完井工程概述.ppt

現(xiàn)代完井工程 碩士2004級(jí) 2 要將埋藏在地下的石油和天然氣開(kāi)采到地面 一般需要經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程 第一是如何建立從地面至地下儲(chǔ)集層之間的連接通道 即鉆井工程 包括固井工程 第二是如何使儲(chǔ)藏在地層孔隙 裂縫中的石油和天然氣 沿復(fù)雜的油氣層孔隙網(wǎng)或裂縫網(wǎng) 有效地流入井底 即合理開(kāi)發(fā)油田 油藏開(kāi)發(fā)工程 第三是如何使流入井底的石油和天氣沿井身 有效地流到地面 即合理管理油氣井 采油工程 這三個(gè)過(guò)程是相互聯(lián)系 相互影響 不可分割的統(tǒng)一體 概述 3 概述 完井工程的概念美國(guó) 前蘇聯(lián)和我國(guó)過(guò)去 一般都認(rèn)為完井工程是鉆井工程的最后一道工序 即鉆完目的層后下套管 注水泥固井 或包括射孔 完井 一般包括三方面內(nèi)容 鉆開(kāi)生產(chǎn)層完井方法完井井口及井底裝置 傳統(tǒng)完井工程的內(nèi)容 4 傳統(tǒng)完井工程特點(diǎn) 1 固井設(shè)計(jì)代替復(fù)雜而系統(tǒng)的完井設(shè)計(jì) 2 油層套管尺寸僅考慮一次和二次采油基本要求 3 按工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì) 對(duì)相鄰工藝環(huán)節(jié)缺乏考慮 4 技術(shù)設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 風(fēng)險(xiǎn)分析各環(huán)節(jié)間相互脫離 5 考慮強(qiáng)化增產(chǎn)和提高采收率的要求不夠 5 近年來(lái) 技術(shù)進(jìn)步 1 在對(duì)油氣層的微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上 采取了保護(hù)油氣層的技術(shù) 2 采用了不同的完井方式 由于這兩個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)步 結(jié)果使油氣井的完善程度提高了 從而使油氣井的單井產(chǎn)量得到了提高 6 概述 因此 完井工程已經(jīng)不僅僅是下套管注水泥固井 而是與油氣井產(chǎn)能密切聯(lián)系的相關(guān)工藝技術(shù) 這是現(xiàn)代完井工程的新概念 鉆開(kāi)油氣層開(kāi)始 直至油氣井投產(chǎn)的與油氣井產(chǎn)能有關(guān)的相關(guān)工藝過(guò)程 7 現(xiàn)代完井工程包括的基本工藝 鉆井工程 鉆開(kāi)油氣層鉆井液 固井 套管 水泥漿 注水泥設(shè)計(jì) 固井質(zhì)量評(píng)價(jià) 采油工程 射孔 射孔方式 完井液 射孔參數(shù)如孔徑 孔密 相位 投產(chǎn)措施 抽汲 氣舉等助排 壓裂 酸化等改造 開(kāi)發(fā)工程 試井評(píng)價(jià) 測(cè)試分析表皮系數(shù) 損害系數(shù) 流動(dòng)效率等 評(píng)價(jià)損害程度 8 概述 完井工藝基本流程 更換完井液鉆開(kāi)油氣層 取芯鉆桿測(cè)試 注水泥固井質(zhì)量評(píng)價(jià) 投產(chǎn) 完鉆測(cè)井下套管或襯管 射孔或測(cè)試下入生產(chǎn)管柱 9 現(xiàn)代完井工程的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容 巖心分析與評(píng)價(jià)測(cè)試確定鉆開(kāi)油層鉆井液類型完井方式與方法選擇油層套管及油管尺寸確定生產(chǎn)套管設(shè)計(jì) 注水泥設(shè)計(jì)固井質(zhì)量評(píng)價(jià)射孔方案完井試井評(píng)價(jià)完井生產(chǎn)管柱投產(chǎn)措施 10 現(xiàn)代完井工程設(shè)計(jì)的基本程序 油藏類型及儲(chǔ)量預(yù)測(cè)分析 流體特性及儲(chǔ)層物性分析 完井方法及生產(chǎn)方式確定 從鉆井 錄井 測(cè)試 固井 射孔到投產(chǎn)的成套設(shè)計(jì) 生產(chǎn)方式及總計(jì)產(chǎn)率估算 累計(jì)成本與總經(jīng)濟(jì)收益 投入資金與償還周期 風(fēng)險(xiǎn)分析 11 現(xiàn)代完井工程的理論支柱 工程力學(xué) 工程化學(xué)工程流體力學(xué) 滲流力學(xué)油田地質(zhì) 石油工程 12 現(xiàn)代完井工程基礎(chǔ) 完井工程基礎(chǔ) 指與完井有關(guān)的油田地質(zhì) 油藏工程和采油工程技術(shù) 油田地質(zhì)和油藏工程 包括油藏類型 滲流特征 巖性和流體性質(zhì) 采油工程技術(shù) 包括井別 開(kāi)采方式 開(kāi)采及改造措施 13 完井方式選擇和完井工程設(shè)計(jì)的依據(jù) 1 油田地質(zhì)和油藏工程依據(jù)油藏類型 儲(chǔ)滲特性 孔隙型 裂縫型 裂縫孔隙型 孔隙裂縫型 洞隙型 幾何形態(tài) 塊狀 層狀 斷塊 透鏡體 流體性質(zhì) 原油 天然氣 地層水 油層性質(zhì) 巖性 碎屑巖 碳酸鹽巖或其它巖石 物性 孔隙度 滲透率 油層與層間的滲透率和壓力差異 14 2 巖心分析常規(guī)分析 空氣滲透率 孔隙度 粒度 薄片分析 孔隙結(jié)構(gòu) 孔面率 裂縫率 裂縫密度 寬度 孔喉配合數(shù)等 X 衍射 確定粘土礦物的基本性質(zhì) 類型 絕對(duì)及相對(duì)含量等 電鏡掃描 敏感礦物產(chǎn)狀分布 孔隙形狀 喉道大小及分布 顆粒表層和喉道壁結(jié)構(gòu) 外來(lái)物接觸后 喉道的變化 堵塞情況等 15 3 地應(yīng)力井壁巖石的應(yīng)力狀態(tài) 井壁巖石所受的最大張應(yīng)力是否超過(guò)巖石的抗張強(qiáng)度 而發(fā)生張性破壞 導(dǎo)致骨架砂產(chǎn)生 這是油井是否出砂的內(nèi)因 最大剪切應(yīng)力是否超過(guò)巖石的抗剪切強(qiáng)度 而發(fā)生剪切破壞 出現(xiàn)井壁不穩(wěn)定性 這是油井井壁是否穩(wěn)定的內(nèi)因 地應(yīng)力與完井工程的關(guān)系 油氣井生產(chǎn)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程 完井工程設(shè)計(jì)必須考慮地應(yīng)力的分布 特別是井眼周圍的應(yīng)力狀態(tài) 主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面 1 完井方式選擇和完井工程設(shè)計(jì)的依據(jù) 2 決定水力壓裂產(chǎn)生裂縫的形態(tài) 垂直或水平縫 即影響到壓裂設(shè)計(jì) 16 4 敏感性評(píng)價(jià)通過(guò)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn) 分析油氣層巖心與各種外來(lái)流體接觸后所發(fā)生的各種物理化學(xué)作用對(duì)巖石性質(zhì)的影響 主要是對(duì)滲透率的影響及其程度 為優(yōu)選工作液和進(jìn)行完井工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù) 敏感性評(píng)價(jià)包括 速敏 水敏 鹽敏 堿敏 酸敏 17 5 采油工程技術(shù)依據(jù)注水 壓裂酸化 防砂 防腐 氣頂 底水及邊水控制 調(diào)整井 稠油熱采井等 18 基本技術(shù)內(nèi)容 完井方法選擇鉆開(kāi)產(chǎn)層鉆井液固井技術(shù)射孔技術(shù)壓裂與酸化技術(shù)試井評(píng)價(jià) 19 基本技術(shù)內(nèi)容簡(jiǎn)介 1 完井方法選擇 1 各種完井方法的特點(diǎn) 射孔完井 割縫襯管完井 裸眼完井 礫石充填完井等 20 基本技術(shù)內(nèi)容簡(jiǎn)介 射孔完井 套管射孔完井 21 尾管射孔完井 22 基本技術(shù)內(nèi)容簡(jiǎn)介 單管和多管射孔完井單管多管 23 基本技術(shù)內(nèi)容簡(jiǎn)介 封隔器射孔完井是將套管封隔器接在套管柱的適宜部位 下入井內(nèi) 使它正對(duì)生產(chǎn)層 優(yōu)點(diǎn) 1 支持上部液柱壓力 使產(chǎn)層不受水泥漿侵入危害 2 封隔器封閉了油氣層 減少了水泥漿的氣侵 有利于提高固井質(zhì)量 3 能在產(chǎn)層附近形成良好的密封 4 可減少油氣竄通 24 基本技術(shù)內(nèi)容簡(jiǎn)介 割縫襯管完井 25 基本技術(shù)內(nèi)容簡(jiǎn)介 裸眼完井 先期裸眼完井 26 基本技術(shù)內(nèi)容簡(jiǎn)介 后期裸眼完井 27 基本技術(shù)內(nèi)容簡(jiǎn)介 礫石充填完井 套管礫石充填 28 基本技術(shù)內(nèi)容簡(jiǎn)介 裸眼礫石充填 29 2 各種完井方法適用的地質(zhì)條件 30 3 完井方法的選擇原則油氣井是連通油氣藏的唯一通道 每口油氣井的完井設(shè)計(jì)必須以獲得最大的綜合利潤(rùn)為前提 考慮的主要因素有 a 儲(chǔ)集層的類型 b 儲(chǔ)集層的均質(zhì)程度 c 產(chǎn)層巖石的穩(wěn)定性 d 產(chǎn)層附近有無(wú)底水或氣頂 e 產(chǎn)層的滲透性等 31 4 確定完井方法的要求 a 必須適應(yīng)油氣藏的地質(zhì)特征 從而使油氣井的正常生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng) 生產(chǎn)效率高 b 必須滿足油氣井在長(zhǎng)期生產(chǎn)階段的種種工程要求 例如 二次采油階段要求油井能進(jìn)行選擇性地注水或采油 增產(chǎn)措施作業(yè)要求油井具備可分隔層段的井底結(jié)構(gòu) 完井過(guò)程中要求對(duì)儲(chǔ)集層的傷害最小且完井成本最低 32 2 鉆井完井液技術(shù) 1 基本要求不同的油藏及不同的鉆井工程要求所使用的鉆井完井液類型及性能各不相同 但其基本要求都相似 即它一方面必須具有鉆井液的功能 另一方面又必須滿足保護(hù)油氣層的要求 33 作為鉆井液它必須具有以下功能 控制地層流體壓力 保證正常鉆井 具有滿足鉆井工程必須的流變性穩(wěn)定井壁 要求鉆井完井液的密度 抑制性 濾失造壁性和封堵能力等能滿足所鉆地層要求 保持井壁穩(wěn)定 改善造壁性能 提高泥餅質(zhì)量 穩(wěn)定井壁 防止壓差卡鉆其它鉆井液所必須具備的功能 34 另一方面 它又必須能較好的防止對(duì)所鉆油氣層的損害 不同類型的油氣層遇到不同類型的完井液都有不同的損害 其損害情況隨油氣層特性和完井液性質(zhì)不同而不同 因此 根據(jù)不同的油藏 認(rèn)清其損害機(jī)理 找出其損害原因 篩選與之相適應(yīng)的完井液體系和確定相應(yīng)的應(yīng)用工藝 是保護(hù)油氣層完井液技術(shù)的核心內(nèi)容 35 基本要求 鉆井液中的固相含量及固相粒子的級(jí)配 鉆井液對(duì)粘土水化作用的抑制能力 鉆井液液相與地層流體的配伍性 各種鉆井液處理劑對(duì)油層的損害 36 2 保護(hù)儲(chǔ)集層的屏蔽式暫堵技術(shù)特點(diǎn) 適用于各類砂巖油氣藏 成本低 工藝簡(jiǎn)單 對(duì)鉆井液和鉆井工藝無(wú)任何特殊要求 易于推廣 該項(xiàng)技術(shù)是把鉆井時(shí)所用的鉆井液稍加改造 在鉆井液中加入一些暫堵材料 無(wú)需配制任何新的鉆井液或完井液 這樣就大大地降低了成本 簡(jiǎn)化了施工工藝 而且使用該項(xiàng)技術(shù)的工藝簡(jiǎn)單 只需在一定時(shí)間內(nèi) 把暫堵劑均勻地加入鉆井液中即可 不需要增加任何設(shè)備 37 把鉆井時(shí)造成油氣層損害的正壓差這個(gè)不利條件轉(zhuǎn)化為有利于油氣層保護(hù)為了保證能在十幾分鐘內(nèi) 在近井壁處形成滲透率極低的屏蔽環(huán) 就必須有一個(gè)較大的正壓差 而且 隨著壓差的增加 屏蔽環(huán)的滲透率隨著下降 反排時(shí)油層滲透率的恢復(fù)值高 可達(dá)80 這一特點(diǎn)對(duì)于中途測(cè)試十分重要 由于屏蔽環(huán)薄 10cm以內(nèi) 離井眼近 在反排時(shí)可變形粒子首先被返排出 然后排出填充粒子和架橋粒子 這樣保證了中途測(cè)試能較為準(zhǔn)確地反映出油層的物性參數(shù)和產(chǎn)能 38 消除了固井時(shí)水泥漿對(duì)油氣層的損害 提高了固井質(zhì)量由于鉆井時(shí)在油氣層段形成的屏蔽環(huán)的滲透率極低 在固井時(shí) 水泥漿中的固相顆粒和高pH值的濾液都難以侵入油層 從而消除了水泥漿對(duì)油層的損害 又由于屏蔽環(huán)的形成使得井徑規(guī)則 從而提高了水泥漿頂替鉆井液的效率和水泥環(huán)與地層的膠結(jié)強(qiáng)度 39 3 復(fù)雜儲(chǔ)層的鉆井完井液技術(shù)復(fù)雜性體現(xiàn)在兩個(gè)方面 一方面在于井下地層對(duì)安全正常鉆井帶來(lái)的復(fù)雜問(wèn)題 如鉆井過(guò)程中的漏 噴 塌 卡事故 也包括由于特殊鉆井工藝對(duì)鉆井提出更高的要求 另一方面敏感性儲(chǔ)層的保護(hù)問(wèn)題將更進(jìn)一步增加其技術(shù)難度 而且往往復(fù)雜的鉆井問(wèn)題和儲(chǔ)層保護(hù)問(wèn)題交織在一起互相影響而使問(wèn)題更加復(fù)雜 從而成為當(dāng)前需要角決的主要技術(shù)難題之一 實(shí)踐表明復(fù)雜條件下的鉆井完井液大多為改性鉆井完井液 40 易漏易塌井的鉆井完井液要求鉆井完井液必須具備防塌 防漏護(hù)油層的三種功能 首先 是如何保證安全 正常的鉆開(kāi)油層 即必須防漏 防塌 防噴 其次 在此基礎(chǔ)上實(shí)施保護(hù)油層技術(shù) 調(diào)整井的鉆井完井液調(diào)整井所鉆油層的原始平衡狀態(tài)已破壞 因此 無(wú)論從鉆井角度還是從保護(hù)油層角度 都應(yīng)針對(duì)這種已發(fā)生變化的油層采取相應(yīng)的措施 41 深井 超深井的鉆井完井液深井 超深井的鉆井完井液的最大特點(diǎn)是應(yīng)用于高溫高壓條件下 而且深井 超深井經(jīng)常使用高密度鉆井液 有時(shí)密度超過(guò)2 00g cm3 會(huì)對(duì)油層產(chǎn)生高壓差 因此 作為深井 超深井鉆井首先必須考慮高溫的影響 這包括高溫改變和破壞鉆井液性能兩個(gè)方面 由于高溫的復(fù)雜作用使深井鉆井液的井下高溫性能及熱穩(wěn)定性變得十分復(fù)雜 需要專門(mén)的評(píng)價(jià)方法和專用的耐溫處理劑 從而形成了一項(xiàng)特殊的技術(shù) 42 定向井 水平井的鉆井完井液定向井 水平井的鉆井液 鉆開(kāi)油層時(shí)必須解決三大技術(shù)難題 一是攜帶巖屑問(wèn)題 包括解決垂沉現(xiàn)象 二是大斜度井段 水平井段的井眼穩(wěn)定問(wèn)題 三是潤(rùn)滑降摩阻的問(wèn)題 定向井 特別是水平井在對(duì)油層損害的因素上與直井的差異主要有 1 油層與完井液接觸面積比直井大得多 對(duì)油層損害的可能性更大 其油層保護(hù)的技術(shù)難度更大 2 油層浸泡時(shí)間長(zhǎng) 水平井鉆速一般較直井慢慢 而且從鉆開(kāi)油層到完鉆水平井所用時(shí)間比直井長(zhǎng) 3 對(duì)油層壓差大 油層中進(jìn)行水平鉆進(jìn)時(shí) 隨水平段增長(zhǎng) 流動(dòng)附加壓力作用于所鉆油層上 使其壓差不斷增大 43 3 固井技術(shù)固井的目的固井質(zhì)量不好帶來(lái)的問(wèn)題提高固井質(zhì)量具備的配套技術(shù)科學(xué)固井注水泥的基本要素復(fù)雜地質(zhì)條件固井需研究的問(wèn)題 44 固井注水泥的目的之一 原油和天然氣有序地從井眼中流到地面 必須建立密封性能良好的井眼通道 建立該良好通道必須有良好的固井質(zhì)量和防止套管外壁腐蝕 45 固井質(zhì)量不好帶來(lái)的主要問(wèn)題之一 油氣在井下地層之間竄流 造成部分油氣資源散失 導(dǎo)致流到地面的油氣產(chǎn)量減少 46 現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)研究表明 提高油氣井固井質(zhì)量所涉及的問(wèn)題很多 如水泥漿特性 水泥漿流動(dòng)規(guī)律 壓力平衡 井身質(zhì)量 套管居中及水泥漿與泥漿流變性能的合理配合等方面 如何把這些因素作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程有機(jī)地結(jié)合起來(lái) 是當(dāng)前提高固井質(zhì)量的主要方向 現(xiàn)場(chǎng)將這些問(wèn)題歸納為壓穩(wěn) 居中 替凈和密封的八字方針 47 具體要求解決的問(wèn)題有4個(gè)方面 a 水泥漿注替和凝結(jié)過(guò)程 必須保證漿柱當(dāng)量壓力與地層壓力的平衡關(guān)系 作到水泥漿不漏 油氣水不因水泥漿失重而造成竄流問(wèn)題 b 清除和替凈環(huán)空泥漿 提高水泥漿的頂替效率和水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量 c 提高水泥石的密封質(zhì)量 無(wú)局部水槽 橫向水帶和竄槽現(xiàn)象 滿足后繼工程的要求 d 保證油氣井的正常生產(chǎn)壽命 48 提高固井質(zhì)量需要具備的主要技術(shù)有 環(huán)空竄流預(yù)測(cè)方法 適合井況要求的水泥漿體系 小間隙環(huán)空注水泥流動(dòng)計(jì)算方法 防止套管外壁腐蝕的水泥漿體系 平衡注水泥設(shè)計(jì) 注水泥施工 平衡壓力固井提高頂替效率防止環(huán)空竄流 科學(xué)化固井技術(shù) 井下溫度的準(zhǔn)確預(yù)測(cè) 固井工程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)軟件 注水泥施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 科學(xué)固井注水泥的基本要素 50 復(fù)雜地質(zhì)條件固井需研究的問(wèn)題如何準(zhǔn)確掌握井下溫度 如何準(zhǔn)確測(cè)定入井流體流變特性 如何合理確定固井注水泥的安全壓力窗口 如何科學(xué)地進(jìn)行優(yōu)質(zhì)水泥體系設(shè)計(jì) 水泥環(huán)的腐蝕與防腐 固井工程監(jiān)測(cè)與模擬 51 4 射孔技術(shù)射孔液 射孔液的損害機(jī)理 常用射孔液體系及其選擇和使用 射孔液是射孔施工過(guò)程中采用的工作液 它也可用于完井時(shí)的作業(yè) 由于射孔孔眼穿入油層一定深度 有時(shí)它的不利影響甚至比鉆井液的影響更為嚴(yán)重 因此 要保證最佳的射孔效果 就必須研究篩選出適合于油氣層及流體特性的優(yōu)質(zhì)射孔液 射孔液總的要求是保證與油層巖石和流體配伍 防止射孔過(guò)程中和射孔后對(duì)油層的進(jìn)一步損害 同時(shí)又能滿足射孔施工工藝要求 并且成本低 配制方便 52 射孔工藝技術(shù)射孔作業(yè)工藝方法 電纜輸送套管槍射孔工藝 油管輸送射孔工藝 油管輸送射孔聯(lián)作工藝 水平井射孔工藝 高壓噴射和噴砂射孔工藝等 射孔參數(shù)優(yōu)選 射孔參數(shù)對(duì)各類油氣層產(chǎn)能對(duì)影響 油氣層損害對(duì)射孔井產(chǎn)能對(duì)影響 射孔負(fù)壓設(shè)計(jì) 負(fù)壓設(shè)計(jì)地經(jīng)驗(yàn)方法和理論方法 射孔質(zhì)量的檢測(cè)和評(píng)價(jià) 射孔器性能的檢測(cè)評(píng)價(jià) 射孔引爆的地面檢測(cè) 井下射孔套管的測(cè)井檢測(cè)和射孔完善程度的試井評(píng)價(jià) 53 5 增產(chǎn)技術(shù)油氣層水力壓裂 利用液