气井增产工艺简介

气井增产工艺简介第1页/共88页第七章气井增产工艺技术简介气井产量低的主要原因

近井地带受伤害，导致渗透率严重下降油气层渗透性差地层压力低，油气层剩余能量不足第2页/共88页气井增产途径

提高或恢复地层渗透率保持压力增加地层能量降低井底回压气井增产方法

水力压裂酸化第七章气井增产工艺技术简介第3页/共88页增产技术发展历程酸化1895年美国HermanFrasch盐酸专利JohnW.vanDyke硫酸专利

1932年美国DowChemicalCompanyDowellCo.1943年延长油矿第4页/共88页增产技术发展历程水力压裂1947年美国Hｏｇｏｔｏｎ气田

1949年美国Aｍｏｃｏ公司

1952年延长油矿

1955年玉门油田第5页/共88页一.水力压裂“当其它措施都没有用时，就用压裂措施吧。”－AlumedS.Abou-Sayed1.水力压裂机理第6页/共88页一.水力压裂1.水力压裂机理第7页/共88页压力时间排量不变，提高砂比，压力升高反映了正常的裂缝延伸裂缝延伸压力（静）净裂缝延伸压力管内摩阻地层压力（静）破裂前置液携砂液裂缝闭合加砂停泵baa—致密岩石b—微缝高渗岩石FECS压裂施工曲线

PF—破裂压力PE—延伸压力

PS—地层压力P井底≥PF时一.水力压裂第8页/共88页=+xzyyxz+地层岩石三维应力状况1.水力压裂机理一.水力压裂第9页/共88页rxrRwxy1.水力压裂机理一.水力压裂第10页/共88页＝地应力+井筒内压+渗滤引起的周向应力根据最小主应力原理：

—当z最小时，形成水平裂缝;—当Y或x>z，形成垂直裂缝。zxyyxz1.水力压裂机理一.水力压裂第11页/共88页2.压裂液一.水力压裂—压裂液及其性能要求—压裂液添加剂—压裂液的流动性—压裂液的滤失性第12页/共88页一.水力压裂压裂液及其性能要求滤失低携砂能力强摩阻低、比重大稳定性好配伍性好残渣少易于返排货源广、价格便宜、便于配制第13页/共88页一.水力压裂压裂液的类型水基压裂液油基压裂液酸基压裂液泡沫压裂液第14页/共88页一.水力压裂压裂液添加剂降滤剂防膨剂杀菌剂表面活性剂PH值调节剂稳定剂第15页/共88页一.水力压裂压裂液的流变性牛顿型液体非牛顿型液体假塑性液体宾汉型液体屈服-假塑性液体胀流型液体触变性液体流凝性液体粘弹性液体第16页/共88页一.水力压裂牛顿型液体流变模型或称本构方程：

剪切应力与剪切速率成正比，并且μ不随剪切速率的变化而改变。第17页/共88页一.水力压裂非牛顿型液体

定义：凡是流动时剪切应力与剪切速率之间的关系不是线性关系的液体，统称为非牛顿型液体。其主要特征是：粘度随剪切速率的变化而改变，剪切应力与剪切速率之间有多个参数。第18页/共88页一.水力压裂压裂液的滤失性（1）滤饼区的流动滤饼控制过程（2）侵入区的流动压裂液粘度控制过程（3）地层流体的压缩地层流体粘度及压缩控制过程第19页/共88页一.水力压裂压裂液的滤失性造壁性影响的滤失系数Cw压裂液粘度影响的滤失系数Cv地层流体的粘度和压缩性影响的滤失系数Cc综合滤失系数C可由调和平均法得到：第20页/共88页一.水力压裂压裂液的滤失性PwPvPcPs通常，用P代替PW，PV，PC第21页/共88页一.水力压裂3.支撑剂支撑剂性质及种类裂缝导流能力及其影响因素支撑剂的选择支撑剂颗粒的沉降第22页/共88页一.水力压裂支撑剂特性要求强度高、硬度适中粒径均匀圆球度好化学温度稳定性好质量高，杂质含量少密度适中货源广、价格低第23页/共88页一.水力压裂支撑剂类型硬脆性支撑剂

其特点是硬度大，变形很小－石英砂（砂子）－陶粒－铝球－玻璃珠韧性支撑剂

其特点是变形大，在高压下不易破碎－核桃壳－树脂包层支撑剂第24页/共88页一.水力压裂支撑剂选择内容:-支撑剂强度

-地岩岩石硬度

-支撑剂颗粒大小

-支撑剂密度

-支撑剂浓度（排列方式）考虑因素:-地质条件（如闭合压力、岩石硬度、温度、物性）

-工程条件（压裂液性质、泵注设备）

-经济效益第25页/共88页一.水力压裂

裂缝导流能力是指裂缝传导（输送）流体的能力。填砂裂缝的导流能力定义为支撑后的裂缝渗透率Ｋｆ与支撑后的裂缝宽度Ｗｆ之积。即填砂裂缝导流能力:（ＫＷ）ｆ或ＦＲＣＤ＝ＫｆＷｆ裂缝导流能力第26页/共88页一.水力压裂裂缝导流能力地层的闭合压力地层岩石硬度支撑剂性质支撑剂在裂缝中分布其它影响因素：第27页/共88页一.水力压裂支撑剂沉降特性1单颗粒自由沉降受力分析：

—

固体颗粒的重力

—

流体对固体颗粒的浮力

—

颗粒的运动阻力重力浮力阻力颗粒概念：

—自由沉降

—干扰沉降第28页/共88页一.水力压裂支撑剂沉降特性2干扰沉降Novotny公式：

当NRe2时

UH/UP=5.5

当2<Nre<500时

UH/UP=3.5

当NRe

500时

UH/UP=2Brown公式：第29页/共88页一.水力压裂3支撑剂在幂律液体中的沉降用视粘度a代替支撑剂沉降特性第30页/共88页一.水力压裂4沉降型布砂设计思路：支撑剂在裂缝高度上的分布平衡流速、平衡高度的计算砂堤的堆起速度平衡时间支撑剂沉降特性第31页/共88页一.水力压裂5全悬浮布砂设计支撑剂沉降特性全悬浮式砂子分布：使用高粘压裂液作携砂液，设计加砂程序目的：（1）计算缝内砂比沿缝长变化基础上，找出满足设计要求的导流能力的加砂步骤（2）避免在缝中出现砂比过高的砂卡现象第32页/共88页一.水力压裂5全悬浮布砂设计支撑剂沉降特性

悬浮压裂液适合于低渗透储层，因为这里并不需要很高的裂缝导流能力就能获得较好的增产效果。优点：支撑面积大缺点：导流能力不及沉降式砂子分布具体分析，择优采用第33页/共88页二.酸化1酸化增产原理主要矿物成分：方解石CaCO3>50%石灰岩类白云石CaMg(CO3)2>50％白云岩类盐酸与碳酸盐岩的化学反应

2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO24HCl+CaMg(CO3)2=CaCl2+MgCl2+2H2O+2CO2第34页/共88页二.酸化

—酸液挤入孔隙或天然裂缝与其发生反应，溶蚀孔壁或裂缝壁面，增大孔径或扩大裂缝，提高储层的渗流能力；

—溶蚀孔道或天然裂缝中的堵塞物质，破坏泥浆、水泥及岩石碎屑等堵塞物的结构，使之与残酸液一起排出储层，起到疏通流动通道的作用，解除堵塞物的影响，恢复储层原有的渗流能力。1酸化增产原理第35页/共88页二.酸化酸岩复相反应:酸岩复相反应是在高温、高压条件下进行的，反应在液相（酸液）与固相（岩石）的界面上发生，为一复相反应。由化学动力学理论可知：均相反应速度主要受温度、浓度液相，而复相则较复杂。复相反应特点：反应只在接触面上进行。2酸岩反应第36页/共88页二.酸化酸岩复相反应过程：H＋酸液岩面扩散边界层Ca2+Mg2+CO2反应生成物离开岩石表面，向酸液扩散H＋与岩石发生反应（表面反应）H＋向岩石表面（相界面）传递2酸岩反应第37页/共88页二.酸化3酸岩反应速度影响因素—酸与岩石的反应过程进行的快慢，可用酸与岩石的反应速度来表示。

—酸岩反应速度：单位时间内酸浓度的降低值或单位时间内岩石单位面积的溶蚀量（或称溶蚀速度）。

鲜酸：未与岩石发生化学反应的酸液；

余酸：酸岩反应过程中，含有反应产物，但未失去活性的酸；残酸：完全失去反应能力的酸液。第38页/共88页二.酸化3酸岩反应速度影响因素酸岩反应速度与下列因素有关：酸岩系统的面容比垂直与岩面的酸浓度梯度H＋的传质速度其它因素第39页/共88页二.酸化3酸岩反应速度影响因素面容比面容比越大，反应速度越快。实验条件：盐酸与白云岩温度80℃，酸浓度20％，流量15ml/s第40页/共88页二.酸化3酸岩反应速度影响因素酸液的流速层流，影响小。紊流，影响大，强迫对流使H＋的传质速度增大，但反应速度增加倍数小于流速增加，有助于增加有效作用距离。酸液流速，cm/s反应速度mg/cm2.s第41页/共88页二.酸化试验条件：盐酸与灰岩压力7.03MPa

温度27℃

流速0.48cm/s

酸浓度在24％～25％之前，HCl浓度增加，反应速度增加；之后，浓度增加，反应速度反而下降。初始浓度越高，余酸的反应速度越慢HClH＋＋Cl＋现场倾向采用高浓度酸液3酸岩反应速度影响因素第42页/共88页二.酸化酸液的类型反应速度与酸液内部H＋浓度成正比。采用强酸时反应速度快，采用弱酸时反应速度慢。从货源、价格及溶蚀能力方面来衡量，盐酸仍是酸化中应用最广泛的酸。

3酸岩反应速度影响因素第43页/共88页二.酸化其它因素（1）温度温度越高，反应速度越快。在低温条件下，温度变化对反应速度变化的影响相对较小，高温条件下，温度变化对反应速度的影响较大。3酸岩反应速度影响因素第44页/共88页二.酸化其它因素（2）压力反应速度随压力的增加而减缓。试验指出，总的来说，压力对反应速度的影响不大，特别是压力高于6.5MPa后可以不考虑压力对酸岩反应速度的影响。3酸岩反应速度影响因素川东白云岩，温度40℃，20%HCl第45页/共88页二.酸化延缓反应速度的方法和途径：

造宽裂缝降低面容比

采用高浓度盐酸酸化

采用弱酸处理

洗井井底降温

提高注酸排量3酸岩反应速度影响因素第46页/共88页二.酸化压裂酸化酸化：地层方式：油管注液环空注液封隔器

压裂车压开裂缝张开裂缝酸刻蚀裂缝高导流能力裂缝第47页/共88页二.酸化

压裂酸化

—施工压力：Pi>PF。

—注入速度:大于储层极限吸液速度。

—酸流动、溶蚀方式:形成人工裂缝，沿裂缝流动反应，有效作用距离可达几十到上百米。

—适用范围:在碳酸盐岩储层中形成人工裂缝，解除近井带污染，改变储层流型，沟通深部油气区，可大幅度提高油气井产量。4碳酸岩盐地层的酸压第48页/共88页二.酸化—压裂酸化产生裂缝，增大渗流面积，改善油气的流动方式，增大井附近油气层的渗流能力；—消除井壁附近的储层污染的影响；

—沟通井筒附近的高渗透带、储层深部裂缝系统及油气区。4碳酸岩盐地层的酸压第49页/共88页二.酸化4碳酸岩盐地层的酸压—酸压时，酸液沿裂缝向储层深部流动，酸液浓度逐渐降低。当酸液浓度降低到一定程度后(一般为初始浓度的10％)，酸液变为残酸。酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离称为酸液的有效作用距离。

—在靠近井壁的那一段裂缝长度内(即在有效作用距离范围内)，由于裂缝壁面的非均质性被溶蚀成为凹凸不平的沟槽，施工结束后，裂缝仍具有相当的导流能力，把此段裂缝的长度称为裂缝的有效长度。第50页/共88页二.酸化4碳酸岩盐地层的酸压—常用的方法是有限差分法和Lumping方法。差分方法是直接将酸岩反应的对流扩散方程及其边界条件离散化，用计算机求解差分方程，得到沿裂缝方向酸浓度的分布规律，从而确定出有效作用距离。应用时可把计算结果绘成图板，直接查图板确定酸液有效作用距离。

—考虑了酸液的滤失时，盐酸与石灰岩流动反应的有效作用距离计算图版。第51页/共88页二.酸化4碳酸岩盐地层的酸压第52页/共88页二.酸化4碳酸岩盐地层的酸压

—图中定义的两个无因次参数为皮克列特数无因次距离第53页/共88页二.酸化4碳酸岩盐地层的酸压—任意断面Le处的酸液浓度值的计算：计算出皮克列特数Np，再给定任意断面位置Le，又可计算出无因次距离LD。最后利用计算图版，两坐标位置的垂线相交，得到Le位置的无因次浓度C/C0值。

—酸液的有效作用距离Le值的计算：根据皮克列特数Np和给定的C/C0，便可查出无因次距离LD，从而计算出酸液浓度降至预定的C/C0(如C/C0＝0.1)，酸液的有效作用距离Le值。第54页/共88页二.酸化4碳酸岩盐地层的酸压酸蚀裂缝导流能力的计算：—酸蚀裂缝导流能力即酸蚀裂缝宽度和酸蚀裂缝渗透率的乘积。

—理想宽度：定义为裂缝闭合前被酸溶解所产生的裂缝宽度。

X－酸的体积溶解能力，m3/m3；

V－注入酸的总体积，m3；

Wai－酸蚀缝宽，m。第55页/共88页二.酸化4碳酸岩盐地层的酸压酸蚀裂缝导流能力的计算：

0<SRE<140MPa，C2＝[13.457-1.3lnSRE]/1000140<SRE<3520MPa，C2＝[2.41-0.28lnSRE]/1000

－闭合应力，MPa；

SRE－岩石嵌入强度，MPa。第56页/共88页二.酸化4碳酸岩盐地层的酸压增产倍比的计算：—增产倍比：酸化井施工后的采油指数与施工前的采油指数之比。

—增产倍比是增产效果好坏的直接体现，是酸化设计中的重要指标，是进行酸化技术经济评价必不可少的参数。

—压裂酸化后增产倍比预测方法有图板法和数值计算方法。第57页/共88页二.酸化4碳酸岩盐地层的酸压增产倍比的计算：—酸化前，其产量按稳定平面径向流计算第58页/共88页二.酸化4碳酸岩盐地层的酸压增产倍比的计算：—酸压后，有效作用距离为Le，储层中径向上形成两个不同渗透率区域，其产量为：

第59页/共88页二.酸化4碳酸岩盐地层的酸压增产倍比的计算：第60页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（1）酸液体系盐酸－无机酸：无色，但由于杂质略带黄色－浓度：工业浓度31％－特点：成本低，溶蚀能力强－缺点：反应速度快腐蚀严重，带如Fe3+如形成沉淀将污染地层H2S含量高的井，产生脆性断裂浓度增加，粘度增加；温度增加，粘度降低。第61页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（1）酸液体系泡沫酸组成：酸液＋气体＋起泡剂＋稳定剂用途：酸压缓速机理：由于小气泡减少了酸与岩石的接触面积，限制了酸液中H＋的传递，延缓了酸岩反应速度第62页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（1）酸液体系泡沫酸优点：液体含量低，对储层污染小粘度高，动态裂缝宽滤失小反应速度低，作用距离大易反排，悬浮能力强，可带出固体不溶物适合低压、低渗、水敏性地层缺点：成本高地层压力高、深井受限制天然裂缝发育地层滤失量大设备要求高第63页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（1）酸液体系乳化酸组成：酸＋油＋乳化剂＋其它添加剂一般：油外相，酸内相用途：酸化、酸压缓速机理：乳化酸进入地层后，被油膜包裹的酸液不能马上与岩石接触、发生反应，只有进入地层一段距离后，因温度升高或挤压而破乳，酸才能与岩石反应，延缓了反应速度第64页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（1）酸液体系乳化酸优点：反应速度低粘度高，动态缝宽大有效作用距离长腐蚀小缺点：摩阻大，排量受限稳定性较差不易完全破乳，不利反排内、外相用量不易确定第65页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（1）酸液体系多组分酸盐酸＋有机酸特点：盐酸溶解近井地带，有机酸溶解远井地带优点：酸液有效作用距离大缺点：成本高第66页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（1）酸液体系缓速酸组成：酸液＋亲油性表面活性剂用途：酸压缓速机理：活性剂在岩石表面吸附，形成油溶性活性剂吸附层，造成一种物理屏障，阻碍H＋向岩石表面传递，延缓酸岩反应速度第67页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（2）酸液添加剂缓蚀剂最主要添加剂，费用占总费用比例大缓蚀剂是通过物理吸附或化学吸附而吸附在金属表面，从而把金属表面覆盖，使其腐蚀得到抑制。无机缓蚀剂：含砷化合物等。有机缓蚀剂：砒啶类、炔醇类、醛类、硫脲类、胺类等。第68页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（2）酸液添加剂表面活性剂—

表面张力降低剂采用阴离子型或非离子型表面活性剂及其调配物，加到酸液中以降低酸液和原油之间的表面张力，降低毛管阻力，调整岩石润湿性，帮助酸液返排。

—破乳剂在酸液中加入活性剂，可以抵消原油中原有的天然乳化剂(石油酸等)的作用，防止酸与储层原油乳化，此类表面活性剂为破乳剂。第69页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（2）酸液添加剂表面活性剂

—分散剂及悬浮剂

在酸化过程中使杂质可悬浮在酸液中，随残酸排出，而加入的一种添加剂称为悬浮剂。使残酸液的杂质颗粒保持分散而不聚集加入的添加剂称为分散剂

—缓速剂为了延缓酸岩反应速度，在酸液中加入一种活性剂，其在岩石表面吸附，使岩石具有油湿性。岩石表面被油膜覆盖后，阻止了H＋与岩面接触，降低酸岩反应速度。第70页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（2）酸液添加剂铁离子稳定剂

为了减少氢氧化铁沉淀堵塞储层的现象而加入的某些化学物质。稳定剂能与酸液铁离子结合生成溶于水的络合物，减少了氢氧化铁沉淀的机会。Fe3+＋6CH3COO-[Fe(CH3COO)6]3-第71页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（2）酸液添加剂常用铁离子稳定剂第72页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（2）酸液添加剂粘土稳定剂

—目的

防止酸化过程中酸液引起储层中粘土膨胀、分散、运移造成对储层的污染而加入的化学物质。

—类型简单阳离子类粘土稳定剂无机聚阳离子类粘土稳定剂聚季铵盐第73页/共88页二.酸化5酸液及添加剂（2）酸液添加剂增稠剂

—目的在酸液中加入一种能够提高酸液粘度的物质，通过增大动态裂缝宽度、降低裂缝面容比；降低H＋传质速度；降低酸液滤失，实现延缓酸－岩反应速度，增大酸液有效作用距离。

—类型聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素和瓜胶。第74页/共88页二.酸化6酸处理工艺酸化处理井层的选择常用酸化工艺及其适应性压裂酸化处理设计基质酸化处理设计第75页/共88页二.酸化6酸处理工艺（1）选井选层—客观地描述储层的渗流条件。

—通过不稳定试井技术，描述储层的渗滤特征及表皮堵塞特征。

—推荐可供增产作业改造的井和层段。第76页/共88页二.酸化6酸处理工艺（1）选井选层选井选层的基本原则—储层含油气饱和度高、储层能量较为充足。

—产层受污染的井。

—邻井高产而本井低产的井应优先选择。

—优先选择在钻井过程中油气显示好，而试油效果差的井层。

—产层应具有一定的渗流能力。第77页/共88页二.酸化6酸处理工艺（1）选井选层选井选层的基本原则—油、气、水边界清楚—固井质量和井况好的井

在考虑具体井的酸化方式和酸化规模时，应对井的动态阻力和静态阻力进行综合分析，确定储层物性参数，并根据物性参数及油井的历史情况综合分析，准确确定出油气井产量下降或低产(水井欠注)的原因以及该井可改造的程度，为酸化作业提供地质依据。第78页/共88页二.酸化6酸处理工艺—在碳酸盐岩储层酸化改造中，主要形成和发展了基质酸化技术和压裂酸化技术，习惯上用:

酸化(MatrixAcidizing)表示基质酸化酸压(Acid-Fracturing)表示压裂酸化。第79页/共88页二.酸化6酸处理工艺（2）常用酸化工艺及其适应性—基质酸化也称为常规酸化或解堵酸化，基本特征是在施工压力小于储层岩石破裂压力的条件下，将酸液注入储层。

—碳酸盐岩基质酸化的重要特征是酸蚀蚓孔(Wormhole)的形成和微裂缝的扩大，其增产机理与蚓孔密切相关。基质酸化技术及适应性第80页/共88页二.酸化6酸处理工艺（2）常用酸化工艺及其适应性酸压是依靠对裂缝(包括天然裂缝)、不整合的裂缝表面酸蚀以提供导流能力。控制酸压施工效果取决于裂缝导流能力和酸液有效作用距离。研究方向主要集中在三个方面：降低酸压过程中流体或酸液滤失的物质和技术；降低注液过程中酸岩反应速率的物质和技术；提高酸蚀裂缝导流能力的物质和技术。压裂酸化技术及适应性第81页/共88页二.酸化6酸处理工艺（2）常用酸化工艺及其适应性—酸压过程中酸液的滤失问题通常考虑从滤失添加剂和工艺两方面着手；降低酸岩反应速率可以加缓速剂或从工艺上进行：加入缓速剂，使用胶凝酸、乳化酸、泡沫酸和有机酸，并结合有效的酸化工艺可起到较好的缓速效果；提高裂缝导流能力可从选择酸液类型和酸化工艺着手，其原则是有效溶蚀和非均匀刻蚀。

—压裂酸化技术根据能否实现