采油气科学与技术新进展

一口井山井筒，井口和一条生产线组成，在油藏和地面设施之间提供连接。油层套管:用于封固油气层的套管。油管:采油时下入油层套管中的管柱，提供油流通道。封隔器：指具有弹性密封元件，并借此封隔各种尺寸管柱与井眼之间以及管柱之间环形空间，并隔绝产层，以控制产液，保护套管的井下工具。节流阀：控制流体流量的阀门。射孔：是利用高能炸药爆炸形成射流束射穿油气井的套管，水泥环和部分地层，建立油气层和井筒之间的油气流通道工艺。油井组成：由上到下，采油树，井口，表层套管，技术（中间）套管，生产（油层套管，油套环空，油管，井下节流阀，封隔器，套管射孔，油层。完井：油气井的完成方式，即根据油气层的地质特性和开发开采的技术要求，在井底建立油气层与油气井井筒之间的合理连通渠道或连通方式。完井方式:裸眼完井，裸眼砾石充填完井，套管射孔完井，水平井割缝衬管完井。生产系统要素:油藏，井筒生产管柱井口，井，油管井底，井口，处理设备，管道，储存运输。自喷井基本流动过程：油藏到井底的流动井底到井口流动Pwh,井口通过油嘴的流动Pdsc,油嘴到分离器的流动PsepIPR曲线:表示井产量与流压（油藏驱动力）关系的曲线，乂称指示曲线。 反映了储层向井筒供液的能力。储层流体三种类型:不可压缩流体（Vorp与p无关）微可压缩流体（Vorp随p出现微小改变）可压缩流体（Vorp随p出现较大改变）流体流动状态:稳定流，不稳定流，拟稳定流。流体流动几何特性:径向流（从边界深处向井筒）线性流（裂缝到井筒）球形流/半球形流储层中多相流体流动相数量:单相流，两相流，三相流。表皮系数:衡量油井不完善程度S>0,渗流条件改善，有效渗透率提高，s二0,裸眼完井表皮系数为0,s<0,存在污染区，有效渗透率降低。油井产能指数PI：单位生产压差下的油井产量，若油井产量为产油量，则产能指数为采油指数。层流Re<2300,过渡流2300<Re<4000湍流Re>4000干气:标准状态下，lm3井口流出物中，C5以上重桂含量低于13.5cm3的天然气湿气:标准状态下，1id3井口流出物中，C5以上重桂含量高于13.5cm3的天然气。凝析气：当地下压力，温度超过临界条件以后，液态桂逆蒸发产生的气体。气井中的垂直两相流：泡状流:①液相连续，气相不连接。②气泡多数呈球形③管子中心气泡密度大，有趋中效应段塞流:①大气泡与大液块交替出现，形如炮弹②气弹间液块向上流动，夹有小气泡③气弹与管壁间液层缓慢向下流动。过渡流:①破碎的气泡形状不规则，有许多小气泡夹杂在液相中②贴壁液膜发生上下交替运动，从而使得流动具有震荡性。出现范围：是一种过度流，一般出现在大口管中，小口径的管中观察不到。环状流:①贴壁液膜呈环形向上流动②管子中部为夹带水滴的气柱③液膜和气流核心之间存在波动界面。细束环状流:无排水采气的必要性:气井出水是气田开发过程中影响产量稳定和采收率的主要因素之一，它一方面会导致气井产量急剧下降，另一方面地层中出水封隔储层，致使大量天然气储量无法有效采出，降低采收率。积液：由于气井在生产时无法将井中的液体举升至地面上造成的。气井积液来源:①锥进水，含水层中的水，储层自山水②碳氢化合物中的凝析水③凝析水积液的识别:①产量递减曲线分析②油管压力降低，套管压力增加③压力测试显示页面的界面。积液排除的方法:气举，压缩，速度管柱，抽汲，电潜泵，柱塞举升，泡沫柱塞举升:气井利用自身原有地层能量，把柱塞段作为气体和液体之间的固体分界面，在井筒油管内推动柱塞举升液体的一种排水采气工艺。泡沫排水采气技术：向井筒内注起泡剂，与井筒积液混合后，产生大量泡沫。后气流把泡沫带到地面。压裂：用压力将地层压开一条或儿条水平的或垂直的裂缝，并用支撑剂将裂缝支撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果C压裂的种类：(根据造缝介质不同)：高能气体压裂、干法压裂、水力压裂水力压裂的工艺过程：憋压一造缝f裂缝延伸/充填支撑剂一裂缝闭合憋压：利用地面高压泵组，将一定粘度的液体以大大超过地层吸收能力的排量泵入井中，在井底憋起高压；造缝：当该压力克服井壁附近地应力达到并超过岩石抗张强度后，地层破裂并产生裂缝；裂缝扩展.充填支撑剂：当裂缝延伸一段时间后，继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝继续延伸并在裂缝中充填支撑剂；放喷.裂缝闭合：泵注完毕后，通过破胶使任裂液粘度降低，并返排出；裂缝在闭合应力作用下闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定儿何尺寸和导流能力的填砂裂缝.油气井低产的主要原因近井地带储层受伤害，导致渗透率严重下降储层本身物性差，或流体流动性差地层压力低，油气层剩余能量不足进行水力压裂的目的绕过近井污染，恢复井的“自然”渗透率增加泄流体积，改变地层流体流动形态减少胶结疏松或疏松砂岩储层的出砂(压裂充填防砂技术)创造一条从井筒深入地层的传导路径，缩短基质流体流向井筒的渗流时间与距离，从而提高自然水平以外的产能高渗油气藏(50md以上的油藏或lmd以上的气藏)低渗/特低渗油气藏(lmd以下的油藏或0.Olmd以下的气藏)双线性流：地层线性流向裂缝，裂缝内流体线性流入井筒三种基本的裂缝扩展模式：（1） 张开型：内（拉）应力垂直作用于裂缝面，裂缝沿作用力方向张开扩展.如压裂或钻井过程（2） 滑开型：切应力平行作用于裂缝面，而且与裂缝线垂直，裂缝沿裂缝面平行滑开扩展.（3） 撕开型：切应力平行作用于裂缝面，而且与裂缝线平行，裂纹沿裂纹面撕开扩展如轴的裂纹13.地应力相对大小决定压裂形成何种裂缝缝型，水力压裂裂缝总是沿阻力最小的路径扩展，即在垂直于最小主应力的平面上产生和延伸.压裂裂缝的几何形态：水力裂缝与致密/页岩储层中发育的天然裂缝相互作用，通常形成复杂缝网结构（1） 均质油藏形成较规则的双翼裂缝（2） 伴随有垂直于主裂缝的天然裂缝被激活（3） 水力裂缝与天然裂缝的发育方向基本一致，可形成多条水力裂缝（4） 在具有两组正交的天然裂缝系统的储层中，可形成复杂的裂缝网络压裂液二基础液+添加剂+支撑剂前置液：不携带支撑剂的任裂液，破裂地层并造成一定儿何尺寸的裂缝，还能降低地层温度以保持压裂液粘度。加入细砂以堵塞地层微裂隙、减少滤失携砂液：携带支撑剂进入裂缝，形成具有一定导流能力的填砂裂缝。前置液后逐渐增加携砂液密度（浓度/砂比）。在压裂液总量中占很大比例。顶替液：将井筒中的全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液的效率和防止井筒沉砂（砂卡）压裂液的主要作用：传递压力、造缝及延伸裂缝、携砂（1） 能压开足够的裂缝宽度，以确保支撑剂进入裂缝.（2） 能提供适度的净压力，以促进裂缝在纵向（缝高）上的延伸、或防止其过度增长压破一些其它地层（如：水层）（3） 能提供足够的承载力以将支撑剂从井筒输送至裂缝尖端.（4） 能控制液体的滤失量.在岩层表面没有形成凝胶滤饼的情况下，压裂液的粘度高低是控制压裂液滤失的主要方法.压裂液的性能要求:①滤失小②悬砂能力强③摩阻低④稳定性好⑤配伍性好⑥低残渣⑦易返排⑧货源广，便于配制，价格便宜⑨安全、环保。滑溜水压裂（清水压裂）：使用低粘度的滑溜水溶液和低浓度、小粒径的支撑剂，以较高的泵注速度（排量大于9.54m3/min）进行施工以产生窄而长的裂缝核心助剂：减少在油/套管中的摩阻：加入减阻剂或线性凝胶；并不是无支撑剂的清水压裂滑溜水压裂是美国页岩油气储层增产改造的核心技术之一・混合型压裂（滑溜水作前置液和顶替液，聚合物作携砂液）：结合了冻胶爪裂和滑溜水压裂的优点，用滑溜水作前置液造一定的缝长及缝宽后，继以交联聚合物压裂液携带支撑剂注入裂缝，可获得更长的有效裂缝长度和更高的裂缝导流能力.支撑剂的类型（1） 天然支撑剂：石英砂。强度低、密度小，成本低，适用于中浅层、低渗储层（2） 人造支撑剂：乙低密度陶粒。强度高、密度大，成本高适用于高应力高温储层。b.树脂包裹陶粒°/c.热塑性纳米化合物制成的超轻质支撑剂。强度高、密度低，成本高，应力分布均匀，防止碎屑运移，减少支撑剂回流支撑裂缝导流能力Cf：支撑剂渗透率与裂缝宽度的乘积。反映支撑剂在储层闭合压力作用下通过或输送储层流体的能力。Cf=KfXWf支撑剂嵌入造成两方面损害：宽度损失和碎屑剥落。裂缝诊断：压裂施工过程压力分析压力-时间关系曲线：反映压裂裂缝在任裂全过程中的状况，可判断裂缝的延伸状态与儿何尺寸(缝长与缝宽)、压裂液性能与储集层参，为压裂设计提供重要的设计参数。在压裂施工压力分析中，一般都不直接使用实测的井底或井口任力，而是使用裂缝内的净压力.裂缝净压力：为在水力压裂过程中，泵注压裂液的压力克服沿程摩阻、炮眼摩阻、近井地带摩阻以及裂缝闭合压力，最终剩余的直接作用在岩石上使岩石产生裂缝的那部分有效压力；等于缝内压力与闭合压力之差闭合压力：指开始张开一条已存在的裂缝所必须的流体压力；或使裂缝恰好保持不致于闭合所需要的流体压力・(在均质、单层内进行压裂时，闭合压力等于压裂层的最小主应力)解释裂缝的延伸方式：模式I：较小的正斜率(l/6<k<l/4),与PKN模型一致，表示裂缝在高度方向延伸受阻，这是正常施工曲线.模式II：斜率20,裂缝延伸压力不变，称为临界净压力.这时裂缝延伸速率下降；表示缝高稳定增长到应力遮挡层内，还有可能是地层内天然微裂隙张开，使得滤失量与注入量持平模式III：斜率施工井底压力上升，裂缝在垂向和水平方向的延伸都被限制，缝内压力上升，缝宽增加。模式IV：斜率k>l,这个阶段井底压力急剧上升，裂缝在垂向和水平方向的延伸都被严重限制，缝内压力快速上升，表示裂缝内可能出现了堵塞.模式V：斜率k〈0,裂缝高度快速不稳定增长，水力裂缝延伸到低应力层或压窜，直到遇到高应力层或加入支撑剂后压力曲线才变缓；另一种可能是沟通了天然裂缝，滤失量增加，造成压裂液大量脱水和脱砂，易形成缝内砂堵，净压力又将很快上升。支撑裂缝必须具备两个有效关键参数：裂缝半长(Xf)：即1/2裂缝长度裂缝导流能力(Kfw):山支撑裂缝宽度w和足以使流体高速流入井筒的支撑剂充填的裂缝渗透率kf组成.CfD=KfXw/KXXf无因次裂缝导流能力:CfD二KfXW/KXXf无因次裂缝导流能力的大小，代表了裂缝实际导流能力和自然渗透能力的差异大小；当该值较大时，才能形成明显的双线性流动形式端部脱砂压裂TSO技术：是一种非常规的压裂技术，当裂缝达到预定的缝长时，前置液全部滤失完，这时在裂缝端部将发生脱砂(即砂堵)，裂缝净任力急剧升高，迫使裂缝在宽度方向上发展，以获得比常规压裂宽儿倍至儿十倍的支撑裂缝.端部脱砂压裂与常规压裂的比较描述：常规压裂，长而窄的缝(低导流能力)；端部脱砂任裂，短而宽的缝(高导流能力)

撑剂w（mm）：常规压裂，＜6;端部脱砂压裂，6、38缝宽L（m）：常规压裂，150^50;端部脱砂压裂，15'150支缝长浓度 （kg/m2）：常规压裂，2.5^10；端部脱砂压裂,20~60砾石充填完井：是在筛管和井壁之间充填一定尺寸的砾石，使之起到防砂和保护生产层作用的完井方法；是一种高效、长期的防砂方法，适宜于疏松地层及高产片使用筛管搭配拓渗透砾石；砾石在筛管和井眼/套管之间的环空中填充，起滤砂器的作用压裂充填：是把裂缝端部脱砂爪裂技术和砾石充填防砂技术结合来进一步改善油气井防砂效果.原理：在射孔井上砾石充填前，利用水力压裂在地层中造出短裂缝，然后在裂缝中填满砾石，最后在筛管与套管环空中充填砾石。用于防砂和消除近井伤害；一种通过消除表皮提高井产能和通过防砂延长井寿命的完井方式.无控制的裂缝高度不利影响：①②③④支撑剂不能按计划铺置，导致压裂效果不理想；①②③④压开非目的层，导致非目的层流体的产出；无法控制最优的裂缝长度，导致无法保持裂缝的长期导流能力；异常的压力反映，增加砂堵的危险.影响缝高扩展的因素：层间应力差异：层间应力差越大，缝高越低岩石特性：岩石的断裂韧性（显著影响）；泊松比（影响较小）；杨氏模量（对裂缝高度增长影响较小，对裂缝宽度有影响）；界面强度（浅层中层状岩层，影响裂缝垂向延伸）・压裂液粘度：任裂液粘度越大，摩擦越大，漏失系数越小，裂缝高度越大施工排量：施工排量越大，裂缝高度越大；其影响程度次于压裂液粘度。控制缝高的目标：限制裂缝高度的增长，将诱导裂缝限制在特定地层中裂缝高度控制方法”人工隔层控缝高压裂技术（1） 通过上浮剂和下沉剂在裂缝的顶部和底部形成人工遮挡层，增加裂缝末梢的阻抗.（2） 增加了上下隔层与压裂目标储层之间的地应力差.重复压裂技术：生产井经过笫一次压裂后，对已压裂过的层段，山于储层或上艺等方面的原因而失效，产量递减到需要进行第二次或更多次的压裂才能维持设计产量，这种对同井同层的压裂作业称为重复压裂重复压裂技术必要性：山于选井不当或汗裂设计有误，水力任裂所形成的裂缝因受应力的变化、支撑剂的嵌入或压裂液中被压碎的残渣及各种微粒运移伤害等因素的影响，随着压裂井的开发生产，裂缝会失去向井中输送油气的能力（导流能力），使油气井产量下降；因此，必须进行重复压裂来提高油气井的产量.重复压裂的三种类型：（1） 新生的老缝（延伸原有裂缝）（2） 层内压新缝/堵老缝压新缝（3） 转向的新缝（改向重复压裂）水平井钻井:利用特殊的井底动力工具与随钻测量仪器，钻成井斜角大于86度，并保持这一角度钻进一定长度井段的定向钻井技术。水平井分类：按曲率半径分类，大曲率半径水平井，中曲率半径水平井，小曲率半径水平井多分支井：多分支井指在一口主井眼的底部钻出两口或多口进入油气藏的分支井眼（二级井眼），其至再从二级井眼中钻出三级子井眼，并将其回接在一个主井眼中。拶分支井作用：可用于低渗透油层（如重油油藏）、多层薄油层、裂缝性油层、复杂断块油藏，能够提高单井产能，有效开米剩余油，改善油气藏开采效果，提高油气采收率。水平井完井方式：按照不同的标准有不同的分法：按照钻井后井眼是否裸露，可将其完井方法分为裸眼系列完井：裸眼完井，割缝衬管完井，带管外封隔器的割缝衬管完井，绕丝筛管完井，贯眼套管完井，裸眼预填充砾石筛管完井，裸眼金属纤维筛管完井，裸眼井下砾石充填完井；射孔系列完井：射孔完井，射孔套管内下绕丝筛管完井，射孔套管内下预充填砾石筛管完井，射孔套管内金属纤维筛管完井，射孔套管内井下砾石充填完井；按照完井方式是否具备防砂功能分为：非防砂型完井：裸眼完井，割缝衬管完井，带管外封隔器的割缝衬管完井，贯眼套管完井，射孔完井；防砂型完井:割缝衬管完井，绕丝筛管完井，裸眼预充填砾石筛管完井，裸眼金属纤维筛管完井，裸眼井下砾石充填完井，管内下绕丝筛管完井，管内预充填砾石筛管完井，管内金属纤维筛管完井，管内井下砾石充填完井，化学固砂完井水平井分段压裂：为什么？最大限度地增加了与储层接触面积。分布方式：水平井任裂裂缝有横向缝、轴向缝、斜交缝等，这取决于井筒方位与储层应力状态；最佳的裂缝形态是与水平井段正交的横向缝。固井滑套一体化分段（工艺原理）：将专用固井滑套压裂工具随套管连接，一趟管柱下入井内完成固井，然后通过井口加压/分级投球等方式打开一个/多个压裂滑套并进行分段压裂作业。水平井压裂技术发展趋势：（1）连续油管喷砂射孔环空加砂压裂技术（2）不动管柱水力喷射分段压裂技术（3）标准化、一体化、配套化（4）压裂工具的可控与智能化（5）高效低成本压裂（6）重视环保。水平井压裂裂缝有横向缝，轴向缝，斜交缝等，这取决于井筒方位与储层应力状态，最佳的裂缝邢台市与水平井段正交的横向缝连续油管：是山若干段长度在白米以上的柔性管，通过对焊或斜焊工艺焊接而成的无接头连续管，通常为低碳合金钢制作的管材，有很好的挠性，乂称挠性油管，一卷连续油管长儿千米。连续油管及其操纵设备称为盘管作业机或连续油管作业机。不管是什么类型的连续油管作业机，其基本1殳备都是相同的，主要包括液任动力单元，控制室，连续油管液筒，连续油管，注入头，井控设备。连续油管具有以下的优点：高效率：自成一体的设备，无需钻机的支持（陆地）。节省作业时间和费用，无需压井。起下油管时可不间断地泵入液体；减少地层污染的可能性特别是用于正在生产的油气井（无压井液进入地层）在大斜度井和水平井中作为工具的输送媒体。连续油管应用范围：洗井，压井；挤水泥，打水泥塞弃井；冲砂；替泥浆，压井；氮气气举；酸化；固砂和过油管防砂；在大斜度井和水平井中测井，下入/打捞钢丝工具，除垢，作为注入/虹吸管；连续油管完井；连续油管钻井，侧钻；连续油管射孔打捞作业：井内卡管，封隔器和遗落设备的回收作业落鱼”凡是掉入井内的部分管类、杆类等落物总称为落鱼。主要类型：1卡滞、损坏或无法接近的地下流动控制装置，无法用钢丝绳拉动的塞子2.电线或测井电缆3作业工具4.其它的异物智能井：智能井能够在一个连续信息反馈闭环系统中实现监测、信息分析，并主动实施控制；能完成儿乎实时地操作控制。也有人把其称之为智能完井技术。优势：1实时监测2实时控制3地面完成控制智能井能够实现：采集，传输和分析井筒的生产参数，储层和完井数据等；能够遥控控制储层，油水井和生产调控等；数据能够被传输到地面用于就地或者远程监控非常规油气资源有哪些稠油/油砂、页岩油/气、致密油/气、油页岩、煤层气、天然气水合物稠油：(1)定义API小于22.3的原油称为稠油分类：常规稠油：粘度5010000mPa*s超稠油：粘度1000050000mPas特稠油：粘度大于50000mPa-s开发方式：蒸汽吞吐蒸汽驱蒸汽辅助重力泄油蒸汽吞吐单井作业过程:将蒸汽注入到井中，周期为数周到数月；关井进行炯井，以使蒸汽携带的热量充分传递到地层中，周期为数天到数月；开井生产，周期为数周到数月；油井的产量衰减，进入到另一个蒸汽吞吐的周期中；该过程一直持续直到蒸汽吞吐的成本超过所开采出的原油所产生的经济价值。良好的水平方向的渗透率是油井进行开采的重要条件。一般厚度要在10米以上采收率大约为就地原油储量的蒸汽驱多口井中进和作业过程:在一口井或者多口井中注入蒸汽对稠油进行加热，降低稠油粘度；将原油驱替至生产井中；继续注入更多的蒸汽。采收率大约为就地原油储量的50%。蒸汽辅助重力泄油原理：在注汽井中注入蒸汽，蒸汽向上超覆在地层中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及侧面扩展，与油层中的原油发生热交换，加热后的原油和蒸汽冷凝水靠重力作用泄流到下面的水平井中产出。致密油：定义：孔隙度＜10%,渗透率＜lmD，平均有机质含量＞1%,API大于40储层分类划分I类：孔隙度7%10%II类:孔隙度4%7%。III类：孔隙度〈4%开采方式：水平井分段压裂技术：水平井分段多簇压裂一裂缝网络结构页岩油：开发方式：水力压裂法蒸汽注入发二氧化碳注入法页岩油和致密油的区别页岩油：储存于页岩中，没有运移；致密油：储存于页岩或致密砂岩中，轻微或没有运移油页岩：是一种桂源岩，含有较高含量的有机质，埋藏较浅，接近地表。需要在400-500度高温条件下才能产生石油。对于多数的碳氢化合物来讲是非成熟的。天然水合物■(1、)定义：是一种像冰状的结构，由水分子和天然分子组成，乂叫可燃冰。(2)形成条件：高压低温条件下，水分子形成了笼状结构将天然气分子包裹起来，水分子与天然气分子之间通过氢键联结。煤层气：(1)天然气(以中烷为主)在煤层中主要以下儿种形式存在：在大孔隙中主要以自山气形式存在；煤层微孔隙的内表面上以吸附态存在；如果任力降低，中烷能够从吸附态转变为游离态。（2）生产过程：将储层裂缝和割理中的水排出，使储层压力降低达到煤层气解吸附任力；煤层内表面上的煤层气解吸附；解吸附的煤层气扩散到煤层的裂缝和割理系统中；煤层气从裂缝和割理中流到井筒中；储层中的水通过油管流至地面，煤层气通过油套环空流至地面；储层中的水被泵抽吸出来，同时水的排出降低了储层的压力，吸附在煤层内表面的上的气体解吸附出来，汇流到井中，如此往复。致密油注水开发：（1） 混相驱：是向油层注水可混相的气体的注入过程。注入的气相和油相间能以任意比例混合，不会产生界面：以单相形式存在；维持储层压力、提高原油的驱替效率；通常用二氧化碳或氮气作为溶剂以提高原油的驱替效率。（2） C02最小混相压力（MMF）：油藏温度下气相混相的最低压力。页岩气概念：是指以游离和吸附方式存在于页岩内部微小孔隙、裂缝和矿物、有机表面的天然气。其中吸附气主要储存在有机组分中。总有机碳含量（T0C）定义：是指岩石中所有有机质含有的碳元素的总和占岩石总重量的百分比。总有机碳含量是评价页岩气的关键地质要素之一，高有机碳含量为页岩气形成与富集提供良好生桂能力，同时也是有机质孔隙发育的基础，而有机碳含量越高，页岩吸附能力越强。页岩气开发两个关键技术:水平井技术、分段压裂技术气井产能指数取决于：储层物性、有效的储层改造