎屑岩和碳酸盐岩为主， 少量岩浆岩和变质岩，甚至页岩。1. 碎屑岩储层岩石类型：砾岩、砂砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩和粉砂岩。砂岩中四种基本孔隙类型：粒间孔、溶蚀孔、基质微孔和裂缝。三、 储层岩性特征21岩砂石长三、 储层岩性特征岩砂铁含22岩砂硬岩砂粉三、 储层岩性特征232.碳酸盐岩储层碳酸盐岩储层主要岩性： 石灰岩、白云岩及其过渡岩石类型。主要储集在粒屑灰岩、生物骨架灰岩和白云岩三种岩类的孔隙中。碳酸盐岩储层孔隙

8、类型：原生孔隙和次生孔隙。 三、 储层岩性特征24洞 穴 2 毫米巨 孔 1.02.0毫米粗 孔 0.51.0毫米中等孔 0.250.5毫米细 孔 0.10.25毫米很细孔 0.010.1毫米极细孔 0 . 01 毫米。 三、 储层岩性特征碳酸盐岩储层中次生孔隙空间往往变化很大，根据孔隙直径的大小又可分为： 25石 灰 石三、 储层岩性特征26平板石灰石三、 储层岩性特征273.岩浆岩和变质岩储层随着研究的深入和勘探的扩大，世界各国在岩浆岩和变质岩中发现了不少油气田。我国东北兴隆台地区太古代花岗岩和中生界花岗角砾岩、火山喷发岩中获得了工业性油流。酒西盆地鸭儿峡油田志留系变质岩中找到了裂缝性油藏

9、。该两类储层中还有较多的潜在储量。三、 储层岩性特征28三、 储层岩性特征花 岗 岩黑云母花岗岩29三、 储层岩性特征燧石角砾石火山角烁石304.页岩储层一般情况下页岩是盖层或隔层，特定条件下也可以形成油气藏。 对获取新的油气资源很有价值。 三、 储层岩性特征31三、 储层岩性特征粘土页岩 含碳页岩32油页岩三、 储层岩性特征33油层物性是评价储集和渗流能力的基本参数，包括： 孔隙度（Porosity） 渗透率（Permeability） 孔隙结构（Pore structure） 润湿性 （Wettability）四、储层物性34储层类型名称孔隙度，% 渗透率 10-3m-2特高孔特高渗302

10、000高孔高渗25305002000中孔中渗1525100500低孔低渗101510100特低孔特低渗10101. 孔隙度 衡量岩石储集流体能力的参数 砂岩孔隙度：主要决定因素是碎屑颗粒的大小以及分选程度好坏 。四、储层物性35碳酸盐岩孔隙发育情况与砂岩相似。裂隙(缝)孔隙度一般很低，0.016%，大部分很少超过3。碳酸盐岩的孔隙仍然是储油气空间，裂缝则主要形成高渗透带。四、储层物性36四、储层物性 2. 渗透率岩石允许流体通过能力的大小 绝对渗透率、相对渗透率、有效渗透率影响孔隙度的地质因素也影响孔隙系统绝对渗透率渗透率同孔隙度、粒径、分选、排列方式关系密切国外： 0.01m2为孔隙型油层高

11、渗和低渗区分标准 0.1m2 为裂缝型油层高渗和低渗区分标准37四、储层物性1.绝对渗透率岩石孔隙中只有一种流体(单相)存在，流体不与岩石起任何物理和化学反应，且流体的流动符合达西直线渗滤定律时，所测得的渗透率 。2.有效渗透率多相流体在多孔介质中渗流时，其中某一项流体的渗透率叫该项流体的有效渗透率，又叫相渗透率。3.相对渗透率：多相流体在多孔介质中渗流时，其中某一项流体在该饱和度下的渗透系数与该介质的饱和渗透系数的比值叫相对渗透率，是无量纲量。38通过细菌作用增加煤储层的渗透性之前 x55之前 x800之后 x55之后 x80039五 岩心分析 一、完井工程中岩心分析的内容及技术要求 岩心分

12、析技术是指利用能揭示岩石本质的各种仪器设备来观测和分析储层一切特性的技术总称。 包括：常规物性分析、岩相学分析、孔隙结构分析、敏感性分析及配伍性评价。402孔隙结构分析 基于前述的铸体薄片和孔隙铸体分析，并结合岩心毛细管压力曲线的测定，从而确定孔隙类型、孔隙直径、喉道大小及分布规律。 研究地层微粒在岩石孔隙中的运移规律、外来固相堵塞油气层的机理，设计钻开油气层的屏蔽式暂堵完井液十分重要。413粘土矿物分析 (1)粘土矿物产状及潜在伤害 在成岩过程中通过化学沉淀和早期粘土矿物演变而成的自生粘土矿物，由于完全暴露在孔隙流体中，优先与进入地层的流体发生各种物理化学反应，从而导致严重的地层伤害。(2)

13、不同类型粘土矿物的潜在伤害 1)蒙脱石（强烈水敏，体积膨胀6-10倍） 2)高岭石（速敏） 3)伊利石 4)绿泥石（易酸敏释放出Fe离子 ，然后转化为Fe（OH）3）42 4 粒度分析 指确定岩石中不同粗细质点的含量。研究沉积岩的成因和沉积环境、储集层岩石分类和评价，松弱胶结储层砾石充填完井设计重要依据。 主要有筛析法、沉降法、薄片图像统计法和激光衍射法。43三、煤芯分析及作用(1)形貌观测：宏观煤岩类型、煤体结构、孔隙特征(2)压汞法：孔隙大小、分布特征(3)液氮：比表面积(4)等温吸附：兰式体积、兰式压力参数(5)反射率测试：煤级(6)煤质分析：矿物含量、灰分、含水、含碳等指标。(7)气体

14、成分分析 确定煤的强度、吸附特性、临界解吸压力、采取的增产措施、完井方式等。44显微镜照片45AFM照片4647敏感性评价一、储层伤害及其敏感性评价 绝大多数储层，总是或多或少含有敏感性矿物，它们一般粒径很小(20微米)，分布在孔隙表面和喉道处，处于外来流体优先接触的位置。 由于敏感性矿物的物理和化学稳定区间狭小，在完井作业中，当各种外来流体(入井液)侵入油气层后，最容易与其所含流体、矿物作用，其结果是降低油气天然生产能力或注入能力，即发生油气层伤害。 伤害程度用油气层渗透率的下降幅度来表示。 48 二、速敏评价实验1速敏概念和实验目的 在钻井、采油、增产作业和注水等作业或生产过程中，当流体在

15、油气层中流动时，引起油气层中微粒运移井堵塞喉道造成油气层渗透率下降的现象。目的：1) 找出由于流速作用导致微粒运移从而发生伤害的临界流速。2) 为后续的水敏、盐敏、碱敏和酸敏等4种实验及其它各种伤害评价实验确定合理的实验流速提供依据。3)为确定合理的注采速度提供科学依据。49 三、水敏评价实验1水敏概念及实验目的 当淡水进入地层时，某些粘土矿物就会发生膨胀、分散、运移，从而减小或堵塞地层孔隙和喉道，造成渗透率的降低。 目的：了解粘土矿物遇淡水后的膨胀、分散、运移过程，找出发生水敏的条件及水敏引起的油气层伤害程度，为各类工作液的设计提供依据。50 四、盐敏评价实验 1 盐敏概念及实验目的 当高于

16、地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，可能引起粘土的收缩、失稳、脱落， 当低于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，则可能引起粘土的膨胀和分散。 目的：找出盐敏发生的条件以及由盐敏引起的油气层伤害程度，为各类工作液的设计提供依据。51 五、碱敏评价实验1碱敏概念及实验目的 地层水PH值一般为49，而大多数钻井液和水泥浆的pH值在8-12之间，当高pH值流体进入油气层后，将造成油气层中粘土矿物和硅质胶结物的结构破坏，从而造成油气层的堵塞伤害。大量氢氧根与某些二价阳离子结合会生成不溶物，也会造成油气层的堵塞伤害。 目的：找出碱敏发生的条件，主要是临界pH值。52 六、酸敏评价实验 1 概念及实验目

17、的 指油气层与酸作用后引起的渗透率降低的现象。目的：研究各种酸液的酸敏程度，其本质是研究酸液与油气层的配伍性，为油气层基质酸化时确定合理的酸液配方提供依据。 53六、地应力的概念与确定内力：物体受到外力作用，在它内部同时产生一个与此外力相对抗以保持平衡的力。应力：单位面积上的内力称为应力。地壳不同部位出现受力不均衡，分别受到挤压、拉伸、旋扭等力作用，促使地壳中岩层发生变形。地应力：岩层产生一种反抗变形的力，这种内部产生的并作用在地壳单位面积上的力，称为地应力。地应力的概念54假设油田地层处于三轴地应力作用，其三个主方向的主应力为最大水平主应力、最小水平地应力和垂向应力。来源：1. 岩体自重 2. 构造应力 3. 温度升高产生附加应力岩体自重引起垂向应力。水平向地应力由岩体自重、地质构造运动、地层流体压力及地层温度变化产生。六、地应力的概念与确定55地应力测量，根据技术原理主要有两类方法：直接测量：通过测量岩石的破裂直接确定。间接测量：通过测量岩石变形和物性变化反演。具体确定方法可以分为四大类： 1. 矿场应力测量 2. 利用地质地震资料分析 3. 岩心测量 4. 地应力计算六、地应力的概念与确定561. 矿场应力测量：水力微压裂法井壁崩落法（方向）长源距声波法地面电位法（方向）井下微地震波法（方向）