采油工程基础技术

1、 采油工程系统主要承担油田钻完井管理、措施井管理、机采井管理、作业井管理、计量仪表、方案规划、采油工程科研攻关、现场试验和新技术推广等项工作。经过多年来的发展和完善，采油工程已经形成了成熟配套的钻完井、措施改造、人工举升、井下作业等系列工艺技术。今天主要给大家介绍一下钻完井、措施井、机采井及作业井等技术钻井工程技术钻井工程技术 我厂目前已经形成了成熟的钻井技术系列，可以满足采油七厂目前的油田开发要求，其中直井、定向井为目前应用最为广泛的钻井技术，小井眼井 、取芯井钻井技术已经成熟，目前在采油七厂共钻水平井27口，单支水平井钻井技术较为成熟钻井钻井: :使用专用的钻井工具（钻头钻具）将使用专用的

2、钻井工具（钻头钻具）将地层的岩石破碎形成井眼直到目的层，这就地层的岩石破碎形成井眼直到目的层，这就是钻井。是钻井。钻具钻具: :方钻杆、方钻杆、钻铤、钻杆、接头、稳定器、减震器钻铤、钻杆、接头、稳定器、减震器等等钻头钻头: :刮刀钻头、牙轮钻头和刮刀钻头、牙轮钻头和PDCPDC钻头钻头一、概 念大庆常见的有：直井、定向井、水平井、斜直井、小井眼井 、取芯井（常规取心、密闭取心） 1 1、生产井、生产井（直井）：井眼是垂直的，叫做直井井身质量标准 井深、（米）井深、（米）最大井斜角（度）最大井斜角（度）150015003.03.0200020004.54.5300030005.05.040004

3、0007.07.0（最大井斜角）（最大井斜角） 二、钻井井型2、定向井水平井沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层的方法，称为定向钻井。定向井的使用原则一般有三个方面：地面限制：当油层埋藏在高山、湖泊、农田、建筑物等地下，钻机无法就位或受到限制地质条件要求：油层少、渗透性差的条件下，为充分地开发油气层，增加产量，斜井比直井油层裸露的多特别是水平井，可以沿着油层横向贯穿，开采效率高钻井技术需要：当井下事故无法处理，采用定向技术离开原井眼或井喷救援等3、资料井（取心井、探井） 岩心是认识油气田和地层的直观资料，如：油层厚度，岩性，孔隙度，渗透率，含油饱合度等。利用专用的取心钻井工具将地层的岩石取出来的钻

4、井方法叫取心井 取心井一般有常规取心、密闭取心和保压取心，主要指标是取心收获率和密闭率4、钻井三个基本参数（钻进三要素） 钻压：施加给钻头上的压力 转速：钻头的旋转速度 排量：将破碎的钻屑冲洗至地面三、固井工程 根据油田开发和钻井工程的需要，井内要下入各层套管（表层、技术、油层套管）。在套管与井眼之间充填水泥浆的过程叫固井。 固井的目的：1、固定下入井内的套管。2、封隔不同压力层系，防止油气水互窜。3、安装井口设备，控制井喷。4、封固质量关系到一口井的成败和油田合理开发完井工程技术完井工程技术 射 孔 概 述 射孔就是利用专门的射孔器，在目的层（油气水等层）和井筒之间建立物质流通的孔道。其目的

5、就是射穿套管、水泥环和地层内一定的深度, 为地层的油气流入至井筒，造成一个畅通的通道大庆油田完井工程主要方式为射孔完井方式 射孔枪分有枪身射孔枪和无枪身射孔枪。有枪身射孔枪是用于承载射孔弹的密封承压发射体；无枪身射孔器中，它专指弹架 1、射孔枪一、射孔枪2、弹架 弹架是有枪身射孔器中射孔弹定位的关键部件。它不仅决定了射孔器的相位、孔密，也在很大程度上决定了射孔器配套的防震的可靠性和性能的稳定性。它设计的不合理，选材不当，则会直接影响射孔穿深效果电缆输送式套管射孔分为五部分：一、电缆输送式套管射孔射孔作业工艺1、施工前的准备2、现场联炮3、联炮注意事项4、射孔器下井施工5、质量要求二、TCP射孔

6、技术 TCP是油管输送式射孔的简称，是国外70年代发展起来的一种射孔技术，在80年代又得到快速发展，技术逐渐完善，特别是在大斜度井、水平井、高温高压井、防砂井和低渗透地层的射孔作业等方面具有其它射孔方法所不具备的优势，因而促进了完井技术的发展。近几年来，该技术在国内陆上和海上各油田都已经广泛应用 采用硬联接方式把一口井所要需射开油气层的射孔器全部串连在一起，形成硬联接管串，利用油管、钻杆等工具下入井中。通过在油管内测量放射性曲线或磁定位曲线，校正射孔器深度，使所有射孔器对准目的地层，利用特殊的起爆方式，一次性射开全部目的层的一种射孔方法1、 TCP射孔的原理（1）可采用各种有枪身射孔器（2）可

7、以实现较高的负压值射孔，保护油气层（3）一次性同时射开较长的井段或多个层段的目的层（4）可以进行电缆射孔难以施工的高斜度井、水平井、 稠油井及复杂井的射孔作业（5）对于高压油气井射孔，井控效果好，安全可靠（6）与地层测试联合作业，获得更加准确的地层资料（7）与其他完井技术联合作业，缩短施工周期2、TCP射孔的特点三、复合射孔技术 复合射孔工艺技术是一项集射孔完井与高能气体压裂于一体的高效完井技术。它通过一次施工完成两道工序。在射孔的同时，进行高能气体压裂。火药燃烧产生的高温、高压气体通过射孔孔眼对地层压裂，形成多条裂缝，部分解除钻井、固井、射孔等作业过程对地层所造成的污染，改善近井地带渗透性能

8、，从而提高油气井完善程度，达到射孔完井和增产、增注的目的 泥泥浆浆侵侵入入带带泥泥浆浆侵侵入入带带射射孔孔压压实实带带1、作用原理反洗作用机械作用A、下挂（分体）式复合射孔器B、一体式复合射孔器C、二次增效复合射孔器2、复合射孔的分类油水井措施工艺技术油水井措施工艺技术第一章 压 裂 我厂目前已形成一系列成熟的压裂技术，完全可以满足葡萄花油田不同区块，不同井深，不同夹层的压裂施工要求，应用较多的压裂技术为普通压裂技术、多裂缝压裂技术、限流法压普通压裂技术、多裂缝压裂技术、限流法压裂技术、小井眼压裂技术保护隔层压裂技术、树裂技术、小井眼压裂技术保护隔层压裂技术、树脂砂压裂技术脂砂压裂技术 。 利

9、用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，随即在井底附近憋起高压。当压力超过井壁附近地应力及岩石抗张强度后，在地层中形成裂缝。继续将带有支撑剂（一般为石英砂）的压裂液注入裂缝，使裂缝向前延伸，并在裂缝中填充支撑剂。这样，在停泵后即可在地层中形成足够长度、一定宽度及高度的填砂裂缝。由于这个裂缝扩大了油气流动通道，改善了地层渗透性，可起到增产增注作用。这一施工过程就叫油层水力压裂 什么是油层水力压裂什么是油层水力压裂水力压裂分类 笼统压裂分层压裂机械分层压裂填砂压裂桥塞压裂封隔器压裂水力压裂 人工裂缝的形态取决于油藏地应力的大小和方向。裂缝类型与地层中的垂向应力和水平应力的相

10、对大小有关。一般认为，人工裂缝垂直于地层最小主应力，平行于地层最大主应力，大庆油田外围油层属垂直缝油藏，长垣内部属多油层水平缝油藏 理想形态水平裂缝示意图 多油层条件下，压裂多油层条件下，压裂形成多条水平缝形成多条水平缝 油层隔层隔层理想形态垂直缝示意图一、压裂液一、压裂液 压裂液是压裂施工的工作液，其主要功能是传递能量，使油层张开裂缝，并沿裂缝输送支撑剂，从而在油层中一条形成高导流能力通道，以利油、气由地层远处流向井底，达到增产目的 1、前置液：用来在地层造成裂缝，并形成一定几何形态裂缝的液体。在高温井层中，还具有一定的降温作用2、携砂液：携带支撑剂进入地层，把支撑剂充填到预定位置的液体。和

11、前置液一样也具有造缝及冷却地层的作用。由于携带比重较高的支撑剂，必须使用交联压裂液3、替挤液：把压裂管柱、地面管汇中的携砂液全部替入裂缝，以避免压裂管柱砂卡、砂堵的液体。组成与前置液一致（一）压裂液的作用 支撑剂是水力压裂时地层压开裂缝后，用来支撑裂缝阻止裂缝重新闭合的一种固体颗粒。它的作用是在裂缝中铺置排列后形成支撑裂缝，从而在储集层中形成远远高于储集层渗透率的支撑裂缝带，使流体在支撑剂中有较高的流通性，减少流体的流动阻力，达到增产、增注的目的。支撑剂通常分为天然和人造两大类 天然砂：石英砂 人造砂：二、压裂支撑剂二、压裂支撑剂 1、石英砂 天然石英砂矿物组分以石英为主。一般石英砂的视密度2

12、.65g/cm3，体积密度1.70g/cm3，承压20-34MPa 2、陶粒 人造陶粒主要由铝矾土（氧化铝）烧结或喷吹而成的。 中等强度陶粒视密度2.7-3.3g/cm3；承压55-80MPa；高强度陶粒视密度3.4g/cm3；承压100MPa 3、树脂砂 树脂砂是将树脂薄膜包裹到石英砂的表面上，经热固处理制成。视密度2.55g/cm3。中等强度低密度或高密度树脂砂可承压55-69MPa1、压裂专用井口三、压裂设备和压裂管柱（一）地面压裂设备2、压裂地面管汇 (1) 用采油树压裂，按采油树型号分为250、350、600、700等型号。250型工作压力25MPa，用于浅井，其他分别用于中深井、深

13、井和超深井(2) 采用大弯管、投球器、井口球阀和井口控制器的专用压裂井口；大弯管、投球器、井口球阀工作压力70 MPa，最大过砂量150 m3常用的有压裂管汇车和专用的地面管汇。专用的地面管汇有8个连接头，压裂车可任选一个连接。高压管汇外径76mm，内径60mm最高压力100 MPa（二）压裂车组油井作业机压裂车拉砂车供液罐压裂车组：包括压裂泵车、混砂车、运液车、酸化车施工设备摆放压裂液储罐支撑剂搅 拌添加剂泵车组压裂指挥套管加压井现场施工设备必须按标准摆放，以利于协调指挥和管理 常规施工泵入装置简图常规施工泵入装置简图 (一)压裂施工概述四、压裂施工压裂施工工艺流程 循环试挤压裂加砂替挤扩散

14、压力施工结束压裂施工时液体的流动过程压裂液储罐地面管线井口管汇加压泵混砂装置支撑剂储罐射孔炮眼油套环空喷砂器井下管线地层第二章 堵水 我厂油井堵水技术主要为机械堵水和化学堵水两种。根据油井出水原因不同，采取的方法也不同。一般对外来水或水淹后不再准备生产的水淹层，出水层位清楚的进行非选择性堵水。不能将油、水层封隔开时，多采用选择性堵剂堵水。为控制个别水淹层的含水，消除合采时的层间干扰，多采用机械堵水。主要应用的机械堵水技术主要有平衡式堵水工艺、可调层堵水工艺及自验封细分可调层堵水工艺，近两年，正在试验分层产出状态测试、诊断及配产工艺技术一、油井堵水概念 在油田进入高含水后期开发阶段，由于窜槽、在

15、油田进入高含水后期开发阶段，由于窜槽、注入水推进或其他原因，使一些油井过早见水或遭水注入水推进或其他原因，使一些油井过早见水或遭水淹。为了消除或减少水淹造成的危害，所采取的一系淹。为了消除或减少水淹造成的危害，所采取的一系列封堵出水层的井下工艺措施统称为堵水。油井堵水列封堵出水层的井下工艺措施统称为堵水。油井堵水的目的是控制产水层中的水的流动和改变水驱油中水的目的是控制产水层中的水的流动和改变水驱油中水的流动方向，提高水驱油的效率，使油田产水量在某的流动方向，提高水驱油的效率，使油田产水量在某一时间内下降或稳定，以保持油田增产或稳产，堵水一时间内下降或稳定，以保持油田增产或稳产，堵水的最终目的

16、在于提高油田采收率的最终目的在于提高油田采收率 不可避免但应及时确定出水层位，采取措施，控制含水上升固井质量不高，套损，误射孔等使油水层连通一起 1) 注入水、边水突进 2) 底水锥进 3) 上、下层水及夹层水二、油井见水的来源 1. 砂岩油田油井堵水选井(层)条件 1）油井单层厚度较大，一般要求单层厚度在5m以上。（主要根据油田地质条件、现场验窜情况决定）2) 油井各油层纵向渗透率差异较大，可优先选择油层纵向渗透率级差大于2的井3) 优先选择纵向水淹程度不均匀，有部分层段产油发挥作用较小或未发挥作用，目前尚有较大潜力的油井。4) 进行堵水的油井出水层位清楚，固井质量好，无层间串槽三、 选井选

17、层及堵水方法、堵水方法 油井常用的堵水方法可分为机械法与化学法两大类。目前使用的主要是机械堵水方法， 机械堵水是通过井下管柱来实现的。其基本原理是利用封隔器将出水层位卡出封堵，或投带死嘴子的堵塞器、下调层开关封堵高含水层 平衡式堵水管柱主要通过各封隔器之间力的平衡，保持堵水管柱在无锚定条件下处于平衡静止状态，实现油层堵水。平衡式堵水管柱，主要由Y341型封隔器、侧壁单流阀（偏心配产器）、丢手接头等组成。该管柱主要用于找水资料准确、堵水层位明确的抽油机井。按地质方案要求将油层分为几段；并用封隔器将各段卡开，对封堵层连接光油管，生产层连接侧壁单流阀（或偏心配产器） 等工具 堵水管柱尾部支撑人工井底

18、，地面连泵车从油管正打压坐封封隔器，从油管投入撞击杆撞开丢手接头丢手，起出投送管柱，即可下泵抽管柱完井生产。该类型管柱应用最广泛，是油田应用最多的一种堵水管柱，目前堵水封隔器已形成系列：有Y341-95型、Y341 -114型、Y341-117型、 Y341-140型、 Y341-146型可适应不同套管的油井堵水平衡机械堵水管柱管柱结构： 平衡式堵水管柱主要由Y341封隔器、丢手接头及配产器组成。管柱尾部支撑人工井底，液压坐封后丢手，下泵完井生产特点： 封隔器受力平衡，密封可靠； 无卡瓦支撑，起下作业安全 油田进入高含水期开采阶段后，部分油井产液量大，多层见水，随着含水的上升，层间矛盾更加突出

19、，地下情况更加复杂，应用动静态资料分析判断高产液、高含水层的准确程度降低，影响了机械堵水一次成功率，增加作业成本。针对这种情况，先后研制了液压可调层和机械可调层堵水管柱，提高了堵水成功率，减少了作业工作量。可调层堵水管柱的结构：采用无卡瓦支撑井底平衡丢手管柱，也可以采用带卡瓦的悬挂管柱。 主要有丢手接头、堵水封隔器、液压可调层开关、侧壁单流阀等井下工具组成五、可调层堵水管柱 根据地质方案将油层分为若干段，用封隔器管柱将各层分开，在认为是出水层处安装液压可调层开关，在认为不是出水层处安装侧壁单流阀。下泵完井生产，如果效果不好，可进行堵水层调整。调整方法是：首先关闭生产阀门，然后经油套环空打压，井

20、下液压可调层开关的开关状态改变，达到不作业调整堵水层的目的。根据现场需要可安装一次调两层，一次调多层的堵水管柱。可调层堵水管柱结构见 工艺原理生产层生产层封堵层封堵层可能见水层可能见水层图2：一次可调层堵水管柱（释放后）过程： 1.堵水封隔器胶筒在油管内高压作用下逐渐膨胀，直至将油套环空全部封死 2.封隔器释放后，封堵层内的液体不能流出，而生产层和可能高含水层内的液体则经FGT球座、调层开关流进油管里面堵水层位人工井底堵水封隔器堵水封隔器隔 层生产层射孔顶界射孔底界FGT球座堵水封隔器隔 层堵水封隔器堵水层位地面由泵车打压18MPa，封隔器释放堵水层位人工井底堵水封隔器堵水封隔器隔 层生产层射

21、孔顶界射孔底界FGT球座堵水封隔器隔 层堵水封隔器堵水层位堵水后生产状况 封隔器释放后，堵水层被彻底封死，生产层的油流经球座进入油管，向上流经丢手接头进入泵筒生产层生产层生产层生产层预堵水层预堵水层预堵水层预堵水层选择性堵水 施工前将生产闸门、清蜡闸门全部关闭，选堵药剂从油套环空由泵车注入井内，通过控制注入压力，堵剂进入堵水层位，再用清水将油套环空的药剂全部替入堵水层，关井48h 对套变、多层见水的高含水油井，用机械堵水工艺无法实施封堵，采用选择性堵水工艺技术 油田经过长期注水开发，区块内平面矛盾、层间矛盾日益突出，主力厚油层水淹现象严重，中、低渗透油层得不到有效动用，注水井调剖技术成为主要治

22、理手段。但在油田高含水开发阶段，浅调剖技术已不适应油田开发需要，封堵半径小、有效期短，存在注入水绕流等问题。为此，我厂自行研制的碱土、含油污泥等深调技术成为了解决层间、层内矛盾的有效技术手段第三章 调剖浅调剖4m 注水井化学调剖技术是目前解决油层非均质矛盾、进行油层挖潜最有效的手段之一，但施工费用较低的浅调剖工艺在厚油层内部存在严重绕流现象，无法满足厚油层内部挖潜需要深度调剖的提出深度调剖30m以上近几年在大庆老区油田，深度调剖工艺在厚油层挖潜上取得了较好的挖潜效果深调深调类型类型注入药剂量注入药剂量单井单井费用费用预测增油预测增油投入产投入产出比出比一厂一厂颗粒颗粒4000方方60万元万元4

23、001：0.7四厂四厂凝胶凝胶5000方方80万元万元5001：0.6六厂六厂颗粒颗粒2000方方30万元万元1501：0.5 上表列出了大庆目前几种成熟的深度调剖体系单井施工成本和预测在我厂应用产生的经济效益。可以看出，由于施工费用较高，在我厂应用均无法产生经济效益 为了使深度调剖工艺在我厂得到应用，我们开展了低成本深度调剖技术攻关一、深调总体应用情况及效果评价 1.调剖技术应用情况 注水井深调工艺应用情况统计表 分工艺施工井数(口)砂岩厚度(m)有效厚度(m)调剖剂用量(m3)处理半径(m)技术特点弱凝胶67.26.8454670.2网状凝胶，封堵率高二元胶22.12.1350080可流动

24、，有驱油作用碱土深调114.54.3461071.8成本低，工艺可靠含油污泥11.81.8454080废物利用，有利环保平 均204.94.7429975.52.应用效果 年 度施工井数(口)砂岩厚度(m)有效厚度(m)见效油井数(口)平均单井压力上升(MPa)累计增油(t)累计降水(m3)备注200446.25.8102.1266513419200585.95.6452.7490722107200683.33.2412.21079.12381.2仍见效合计20968651.137907.2平均4.94.72.4432.61895.4注水井深度调剖效果统计表 二、低成本碱土深度调剖技术 该技术充分利用大庆地区的碱土地貌，取廉价的碱土做为调剖配方的主剂，利用碱土颗粒的物理堵塞特性对油层高渗部位进行封堵，碱土体系会首先进入厚油层水窜通道，堵塞高渗透水窜部位，使注入水流入中低渗透部位，扩大波及体积，从而大大提高中低渗透部位的驱油效率，挖掘剩余油，最终将提高井组的水驱采收率，同时降低成本，提高投入产出比第四章 酸化 为了满足油田降压增注需求，我厂试验了复合活性酸、粉末硝酸、清垢酸、复合降压酸、热化学解堵、深部缓速酸等不同酸化解堵技术，可以分别针对不同的地层条件，不同的污染类型制定不同的酸化工艺，提高了酸化措施针对性，提高了措施效果一、酸化的概念 酸化的概念：用酸液解除生产井和注