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采油新技术王永清教材
油气井射孔投产新技术
第一讲完井与试油投产的基本概念
1.勘探开发与采油工程
1)勘探:
(1)勘探(物探(地质普查\地震勘探)(流体矿)
(2)钻探(预探与祥探)(钻井\录井\测井\完井\试油)
2)开发生产:
(1)建井(钻井\完井\生产管柱)
(2)试油试采与产能建设
(3)生产(一采/二采/三采)
(4)规划与调整
3)储运:
(1)站场集输;
(2)长输;(3)储存(地面/地下)。
勘探开发的任务是地质储量与油气生产,而油气生产由石油工程专业来完成。
4)石油工程:
(1)钻完井工程:
建立油气藏与地面间的流体(采出\注入流体)进出通道的工艺技术。
(2)油藏工程:
以油气藏为研究对象,促进流体在油气藏内按需高效运移的理论与方法。
(3)采油工程:
以井为研究对象,促进流体在“产层—井底—井筒—地面”间按需可控高效流动的工艺技术。
5)采油工程应包括的主要内容:
(1)详探试油
(2)完井方式及生产管柱(建井)(8章油井防砂完井)
(3)开发试油(含测试)
(4)试采
(5)井筒维护(修井\防砂\清防蜡\调剖堵水(8章)
(6)井筒举升(1/2/3/4/9章)
(7)近井带改造(6/7章)
(8)注入工艺:
二采(5章注水)、三采(工艺原理部分:
提高采收率)
(9)站场油气水集输处理:
(汇集系统\油气水处理\清污混注\注入系统)
(10)生产系统运行:
(系统节能\系统仿真\生产调度\生产管理\系统维护)
(11)生产井监测:
(含生产测井(产液剖面\井温剖面\流压剖面....)
生产井试井(井底流压与产量关系)
(12)油藏监测:
(注水前缘\注汽(气)前缘\油藏压力\裂缝监测\干扰试井…
因此,采油工程师的工作战线:
从祥探开始到油气外输前结束。
2.完井方式选择
1)完井方式:
是指在油层或探井目的层位的井身结构,它反映油层与井筒的沟通方式。
(1)直(斜)井完井方式(复习):
●裸眼完井(openholecompletion):
▼先期裸眼完井
▼后期裸眼完井
▼复合型完井
●射孔完井(perforatedcompletion):
▼套管射孔完井
▼尾管射孔完井
▼占总井数:
>90%
●防砂完井
▼缝衬管完井
▼砾石充填完井裸眼充填管内充填(射孔后)
(2)水平井完井方式(复习):
①●基本方式
●裸眼完井(openholecompletion):
类似直井的先期裸眼完井。
≤10%
●射孔完井(perforatedcompletion):
类似直井尾管射孔完井。
≤25%
●割缝衬管完井(slottedlinercompletion):
类似直井裸眼井段(产层)的衬管割缝。
≤30%
②●带管外封隔器(ECP)完井(externalcasingpacker):
▼ECP+衬管
▼ECP+滑套
▼ECP+射孔
(3)分支井完井(multilateralwellcompletion)
分支井技术是继定向井、水平井技术之后发展起来的,在一个井眼里钻出若干个支井的钻完井新技术,可增大泻油面积,提高油井产量,减少成本。
①分支井技术关键
井眼稳定性水力密封性再进入能力
●膨胀管定位分支井完井技术
关键技术是实现支井的可靠定位,以确保支井在钻井、完井、修井中重新进入工序的正常进行。
其中有两个关键工具
▼膨胀式尾管悬挂器:
液压或机械驱动力迫使膨胀锥运动,将膨胀管胀大并紧密贴合在上层套管内壁上,形成可靠密封,同时承受尾管悬重
▼井下膨胀坐挂定位总成:
②膨胀管定位分支井完井技术工序
A.利用井下膨胀坐挂定位总成实现井下永久定位
B.开窗侧钻分支井
C.利用膨胀管技术悬挂:
分支井尾管并完成支井固井(可再通过支井钻水平井)
D.对支井射孔完井或可对分支水平井采取其它相应的完井方式(如再次用膨胀式悬挂器挂割缝衬管完井)
●相比其他定位方式,井下膨胀坐挂定位总成可实现4级分支井完井,并获得最通径。
●支井的完井方式可灵活多样
2)完井方式选择:
选择完井方式必须是在油气藏类型和油气层特性研究的基础上,以满足油气井投入开采后所采取的一系列工程技术措施的要求为出发点,以能实现高效开采、延长油气井寿命为目标,选择最适宜的完井方式。
采油工程决定的完井方式,是钻井设计施工的原则。
(1)完井方式选择需考虑的主要因素
●地质及油藏工程条件;
●开发方案要求;
●采油工程技术要求。
(2)完井方式选择依据
●①不同完井方式的产能对比;
●②不同完井方式的井壁稳定性评估;
●③不同完井方式的井筒安全性评估;
●④不同完井方式的投资评估。
(3)完井方式选择方法
●①理论分析;
●②专家经验;
●③模糊决策。
3)生产(完井)管柱
(1)生产(完井)管柱的概念:
生产(完井)管柱是控制油气井内生产和注水注汽(气)的井筒通道。
(2)生产(完井)管柱的类型
采油技术手册或完井工程手册列举了不同生产井的管柱结构,如:
●①油井生产管柱
●②注水井生产管柱
●③气井生产管柱
常规气井:
液压可取封隔器管柱
高压大产气井:
井下安全阀固定封隔器管柱
含硫气井:
安全阀带永久封隔管柱,并防硫油管高气密扣及注缓蚀剂
(3)决定油套管尺寸的依据
油管:
●①根据产能和压力损失选择油管直径;(另节点系统/气井携液)
●②根据井深及强度要求选择油管直径;
●③由人工举升方式泵径调整油管直径;
●④由增产措施排量及井下工具调整油管直径;
●⑤由可预测的特殊工艺调整油管直径。
套管:
●①油管尺寸决定套管尺寸(匹配查表);
●②由完井管柱类型确定环空井下尺寸,进而调整套管直径。
●③由井下环空作业最小间隙调整套管直径。
(4)生产(完井)管柱决定钻井工程设计中的井身结构
3试油工艺概念
1)试油的定义
用专用的设备和方法,打开可能的油、气层,建立流动压差,促进地层流体流入井内并直接取得流体产量、压力、温度、流体性质资料、间接取得地层参数的工艺技术环节。
狭义:
对油井称试油,对气井称试气。
(1)●可能的油、气层:
经电测解释、录井综合解释,提出在钻井钻遇剖面中可能含有油气层段的储层评价1,这种评价是拟定试油层位的基础;
(2)●打开可能的油气层:
即地层与井底必须沟通;
(3)●必须建立流动压差;(降低井筒液面/抽吸)
(4)●直接取得流体产量、压力、温度、流体性质(取样筒);
(5)●间接取得地层压力、渗透率等地层参数;
(试井解释)(储层评价2)
(6)●促进地层流体流入井内:
建立流动压差是先决条件,并需采取一系列
促进地层流体流入井内的措施;(增产措施)
2)试油系统工程应包括的技术环节
试油工程是一系列相关工艺技术环节连续配合的系统工程,
一般应包括以下环节:
(1)测试层位及优化:
(地质设计\测试制度设计)
(2)射孔工艺技术:
打开储层,建立流动通道,提高流动效率。
(3)生产工艺:
建立生产压差,实现地层流动。
(5)增产措施:
改善近井带物性(流度),提高单井产量。
(物性好、粘度低\压力高可省)
(6)测试工艺:
分层测试\多层合试。
(测试工艺设计)
●现代试油(DST)/常用的完井测试
●地面节流计量及安全控制系统操作
(7)全过程的储层保护技术
(8)测试分析:
●流体分析(PVT)
●试井分析、产能评价
●储层评价。
4试油生产工艺
1)试油前的井筒准备
采取通井、洗井/冲砂、试压、替液工序后,确保井底畅通,优质压井液压井、承压合格。
2)替噴工艺
用密度较低的流体将井内液体替出(油管注入,环空产出),使井中液柱压力小于油层压力,实现地层产出的工艺,达到诱喷目的工艺。
●未建立地面测试节流(生产)时,选用:
一般替喷法/一次替喷法/二次替喷法(见教材)
●工作流体:
可以是混气(空气)水、泡沫液。
天然气/空气体积爆燃(炸)比:
5%15%
3)抽汲工艺
抽汲就是利用抽子把井内液体抽提到地面的工艺。
有油管抽汲和套管抽汲。
●抽汲不但降压诱喷还可解除油层堵塞。
●对疏松、易出砂的油层避免猛烈抽汲。
4)泵举排液方法(第四章)
5)气举工艺(第二章第二节)
●常规气举排液
●气举阀气举排液
●连续油管气举排液
用连续油管气举排液,先是用连续油管车把连续油管下入生产管柱中,后把连续油管与液氮泵车或制氮车连通,液氮泵车把低压液氮升至高压,再使高压液氮蒸发,从连续油管注入生产管柱中。
蒸发了的高压液氮把油管柱中的压井液从连续油管和生产管柱的环形空间举升至地面,从而减小压井液对油层的回压,实现诱导油流。
以上试油生产工艺(临时生产工艺),就是传统的试油排液工艺。
(如果负压射孔,试油生产工艺,特别是其中的替喷、抽汲可省)
●上述试油生产工艺+射孔工艺,就是传统的“试油工艺”。
●传统的“试油工艺”,对有关温度、压力、流体地下的性质、特别是地层的物性也无从知晓。
为此,只有采取试井工艺来补充。
●现代试油,由于开发了专用的设备和工具,只要实现井底产出,就可取得全方位的油井油藏信息。
5测试工艺的基本概念
现代试油以现代测试工具(1967美国专利)为标志。
我国在1988年引进了该测试技术。
按其测试的钻完井工序时段,可分为中途测试和完井测试。
1)中途测试:
是指在钻井过程中遇到油气显示后立即进行测试的工艺。
即用钻杆带测试工具进行的裸眼井测试。
2)完井测试:
是油气井完钻后,应有的完井措施都已完成,即完井后的测试或套管测试。
完井测试
是在完井后,用油管将测试工具下入测试层段,让封隔器胶筒膨胀坐封于测试层上部,将其它层段和钻井液与测试层隔离开来,然后由地面控制,将井底测试阀打开,测试层的流体经筛管的孔道和测试阀流入管柱内或直至地面的工艺技术。
地面控制测试器开关有三种形式:
●利用旋转钻杆(油管)进行开关井操作;
●利用改变环形空间压力来控制开关井;
●利用提放钻杆(油管)达到开关井。
3)地层测试器(formationtester)是一组合仪器,包括井下产量计、井下压力计、井下温度计、测试阀、井下取样器等。
压力资料是以曲线形式被记录(机械式压力计记录在特制卡片上,电子压力温度计储存在芯片上)。
钻杆测试器:
有4种,分别是:
●多流测试器(MFE);
●环压控制测试器(PCT)(Johnston公司);
●水力弹簧测试器(HST);
●全通径压控测试器(APR)(Halliburton公司)。
试油小结:
到上世纪末,射孔测试联作、测试增产措施联作、油层保护等技术进步与系统科学的引进而进入科学试油阶段。
(传统试油→现代试油→科学试油)
6试采与投产的基本概念
1)试采的定义
试采是在试油评价基础上,为提交储量和编制油气田开发方案而进行的试生产,是勘探进入开发的中间环节。
是对区块或油藏开发前期的综合试验。
●油藏工程:
进一步查明产出流体的组份性质,了解储层的储集空间类型及纵横向变化规律,确定合理的稳定产能,核实可采储量、开发方式及合理井距试验及确定区块的采油速度等。
●采油工程:
完井方式适应性评价、增产潜力试验评价、注水/注气(汽)可行性试验评价、举升方式及工作制度(参数)试验评价等,编制采油工程方案。
2)油气井投产
是在油气井完井后,进入采油阶段,并以该井正常的产量生产的环节。
3)油气井的投产方式
以产品(油气)从地层产出时的最后一道工序,划分投产方式。
(1)替噴投产:
有较强自喷能力的裸眼油井可用替喷的方式投产。
(2)射孔投产:
用套管或尾管固井完成的油气井,采用射孔投产。
含负压射孔直接投产、射孔后替喷投产、射孔后人工举升投产。
(3)措施投产:
对低渗透、污染严重的储层及其它不完善的井,直接(替喷、射孔)投产
后的产能无法满足工业开采要求,必须采取相应的增产措施才能成功投产。
4)投产措施
油水井投产措施即:
油水井增产增注及完善井筒的技术方案及作业,其目的是提高单井的流度或产量,以满足产能建设或开发方案的要求。
(1)常用增产措施:
●水力压裂投产措施(第六章)
●酸化(压)投产措施(第七章)
●复合射孔。
(2)其它增产措施
●高能气体压裂投产措施(p399)
●稠油井的投产措施(p398)
●高凝油井的投产措施(p398)
(3)常用调剖措施(注水井投产)(第八章第2节P323):
●化学调剖、机械封堵、射孔参数控制。
思考题:
1-1采油工程应包含的内容?
1-2简述完井方式选择应考虑的因素、依据及方法?
1-3决定油套管尺寸的依据有哪些?
1-4简述试油的定义及试油(系统)工程(环节)应包含的内容?
1-5什么是完井测试?
1-6简述试采的基本概念?
1-7何为投产方式、投产措施?
有哪些投产方式及投产措施?
1-8膨胀管定位分支井完井技术的工序有那些?
并指出其优点。
第二讲油气井射孔技术基础
1.现代射孔的概念
现代射孔是以提高油气井产率比和维护井筒安全为目标,控制油气藏的生产层系与生产动态,调节生产井的产量或注入量而对油气层快速成孔,实现油气藏与油气井高效沟通的专业技术。
陆大卫定义:
射孔技术作为完井工程的重要组成部分和试油技术的主要环节,是利用高能炸药爆炸形成射流射穿油气井的管壁、水泥环和部分地层,建立油气通道的一种技术。
从其定义的内涵可知:
1)射孔既是一种完井方法又是一种增产措施;
2)射孔设计与作业,
既是开发方案的内容又是调整油气田开发方案的措施;
3)射孔是作为油气井试油、采油(投产)的第一道工序;
射孔是油气井投产最主要的方式(≧80%)
4)聚能射孔是最主要的成孔方式;
5)优化射孔是永恒不变的主题。
提高油气井的产率比和井筒安全是射孔优化的目标。
6)射孔是一相对独立的专业技术
射孔技术是火工、采油、钻完井、测井及开发等专业学科共同关注的对象,射孔技术的发展是相关学科进步的再现。
火工:
射孔器的威力和效率;
采油:
单井产量(增产)+工艺安全可靠;
完井:
射孔井的井筒稳定、可靠性;
测井:
精确定位定向;
开发:
产能及油气水层控制;
勘探:
勘探开发的临门一脚(试油)及产率比
射孔是一相对独立的专业技术(SPE)
从现代射孔定义的外延可知:
现代射孔技术的基本构成
●1)射孔枪弹优化设计理论与生产技术
●2)油气专用井射孔参数优化设计理论与技术
●3)射孔压差设计理论与控制技术
●4)射孔工艺技术
●5)优质射孔液技术
●6)射孔器性能检测与应用效果评价技术
2.射孔器材
1)何为射孔器
射孔器即成孔工具,是射孔枪、射孔弹等相关器材、工具的总称。
2)成孔方式
机械开孔被否定后主要经历以下创新:
(1)子弹射孔:
1932年后子弹射穿套管、水泥层进入地层。
(2)聚能射孔:
1948年后,从军队破甲弹演化过来的聚能射孔器被引进。
目前应用最广泛的射孔器是聚能射孔。
取代子弹射孔。
(3)水力喷射:
1950年后,喷砂切割——水力喷射——-喷射压裂
(4)激光射孔:
国外专利,国内有探索。
未工业化
3)聚能射孔器的构成
(1)聚能射孔器的基本构成
●①弹架
●②射孔弹
●③导爆索
●④雷管
注:
一支5米枪从发射到成孔,大约需要1毫秒800米的射孔枪串,完成射孔小于0.2秒。
(导爆索的爆速6000-7000m/s)
(2)射孔枪
●①有枪身射孔系统(Hollowcarriergun)
枪身用以容纳射孔弹及其相应元件,避免与井筒流体、压力相接触,并保留射后的爆炸残余物。
射后有稍许变形,但不影响回收。
●②无枪身射孔系统(Capsuleshaped-chargegun)
☆由于没有钢管作枪身,射孔时套管承受射孔冲击波。
☆射孔后的爆炸残余物全部掉入井中。
☆射孔后直接丢枪到井底口袋。
☆射孔弹受井底环境影响。
一般用于浅井中。
直径:
35-178mm
孔密:
12-36孔/m
●③过油管张开型(ExtendeddiameterTTG)
(3)射孔弹
●①聚能射孔弹的结构
组成:
金属罩、主爆药柱、起爆药饼、外壳。
☆金属罩凹面夹角决定聚焦焦点的距离在相同药量下,就决定了穿透的深浅
●②常用射孔弹系列
大孔径系列(大夹角)深穿透系列(小夹角)
●③射孔孔眼
●④描述射孔弹的性能指标
●孔深:
射孔弹爆炸后,在地层中所形成的孔眼深度(单位:
mm)
●孔径:
按孔容积折算的孔眼平均直径(单位:
mm)。
●压实厚度:
射孔孔壁压实带的厚度(单位:
mm)
●压实程度:
射孔压实带的渗透率比岩心靶原始渗透率
●CFE:
岩心流动效率CFE是相同压差下实际射孔岩心的流量与具有相同理想孔眼岩心的流量之比(线性靶)
●⑤射孔弹的排列安装
射孔弹由导爆索串联在一起,其弹头有一定方向性,弹与弹之间的夹角有0o、30o、45o、90o、120o和180o等。
相位:
相邻弹与弹之间在平面上投影的夹角。
排列方式:
平面布孔交错布孔螺旋布孔
(4)射孔枪弹参数(射孔参数)
综上,以下参数统称为射孔枪弹参数
①枪参数:
外径:
51-73mm-127mm
相位:
孔密:
布孔方式:
②弹参数:
孔深:
(mm)
孔径:
(mm)。
压实厚度:
(mm)
压实程度:
(小数)
③炸药参数:
RDX(黑索金).
HMX(奥克托金).
混合炸药(常用3种)
(按其耐温—时间关系选择,P380)
3.射孔弹性能及射孔作业效果评价
1)射孔靶试验评价
(1)标准
1986年9月部版《油、气井聚能射孔弹通用技术条件》(SY5128-86),1989年大庆成立全国射孔检测中心,引进美国吉尔哈特公司整套室内射孔岩心靶装置(API第四版);
SPE射孔分会相继推出了APIRP43第1、2、3、4、5版。
现在执行(APIRP43第5版)
由于贝雷靶需引进,而美限制出口;其中的岩心靶实验极少。
(2)钢靶实验:
用于不同射孔弹的对比(孔深、孔径)
(3)混凝土靶
缺点:
测得射孔流动效率CFE和压实损害。
(4)质量控制靶(隆昌砂岩靶)
(5)数据转换:
①混凝土靶穿透数据转换为贝雷岩心靶数据(P379)
②转化到实射地层(按岩石孔隙度)(P381)
贝雷砂岩靶的孔隙度b相对稳定(18%~20%),实射地层孔隙度f校正系数C为:
2)矿场试井评价
矿场试井评价是评价油层是否伤害或改善的重要方法,是检验作业是否成功的重要依据。
(1)评价指标:
产率比、表皮系数
●产率比PR:
相同生产压差下实际射孔井的产能与理想裸眼井的产能之比;
●表皮系数S:
(2)评价方法:
完井测试:
评价油层产能和射孔综合效果
4.起爆与传爆
目前,油管传输射孔(TCP)是最主要的作业方式。
1)TCP射孔点火头
点火头也叫起爆装置,传爆的源头是雷管被引爆。
即对雷管点火。
TCP点火头的类型
(1)机械点火头
(2)压差点火头
(3)压力延时点火头(4)双引爆点火头
(1)安全机械起爆装置
射孔管柱必须是全通径管柱,投棒.
(2)压力延时起爆装置
能与延时起爆器配合使用;可置于射孔枪顶端或尾端;
(3)压差起爆装置
(4)双引爆起爆装置
(5)负压开孔装置----负压双引爆加压工具
2)TCP井下工具
在TCP作业中,除点火头和射孔枪外,还配有井下工具,
主要包括:
●棒击(或压力)开孔装置;
●璃盘接头;
●机械(或压力)释放接头;
●减震器(纵向、径向);
●放射性接头;
●变扣接头;
●点火棒等。
(1)棒击(压力)开孔装置
(2)机械释放装置
(3)压力起爆/自动释放装置
(4)纵向减震器
3)TCP枪间连结
(1)夹层枪
●在射孔作业中,常常需要用夹层枪来连接上下射孔枪,夹层枪与射孔枪相互连通。
●射孔后,夹层枪内充满井液及油污;射孔枪串提至井口时,夹层枪内由于接头孔眼往往被堵而造成夹层枪憋压,存在不安全因素。
●为了重复使用夹层枪,必须对沾满油污和井液的夹层枪进行清洗,清洗夹层枪即费工时,又对周围环境造成污染
(2)隔板传爆技术
单独或连续连接的射孔枪串直接用传爆管传递引爆,采用夹层枪后一般要用隔板传爆技术。
射孔枪与夹层枪,射孔枪串与另一射孔枪都可用隔板分隔不连通。
●技术特点
☆射孔后夹层枪不进油污,减少环境污染;
☆采用泄压阀来泄压,射孔后夹层枪不憋压;
☆对射孔枪具有分段安全保护作用;
☆可用于89mm以上的有枪身射孔枪中。
●技术参数
耐压:
100Mpa;耐温:
160°C;
传爆管爆轰输入/10mm内可靠引爆下一级传爆管。
(3)长井段射孔排枪
①以水平井为例
●射孔井段数:
作业井段内(含水平段)用射孔和非射孔打开的总段数;
●打开位置:
射孔段在作业井段内的相对位置(从跟端或趾端算起)
●打开程度:
射孔各段总长占作业井段总长的百分比;
●射孔方位:
井筒横断面上射孔打开的弧度范围及方向;
●段内长度:
分簇射孔中,某一射孔段的长度;(0.6~1.5m);
●段内簇数:
在一个打开段内的分簇数;(2-6簇);
●分簇孔数:
射孔单簇的孔数;(3~8孔)。
②显然垂直井是水平井的特例
●打开位置:
射孔打开段在作业井段内的相对位置(从油层顶或底界或油水/油气界面算起)
●射孔方位:
-联系地层天然裂缝的发育方向标定(定方位射孔技术)
●射孔段长度(厚度)
5.射孔参数分类
1)什么是射孔参数
那些与射孔作业有关并影响油气井产能的枪弹布局、作业工况、产层物性与流体特性的特征参数集合即射孔参数。
可分为四类:
2)一类参数:
射孔枪弹参数
为了问题简化把枪的外径\炸药参数暂时去掉还有:
枪参数:
●相位
●孔密
●布孔方式
弹参数:
●孔深:
(mm)
●孔径:
(mm)
●压实厚度:
(mm)
●压实程度:
(小数)
3)二类参数:
枪身井筒关联参数(复习)
●①射孔井段数
●②打开位置:
●③打开程度:
●④射孔方位:
●⑤段内长度:
●⑥段内簇数:
●⑦分(单)簇孔数:
4)三类参数:
井筒压控参数
●射孔压差:
正压射孔、平衡射孔、负压射孔、超正压射孔.
●射孔液参数:
密度、粘度
●动态负压相关压差:
初始井底压差、动态负压变化与极值。
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