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采油工程--第8章复杂条件下的开采技术--汤

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采油 工程 复杂 条件下 开采 技术
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第八章复杂条件下的开采技术主要内容:1、防砂与清砂2、防蜡与清蜡3、油井堵水4、稠油与高凝油开采技术5、低渗透油田开发技术6、井底处理新技术简介一 、 油层出砂原因第一节 防砂与清砂出砂危害① 砂埋油层或井筒砂堵造成油井停产;(1)内因 — 砂岩油层的地质条件② 出砂使地面和井下设备严重磨蚀、砂卡;③ 冲砂检泵、地面清罐等维修工作量巨增;④ 出砂严重时还会引起井壁坍塌而损坏套管。(2)外因 — 开采因素(一 ) 内因 — 砂岩油层的地质条件1. 应力状态钻井前砂岩油层处于应力平衡状态。钻开油层后,井壁附近岩石的原始应力平衡状态遭到破坏,造成井壁附近岩石的 应力集中 。2. 岩石的胶结状态油层出砂与油层岩石胶结物种类 (粘土、碳酸盐和硅质、铁质三种 )、数量 (数量越多,胶结强度越大 )和胶结方式 (基底胶结、 接触胶结 、孔隙胶结 )有着密切的关系。最易出砂胶结强度渗透率渗透率10 m 25 00出砂井 0 10 42占总出砂井数比例%0 1 9 0 渗透率的影响油层的渗透率越高,其胶结强度越低,油层越容易出砂。老君庙油田 ) 外因 — 开采因素由于固井质量差,使得套管外水泥环和井壁岩石 没有粘在一起 ,在生产中形成高低压层的串通,使井壁岩石不断受到冲刷,粘土夹层膨胀,岩石胶结遭到破坏,因而导致油井出砂。流体渗流而产生的对油层岩石的 冲刷力和对颗粒的拖曳力 是疏松油层出砂的重要原因。油、水井工作制度的突然变化,使得油层岩石受力状况发生变化,也容易引起油层出砂。3. 油井工作制度如果射孔密度过大,有可能使 套管破裂 和砂岩油层结构遭到破坏,引起油井出砂。2. 射孔密度1. 固井质量● 油层压力降低, 增加了地应力对岩石颗粒的挤压作用,扰乱了颗粒间的胶结;● 油层含水 后部分胶结物被溶解使得岩石胶结强度降低;4. 其它● 不适当的措施, 降低了油层岩石胶结强度,使得油层变得疏松而出砂。二、防砂方法(一 )制定合理的开采措施(1)制定合理的油井工作制度: 通过生产试验使所确定的生产压差不会造成油井大量出砂 (控制生产压差 )。对于受生产压差限制而无法满足采油速度的油层,要在采取必要的防砂措施之后提高生产压差。(2)加强出砂层油水井的管理: 开、关操作要求平稳;对易出砂的油井应避免强烈抽汲的诱流措施。(3)对胶结疏松的油层,酸化、压裂等措施要求慎重。(4)正确选择完井方法和改善完井工艺。(二 )采取合理的防砂工艺方法衬管、筛管、) 下入防砂管柱挡砂如割缝衬管、绕丝筛管、胶结滤砂管、双层或多层筛管等。这类方法工艺简单,具有一定的防砂效果,但由于防砂管柱的缝隙或孔隙易被油层细砂所堵塞,一般效果差、寿命短;充填物的种类很多,如砾石、果壳、果核、塑料颗粒、玻璃球或陶粒等。这种防砂方法能有效地将油层砂限制在油层中,并使油层保持稳定的力学结构,防砂效果好,寿命长。(2) 下入防砂管柱加充填物机械防砂对油层的适应能力强、成功率高、成本低,目前 应用十分广泛 。) 人工胶结砂层防砂方法从地面向油层 挤入液体胶结剂及增孔剂 ,然后使胶结剂固化,在油气层层面附近形成具有一定胶结强度及渗透性的胶结砂层,达到防砂的目的。如酚醛树脂溶液及酚醛溶液地下合成等。(2) 人工井壁防砂方法从地面将支撑剂(砾石)和未固化的胶结剂按一定比例拌和均匀,用液体携至井下挤入油层出砂部位, 在套管外形成具有一定强度和渗透性的壁面, 可阻止油层砂粒流入井内而又不影响油井生产的工艺措施。如水泥砂浆、树脂核桃壳、树脂砂浆、预涂层砾石等。相比较而言: 化学防砂方法适用于渗透率相对均匀的薄层段,在 粉细砂岩油层 中的防砂效果优于机械防砂。但其对 油层渗透率 有一定的损害,成功率也不如机械防砂,还存在老化现象、相对成本较高等缺点,应用程度不如机械防砂。使原油在砂粒表面焦化,形成具有胶结力的焦化薄层。主要有 注热空气固砂 和 短期火烧油层固砂 两种方法。 )砾石充填防砂方法砾石充填防砂方法 是指将割缝衬管或绕丝筛管下入井内防砂层段处,用一定质量的流体携带地面选好的具有一定粒度的砾石,充填于管和油层之间,形成一定厚度的砾石层,以阻止油层砂粒流入井内的防砂方法。裸眼砾石充填 套管内砾石充填对油层条件要求高多数油井采用此方法目前公认的防砂效果最好的方法之一砾石充填防砂 施工设计 应符合 三条基本原则 :防砂方法选择地层预处理设计砾石设计防砂管柱设计携砂液设计施工工艺设计防砂施工分步设计程序① 注重防砂效果,正确选用防砂方法,合理设计工艺参数和工艺步骤,以达到阻止油层出砂的目的;② 采用先进的工艺技术,最大限度地减少其对油井产能的影响;③ 注重综合经济效益,提高设计质量和施工成功率、降低成本。施工设计要形成一套完整的程序,有利于方案的系统化和规格化,从而提高施工设计的质量。防砂施工设计具体步骤自学(四 ) 化学防砂方法人工井壁防砂 胶结剂 支撑剂 携送液 说明 水泥砂浆 水泥 石英砂 油 后期防砂 树脂核桃壳 酚醛树脂 核桃壳 油或活性水 早期防砂 树脂砂浆 树脂 石英砂 油 后期防砂 预涂层砾石 树脂 石英砂 油或活性水 较好后期防砂 人工胶结砂层防砂 主料 增孔剂 固化剂 说明 酚醛树脂胶结砂层 苯酚与甲醛 柴油 盐酸 早期防砂 酚醛溶液地下合成 苯酚与甲醛 柴油 油层温度 早期防砂 各种防砂方法均以化学胶固为基础,在一些油田分别获得了一定的防砂效果。但各种方法均有各自的适用条件,因此必须根据油层和油井的具体情况而选择应用。具体配方和用量,更应根据各个油田的油层条件通过实验室和现场试验来确定。三、 清砂方法冲砂:通过冲管、油管或油套环空向井底注入高速流体冲散砂堵,由循环上返液体将砂粒带到地面,以解除油水井砂堵的工艺措施 。是广泛应用的清砂方法。捞砂:用钢丝绳向井内下入专门的捞砂工具,将井底积存的砂粒捞到地面上来的方法。一般适用于砂堵不严重、井浅、油层压力低或 有漏失层等 无法建立循环 的油井。常用的清砂方法尽管目前已经有了各种各样的防砂方法,但是在砂岩油藏中要完全避免油层出砂是很困难的。油层出砂后,井筒流体上升速度不足以将砂带到地面,砂粒就会在井筒中沉积下来。一方面会形成砂堵增加流体的流动阻力,另一方面会对抽油设备造成严重损害。影响正常生产。(一 )冲砂液冲砂液的基本要求:(1) 具有一定的 粘度 ,以保证具有良好的携砂能力;(2) 具有一定的 密度 ,以便形成适当的液柱压力,防止井喷;(3) 不损害 油层;(4) 来源 广泛、价廉 等。冲砂液 是指用于进行冲砂的液体。通常采用的冲砂液有油、水、乳状液等。为了防止冲砂液对油层的损害,在液体中可加入表面活性剂,一般油井用原油,水井用淡水或盐水,低压井用混气冲砂液进行冲砂。(二 )冲砂方式( 1)正冲砂 :冲砂液由冲砂管 (或油管 )泵入,被冲散的砂粒随冲砂液一起沿油套环空返至地面的冲砂方法。( 2)反冲砂 :冲砂液由油套环空泵入,被冲散的砂粒随冲砂液一起从油管返至地面的冲砂方法。( 3)正反冲砂 :利用了正冲砂和反冲砂各自的优点,其工艺过程为先用正冲砂将砂堵冲散,使砂粒处于悬浮状态,再迅速 改为反冲砂,将冲散的砂粒从油管内返出地面的冲砂方式。这种方式可迅速解除较紧密的砂堵,提高冲砂效率。采用正反冲砂方式时, 地面相应配套有改换冲洗方式的相应 流程和开关 。相比较而言: 正冲砂冲击力大,易冲散砂堵,但因管套环空截面积大,液流上返速度小,携砂能力低,易在冲砂过程中发生卡管事故,要提高液流上返速度就必须提高冲砂液的用量。反冲砂冲击力小,但液流上返速度大,携砂能力强。特点: 这种冲砂方式可提高冲砂效率,既具有正冲砂冲击力大的优点,又具有反冲砂返液流速高、携带能力强的优点,同时又不需要改换冲洗方式的地面设备。联合冲砂 : 冲砂管柱距底端一定距离处装有 分流器 ,用以改变液流通道,冲砂液从油套环空进入井内,经分流器进 入 下部冲砂管冲开砂堵,被冲散的砂粒随同液体先从下部冲管与套管环空返至分流器后,便进入上部冲砂管内返至地面。联合冲砂管柱示意图第二节 防蜡与清蜡石蜡: 碳原子数为 16到 64的烷烃 (纯石蜡为白色,略带透明的结晶体,密度 880~905kg/点为 49~ 60℃ 。 油田蜡一般含有很多杂质,从黏糊状的液体到坚硬的固体都有。结蜡现象: 在油藏条件下,蜡一般处于溶解的状态。在开采过程中,随着温度 、 压力的降低和气体的析出,溶解的石蜡便结晶析出、长大 、 聚集和沉积在管壁 等固相表面上,即出现所谓的结蜡现象。油井结蜡的危害: 1、 影响着流体举升的过流断面,增加了 流动阻力 ; 2、 影响着抽油设备的 正常工作 。一、 油井防蜡机理(一 )油井结蜡的过程( 1)当温度降至析蜡点以下时,蜡以结晶形式从原油中 析出 ;( 2)温度、压力继续降低和气体析出,结晶析出的蜡聚 集 长大 形成蜡晶体;( 3)蜡晶体 沉积 于管道和设备等的表面上。当温度降低到某一值时,原油中溶解的蜡便开始析出,蜡开始析出的温度即 称为 蜡的 初始结晶温度或析蜡点 。(二 )影响结蜡的因素1. 原油的性质及含蜡量2. 原油中的胶质、沥青质原油中含蜡量 越高 ,油井就 越容易 结蜡。原油中所含轻质馏分 越多 ,则蜡的初始结晶温度就 越低 ,保持溶解状态的蜡就 越多 ,即蜡 不易 析出。胶质含量 增加 ,蜡的初始结晶温度 降低 ;沥青质对石蜡结晶起到良好的 分散 作用, 但 沉积蜡的强度将明显 增加 ,而 不易 被油流冲走。3. 压力和溶解气蜡的初始结晶温度与压力、油井含水量增加,结蜡程度有所减轻。壁粗糙度及表面性质● 水和机械杂质对蜡的初始结晶温度影响 不大 。● 原油中的细小砂粒及机械杂质将成为石蜡析出的结晶核心,而 促使 石蜡结晶的析出,加剧了结蜡过程。流速与结蜡量的关系二、 油井防蜡方法( 1)阻止蜡晶的析出: 在原油开采过程中,采用某些措施 (如提高井筒流体的温度等 ),使得油流温度高于蜡的初始结晶温度,从而阻止蜡晶的析出。( 2)抑制石蜡结晶的聚集: 在石蜡结晶已析出的情况下,控制蜡晶长大和聚集的过程。如在含蜡原油中加入防止和减少石蜡聚集的某些化学剂 — 抑制剂,使蜡晶处于分散状态而不会大量聚集。( 3)创造不利于石蜡沉积的条件: 如提高表面光滑度、改善表面润湿性、提高井筒流体速度等。 通过表面光滑和改善管壁表面的润湿性,使蜡不易在表面上沉积,以达到防蜡的目的。( 1)玻璃衬里油管防蜡原理油管表面具有亲水憎油特性;玻璃表面十分光滑;玻璃具有良好的绝热性能。( 2) 涂料油管防蜡原理在油管内壁涂一层固化后表面光滑且亲水性强的物质 。通过向井筒中加入液体化学防蜡剂或在抽油管柱上装有固体化学防蜡剂,防蜡剂在井筒流体中溶解混合后达到防蜡目的。( 1)活性剂型防蜡剂: 通过在蜡结晶表面上的吸附,形成不利于石蜡继续长大的极性表面,使蜡晶 以 微粒状态分散在油中 易 被油流带走 ; 还可吸附于固体表面上形成极性表面,阻止石蜡的沉积。( 2)高分子型防蜡剂: 油溶性的,具有石蜡结构链节的支链线性高分子,在浓度很小的情况下能够形成遍及整个原油的网状结构,而石蜡就可在这网状结构上析出,因而彼此分散,不能聚集长大,也不易在固体表面沉积,而易被液流带走。提高流体温度;采油成本高。1)原油通过强磁防蜡器时,石蜡分子在磁场作用下定向排列作有序流动,克服了石蜡分子之间的作用力,使其 不能按结晶的要求形成石蜡晶体 ;( 2)已形成蜡晶的微粒通过磁场后,石蜡晶体细 化、 分散,并且有效地削弱了蜡晶之间、蜡晶与胶体分子之间的粘附力, 抑制了蜡晶的聚集长大;( 3)磁场处理后还能改变井筒中结蜡状态,使蜡质变软,易于清除。三 、 油井清蜡方法(1)机械清蜡常用的工具主要有刮蜡片和清蜡钻头等 。(2)热力清蜡热流体循环清蜡法电热清蜡法热化学清蜡法还有其它清防蜡方法,如:超声波、微生物技术等第三节 油井堵水一、油井出水原因及找水技术(一 )油井出水来源按来源可分为注入水、边水、底水、上层水、下层水和夹层水。(二 )油井防水措施以防为主,防堵结合( 1)制订合理的油藏工程方案,合理部署井网和划分注采系统,建立合理的注、采井工作制度和采取工程措施以控制油水边界均匀推进。( 2)提高固井和完井质量,以保证油井的封闭条件,防止油层与水层串通。( 3)加强油水井日常管理、分析,及时调整分层注采强度,保持均衡开采。概括起来有以下三个方面的措施:(三 )油井找水技术找水: 油气井出水后,通过各种方法确定出水层位和流量的工作。压木塞法● 井封堵水技术(1)机械堵水使用封隔器及相应的管柱卡堵出水层的方法,以解决油井各油层间的干扰,达到增加油井产油量,减少产水量的目的。(2)油井化学堵水用化学剂控制油气井出水量和封堵出水层的方法。● 非选择性堵水● 选择性堵水(3)底水封堵技术 人工隔板法第四节 稠油及高凝油开采技术稠油及高凝油开采特征:某油井原油粘温曲线(二 )高凝油的基本特点(一 )稠油的基本特点(2)稠油的粘度对温度敏感(1)粘度高、渗流阻力过大、流动性差。(3)稠油中轻质组分含量低,而胶质、沥青质含量高高凝油是指蜡含量高、凝固点高的原油。凝固点: 在一定条件下原油失去流动性时的最高温度。表 8国稠油分类标准稠油分类 粘度 s 相对密度 (2 0 ℃ )普通 Ⅰ 50*~ 10 0*> 0 0 0( 0 0 0( 0 0 0( 5 00 00 > 0 0 0( <1 3二、热处理油层采油技术热处理油层采油技术是通过向油层提供热能,提高油层岩石和流体的温度,从而增大油藏驱油动力,降低油层流体的粘度,防止油层中的结蜡现象,减小油层渗流阻力,达到更好地开采稠油及高凝油油藏的目的工艺方法。注蒸汽处理油层采油方法 (蒸汽吞吐和蒸汽驱 )通过蒸汽将热能提供给油层岩石和流体,使油层原油粘度大大降低,增加原油的流度;原油受热后发生体积膨胀,可减少最终的残余油饱和度。火烧油层采油方法通过适当的井网将空气或氧气自井中注入油层,并点燃油层中原油,使其燃烧产生热量。不断注入空气或氧气维持油层燃烧,燃烧前缘的高温不断加热油藏岩石和流体,且使原油蒸馏、裂解,并被驱向生产井的采油方式。三、井筒降粘技术井筒降粘技术是指通过热力、化学、稀释等措施使得井筒中的流体保持低粘度,从而达到改善井筒流体的流动条件,缓解抽油设备的不适应性,提高稠油及高凝油的开发效果等目的的采油工艺技术。目前常用的井筒降粘技术:● 化学降粘● 热力降粘技术第五节 低渗透油田开发分析低渗透油田是相对的,世界上并无固定的概念和界限,要根据不同国家、不同时期的资源状况和技术经济条件而划定,变化范围较大。但有一点是统一的,即低渗透油田的油井很难在不进行增产措施的条件下,依靠油井的自然产能来获得经济有效的工业产量。渗透率为 10~50× 10的储层。一、低渗透油田的分类油层平均渗透率为 10~ 50× 10μm 2。这类油层接近正常油层,油井能够达到工业油流标准,但产量太低,需采取油层改造措施,提高生产能力,才能取得较好的开发效果和经济效益。油层平均渗透率为 10 ~ 10× 10m 2。这类油层与正常油层差别比较明显,一般束缚水饱和度高,测井电阻率降低,正常测试达不到工业油流的标准,必须采取较大型的压裂改造和其它措施,才能有效的投入工业开发,例如长庆安塞油田、大庆榆树林油田、吉林新民油田等。◆ 一般低渗透油田:◆ 特低渗透油田:油层平均渗透率为 10 ~ 10m 2。这类油田非常致密,束缚水饱和度很高,基本没有自然产能,一般不具备工业开发价值。但如果其它方面条件有利,如油层较厚、埋藏较浅、原油性质比较好等,同时采取既能提高油井产量,又能减少投资、降低成本的有利措施,也可以进行工业开发,并取得一定的经济效益,如延长的川口油田等。◆ 超低渗透油田:二、我国低渗透油田储量分布特征中国陆地发现并探明的低渗透油田(油藏)共三百多个,地质储量占 40亿吨,广泛分布于全国勘探开发的二十一个油区。二十一个油区中,低渗透储层地质储量在一亿吨以上的有十一个油区,占一半以上。低渗透储层地质储量最多的是新疆,达 6亿吨,其余依次为大庆、胜利、吉林、辽河、大港、中原、延长、长庆、吐哈、华北等。号油区地质储量(万吨)可采储量(万吨)动用储量(万吨)占油区储量 ( % )占全国储量 ( % )1 大庆 5 8274 9 423 1 6864 1 林 3 7588 7 769 1 0431 6 河 3 5446 7 007 2 5138 2 北 1 5615 2 226 8 379 1 连 7 452 9 10 5 573 5 港 2 4574 4 997 1 0641 3 东 6 20 1 05 2 46 5 利 4 8982 1 0818 3 3767 1 原 2 3719 6 249 1 1422 3 南 3 26 45 1 28 1 汉 2 592 6 89 1 887 2 苏 2 950 3 61 2 080 3 疆 6 2413 1 3284 3 8184 4 里木 1 613 4 16 1 155 7 哈 1 6353 5 223 3 860 8 海 8 445 1 330 2 734 4 门 3 422 1 854 5 421 6 庆 2 0372 4 207 1 0507 6 长 2 2858 2 162 2 995 1 00 5 黔贵 6 93 94 2 73 3 川 2 413 2 41 2 413 1 00 0 同地质年代的储层都可形成低渗透储层,同一油区老地层低渗透储层所占比例较高时代 古生代 三叠系 侏罗系 白垩系 下第三系 上第三系储量(万吨)7 2 0 0 4 5 1 0 1 3 3 4 5 7 1 1 0 1 0 8 7 1 2 4 3 1 8 1 5 7 2 7比例(%)1 8 . 0 6 1 2 . 7 9 8 . 6 7 2 5 . 3 5 3 1 . 1 8 3 . 9 埋藏深度为主 埋藏深度( m )< 10 0010 01 ~20 0020 01 ~30 0030 01 ~40 00> 40 00储量(万吨)19 25 8 17 33 20 16 71 15 23 40 5 10 62 2比例(%)4. 9 44 42 . 9 2. 质储量在 10000万吨以上的油田有六个,储量 94721万吨,占 地质储量在1000~ 10000万吨的中型油田有 82个,储量 237800万吨,占 小于 1000万吨的小型油田有 197个,储量仅为 66199万吨,占 说明占 80%以上的储量均为大中型低渗透油田。砂岩 砂岩 砂砾岩 其它 (变质岩等)储量( 万吨 )1311 18 1586 96 6280 5 4610 1比例(%)现在探明的低渗透油藏统计,以构造岩性油藏占将近一半,其余的占一半左右。大、中型低渗透储层油藏除长庆、延长为岩性油藏外,其余的大多数油藏与断块,背斜有关,形成构造岩性共同圈闭的油藏。如大庆长垣南部榆树林、新民、乾安、新立等油藏。低和超低渗透率储量有 210278 万吨,占 超低渗透油田主要集中分布在延长油区和川中地区;特低渗透油田,主要分布在大庆、吉林、新疆等油田;低渗透油田主要分布在辽河、大港、胜利、吐哈、中原、华北等油田。上述所提到的油田各类低渗透储层总储量均在一亿吨以上。油粘度( MP a ·s )< 1 1 ~ 10 > 10储量(万吨)51 36 2 26 08 11 86 47 7比例(%)12 5 1 目前我国低渗透油田开采存在的主要问题★ 油井的自然产能低★ 自然能量开采递减大 , 采收率低★ 天然裂缝的存在 , 增加了注水开发的难度★ 启动压差大 、 驱替压力梯度大★ 部分井见效缓慢 , 地层压力不均衡★ 见水后采液 、 采油指数下降四 、 目前我国开采低渗透油田的主要做法★ 早期油藏评价 , 优选富集区★ 开展三维油藏描述 , 建立精细地质模型★ 加强开发试验 , 优化方案试验★ 整体优化压裂设计 , 提高单井产能及经济效益★ 早期注水开发 , 有利于油井高产稳产★ 根据不同地质条件 , 确定合理注采比及合理的压力界限★ 开展形式多样的注水试验 , 达到控水稳油的目的★ 裂缝侧向适时加密调整 , 提高储量动用程度五 、 提高低渗透油田开发效果的建议★ 认识和掌握低渗透油田的特殊规律 —— 前提★ 确定合理的井网布置和注采原则 —— 基础★ 采取先进实用配套的工艺技术 —— 保证第六节 井底处理新技术简介一、高能气体压裂技术二、水力振荡解堵技术三、电脉冲井底处理技术四、超声波井底处理技术五、人工地震处理油层技术六、微生物采油技术
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