采油工艺技术进展与展望

453 采油工艺技术进展与展望 中原油田分公司采油工程技术研究院 二二年十二月 454 目 录 一、 深层油气藏压裂改造工艺技术 454 二、 分注工艺及配套技术 462 三、井况损坏防治技术 468 四、天然气开采工艺技术 476 五、调堵解综合工艺技术 480 六、测试工艺技术 488 七、系列防腐工艺技术 493 八、机采配套工艺技术 496 455 2000 年 3 月采油工程技术研究院重组成立以来，紧紧围绕 “科技创新、推广创效，管理上水平、思想上台阶”的工作方针，加大科技创新力度，实施人才兴院战略，制定了一系列有利于多出成果、快出人才的激励政策。通过选聘院内 专家和优秀人才，实施“三级四段”科研项目管理，建立项目津贴制度，加强与兄弟油田、大专院校的技术交流与合作，进一步调动了科研人员的积极性，加快了科技创新与新技术推广的步伐，使我院的各项工作三年迈出了三大步： 2000 年以来我们共承担局级以上科研项目109项，其中集团公司科研项目 18项，局级科研项目 91项。通过集团公司鉴定 9项， 3项达到国际先进水平， 6项达到国内领先水平；通过局级验收 54 项。获科技进步奖 27 项 (其中集团公司级 3项 )。 2001年推广新工艺新技术 64项实施 2000多井次，增油 104t，增气 3700 104时，投入 1000多万元资金用于实验室建设，完成了工程院计算机网络工程建设，为采油工程技术研究院的发展奠定了基础。 近年来， 中原油田 剩余资源量中“边、老、低、难”资源所占比例越来越大，开采难度日益增加。油田生产开发中暴露出较多的矛盾： 一是“ 双低” (低渗、低采出程度 )油田难动储量的开发问题； 二是“ 双高” (高含水、高采出程度 )油田提高采收率问题；三是 深层油气藏改造问题； 四是 分层注水问题； 五是 井况损坏防治技术； 六是 深层天然气开采技术。 2002 年，采油工程技术研究院针对上述油田开发生产中存在的重 大技术难题，在深层油气藏 456 压裂改造技术、分层注水技术、高含水油藏提高采收率技术、深层低渗难动用储量开发配套技术、井况损坏防治技术及深层天然气开采技术等方面开展了 52项科研课题的攻关研究，逐步形成了具有中原油田特点的系列配套采油工艺技术。 一、 深层油气藏压裂改造工艺技术 压裂是油田增储上产的主要措施，是低渗致密油气藏获得高产工业油气流的主要手段，对油田的发展具有重要的意义。在各级领导的关怀下，在全体压裂工作者的共同努力下，中原油田的压裂技术水平有了长足的进步，下面简单的介绍压裂技术取得的进展及就今后的发展方向作 一展望。 （一）压裂技术进展 1、压裂液 目前中原油田所用的压裂液主要为水基有机硼交联压裂液体系，所用的稠化剂主要为羟丙基胍胶和香豆粉。该体系交联时间适宜，粘温性能好，对地层污染较轻，破胶性能好，基本上能满足中原油田的压裂施工。 2、支撑剂 目前中原油田根据不同压裂层位的闭合压力选用石英砂、普通陶粒、高强度陶粒为压裂支撑剂，陶粒是以天然富铝矾土矿物为基本组成，在催化剂和少量添加剂的作用下，通过高温烧结而成。该产品具有体积密度低，分选性能好，抗压强度高，导流能 457 力强等特点。 3、压裂优化设计 压裂优化设计是以产 量（初始产量、稳产量），采收率（无水采收率、最终采收率），采油速度，经济效益（净现值、内部收益率、投资回收期）为目标函数，选取准确的地层参数数据、压裂液数据及支撑剂数据，运用压裂模拟软件，设计出最优化的泵注程序、裂缝长度、宽度、导流能力等。有时也以累计增产量目标函数，该法着重分析油层内有效裂缝对增产量的影响，避开了裂缝形状和经济因素，目前仍有一定的实用价值。 压裂软件主要有 由美国石油协会和多家国际石油技术服务公司共同完善的拟三维 作为美国天然气研究所（ 天然气供应规划项目的一部分被开发的。 3称集总参数的三维压裂软件。 将实时现场施工数据与压裂设计结合起来，设计出积极的施工方案。 2000年以来共进行了 500多井次的压裂优化设计，累计增油30余万吨，出现了一批高产高效井。卫 22 13 13 1300吨以上，取得了显著的效果。 458 4、配套工艺技术 1）裂缝测试技术 在水力压裂过程中，岩石破裂时产生的球面弹性波沿周围井套管传送到地面，用 4过数据处理可测试油、气、水井压裂时形成的裂缝长度和方位。 2）低伤害压裂预前置液 低伤害压裂预前置液由多种表面活性剂、复合型粘土稳定剂及其它化学添加剂组成。该液体具有表面活性强，与地层配伍性好，易返排等特点。 2001年以来应用 40口井。在现场应用中具有疏通地层孔隙喉道和减少外来流体对地层污 染的良好作用。 3）支撑裂缝处理技术 压裂过程中形成的滤饼、压裂液残渣、及具有较高粘度的水化液会降低支撑裂缝的导流能力。裂缝处理剂由多元复合氧化物、催化剂、增效剂、地层保护剂等组份组成。具有破胶温度低，速度快，降解压裂液滤饼和残渣效果好，对支撑剂质量影响幅度较小。可有效地提高裂缝导流能力，缩短排液周期。 2001 年以来应用 25口井。 4）长井段产层改善产气剖面技术 (1) 针对含气储层的多层性，划分主产层与次产层，对含气层进行编组，形成合理的压裂层段，剖面改造程度提高 15%以上。 (2) 采用分层多级压裂管柱 ，一趟管柱可压裂 3证照 片 459 尽可能多压开目的层，形成多条裂缝，有效地改善产气剖面。 适用中原油田油气层跨度在 50 5）注水井短、宽裂缝压裂工艺技术 近十几年来，中原油田共实施注水井压裂增注 38口井，压后初期效果明显，但注水压力下降幅度较小，有效期没有达到预期目标。 主要研究： (1) 注水井欠注的主要原因分析（油层物性差、油水井连通性差及油层污染）； (2) 注水井压裂应具备的条件； (3) 适合于注水井压裂的压裂液体系； (4) 注水井压裂优化设计主要参数，经压裂优化设计表明较为合 适的注水井压裂参数是排量2置液量 20裂缝导流能力 40(5) 注水井短、宽裂缝现场工艺技术。注水井压前预处理技术； (6) 注水井短、宽裂缝测试技术。 6）大型重复压裂技术 中原油田已进入开发中后期，类主力油层大部分已经水淹，开发对象要向、类油层转化，而此类油藏渗透率更差，面临调整困难、措施难度大、井况恶化等矛盾，开发难度大，储量动用程度低，随着压裂技术的不断提高，压裂效果大大提高，从文东油田开发历史看，提高压裂水平，增大压裂规模，是油井增产的主要措施。 重 复压裂可在原来裂缝基础上向前延伸，也可能由于应力场 460 的变化，产生新的裂缝。 注水井周围地层压力升高，而生产井周围的地层压力下降，使地层应力场变化复杂。在任何地方，孔隙压力上升会引起总应力的上升，同时对其周围的应力产生影响。这一现象由注入井径向向外传播。对生产井则会产生相反的影响。这使得裂缝向高孔隙压力区传播。反之，在低孔隙压力区，裂缝的延伸则趋于低压区的正切方向。 当注水井周围的孔隙压力增加到足够大，作用在基质上的有效应力就变小，以致于不能产生足够大的摩擦力来平衡断层面。这就会引起断层的滑动，引发微地震，改变 地应力方向。 在生产井周围，油藏压力下降引起基质有效应力增加和油藏压缩，使孔隙度减少和渗透率大幅度降低。这是生产井产量急剧下降的部分原因。大规模的油藏压缩会减少整体油藏体积，严重时导致地层下沉，引发地应力场变化。 单井加砂规模 35方， 2001年以来在 168口井应用，占压裂总工作量的 15%以上。文 13高强度陶粒 110均砂比 压后日产油 97m3/d，压裂单井加支撑剂量与老井重复压裂增产量均创油田历史最高记录。 （二）压裂技术展望 1、压裂液 1）中低温低渗 油气井清洁压裂液 461 清洁压裂液不用聚合物而采用粘弹性矿物质在水基系统中形成微胞，这类系统的变形受时间影响，当系统变形时，其流变特性近乎牛顿流体，这种粘弹体有极好的颗粒悬浮能力，该液体易于配制，对地层污染小，并且其破胶时不加破胶剂，只要遇到油（气）层中的油和气便可被稀释而破胶。这种液体与聚合物压裂液不同，它不因漏失而形成滤饼，因此其滤失率基本上不随时间变化，此外该液体不需要交联剂和破胶剂，因而无论是从施工过程还是在液体配制上都比常规压裂简而易行。 2）新型压裂液 目前国内外使用的水基压裂液普遍是以羟丙基胍胶为稠 化剂，加入 菌剂、助排剂、破乳剂、降滤失剂、粘土稳定剂、温度稳定剂、润湿剂、破胶剂等经交联剂交联而形成水基冻胶。它具有粘度高、造缝性能好、携砂能力强、滤失系数低等特点。但存在着残渣含量偏高，滤液对产层伤害较为严重的问题。新型的压裂液应在满足地层温度要求及抗剪切、携砂能力等的要求下进行以下的工作： A、对稠化剂进行进一步的改性工作。经合适的工艺技术，在稠化剂分子链上引入合适的官能团，使稠化剂具有良好的水溶性，降低稠化剂的残渣含量，达到低于 指标，降低压裂液对地层的伤害。 B、现在使用的压裂 液中，除了稠化剂外，为了达到防膨、破 462 乳、破胶、助排的功能，加入了许多的添加剂，配制工艺较为复杂，效果有限。未来的压裂液，应在稠化剂分子链上引入合适的官能团，使稠化剂本身所配成的液体就有较低的表界面张力，具有较好的防膨、破乳、破胶、返排的功能，达到一剂多用的目的。 2、支撑剂 1）高强度支撑剂 为满足深井压裂时形成高导流裂缝的要求，需要研究成本适中，性能指标能满足要求的高强度支撑剂。 2）预固化的树脂包衣层砂 这种包层砂是在砂子表面上包了一层树脂，减少了点负荷，这样即使压碎了包层内的砂子，外边的树脂包层仍可以 将碎块、微粒包裹在一起，防止他们运移或堵塞支撑剂带的孔隙，保持裂缝的导流能力。 在石英砂表面事先包裹一层与压裂目的层温度相匹配的树脂，并作为尾追支撑剂置于水力裂缝的近井地带，当裂缝闭合且地层温度恢复后，这种包层砂先在地层软化成玻璃球状，然后由软至硬将周围相同的包层砂胶结起来，在裂缝深处与近井地带形成一道“屏障”，起到防止缝内支撑剂返吐回流的作用。显然它的导流能力低于预固化的树脂包层砂，但从总的经济效益来看，他是一种较为理想的防砂材料。 3、全三维压裂优化设计 463 目前，中原油田基本采用拟三维压裂设计软件进行压 裂设计，拟三维压裂模型可以较充分地描述在整个压裂过程中，裂缝几何形态与支撑剂在裂缝中输送的状况；拟三维压裂模型主要的假设条件是缝长必须大于缝高，否则计算结果与全三维压裂模型的计算值有很大出入，拟三维模型适用于单层设计计算，为提高计算值的可信度，必须掌握压裂目的层及其上下盖底层的最小水平主应力和杨氏模量等岩石力学参数。随着对压裂的认识的逐渐深入，人们逐渐意识到：拟三维压裂设计软件并不能解决许多压裂时所遇到的真实问题。 全三维压裂模型可以描述具有变弹性性质和滤失特性的多层井段以及由地应力剖面决定的复杂的裂缝几何 形态与几何尺寸。对压裂设计与压裂分析而言，全三维压裂模型可以解决： 1）确定给定就地条件和注入条件的裂缝几何形状； 2）从裂缝在三维方向上的扩展，估算支撑剂浓度、前置液用量和施工总用液量； 3）有利于研究射孔部位的影响和与宽度尖灭相关的问题； 4）通过小型压裂压力与模拟压力的比较来诊断就地闭合应力； 5）实现实时监测， 设计出更积极的施工方案。 4、双封分层压裂改造技术 为适应彻底改造油气层，需进行分层压裂。投球分层压裂对油层改造不明确也不彻底，为此，发展双封分层压裂工艺，主要 464 应做的工作是双封工具的改 进，使之适应中原油田的井深、井斜、套管内径小、施工压力高等具体要求。 5、大斜度定向井压裂工艺技术 随着开发水平的提高，中原油田大斜度定向井愈来愈多，这类井在压裂时易产生多裂缝，容易出现加砂量较少或砂堵的情况，目前所做的工作一是前置液加入粉砂，二是前置液低砂比加砂。应进行 斜井压裂破裂机理研究；定向射孔技术的研究与应用 , 斜井压裂工艺研究，包括（ 1）小型压裂测试技术研究；（ 2）降低弯曲摩阻技术研究；（ 3）降低前置液用量加砂工艺研究。 6、区块整体压裂改造技术 油水井经过压裂改造之后，对水井注水 ，油井采油生产等各方面都有较大影响，应进行完井方式与井网布局分析、地应力场状态分布研究、裂缝分布与井网布局对开发效果的影响、压裂设计整体优化技术等，进而确定区块整体压裂改造技术。 二、分注工艺及配套技术 2002 年 9 月，全油田注水井 1917 口，开井 1266 口。注水压力高于 18高于 25针对中原注水技术状况，开展了分层注水、 4套管配套、分层措施工艺等一系列技术的研究，形成了一批新型分层工艺技术，并在现场大面积推广应用，取得了良好的效果。 基本解决了中原油田高压分注 和小井筒分注的技术问题。 465 (一 )分注工艺及配套 技术进展 1、基础配套研究 (1)锚定方式研究 中原油田的开发史也是井下工具的试验史，由于油田本身具有的高温、高压、高矿化度的特点，不仅研制、引进了各种不同类型的封隔器、井下工具，而且锚定系统也是在无锚定和刚性锚定中反反复复。为确定锚定系统对套管的伤害，我们采用多点动态应变仪对三片卡瓦、四片卡瓦、六片卡瓦、水力锚、板式锚、桶式卡瓦等分别进行了加压、锚定力、应力应变试验，利用 据实验和计算结果优化了锚定结构，新式锚接触应力下 降 35%，达到了封隔器有效锚定和最小伤害的有效组合。 (2)胶筒 胶筒是封隔器的关键件，为加快胶筒的研究，成立了胶料研究组和结构优化组。胶料研究组根据工作介质、工况条件对胶筒的影响，对主体胶料、添加剂、配方、混炼及硫化工艺等采用正交法进行优选；结构优化组根据封隔器设计尺寸对胶筒壁厚、长径比、承压角及肩部保护等进行优化设计，利用 封隔器胶筒 的应力分布更加均匀，经过改进后的胶筒性能有了较大提高，满足了一级两段、油套分注等分注工具的要求。 466 (3)管柱受力分析 封隔器在井下工作时存在四 种效应：活塞效应、温度效应、鼓胀效应、屈曲效应，这四种效应 将对工具管柱产生附加应力和变形，直接影响管柱寿命。在分析下封、座封、注水、停注的不同特点后，利用相关理论进行了分析计算，编制了注水管柱受力与变形计算机软件，为管柱配套提供了理论依据。 2、形成的工艺技术系列 (1)分层挤堵工艺技术 主要用于分层挤注水泥、化堵、调剖、酸化等工艺，解决了笼统化堵、调剖造成的非施工层污染问题，提高措施效果。管柱由上泄压平衡装置、防沉积水力锚、双级高性能封隔器和定泄压滑套组成，适应 51/2套管，技术指标达到耐压差 35温130。 管柱工艺原理：按设计要求组配下井，到位后投球。从油管打压挤注时，跨卡在挤注施工层上、下的封隔器自动座封，密封挤注层段并打开定泄压滑套，使注入剂进入地层。挤注完成顶替清水后，关井候凝。待压力扩散后，上提管柱起出管串。 该工艺技术自进入现场以来，累计应用 120 余井次，用于分层挤水泥、化堵、调剖、酸化等施工，单井最大堵剂量 200多方，最高压力 42具最大下入深度 3200m，管柱成功率 100%。目前水泥分层挤堵工艺已推广到百色油田、南阳油田，取得良好 467 效果。 (2)4套管配套分层工艺技术 用于 4套管井的分层注水、分层酸化调剖措施等工艺，解决了 4井的分层工艺难题。分注管柱由大通径水力锚、封隔器与配水器一体化工具及配套投捞工具等组成；分层措施管柱由水力锚、封隔器、定泄压滑套等组成。两类管柱技术指标均达到耐压差 35温 130。 目前两类管柱已现场应用 16 井次，其中分注 10 井次、分层酸化措施 6井次，取得良好的效果。 (3)多级分注管柱 适用于 51/2水井分注，管柱采用钢性锚定，由水力卡瓦、水力锚、高性能注水封隔器和偏心配水器组成，封隔器在材质上选用高强度的材料，提高其耐内压强度，设 计了特型的锁紧机构，反洗活塞采用锥面线加“ 0”型圈双密封，确保反洗顺畅，密封可靠，封隔器与低伤害水力卡瓦、水力锚及偏心配水器组成了钢性锚定管柱。 35温 120，有 114、 112 两个系列，该注水管柱已在采油二厂、三厂、五厂现场应用 60余口井，注水管柱的有效期得到了提高； (4)高压顶封保护工艺 用于注水井顶封保护套管或停注上层注下层工艺，管柱由防沉积水力锚、高性顶封封隔器和座封导流器组成，耐压差 35468 耐温 130。目前已现场应用 150 多井次，用于高压注水井顶封保护套管和停注上层工艺，部分井下 段实施分注，效果良好，最长有效期已超过 1年半仍继续有效，最高压差 39据现场的需要，另行设计了 洗井封隔器、 式水力锚。有 114、 110两个系列。 (二 )分注工艺及配套技术展望 1、基础研究 利用新建实验室和计算机技术，开展管柱锚定方式和锚定机构研究，开发高效、低伤害的水力锚、水力卡瓦、机械锚等锚定工具。优选橡胶材料，优化胶料配方和胶筒结构，研制耐高温、耐高压胶筒。深化管柱受力分析，分析管柱在不同工况下的受力和变形，合理配置管柱工具，延长管柱有效期。 2、套变井分注技 术 中原油田套管缩变形井 756口，套管错断井 92口，这些井严重地制约了中原油田的分注工作，研究大间隙高性能封隔器及配套工具，形成适应套变井的小直径分注管柱。技术指标：管柱外径 105 100压差 30耐温 130。 3、大斜度井分注技术 97 年以来，中原油田加大了侧钻力度，共打侧钻井 119 口，在近年的加密井中，定向井占了近 1/3，随着这些井的投产和转注，对大斜度井的技术需求日益加大。应加快大斜度井分注技术研究， 469 通过管柱下井防误坐、封隔器的座封解封设计及大斜度井的调配与打捞工艺研究，形成 大斜度井分注工艺管柱技术指标：适应井斜 0 55，耐压差 35温 130。 4、负压排酸分层酸化管柱 研究内容：双向卡瓦高压上封封隔器研究；液压下封封隔器研究；负压强排装置研究；油水井防污染施工工艺研究；形成高效分层酸化管柱。技术指标：耐压差 40温 125。 5、分层压裂管柱研究 研制适用于任意层压裂的管柱，管柱由两级不同性能的封隔器及配套工具组成。管柱达到的技术指标为：可对下层、中间层、上层进行分层压裂；管柱耐压差 60温 130、适应井深：3500m。 根据中原油田注水工艺要求 及现场存在的问题，通过对注水工艺、管柱受力、高压封隔器及管柱配置等内容的攻关，形成一套满足中原油田地质特点及井况要求、适应中原油田高压注水井分注及措施需要、整体管柱配套的系列工艺技术。 三、井况损坏防治技术 中原油田是复杂的断块油气田，井况恶化问题十分突出，套管损坏导致井网失衡，注采关系失调。中原油田地质构造应力和 470 地层条件复杂，井深、高温、高压、高矿化度、腐蚀等是造成套管损坏的根本原因。钻井质量、固井质量不好，采油、注水参数优化不合理也是造成套管损坏的重要原因。 截止 2001 年底，中原油田累计发现事故井 3018 口，其中落物 1346口，套损 1672口。统计的中原油田套损井 1128口中，套管缩径变形 756口，占 破漏穿孔 280口，占 套管错断 92口，占 井况的恶化不仅破坏了注采井网，影响了增产增注措施的实施，而且造成储量和产量损失，损失水驱控制储量 4310万吨，损失水驱动用储量 2870万吨。 针对中原油田的套损的特点， 2000年开展了集团公司项目“常规开发井套管损坏因素分析与机理研究”，进行了地应力、高压注水、射孔、固井、强化采油、腐蚀等方面与套管损坏的关系研究 ,提出了防治措施；开发 了高抗挤套管、高压注水井套管保护工艺管柱、低伤害井下锚定工具、井下井况监测、井筒套管防腐等保护套管技术，并进行了广泛应用。 （一）井况损坏防治技术进展 1、中原油田套管损坏机理 影响中原油田套管损坏的因素主要是地应力、高压注水、射孔、固井、强化采油措施、腐蚀等，通过油水井套管损坏机理研究，得到初步研究成果。 471 地应力异常是油田套管损坏的主要原因。中原油田的地质特点盐膏层多、断层复杂、地层倾角较大，造成了地应力异常。特别 是盐膏层蠕动、上覆岩层和围岩变形、滑移和流动对套管施加的非对称挤压力和剪切力，往往超过套管的 强度，造成套管损坏 。 高压注水是注水开发油田套损的重要因素。当高压注入水进入泥岩层形成水浸后，由于裂缝充水和岩层泥化，在压力差作用下产生滑移；泥岩吸水后具有较强的塑性变形能力，可将垂向岩压转变为水平应力，其内聚力降低，内摩擦角逐步降低；当注水压力高于上覆地层压力时，地层还有可能出现纵向位移。因此地层滑移的结果是使油层套管承受侧向载荷，导致套管损坏。在统计中原油田的 852口套损井中 , 注水井 418口，占 套管射孔后强度明显降低。根据 51/2套管非均匀外载荷试验结果，与未射孔套管相比，射 孔后抗外挤强度平均降低 重炮补孔后抗外挤强度降低 统计中原油田文 10块等 19个区块的 990口套损井，套损位置在射孔段的有 316口，占总数的 固井质量差导致套管损坏。当固井水泥环出现 30度缺陷时，套管壁的有效应力剧增。随着水泥环缺陷角度的增加，套管的有效应力和应力集中系数也逐渐提高，在水泥环缺陷角度为 150 度至 180 度之间时，套管有效应力达到最大值。在相同内压与地应力条件下，套管居中与偏心时套管的有效应力相差 10%随 472 着水泥环弹性模量的增大 ，套管水泥环抗均匀外载强度增加。在统计的 785 口套损井中，固井质量中等的井有 144 口，占总套损井的 固井质量差的井有 239口，占总套损井的 油井压裂过程中承受高压，反复承受高压易使此处套管变形。对于深抽采油井，当井筒内压力出现急剧降低时，套管应力变化较大。对疏松砂岩油藏，砂层段套管周围掏空时，套管外部约束减弱，出砂部位套管应力显著增大，最容易发生弯曲变形。 腐蚀是套管损坏的主要原因之一。腐蚀方式以内腐蚀为主，腐蚀特征以点蚀为主，同时片蚀也普遍存在。 在腐蚀作用下，套管壁将逐渐变薄，套管强 度随之降低，在外力作用下套管更易损坏。 2、新井套管损坏预防技术 中原油田 40多个区块的地应力研究结果表明，有 40%的区块相当应力大于 90中文 79块的相当应力为 出 管抗外挤强度 是造成套管在该区块损坏严重的主要原因。 2001年中原油田与天津钢管公司共同开发了 种套管外径 挤毁强度达到 167在文 79 块套管抗挤系数提高到 出异常 准 套管应用从根本上解决了中原油田岩盐、盐膏盐、射孔段套管损坏防治的难题。 473 截止 2002 年 7 月，已在中原油田采油一厂、二厂、三厂、四厂的 35个区块 5套大盐层（ 9盐、文 23盐、卫城上盐、卫城下盐）的 450口井中推广应用。 3、注水井套管保护 根据高压注水井套损机理，为保护套管，中原油田制定了 关于超高压注水管理暂行规定的通知，规范了高压注水井选井原则及注水压力界定；同时研制了高压注水井套管保护注水管柱，经现场试验取得了较好的效果。 （ 1）套管保护工艺管柱结构 套保工艺管柱设计上考虑易操作、可与其 它分注封隔器配套使反洗井的 封隔器为主体，上部配套水用的原则，结构上采用能长期耐单向高压差、水力锚，下部连接投杆式导流器和单向阀。 （ 2）管柱工作原理 座封：管柱按设计连接下井后，从油管打压。由于油管内处于密闭状态，当压力上升到 2，水力锚工作管柱锚定；当压力上升到 4，封隔器初始座封并锁紧。之后随着压力上升，封隔器继续压缩胶筒，当压力上升到验管所需的压力值并确认验管合格后，放掉油压，这时封隔器已处于座封并锁紧状态。从油管投入撞击杆打开导流器，即可对封隔器以下层段进行注水，达到保护上 段套管目的。随着注水压力的上升，封隔器上下压差 474 将产生继续压缩胶筒的座封力，确保管柱在高压差下长效密封。 洗井：定期（两个月）洗井一次或加入环空保护液可减少环空死水对套管的腐蚀机会。当需反洗井时，洗井液沿油套环空、封隔器反洗流道、导流器、从油管返出地面。 解封：解封时放掉油压，水力锚回收（或下放管柱回收），上提管柱，封隔器解封即可起出管柱。 （ 3）现场应用情况 套保系列管柱从 2001年 9月在采油二厂卫 350井进入现场应用，至 2002 年 9 月共现场施工 42 口井（其中 114 系列管柱 34口井， 110系列管柱 8口井），应用于保护上层套管 11 口井，套漏井保护 21口井，上层停注保护 10口井，配套分注 9口井。 4、油井套管保护技术 （ 1） 优化射孔段套管钢级保护套管技术 根据理论研究和试验，射孔套管在非均匀载荷下，套管强度大幅度下降。从 2002年 4月起，中原油田在文东、文中、文南、濮城等油田优化射孔参数，对油田的新钻开射孔段下井套管提高1钢级（即在文东、文南、濮城生产段套管有 高到 中油田射孔段套管有 110 到 2002年 8月底，共在文 13 600、文侧 10 16、濮 7 148等近 80井次推广应用。 （ 2）桶式卡瓦锚及低损伤锚定堵水管柱 475 a、管柱结构 低损伤锚定堵水管柱由坐封球座、 伤害性桶式卡瓦锚、液压丢手等组成。 工艺原理是 根据地质方案要求，用油管把卡堵水管柱按顺序连接好投送到预定深度位置并校准后，地面连接水泥车管线，打压（ 15行坐封封隔器和桶式卡瓦锚，稳压 3分钟，重复2续将压力升至 18 20力突然下降，把坐封球座打掉，砸开井口管线，投入 44 20 30泥车再次打压，压力 15 20明丢手已打掉，起出丢手上部管柱，下入生产管柱即可。解封时，打捞管柱下端接 2 7/8 管公扣对扣捞矛。当对扣打捞矛将鱼顶 2 7/8 b、现场应用 低损伤堵水管柱现场施工 22井次，累计降液 28149 增油 10141t，并起到了最大限度减小对套管 伤害，延缓其使用寿命的作用。 （ 3）油水井套管防腐技术 腐蚀监测技术 中原油田应用井下挂片不停产带压腐蚀监测技术，每年建立 476 监测系统 220个，井下挂环监测 100次，录取监测数据 10000多个，有效地指导了油田套损的预防。 油水井内腐蚀控制技术 （ 1）注水井套管内防腐技术：水质改性实施后注水井内腐蚀控制技术；低 （ 2）油井内腐蚀控制技术：开发了高效油井缓蚀剂、固体缓蚀剂； 桥塞封下层井段的防腐措施； 油井连续加药技术等。 （ 3） 中原油田安装连续加药装置的油井达到了 400多口，占加药井数 的 40%以上，年节约加药量达到了 300500 吨。棒状缓蚀剂目前已在中原油田气井及气举采油井上得到全面推广应用，推广面积占总井数的 75%以上，有效的控制了气井及气举油井油套管的腐蚀。 （ 4）压裂井套管保护技术 油井压裂过程中承受高压，反复承受高压易套管变形。中原油田每年的压裂井达 600 多口，压裂工艺对套管损坏不容忽视。为此，中原油田要求在 3200米以下油层压裂，必须采用卡封护套技术和分层压裂技术，每年应用此技术近 200 口井，有效地保护了套管。 （ 5）套管状况监测技术 477 以鹰眼系统为中心，配套完善了八臂井径仪 、磁重量测井系统，判断套管损坏状况如套变、井下落物、腐蚀穿孔等情况。由于采用了多种方法组合测井，大大提高了测试资料的可靠性。同时制订了套管井的报废和修复评价标准，为套管井修复提供了科学依据。 这些技术现场应用 177井次，创直接效益 约投资 1296万元，经济效益显著。 （二）井况损坏防治技术展望 1、中原油田的套损是由于地应力异常、超高压注水、固井质量差、老井重复射孔、强化采油措施不合理、腐蚀等因素造成。因此，防治套管损坏的最根本的措施是预防为主，防治结合；应该大量推广应用高抗挤套管，提高钻井 、固井质量，完善各种管理规定，从套损预防的源头抓起，根本解决中原油田的套损问题。 2、在油田生产过程中，由于套管保护措施不完善，使得油水井的状况不断恶化，影响了油田的正常生产。搞好油水井套损的预防，首先优化注水、射孔、压裂、深抽等工艺措施，推广分层注水技术，配套应用低伤害锚定工具，扩大应用分层压裂管柱，推广油水井加药防腐技术，尽可能保护套管。 3、 通过井下电视等检测手段，定量地分析每口井的套损状况，对于轻微缩径变形、套管破裂穿孔、套管弯曲变形和套管错断等井下状况，科学地制定各种修套工艺方案。 478 4、开展常规开 发井套管损坏机理及防治配套技术的应用，进行区块井况区块综合治理。开展区块开发方式与套管损坏关系研究，高压井套管特制扣应用技术研究，修井过程中的套管保护技术研究等。研究和引进高效套、磨、铣、打捞工具、套管整形新技术等。 四、天然气开采工艺技术 中原油田目前投产气井 223 口，开井 170 口，日产气 412104m3/d。气藏的主要特征为：构造复杂，含气层系多，井段长，储层物性差异大， 3000藏类型多，大多数为凝析气藏或凝析气顶，地层和井筒反凝析使开发难度增大， 75%气井存在 不同程度积液问题。近两年来，针对气藏开发中存在的问题，我院在气井合理工作制度、深层气压裂改造、储层保护以及排液采气技术方面进行了一系列技术攻关。 （一）天然气开采工艺技术进展 1、橇装式制氮气举排液采气技术 利用橇装式制氮车及气举举升工艺技术进行排液采气，具有以下特点：可直接从空气中分离出氮气，气源不受限制。不受气井积液介质的影响，无论是地层水或凝析油，都不影响排液效果。排液深度可达 4000 针对中原油田不同气藏类型、不同区块、不同积液情况的气井，采用橇装式制氮气举车，开展了新井诱喷、水淹井复 产、酸 479 液返排、积液井排液等工艺。从 2002年 9月到目前，进行橇装气举排液 27 井次。利用橇装气举排液采气的气井，有 22 口井取得了不同的效果，有效率为 到目前已累计增产天然气 104效果来看，利用橇装气举进行负压射孔、新井诱喷效果普遍较好；而对地层能量低的气井，排液效果较差。 中原油田将采用排量 1200、压力为 35装气举排液设备。这套设备将能够更好地适应中原油田气层埋藏深、气井中含凝析油、单井控制储量小、气井携液能力低等的特点，使许多用其它排液方法、技术达不到排液要 求的气井达到排液要求，充分发挥气井的产能，提高气田开发的综合经济效益。 2、柱塞气举排液采气技术 原理：柱塞作为一种固体的密封界面，将举升气体和被举升液载分开，开井时利用地层能量将柱塞及其上部的液体从井底推向井口，排除井底积液，增大生产压差，延长气井生产期。 优点： 柱塞气举可充分利用地层能量，尤其适合于高气液比的气井排液。 对常规连续气举或间歇气举效率不高的井，采用柱塞气举可以提高生产效率，避免气体的无效消耗。 柱塞气举还可用于易结蜡、结垢的油气井，沿油管上下来回运动的柱塞可以清除油管壁上的结蜡、结 垢现象，可减少了清蜡、除垢的工序，节约了生产费用。 480 柱塞气举的安装、生产和管理费用都较低 柱塞气举排液采气技术目前已应用两口井 这两口井的应用效果来看，日产液量都有不同程度的提高，大大提高排液采气的效果。 3、泡沫排液采气技术： 泡沫排液采气是针对产水气田开发而研究的一项助采工艺技术，具有施工容易、见效快、成本低、不影响日常生产等优点。截止 2002年 10月份，已在户部寨、卫 11、文 24、文 96、白庙等 5 个气田 (藏 )和濮城、文东、文南、卫城及文中等 5 个气顶进行推广应用，加上卫 351 区块 ，泡排采气工艺的实施占全局投入开发的气田（ 8个）及气顶（ 7个）的 67%以上，实施泡排工艺 467井次，累计增气 104 4、小油管排液采气技术 目前多数气井为 2 1/2油管，一部分气井仍使用 3管柱，气液同产气井不能完全携液生产，形成井筒积液。优化气井生产管柱，运用垂直管流理论结合管柱材料抗拉强度，在低压气液同产井上，优选采用 2小油管排液采气技术，有效利用气体能量 ,使气井携液自喷生产，效果非常明显 。 5、气举排液采气技术 在借鉴气举采油技术的基础上，利用附近高压气井作为气举的能量而不需要 压缩机设备增压。该方法方便、经济且效果好。在白庙气田试验 6井次，均获成功。 6、气井压裂技术： 481 研制了针对深层低渗气藏的低伤害新型压裂预前置液体系、高温延缓交联剂、分层压裂工艺及压后缝面处理工艺。部 12001年 10月施工，压后剖面改善 启动新层 5个，日增天然气 8245m3/d，取得明显增气效果。 7、超导节能加热炉： 超导节能加热炉是利用复合化学介质“ 为超导液，替代传统水套炉中的介质水而研制出的新型节能加热炉，同传统水套炉相比，超导节能加热炉具有热效率高、节约天然气 30管理 方便，无须加水；使用安全等特点。2000 年 12 月 4 日，在采油五厂 40 号站 7成功安装了中原油田首台卧式超导节气加热炉（日处理液量 30m3/d），点燃超导节气加热炉 30 分钟，出口温度上升到 50 ,回压由 前已推广应用 27台，现场应用证明使用超导节能加热炉具有升温高、降回压大的效果。 (二 )天然气开采工艺技术展望 1、进行超声波雾化排水采气工艺技术研究。 2、对各种排液采气工艺技术的适应性进行研究，以提高气井的排液效率，维护气井正常生产，降低天然气的生产成本。 3、进行白庙 凝析气田排液采气关键技术研究。 4、橇装气举排液采气技术与气举阀生产管柱优化设计研究。通过研究，设计出适合中原油田特点的生产管柱，既能满足对深井排液的要求，又能提高排液效率。 482 五、调堵解综合工艺技术 为增加水驱动用储量，降低油井含水，提高油井产量，近年来重点完善和应用了一系列调剖堵水工艺技术，取得了较好的效果。 在化学调剖上 ， 攻关研究并推广应用了颗粒型、冻胶型、离子型、树脂型、复合型 5 种系列调剖剂，其中高强度复合调剖剂得到重点应用。开展了大剂量深度调剖工艺试验，延长调剖有效期。完善配套了调剖施工工艺，主要应 用了示踪剂技术、 护油层、分层调堵与改造结合的工艺技术。 在酸化解堵技术上， 进年来，针对中原油田地层物性差，注水开发难度大、水驱动用程度较低、注水压力不断升高的实际问题，在总结过去酸化工艺技术的经验基础上，相继开展了高压增注水井增注工艺技术、 化型深穿透复合解堵增注工艺技术 、 油井堵水解堵、水井调剖解堵综合工艺技术、 压裂后处理技术、大型酸化工艺技术 等多项科技攻关。目前，这部分技术作为油田开发核心支撑技术之一，在中原油田生产中正发挥着巨大的作用。 （一） 调堵解综合工艺技术 进展 1、调剖堵水优化设计软件 调剖堵水优化设计以油藏工程方法的静态地质研究和注水动态研究为基础，利用模糊综合评判技术，优选出最佳的调堵井，设 483 计出适合地层条件的堵剂类型和堵剂用量，并优化施工参数，对整体调剖堵水方案的效果在调堵前作出预测，调堵后作出评价。该软件主要包括选井选层决策、堵剂决策、施工参数设计、效果预测、效果评价等模块。调剖堵水优化设计软件已于 2001年 12月完成了理论研究及软件开发部分，目前正处于软件应用阶段。 该软件已在采油一厂、二厂、三厂、五厂安装。在采油二厂针对西区沙二上 1 和南区沙二上 1 两个区 块 8 口井进行选井、选层、堵剂用量、施工参数的优化设计，今年 2、 3月份已根据优化设计结果对相应区块进行了调剖施工，分对应油井已见到增油降水效果，截止到 2002 年 9 月对应油井已累计增油 1345 吨左右，降水17385方。采油五厂已完成 3口的调剖优化设计，目前正准备现场施工。采油三厂正在收集资料编制施工方案。 2、油井高温抗盐化学堵水技术： 研究出了凝胶和树脂颗粒两种类型的复合封堵工艺技术。具有耐高温、耐高矿化度 (35104)、配制方便、施工 简单等特点。现场实施 18 井次，工艺成功率 100%，措施有效率 降水 104 堵剂与同类产品相比，综合成本降低 10%以上。例如文 90 37井，堵前日产液 15.6 m3/d，日产油 d，含水 堵后日产液 14.7 m3/d，日产油 d，含水 平均日增油 d，取得明显增油降水效果。 484 3、 油井堵水解堵、水井调剖解堵综合工艺技术 针对中原油田油层渗透率差异大，层间矛盾突出，开发难度越来越大，相当一部分主力油层被水淹，而含油饱和度较高的低渗油层得 不到动用的难题，开展了“油井堵水 解堵增注工艺技术研究”、“水井调剖 解堵增注工艺技术研究”。把堵水和酸化两种不同工艺和化学配方有机的结合起来，充分发挥两种工艺的综合协同作用，在封堵高渗透层的同时，解除低渗透层的污染，在油井上起到了增油降水、水井上起到调整改善注水剖面的目的，现场应用效果显著。项目研究中 开发出一种调剖堵水用主体材料 此为主要成分研究成功了新型高强度调剖剂 ,具有封堵强度大、效果好、适用范围宽，易于调整、使用简便的特点。 根据现场注水井剖面分布多样性对调解综合工艺的不同要求，结 合各种调堵剂的不同性能，研究出了四种调剖解堵综合工艺技术方案。截至目前 2002 年 10 月底，该技术已累计减少无效注水 104堵层增加注水 104加水驱控制储量 25万吨。 4、大型酸化工艺技术 普通酸化是针对油田开发初期处理半径 1 研制的，酸液在地层高温条件下反应速度快、穿透距离短、易生成二次沉淀。若单纯增加酸液用量将普通酸化用于深部解堵，将会产生以下结果。第一，酸液在到达地层深部以前就消耗贻尽，难以和深 485 部堵塞物反应起到解除的作用。第二，随着酸液消耗，许多沉 淀物析出，甚至造成深部堵塞的加剧。该工艺技术的研究成功，同时解决了油层近井地带、油层深部污染堵塞解除问题。 在地层温度压力条件下，采用水解、强弱酸复合等手段，再添加性能优异、配伍好的增效剂，使酸液具有了高温缓速、深穿透、低伤害的优异性能。在现场实施中，可根据地层条件、堵塞部位、污染原因，选择不同的酸液配方及组合，满足现场需要。 该项工艺技术，在中原油田累计施工 20 口井，其中油井 13口。水井 7口，增油 3962吨，增加注水量 38193卫 94产液 产油 3t，增加至 平均日产液 20t、日产油 12t，增产效果显著。 5、压裂后处理技术 针对压裂施工中压裂液残渣和水不溶物对油层产生新的伤害，从其组成特点出发，采用强氧化物质作为处理剂，通过反应生成超强氧化剂及后续处理剂对有机高分子主链作用，使其断裂分解，从而解除压裂污染伤害，保护油气层，最大限度发挥压裂的效能。项目研究中通过建立室内试验动态评价物理决了压裂缝面伤害与改善的量化评价问题。现场应用时可依压裂支撑裂缝长度及现场工艺要求，通过配方调整及用量控制可提高处理剂的穿透距离。 目前该技术在 中原油田已累计施工三十余井次，累计增油15000余吨，措施井有效率 90以上，平均单井有效期大于 132d 486 天，措施井最长有效期 281 天，有效井平均单井增油 入产出比 1： 济效益显著。 文 13产液 成产量下降的原因是压裂液及残渣严重伤害支撑裂缝。现场施工时采用以清除支撑裂缝压裂液残渣为主的工艺配方进行了施工。该井由措施前日产液 产油 3t，增加至平均日产液 20t、日产油 12t，增产效果显著。 6、地层自生弱酸解堵降压增注技术 地层自生弱酸解 堵降压增注技术是在引进提高采收率技术的启发下研究的。该技术提出了一种新的解堵理念，打破了人们一贯遵守的常规酸化解堵思路，是解堵技术的一大进步。该项目研制的解堵剂是一种由酸、碱、聚合物及一些添加剂构成的复合体系，具有近井、远井相结合的综合解堵作用，由于多种处理剂的复合效应，使得处理半径大，解堵效果明显优于常规酸化解堵，有效期明显延长。由于技术本身受地层条件制约因素少，能够适合不同油藏条件，因此