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用于欲压开多层而各层破裂压力有差别的油井。
通过控制各层射孔孔眼数量和直径,并尽可能提高注入排量,利用先压开层孔眼摩阻提高井底压力而达到一次分压多层的目的。
有A、B和C三个油层,相应的破裂压力分别为24,20和22MPa,按射孔方案射开各自的孔眼。
当注入井底压力为20MPa时,B层压开;
然后提高排量,因孔眼摩阻正比于排量,B层孔眼摩阻达到2MPa时的注入井底压力为22MPa,即C层被压开;
继续提高排量,B层孔眼摩阻达到4MPa时的井底注入压力为24MPa,A层被压开。
射孔孔眼的作用类似于井下节流器,随排量增加,井底压力不断提高,从而逐层压开。
限流法分层压裂的关键在于必须按照压裂的要求设计合理的射孔方案,包括射孔孔眼、孔密和孔径,使完井和压裂构成一个统一的整体。
1.蜡球选择性压裂
在压裂液中加入油溶性蜡球暂堵剂,压裂液将优先进入高渗层内,蜡球沉积而封堵高渗层,从而压开低渗层。
油井投产后,原油将蜡球逐渐溶解而解除堵塞。
若高渗层为高含水层,堵球不解封有助于降低油井含水率。
2.堵塞球选择压裂
将井内欲压层段一次射开,首先压开低破裂压力层段后加砂,然后注入带堵塞球的顶替液暂堵该层段;
再提高泵压压开具有稍高破裂压力的地层,根据需要注入顶替液后结束施工或者继续注入带堵塞球的顶替液暂堵该层段一边压裂另外层段。
从而改善产油/吸水剖面。
二、控缝高压裂技术
当油气层很薄或者产层与遮挡层间最小水平主应力差较小,压开的裂缝高度很容易进入遮挡层,此时需要控制裂缝高度延伸。
可以通过控制压裂液性能参数和施工排量来实现,更可靠的是人工隔层控缝高压裂技术。
基本原理是在前置液中加入上浮式或下沉式导向剂,通过前置液将其带入裂缝,浮式导向剂和沉式导向剂分别上浮和下沉聚集在人工裂缝顶部和底部,形成压实的低渗透人工隔层,阻止裂缝中压力向上/向下传播,达到控缝高的目的。
为了使两种导向剂能上浮和下沉,一般在注入携有导向剂的液体后短期停泵,然后进行正常的压裂作业。
人工隔层控缝高技术主要用于1)生产层与非生产层互层的块状均质地层;
2)生产层与气、水层间无良好隔层;
3)生产层与遮挡层应力差不能有效控制裂缝垂向延伸。
三、测试压裂技术
测试压裂也称为小型试验压裂,它是进行一次小规模压裂并分析压裂压力获得裂缝有关参数。
包括裂缝延伸压力测试、裂缝闭合压力测试、微注入测试等。
压裂技术
1.滑套式分层压裂技术 采用水力扩张式封隔器和滑套式喷砂器组成的压裂管柱,自下而上不动管柱施工,完成对1~3个层段的压裂。
适用于高、中、低渗油层。
2.选择性压裂技术
压裂施工时利用暂堵剂对井段内渗透率高的层进行临时封堵后,再压裂其它层,以达到选择油层压裂的目的。
该技术适用于层内不均质的厚油层或层间差异大的油层。
自78年应用以来,共施工2870口井5032层。
3.多裂缝压裂技术 在施工时用高强度暂堵剂对已压开层进行临时封堵后,再压裂其它层。
一趟管柱可以压裂3~4个层段,每层段可以形成2~3条裂缝。
适用于油层多、隔层小、高密度射孔的油水井。
4.限流法压裂技术
压裂时通过低密度射孔、大排量供液,形成足够的炮眼磨阻,实现一次压裂对最多5个破裂压力相近的油层进行改造。
适用于油层多、隔层小、渗透率低、可以定点低密度射孔的油水井完井压裂。
1985~2000年间,应用此技术共压裂3500余口井14500多层,增产效果显著。
5.平衡限流法压裂技术 采用与油层相邻的高含水层射孔的方法,使其与目的层成为统一的压力系统,平衡高含水层,以实现对低密度射孔部位油层的压裂,压后将高含水层炮眼堵死。
适用于油层与高含水层隔层为0.4~0.8m的井的压裂完井。
一次压裂可以实现最多5个层的改造。
6.定位平衡压裂技术
在压裂施工时利用定位压裂封隔器和喷砂器控制目的层吸液炮眼数量和位置,平衡高含水层,实现一次压裂3~5个目的层的改造。
该技术适用于高密度射孔井的薄互层、目的层与水淹层隔层厚度在0.8~1.2m之间的薄油层及厚油层低含水部位的挖潜。
7.水平缝脱砂压裂工艺技术 在压裂时控制前置液量、排量、滤失速度,使携砂液在裂缝尖端或其附近脱砂,阻止裂缝继续向前延伸,以形成一条高导流能力裂缝。
适用于井距70--120米、厚度大于1m、有效渗透率>50×
10-3um2的密井网油层改造。
其压裂井效果比同条件下常规压裂井多增油30%左右。
8.燃爆复合压裂技术 压裂时先进行高压气体压裂,在井筒附近形成数条径向微裂缝,再进行水力压裂,达到有效提高井筒附近泄流能力的目的。
该技术适用于固井质量良好的低渗透或致密的油层。
现场应用中压裂弹升压时间为0.3~0.5ms、升压速率15.4~92.46MPa/ms、峰值压力低于60Mpa。
9.热化学复合压裂技术 利用预前置液中的化学药剂反应产生的自生热量,提高缝内温度,降低原油流动阻力,达到提高效果的目的。
该技术适用于低渗、稠油、含蜡量高的地层改造。
10.CO2压裂技术 把液态二氧化碳和水基压裂液形成的混合液泵入井中,实施压裂,达到增产增注的目的。
其压裂液具有残渣低、返排率高、滤失小和弱酸性解堵的特点,可减少对油层的伤害,适用于低渗透、致密层的油气井改造。
11.41/2″套管井分层压裂技术 采用特制的井下工具对41/2″小套管井实施分层压裂改造,一趟管柱可压3层。
12.特殊井压裂工艺技术 特殊井压裂包括水平井压裂和斜直井压裂。
水平井压裂是使用特制的下井工具对水平段油气层进行套管内分段压裂;
斜直井压裂是利用特制的井下工具对斜度变化在3~50o之间的斜直井进行压裂施工。
压裂施工基本程序
压裂施工的基本程序如下:
循环——试压——试挤——压裂——支撑剂——替挤——反洗或活动管柱
1.循环:
将压裂液由液罐车打到压裂车再返回液罐车。
循环路线是液罐车-混砂车-压裂泵-高压管汇-液罐车,旨在检查压裂泵上水情况以及管线连接情况。
循环时要逐车逐档进行,以出口排液正常为合格。
2.试压:
关死井口总闸,对地面高压管线、井口、连接丝扣、油壬等憋压30-40Mpa,保持2-3min不刺不漏为合格。
3.试挤:
试压合格后,打开总闸门,用1-2台压裂车将试剂液挤入油层,直到压力稳定为止。
目的是检查井下管柱及井下工具是否正常,掌握油水的吸水能力。
4.压裂:
在试挤压力和排量稳定后,同时启动全部车辆向井内注入压裂液,使井底压力迅速升高,当井底压力超过地层破裂压力时,地层就会形成裂缝。
5.支撑剂:
开始混砂比要小,当判断砂子已进入裂缝,相应提高混砂比。
6.替挤:
预计加砂量完全加完后,就立即泵入顶替液,把地面管线及井筒中的携砂液全部顶替到裂缝中去,防止余砂乘积井底形成砂卡。
7.反洗或活动管柱
顶替后立即反洗井或活动管柱防止余砂残存在井筒封隔器卡距之内,造成砂卡。
压裂施工常用特车介绍
压裂是一种常规增产技术,在油气生产中不可或缺,这种技术应用相当广泛,几乎80%的油井需要压裂技术才能达到较好的开发效果。
压裂施工中最主要的设备是压裂车,它的作用是向井内注入高压、大排量的压裂液,将地层压开,把支撑剂挤入裂缝。
压裂车主要由运载、动力、传动、泵体等四大件组成。
压裂泵是压裂车的核心组件。
由于压裂车的技术性能直接关系到现场施工的效果,所以压裂车必须具有压力高、排量大、耐腐蚀、抗磨损性强等特点。
在压裂施工中,我们还需要用到混沙车,它的作用是按一定的比例和程序混砂,并把混砂液供给压裂车。
它的结构主要由传动、供液和输砂系统三部分组成。
当然除了这些,压裂施工还需要平衡车和仪表车。
平衡车主要有两个功能,首先是用来保持封隔器上下压差在额定的范围内,保护封隔器和套管。
其次当施工过程中中出现砂堵、砂卡等问题时,平衡车还可以进行反洗或反压井,排除故障。
仪表车相当于这些特车神经中枢,它在压裂施工中远距离遥控压裂车和混砂车,采集和显示施工参数,进行实时数据采集、施工监测及裂缝模拟并对施工的全过程进行分析。
我们最后要介绍的是管汇车:
运输管汇是管汇车的主要功能,如;
高压三通、单流阀、四通、控制阀等。
油资源的提取过程大揭秘
石油是从油页岩中提取出来的。
油页岩又称油母页岩,是由沉积在浅海和湖沼中的腐泥转换而来的。
它的原始物质除古代水生植物、孢子和花粉之外,还有若干动物质。
在地壳不断下降和在深水缺氧的条件下,经嫌气细菌的作用,使腐泥中的有机物质发生还原与分解反应,形成含有丰富碳氢化合物的沥青砂和油页岩。
全世界油页岩和沥青砂含油的总储量高达14160亿吨。
已探明的矿藏含油4400亿吨,相当于7084亿吨标准煤。
在美国,从科罗拉多、怀俄明和犹他三个州的油页岩中可提取750亿吨石油。
加拿大有大量的沥青砂矿藏,从加拿大的沥青砂中可提取的石油同美国三个州的油页岩内提取的石油量相等。
在阿尔伯达的阿萨巴斯坦油矿有一座沥青砂炼油厂,年均产量250万吨油。
对油砂矿的开采,浅层的可采取原地露天开采的方法,深层矿脉必须附设地下开采设备。
加拿大的埃克森资源公司在冷湖矿建造一种能向地下427米深处的厚沥青砂矿床注入热蒸汽的装置,通过定向井眼,确保蒸汽在矿床中最大限度地均匀分配,以加热沥青砂并迫使油流至地面,这种方法称为“半原地”回收法。
油母页岩是一种不透水的含油岩石。
用上述的方法开采是行不通的。
对这种油矿的开采大体步骤是:
把油页岩矿石粉碎成极细的粉末,经过加热处理,或者化学处理,便可从油页岩中获得原油。
但这种方法采油率低,从5000万吨矿石中仅能提取500吨石油。
因此,研究和探索新的采油手段和提取石油的方法,是科学家们的努力目标.
韩大匡院士:
谈如何提高高含水量油田采收率
韩大匡:
中国工程院院士、中国石油勘探开发研究院教授级高级工程师、中国石油勘探开发研究院原油田开发所所长、副院长、总工程师、中国石油学会理事、石油工程专业委员会原副主任
我国石油油田开发的现状和面临的问题有哪些
谈到我们的油田开发业,首先应该肯定,我们从建国以来,我们油田开发业经历了一个快速发展的广阔的道路,为什么说是快速发展呢?
因为我们在建国初期,也就是49年的时候,我们全国原油的产量才12万吨,其中天然油更少,只有7万吨,还有5万吨是从油页岩人造油,07年天然油已增长到1亿8千600万吨,所以从增长倍数来说,增长了1550倍,这个速度是非常之快的。
现在这个产量在全世界,各个国家比较,占到第五位,这个位置很靠前,但是近几年我们的油田开发,即我们的石油产量,虽然还是稳中有增,但是赶不上国民经济快速发展的需要,面临着供不应求这样一个严峻的局面。
实际上,这也是一个逐渐变化的过程,我们在93年以前,就是上个世纪1993年以前,我们的总的石油还是出口量大于进口量,从93年开始,由于国民经济以9-10%以上的速度发展,就有点赶不上需求了。
我们大家有汽车,汽车是石油消费中间最大的一个因素,石油主要用在作为燃料供给交通工具,作为化工燃料还有一些其他用处。
但是消耗最大的还是汽车。
交通工具也包括飞机、柴油机车、轮船。
最大的还是汽车,因为汽车的数量大,特别现在一些老百姓手头宽裕一些,还愿意买大排量的车。
所以消耗量是越涨越快,在这种情况下,从93年开始,我们的进口量就开始大于出口量。
到07年就增加的更厉害了,我们的消费量达到了3.69亿吨,我们的产量才1.86亿吨,我们要进口1.83亿吨。
47%要靠进口。
这个比例不小,随着国民经济的发展,这个比例还要扩大,我在侯老院士的领导下参与搞了一个中国油气可持续发展的战略研究,我们想预测一下2020年大概会到什么程度,我们希望我们的消费量不要大于4.5亿吨,这是有前提的,前提就是在全民节油的情况下。
我们的进口依存度不要超过60%。
上限是60%,特别是要节约燃料,汽车用油,我们当时估计了一下,假如说汽车的保有量到2020年还能控制在1亿辆以内,可能达到4.5亿吨这个指标,假如超过这个量,消费量就可能到5亿吨,对外的进口依存度就要超过60%。
我们进口的油85%要经过马六甲海峡,它是很狭窄的通道,这个通道还有海盗出没,如果海盗,或是由于国际形势的变化等不可预测的因素,我们的进口要受到很大的影响。
我们的国民经济要受到很大的影响。
我们的油价就要受到影响,有可能造成石油安全问题。
油田经过几十年的开采,进入老年阶段,油田跟人一样也有生命周期,比如最早开发的玉门老君庙油田,已经有70年的历史,现在产量比较低,我们最大的大庆油田,从60年开始开发,现在已经进行了40多年,快接近50年了。
也快进入老年了,它的含水已经超过90%了。
胜利油田的产水可能比大庆还要高点,这些大的主力油田,含水都非常高了。
我们统计一下,全国新老油田一起算,03年统计平均数值到84%了。
这是个什么概念?
我们把含水过程分了几个阶段,最早是无水采油期,含水率等于0,0-20%这个阶段是低含水阶段,20-60%是中含水阶段,相当于人到壮年,60-80%叫高含水的初期阶段,这个阶段相当于人刚刚超过60岁,80-90%叫高含水的后期,90%以上叫特高含水期。
地下的原油要采出来,要靠一定的压力,压力是有一定的限制的。
采出多了,压力就要降低,压力降低产量就少了。
开始能喷出来,后来就喷不出来了。
就得用泵抽,泵抽的产量也越来越少,为了避免这种情况出现,我们要保持它的压力,往地里注水,专门打一批注水井,希望在油井开采的早期就能维持住压力,不让压力大幅下降,水在地下把油往前驱,驱动到油井给采出来。
油比水的粘度大,粘度小的东西推粘度大的东西,水会窜出来,超越油自己跑出来,中国储层的特点就是原油粘度比较高,水的粘度比油低好多。
会发生水窜,油井就不但出油还出水,窜的水越来越多,含水量就越来越高,高到一定程度就产生高含水油田了。
提高高含水油田采收率的意义
当前来说,因为油田的含水越来越高,我们的界限是98%,高于98%这个油田就得废弃了。
含水太高,经济上不合算了,投入和产出不成比例,就要废弃,当然我们要千方百计不让他废弃,就要提高采收率,含水一高,我们发展提高采收率的技术就更加迫切。
首先介绍一下采收率什么概念,我们的油田有一定的储量,我们能从中累计采出多少油,占储量的比例叫采收率。
采收率的大小跟采用的技术有关系,我们谈到的采收率是在一种技术状态下,它能达到多少。
假如技术提高了,采收率可以增加。
我们国家的采收率用现在的技术,大概可以达到32%左右。
严格讲,采收率是最终采收率,指在含水98%时的采收率。
我用注水技术采到头也就是98%,这时只能拿出地下储量的1/3,有2/3留在地下。
原油是不可再生的宝贵资源,所以我们要想办法提高采收率。
我国油田的采收率低的原因
首先解释一下,为什么我们只能拿到1/3?
我们提高采收率的潜力究竟有多大?
第一个问题跟中国油田的地质条件有关系,国外基本上是海相油田,海相油田相对地质条件比较简单,变化比较少,非均质程度轻。
中国是陆相储层,比如河道、河流沉积,陆相储层变化大,非均质性比较严重,很复杂。
另外陆相储层的原油粘度相对比较高,比如大庆,地底下粘度为16个厘泊,地底下水的粘度不到1个厘泊,开采难度大。
由于这两方面因素的影响,我们国家平均采收率也就30%多一点。
但是我们可以采取一些措施,来提高采收率。
假如我们能提高1%的采收率,就相当于增加可采储量1.8亿吨,就相当于我们找到8-9亿吨的储量。
现在找到的储量大都是低渗透,低品位的储量,所以采收率比较低,折算下来当量比较高。
我们要找8、9亿吨的储量是不容易的,要花很多的钱,现在找1亿吨储量要花30几个亿。
只要我们找到新的方法提高采收率,它的效益是很明显的。
对老油田来说,当前的关键问题就是怎么样提高采收率。
提高采收率的方法
提高采收率主要用各种各样的新技术。
大体上油田开发业把它分成两个途径。
一个途径是所谓的三次采油技术,这个词是从国外翻译来的。
实际上就是在水中加很多化学剂,广泛的说,三次采油有很多技术来提高采收率,一种是根据我国国情确定的化学驱办法,就是在水中加各种化学剂,还有注一段气体进去,如二氧化碳、天然气。
二氧化碳效果最好,它注入到地层,一定的条件下可以发生混相。
采收率低有界面张力的原因,在混相状态,这个界面张力就取消掉了,用这种方法可以提高采收率,每个国家发展什么技术要根据自身的条件,根据物料供应条件,如果一个国家没有二氧化碳,怎么注入啊?
根据我们国家陆相储油的特点,采用化学驱提高采收率更适合我们。
化学驱有两种具体的方法,我们采取的一种方法叫聚合物驱,就是水里面加点水溶性聚合物,增加注入液体的粘度,克服水粘度低的特点,可以提高采收率。
大庆试下来,大约可以提高10%采收率,还有一种是复合驱,多加几种化学剂,除了聚合物外,还加表面活性剂,如肥皂、洗衣粉可以把油污洗下来,它们机理类似,但要复杂的多。
加入这种东西,可以把油从岩石的表面洗下来。
为了增加洗油的作用还加点碱。
碱-表面活性剂-聚合物称为复合驱。
它提高采收率的幅度更大,但它加入的化学剂更多,成本更高。
它可以增加18-20%的幅度。
比聚合物更多。
最近我们发现了一些二氧化碳的气藏,我们在大庆、吉林及其他地方发现的天然气藏含有大量的二氧化碳,我们把二氧化碳分离出来来驱油,也是很好的效果。
因为这些二氧化碳如果不分离出来注到地下,就要放到大气里面,造成温室气体,污染环境。
现在世界各国对二氧化碳的排放非常重视,这牵扯到我们全球气候的上升,造成一系列严重的后果。
所以大家都有减排。
减排要花钱,如果注到地下,又减排又提高采收率,一举两得,效果更好。
所以我们这两年也发展二氧化碳驱。
目前还是刚刚开始,美国人过去用的比较多,我们国家因为过去没有二氧化碳,所以发展不起来,现在发现了一些二氧化碳的气藏,二氧化碳驱也开始发展起来了。
这些三次采油的方法提高采收率的幅度比较大,但它受到限制,第一个必须是大油田,油田太小了,每一块不一样,比如我们渤海湾油田,为断块油田,很难推广,块与块不一样,有的块能注有的块不能注,另外它还受到高温高盐的限制,温度太高了,化学剂耐不住那样的高温,或者地层水里面的盐太高了,化学剂也受不了,所以它受到这样的限制。
弄不好化学剂就低效了。
花了好多钱,注进去,效果不理想,温度高了,化学剂粘度就低了。
第二个途径是进一步提高注水采收率,就是要扩大水驱波及体积,让水少窜一点,扩大它的影响范围,再提高采收率,这个量比较大,凡是不适合三次采油的地方,都可以用这种技术,但这种技术因为注水已经注了好几十年了,再进一步提高采收率难度比较大。
而且工作量很大。
我们好多井都已经损坏了,我们还需要再打井,成本比较高。
所以我们在这之间怎么找到既能少花钱,有能提高最终采收率的途径,这就是我们所说的二次开发。
对国家来说,这两条路应该齐头并进,两条腿走路,才能从整体上提高原油的采收率。
现在三次采油已经取得很高的成效了。
我们采取聚合物驱的规模达到一千多万吨了。
大庆产量要占到1/4以上。
现在怎么进行二次开发,提高注水的采收率,是摆在我们面前很重要的课题了。
要解决高含水,有的在90%以上,提高采收率,要看现在地下还剩多少油,油分布在什么地方,它分布的格局是什么样的,剩余油是连续分布的,还是零碎的,零碎的话难度就大,高含水油田剩余油的分布很复杂,但还是有一定的规律性,从整体上看,它已经高度分散,但是还有相对富集的地方。
要想办法找到相对富集的地方,可以打直井,也可以根据情况打水平井,效果更好。
问题是怎么找到富集区,油藏描述要非常精细,充分利用地质、地震技术、测井技术,用各种各样的测试技术弄清地下情况,关键是怎么找出来。
还有就是分散的油,单个很少,合起来很大。
分散的油也想给拿出来。
我们要用新的办法。
可以注可动凝胶,单纯打井很难打到分散的油,我们可以把它驱出来。
可动凝胶有个好处就是耐温性很强,可达100度。
新型的可动凝胶驱油剂可以耐到120-130度左右,适用性很广泛。
用这种技术也可以大幅提高采收率,这项技术正在研究中。
概括起来就是:
首先认识剩余油的格局,富集区和分散区用不同的办法去解决,对富集区关键是找,对分散区可用井网重组,形成新的注采系统,把油驱出来,双管齐下,提高采收率,可以提高到5%左右。
搞的好的话可以打到7-8%左右。
石油工业发展,现在是1.86亿吨,通过先期勘探,多找一些油气,特别是好品位的油,再加上老区提高采收率,我们希望可持续发展,保持长时间稳产,还得要发展油田开发,使我们产量在1.8-2亿吨长时间维持,我们石油工业还包括天然气,近几年天然气是大发展的前景,天然气是一种优质的燃料,也是很好的化工原料。
近期找到的储量比较多,我们修管线,近几年修了很多管线,天然气的产量发展比较快,一年大概增加100亿方的供应量,长期来看,它的供应量可能超过原油的供应量,大力发展天然气可以缓解石油的紧张。
压裂设备
百科名片
压裂用地面工具设备主要有封井器、井口球阀、投球器、活动弯头、油壬、蜡球管汇、压裂管汇等,为井口以上地面控制类工具。
概述
简介
施工设备由地面设备和压裂车组两部分组成。
压裂管汇:
压裂管汇是地面管线与多台压裂车连接的地面用具。
用途是将压裂车泵出的液体汇集注入压裂井的目的层,所以要求它具有耐高压、摩阻小的特点。
压裂管汇主要由主体、控制阀、由壬组成。
成树叉形。
树叉形主体采用优质合金钢管焊接而成和锻制三通组成二种,焊接加工的承压能力为60Mpa,锻制加工的承压能力为70Mpa。
控制阀常采用球阀和旋塞阀二种,承压能力均为70Mpa。
压裂施工时压裂车与控制阀端2″由壬连接,通往井口的地面管线与21/2″由壬连接。
放空阀起排出管汇内余压和余液作用。
注意事项
①压裂管汇施工前应检查是否有合格证,在安全使用期限内,不得
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