氮气泡沫修井技术工艺

1、氮气泡沫修井技术工艺第一页，共36页。二、泡沫流体的产生、特性及基本参数三、氮气泡沫流体的安全性四、氮气泡沫压洗井系统五、氮气泡沫修井工艺在海洋的应用内 容一、为什么选用氮气泡沫作为修井循环介质？第二页，共36页。1、渤海在生产油田普遍存在压力下降压降幅度达36MPa第三页，共36页。2、压力下降对生产及修井的影响1）整个油田压力下降，加剧产量的递减；2）油田压力下降使近井地带压力亏空严重，直接导致修井过程中大量修井液的漏失，现象：油井自吸，建立循环时间延长等；3）修井液漏失导致油井产量恢复时间延长，起泵后排液长达310天，假定渤海年修井300井次，按单井平均恢复期为6天、恢复期间每天平均少产

2、50方油计算，则当年“损失”产量9x104方；4）由于某些地层对修井液的敏感，大量修井液的进入伤害地层，导致油井产能的损失（不能恢复到故障前的正常产量），将增加措施费用。第四页，共36页。3、防漏失的低密度泡沫修井液1）修井液漏失的根本原因：修井液密度大，液柱压力高于油层压力。2）解决办法：低密度的泡沫修井液；3）空气、天然气泡沫在油井或井场中有爆炸的危险，CO2泡沫对管柱有腐蚀性，且受气源影响，在海上平台不推荐使用；4）N2 易于制得，气源方便，使用安全，泡沫产生简单，密度易于调节控制（0.450.9可调），工艺成熟，推荐使用；5）根据油层压力、井深等有关参数，自动控制氮气泡沫液密度，有效防

3、止修井液的漏失，是良好的修井循环介质；6）泡沫液密度略高于地层压力，不会井喷。第五页，共36页。一、为什么选用氮气泡沫作为修井循环介质？三、氮气泡沫流体的安全性四、氮气泡沫压洗井系统五、氮气泡沫修井工艺在海洋的应用内 容二、泡沫流体的产生、特性及基本参数第六页，共36页。石油工程中应用的泡沫流体是以水与空气、氮气、天然气或二氧化碳等气液两相充分混合形成的两相流体。在有爆炸、燃烧等危险的井场，多使用二氧化碳和惰性气体为气相。液相可以是淡水，也可以是海水或净化后的油田废水。空气基泡沫、氮气泡沫、二氧化碳泡沫、其它泡沫流体（如烟道气）1、泡沫流体的类型第七页，共36页。2、泡沫流体的产生泡沫流体是气

4、体在液体中充分分散形成，气泡分散程度越高，泡沫流体的质量越好。气体在水基液体中的直径是微米级或更小，气泡在液体中分散后成乳化状态，呈奶白色，不透明。在常温常压下气体会分离上升，气液分离。气液混合的方式可以是机械搅拌，也可以是液力搅拌，在石油工程中后者居多。第八页，共36页。1）充气方式：自然充气或人工充气自然充气方式比较方便，接省设备和费用，但气体充入量比较少，密度一般不低于0.80g/cm3 。例如早期的充气泥浆用泥浆枪搅拌混气方式。人工充气一般是用高压气体压缩机向液体中充气，可以得到几乎各种密度。充入气体：油田现场广泛使用N2 ，采用膜分离技术制氮，随制随用。空气经过分离膜管，留下纯度较高

5、的氮气（95），经过增压，进入泡沫发生器。2、泡沫流体的产生（续）第九页，共36页。2）液力搅拌气体压力高于水压水中。利用高压水的动力，将气液两相通过一系列固定叶轮，剧烈改变流向，产生流体内的搅动，可以使气泡粉碎，气体成微小气泡分布在水中。搅拌叶轮越多，越均匀。一般在液体中加入少量（千分之几）的表面活性剂类物质使气泡的稳定程度提高。2、泡沫流体的产生（续）泡沫发生器结构图第十页，共36页。3、泡沫流体的特性气体在液体中的气泡直径越小，泡沫流体的性能越好。主要用流体的密度、稳定性、携带性能、粘度等指标来衡量泡沫流体的性能： 1）密度 石油工程中的泡沫流体密度范围一般为0.90.45g/cm3。密

6、度可根据气体充入量的大小调节，十分方便。第十一页，共36页。 泡沫流体的稳定性与气体在液相中的分散程度和环境压力有关。气泡直径越小，环境压力越高，泡沫流体越稳定：常压下，气泡的密度极低，与液体脱离的速度比较快，因此稳定时间较短，约为十几分钟到几十分钟之间。高压下，气泡不易膨胀和滑脱，泡沫流体的稳定时间大大增加。曾有试验将泡沫流体注入2000米井下，停留7天后返排液仍然是泡沫状态。3、泡沫流体的特性（续）加入稳泡剂可增加泡沫的稳定性（表面活性剂增加液膜的强度，但不利于消泡）泡沫在高、低压下不同的稳定性非常有利于修井作业：在井下稳定时间长，可以维持压井、洗井的液柱压力；在地面稳定时间短，有利于消泡

7、和循环使用。2）稳定性第十二页，共36页。3）流体粘度泡沫流体是气液两相，流动时外力要克服气液两种分子之间的摩擦力。由于两种流体界面间的分子阻力和气体的表面张力比纯气体和纯液体大得多，因而泡沫的粘度很大（可高达100mPa.s以上），好似钻井泥浆。泡沫流体的粘度也是可变化的。流动类型是非牛顿流体，可以近似用幂律流体描述。3、泡沫流体的特性（续）第十三页，共36页。4）携带和悬浮能力 泡沫流体具有很强携带固体颗粒能力，携带直径0.6mm或更大的砾石是十分容易：砂粒、岩屑等下沉时，要克服气体分子与水分子之间的摩擦力（以挤开气泡形成通道），迫使气泡变形而受到反作用力，因而沉降困难，所以泡沫流体的携带

8、和悬浮能力比纯气体或液体强很多。在洗井中，泡沫流体的携砂性能远远超过清水，用量比水少，并且循环时间短，缩短修井时间，节约修井成本。3、泡沫流体的特性（续）第十四页，共36页。5）抗高温性在石油工程领域内，泡沫流体的抗高温性几乎没有限制。在水基液体不产生沸腾的情况下，泡沫流体总是稳定的。3、泡沫流体的特性（续）6）化学兼容性泡沫流体是水与气体的混合体，具有水的一切兼容性，可以与几乎一切能溶于水的化学处理剂相容。在石油工程中的几乎各种化学药品对泡沫基本无影响。第十五页，共36页。7）防止产层污染泡沫流体对产层的污染极小。在各种作业中可以调节泡沫液密度与油层压力十分接近，在低压井可显著降低修井液体的

9、漏失程度。初期少量泡沫进入岩石孔隙，产生气阻效应，阻止了流体的继续进入，从而防止修井液对油层的伤害。3、泡沫流体的特性（续）8）其它性质泡沫流体中的气泡直径随压力和温度的变化而改变，因而在井筒中是变密度流体，流动阻力也随深度而变化。第十六页，共36页。一、为什么选用氮气泡沫作为修井循环介质？二、泡沫流体的产生、特性及基本参数四、氮气泡沫压洗井系统五、氮气泡沫修井工艺在海洋的应用内 容三、氮气泡沫流体的安全性第十七页，共36页。1、油藏中的天然气与空气混合有爆炸危险不同压力下的CH4爆炸极限压力(大气压)爆炸极限浓度 ()14.915.4105.817.0505.729.51255.745.4第

10、十八页，共36页。 当天然气与惰性气体（氮气、二氧化碳等）混合，惰性气体浓度越高，氧气含量越少，天然气爆炸的可能性越小。天然气与惰性气体混合的爆炸极限图2、惰性气体含量越高，爆炸可能性越小第十九页，共36页。图示表明，各种混合气体在增加惰性气体浓度后，均减少爆炸危险。事实上，当氧气含量小与12，也就是氮气含量超过88，天然气没有爆燃的可能。在应用中使用95的氮气浓度可以使其应用范围更广。修井泡沫液用的氮气，其纯度为95以上，因而安全性得到可靠保证。3、氮气含量超过88，天然气没有爆燃的可能第二十页，共36页。4、泡沫流体的基本参数1）泡沫流体平均密度（液柱密度随井深增加）2）泡沫质量（单位体积

11、泡沫中含有的气体体积）泡沫流体的稳定性、流变性及其悬浮、携砂能力 均取决于泡沫质量。第二十一页，共36页。3）泡沫液柱压力与泡沫密度、井底深度的关系4、泡沫流体的基本参数（续）液柱压力与井深的微分方程：第二十二页，共36页。随着的增加，发泡能力增加。但是，当发泡剂浓度达到临界胶束浓度后，发泡剂的发泡能力随发泡剂浓度的提高而增加不大。4、泡沫流体的基本参数（续）4）发泡剂加量（实验测得）第二十三页，共36页。5）泡沫流体悬浮和携砂能力油田现场用一般是稳定泡沫，悬浮能力比水或冻胶液大10倍以上。由于泡沫流体粘度大，因此携砂能力很强。直径0.50.8mm压裂砂在泡沫质量为70%80%的泡沫中，自然沉

12、降速度0.30.610-5m/s。泡沫携砂能力一般为清水的10倍。现场填砂试验，用泡沫液体携带砂砾，排量为 2040 m3/h，泡沫密度为0.30.8g/cm3 时完全满足携砂要求，井下清洗情况良好。4、泡沫流体的基本参数（续）第二十四页，共36页。一、为什么选用氮气泡沫作为修井循环介质？二、泡沫流体的产生、特性及基本参数三、氮气泡沫流体的安全性五、氮气泡沫修井工艺在海洋的应用内 容四、氮气泡沫压洗井系统第二十五页，共36页。1、氮气泡沫流程第一部分：3.3第二部分：3.2第三部分：2.1全部设备：9.6空气压缩机膜分离制氮机（一）氮气增压机（二）泡沫发生撬块加药泵（三）井口阀组柱塞泵（平台泥

13、浆泵）第二十六页，共36页。2、氮气泡沫设备第二十七页，共36页。测控系统采用中央计算机控制。计算机采集各传感器数据，进行运算，检查各参数是否在误差范围内。超出误差范围，根据柱塞泵排量和井下压力数据，软件自动计算所需氮气量，并输出指令，调整各变频器或闸门运行，调整气、水比，使液体的密度符合现场使用要求。在显示屏幕和仪表上实时显示显示各类参数。3、测控系统及压井、洗井、冲砂工艺控制过程软件的参数输入界面第二十八页，共36页。进水流量计显示流量大于回水流量计显示流量制氮气机组控制计算机水箱柱塞泵进水流量计气体流量计 泡沫发生器压力传感器去套管头去油管头“大于”循环流程图闸门组调节阀调节阀注解进水流

14、量计，回水流量计向计算机发送信号计算机作出指示入井液密度偏大，造成该井漏失，需增大进气量，降低压井液密度。控制计算机控制计算机控制计算机气体流量计气体流量计流量计压力传感器压力传感器密度计调节气体调节阀增大进气量降低压井液密度降低漏失进水流量计进水流量计进水流量计密度计第二十九页，共36页。进水流量计显示流量小于回水流量计显示流量制氮气机组控制计算机水箱柱塞泵进水流量计气体流量计 泡沫发生器回水流量计压力传感器去套管头去油管头“小于”循环流程图闸门组调节阀调节阀进水流量计，回水流量计向计算机发送信号计算机作出指示入井液密度偏小，造成该井自溢，需减少进气量，增大压井液密度。控制计算机控制计算机控

15、制计算机气体流量计气体流量计流量计压力传感器压力传感器密度计调节气体调节阀减少进气量增大压井液密度防止自溢和井喷进水流量计进水流量计进水流量计回水流量计回水流量计回水密度计注解第三十页，共36页。打印机工控机显示屏幕进液流量、密度测量出液流量、密度测量泡沫流体压力测量进气压力测量进水压力测量气体流量测量进气调节阀排空调节阀控制原理图第三十一页，共36页。一、为什么选用氮气泡沫作为修井循环介质？二、泡沫流体的产生、特性及基本参数三、氮气泡沫流体的安全性四、氮气泡沫压洗井系统内 容五、氮气泡沫修井工艺在海洋的应用第三十二页，共36页。于2003年在胜利海洋油田的作业一号、三号、四号、胜利八号、修采

16、1号等钻井修井平台使用。后经海上20多口油井的实际应用，作业效果显著，原油产量大幅度提高，现已在胜利海洋埕岛油田所有作业平台配备该项技术，并全面推广使用。 1、胜利埕岛油田应用氮气泡沫修井的情况第三十三页，共36页。序号井号措施前生产情况措施后生产情况产量对比日液t日油t含水%日液t日油t含水%日液t日油t含水%1CB11A-112812.590.255.455.10.3-72.642.6-89.92CB11A-2114.88.392.88.33CB11D-45.33.8274016.85834.713314CB11F-66.53.94043.9384.537.335-35.55CB11G-4

17、61.630.25152.650.83.5-920.6-47.56CB12B-58.87.910.635.226.425.126.418.515.87CB22A-142.921.5505843.225.615.121.7-24.48CB22A-53313.55954.637.13221.623.6-279CB22D-32915.4476633.743.237.018.3-3.810CB251C-3525.29036.124.233-15.919-5711CB251D-440.231.42264.251.27.92419.814.112CB4B-123.316.13137.331.3161415.2-1513CB4B-324.216.93071.557.22047.340.3-1014CB4B-5109.611.49053.253.20-56.241.8-9015CB4C-2553516484128-7612胜利油田海洋开发公司试验报告 据现场调研，胜利海洋公司自去年开展应用以来，以累计