气藏开采基础课件

采气基础知识采气基础知识1采气工程是指天然气开采工程中有关气田开发的完井投产作业、气井生产系统与采气工艺方式选择、井下作业工艺技术、试井及生产测井工艺技术、增产挖潜措施、天然气生产、井下作业与修井、地面集输与处理等工艺技术和采气工程方案设计的总称，是天然气开采工程中一个占有主导地位的系统工程，对天然气气田的高效益、高采收率开发具有举足轻重的作用。采气工程是指天然气开采工程中有关气田开发的完井投产作业、气井2采气工程的主要任务是：1、针对气藏的地质特征和储层特点，编制气田开发的采气工程方案，对气藏实施高效开发。2、研究、发展适合气藏特点的采气工程技术，并配套形成生产能力。3、对气井进行生产系统节点分析，优化采气工艺方式，提高气井的采气速度。4、推广、应用各种新技术、新装备，解决气田开发的工程技术问题。5、研究、制定、完善采气工程方面的有关标准、规程、规范，使采气工程技术、施工操作有章可循，实现标准化、规范化作业，确保安全生产。采气工程的主要任务是：3

讲授提纲一、气井完井二、气井节点分析三、气井增产措施四、生产测井工艺技术五、采气工程方案设计讲授提纲一、气井完井4第一部分气井完井第一部分5气井完井工程是指钻开生产层和探井目的层开始，直到气井投入生产为止的全过程。它既是钻井工程的最后一道工序，又是采气工程的开始，对钻井工程和采气工程起着承上启下的重要作用。气井完井工程之所以重要，是因为它直接关系着气井的质量，是气井生产的基础。气井是气层流体流向地面的人工通道，在采气工程中起着输送天然气和控制地层的重要作用，对地层进行各种研究以及进行压井、人工举升、改造增产、生产测试等许多井下作业都将通过气井，气井完井质量不好或不相适应，天然气的生产将无从谈起。第一部分气井完井工程是指钻开生产层和探井目的层开始，直到气井投入生产6第一部分（一）、气井完井方法（二）、气井井身结构（三）、气井井口装置（四）、气井完井测试第一部分（一）、气井完井方法7（一）气井完井方法第一部分气井完井方法是指钻开生产层和探井目的层部位的工艺方法以及该部位的井身结构。气井完井方法的选择取决于气层的地质情况、钻井技术水平和采气工艺技术的需要。目前常用的完井方法主要有四种：（一）气井完井方法第一部分气井完井方法是指钻开生产层和探井目8裸眼完井是指气井产层井段不下任何管柱，使产层完全暴露的完井方法。（1）优点：不易漏掉产层、气井完善系数高、油气流动阻力小、完井周期短、采气成本低。（2）缺点：气水层不能分隔，易互相干扰；裸眼段地层易垮塌，掩埋产层；不能进行选择性增产措施。（3）适应：坚硬不易垮塌的无夹层水的裂缝性石灰岩油气层。裸眼完井是指气井产层井段不下任何管柱，使产层完全暴露的完井方9衬管完井是改进了的裸眼完井，有裸眼完井的优点，又防止了岩石垮塌的缺点。其采用的是在目的层段加衬管的方法。衬管用割缝套管（缝宽5-8mm，长100mm）或钻有圆孔（5-10mm）的套管制成。衬管完井应用钻具，用丢手装置，用衬管悬挂器把衬管悬挂在生产套管内壁上，使衬管在井内成吊伸状态，避免衬管曲挠。对于过于疏松的砂层，或疏松砂层且产层倾角较大的，禁忌采用衬管完井方法。衬管完井是改进了的裸眼完井，有裸眼完井的优点，又防止了岩石垮10射孔完井是目前国内外广泛采用的一种完井方法。其特点是钻达预计产层深度之后，下入生产套管，注水泥固井，然后再下射孔枪对准产层射穿套管、水泥环完井。射孔完井使裸眼和衬管完井的缺陷得到克服，并适应于边底水气层以及需要分层开采的多产层气层，是一种较为理想的完井方法。射孔完井的关键是固井质量必须得到保证，产层评价的测井技术必须过关，射孔深度必须可靠。射孔完井是目前国内外广泛采用的一种完井方法。其特点是钻达预计11尾管完井方法从产层部位的套管结构及孔眼打开的方法来讲，与射孔完井方法完全相同。不同之处是管子顶部只延伸到生产套管内一部分。尾管完井特别适用于探井，因为探井对油气层有无工业价值情况不明，下套管有时会造成浪费。尾管完井方法从产层部位的套管结构及孔眼打开的方法来讲，与射孔12（二）气井井身结构第一部分引导钻头入井开钻和作为泥浆的出口。导管是在开钻前由人工挖成的深2米左右的圆井中下入壁厚3-5mm的钢管，外面灌上水泥制成。表层套管是下入井内的第一层套管，用来封隔地表附近不稳定的地层或水层，安装井口防喷器和支撑技术套管的重量。一般下深几十至几百米。技术套管是下入井内的第二层套管，用来封隔表套以下至钻开油气层以前的易垮塌松散地层、水层、漏层，或非钻探目的的中间油气层，以保证顺利钻到目的层。要求水泥上返到需要封隔的最上部地层之上100m左右。对高压气井，为防止气窜，上返至地面。油层套管是下入井内的最后一层套管，用来把油气层和其他层隔开，在井内建立一条可靠的油气通道。其上安装采气树，油套的质量对采气影响最大。（二）气井井身结构第一部分引导钻头入井开钻和作为泥浆的出口。13油管挂（锥管挂、萝卜头）是金属制成的带有外密封圈的空心锥体，坐在大四通内，并将油、套管的环形空间密封起来。油管是钢制空心管，长8-10米/根，由丝扣连接。筛管由油管钻孔制成，长3-10米/根，钻孔直径10-12mm。要求钻孔孔眼的总面积大于油管的横截面积。油管鞋是一个内径小于井底压力计直径的短节，防止压力计落井。目前常用过油管射孔井油管鞋是一外径100-110mm，内径62mm的喇叭口，使炮弹下出油管鞋容易。油管挂（锥管挂、萝卜头）是金属制成的带有外密封圈的空心锥体，14不同的完井工艺，要求不同的完井管柱。完井管柱选用的原则是：1、完井管柱既要满足完井作业要求，又要满足气井开采的需要。2、完井管柱要尽量简单适用，可下不可不下的井下工具，尽量不下。3、完井管柱应满足节点分析要求，减少局部大压力损失。4、油管柱应考虑H2S、CO2和地层水的影响。5、完井管柱应考虑套管质量，特别是深井和超深井。因为深井和超深井的钻井和完井作业套管偏磨很厉害，大大降低了套管抗压强度，为保护套管最好采用生产封隔器永久性完井油管柱。不同的完井工艺，要求不同的完井管柱。完井管柱选用的原则是：15（三）气井井口装置第一部分气井井口装置由套管头、油管头和采气树组成。主要作用是：A)悬挂下入井里的油管B)密封油管和套管之间的环形空间C)通过油管或环形空间进行采气、压井、洗井、酸化、加缓蚀剂等作业D)操纵气井的开关和调节气井的压力和产量大小（三）气井井口装置第一部分气井井口装置由套管头、油管头和采气16采气树：KQS最大工作压力/公称通径-工厂代号-设计次数采油树：KYS最大工作压力/公称通径-工厂代号-设计次数KQ—抗硫化氢KY—不抗硫化氢采气树：KQS最大工作压力/公称通径-工厂代号-设计次数采油17常用采气树规格统计表常用采气树规格统计表18总闸门：一般2个，处于开启状态小四通：采气、放喷或压井油管闸门：开关井（油管采气）针形阀（针阀）：调节气井压力和产量测压阀门：不停产进行下压力计测压、取样，接油压表测油压。套管阀门：测套压、套管采气、气举总闸门：一般2个，处于开启状态小四通：采气、放喷或压井油管闸19套管头：套管下到井里，下部用水泥固定，上部的部分重量就支撑在套管头上。井里下有几层套管时，套管头能把几层套管互相隔开。套管头分正规套管头和简易套管头。套管头：套管下到井里，下部用水泥固定，上部的部分重量就支撑在20正规套管头悬挂在悬挂器上，套管受热膨胀或遇冷收缩时可以自由伸缩。简易套管头两端用丝扣连接，不能自由伸缩，因此容易在套管本体和丝扣上形成应力，使套管破裂或造成密封不严。正规套管头悬挂在悬挂器上，套管受热膨胀或遇冷收缩时可以自由伸21（三）气井完井测试第一部分1、测试目的：完井测试是气井完井作业的最后一道工序。主要目的是通过测试稳定的气产量，确定生产能力而进行定产生产。2、测试特点：由于完井测试尚未建设集输管线，因此测试时间一般都比较短。通常采取测试一个回压下的产量，即“一点法试井”。为掌握更多的气藏参数，也可进行“稳定试井”。3、测试流程：（三）气井完井测试第一部分1、测试目的：完井测试是气井完井作22常用测试流程主要由采气井口、放喷管线、气水分离器、临界速度流量计和放喷出口的燃烧筒组成。A、临界速度流量计测试式中，Q—气体流量，m3/dd—孔板直径，mmp1—上流压力，MpaT—上流温度，Kq—天然气相对密度

Z—天然气偏差系数B、垫圈流量计测试（压差为汞柱）（压差为水柱）式中，Q—气体流量，m3/dd—孔板直径，mmH—U形管中汞柱压差，mmG—天然气相对密度

V—气流温度，K常用测试流程主要由采气井口、放喷管线、气水分离器、临界速度流23第二部分气井节点分析第二部分24第二部分气井节点（NODAL）分析法是运用系统工程理论研究气田开发系统的气藏工程、采气工程和气田集输工程之间压力、流量关系的方法。节点分析法是美国人吉尔伯特（Gilbert）于1954年首先提出的，但是由于运用这一方法涉及众多较复杂的数学公式，因而应用收到限制。直到80年初，计算机技术在油气田的工程分析和设计中开始广泛应用的时候，这一分析方法才逐渐被应用于油气田生产实际并很快见到了效果。第二部分气井节点（NODAL）分析法是运用系统工程理论研究气25第二部分（一）节点分析原理气井生产系统过程包括气液克服储层的阻力在气藏中的渗流、克服射孔段的阻力流入井底、克服管线摩阻和滑脱损失沿垂管（倾斜管）从井底向井口流动、克服地面设备和管线的阻力沿集输气管线的流动。流体在系统生产过程中的每一段都要损失压能。气液流态也在发生变化，压力和产量之间呈现复杂的关系。节点分析就是在这样一个系统内设置节点，对系统生产的全过程进行系统分析和整体研究。第二部分（一）节点分析原理气井生产系统过程包括气液克服储层的26●气井生产系统划分为四个阶段：（1）pr—pws：流入段（2）pws—pwf：完井段（3）pwf—pwh：垂管段（4）pwh—psep：地面流出段●解节点的选择：解节点的选择满足两个条件：（1）解节点处只有一个压力（2）通过解节点只有一个与该压力相对应的流量。解节点的位置可以在生产系统内任意选择，一般选在pwf处。●气井生产系统划分为四个阶段：27若把解节点选在pwf处，pr—pwf段称为流入部分，而pwf—psep段称为流出部分。分别由系统始点pr和末点psep进行模拟计算，求得流入和流出动态关系。在交点左侧，对应的井底流压p1＞p1’，说明生产系统内流入能力大于流出能力。表明油管或流出部分的管线设备系统的设计能力过小或流出部分有阻碍流动的因素存在，限制了气井生产能力的发挥。在交点右侧，情况刚好相反。表明气层生产能力达不到设计流出管路系统的能力，说明设计的流出管路设计能力过大，造成不必要的浪费，或井的某些参数控制不合理，或气层伤害降低了井的生产能力，需要进行解堵、改造等措施。●协调生产点若把解节点选在pwf处，pr—pwf段称为流入部分，而pwf28第二部分（二）流入动态曲线1、气井的达西（Darcy）公式：（1）气体有效渗透率kg—试井资料求得（2）平均有效厚度h—气层垂直厚度（斜井）、产气厚度（气水同产井）、射孔厚度（未完全射开井）、气层厚度（完全射开井）（3）平均地层压力pr—压力恢复曲线求得、静液面或临井地层压力估算（4）井底流动压力pwf—实测或计算（5）气体平均粘度μg—实验室求得（6）供气面积系数x—一般取x=0.472rg/rw（7）表皮系数S—压力恢复曲线求得，S=S1+S2+S3+S4+S(q,t)+Dq第二部分（二）流入动态曲线1、气井的达西（Darcy）公式：292、琼斯(Jones)公式：3、费特柯维奇(Fetkovich)公式：2、琼斯(Jones)公式：3、费特柯维奇(Fet30第二部分（三）流出动态特性气井流出段流动特性是一个相当复杂的问题，尤其是含有凝析油和地层水时更甚。气液沿井内管柱垂直向上，在经过井口节流和地面管线的流动中，依据压力沿程分布不同而呈现不同的流态。纯气井油管生产表达式：第二部分（三）流出动态特性气井流出段流动特性是一个相当复杂的31第二部分（四）气井工作制度的选择气井工作制度是指适应气井产层地质特征和满足生产需要时产量和压力应遵循的关系。第二部分（四）气井工作制度的选择气井工作制度是指适应气井产层321、定产量制度：2、定井口（井底）压力制度：3、定井底压差制度：1、定产量制度：2、定井口（井底）压力制度：3、定井底压差制33第三部分气井增产措施第三部分34气井增产措施的主要内容增产原理裂缝诊断与监测工作液及添加剂增产措施设计技术主要增产方法评价选层现场质量控制气井增产措施的主要内容增产原理裂缝诊断与监测工作液及添加剂增35（一）增产原理气井以稳定产量生产、且气层内天然气以拟稳定状态服从达西定律，则波及范围内任一点压力分布是距离和时间的函数（压降漏斗）：第三部分引起有效渗透率降低的“损害”主要有五种：（1）洗井液中固相颗粒的侵入（2）泥浆滤液侵入降低了气相渗透率（3）完井或修井注水泥的水泥浆侵入气层（4）射孔造成的损害（5）生产过程中的损害（一）增产原理气井以稳定产量生产、且气层内天然气以拟稳定状态36

●压裂增产原理

压裂就是向井筒内以高于地层吸收能力的速度注入工作液体，在井筒内产生高于储层破裂强度的压力，从而使储层“破裂”并向层内延伸成一条或数条水力裂缝后，使用“支撑”或“刻蚀”的方法使这些裂缝在井筒内压力释放后也不能完全闭合。通过改变气井渗流方式达到提高渗透率的目的。压裂前径向流压裂后直线流●压裂增产原理压裂前径向流压裂后直线流37（二）水力加砂压裂1、地面流程和设备：

A）储液罐

B）砂罐

C）混砂车

D）压裂车

E）低压管汇

F）高压管汇

G）仪表车第三部分（二）水力加砂压裂1、地面流程和设备：第三部分38气藏开采基础课件392、井下压裂管柱：2、井下压裂管柱：403、施工过程：水力加砂压裂一般包括替清水洗井、注前置液、注携砂液、注顶替液、关井、排液求产等六个步骤。（1）替清水洗井：用干净水反替井内的压井液，充分洗井，使返出水质的杂质含量小于0.2%。（2）注前置液：增压，破裂地层（3）注携砂液：（4）注顶替液：油管容积的1.5-2.5倍（5）关井：压裂液破胶，降粘（6）排液求产：3、施工过程：414、压裂材料：水力加砂压裂的主要材料是压裂液和支撑剂。（1）压裂液：分为油基压裂液、水基压裂液、泡沫压裂液、混合压裂液等多种。目前常用的是水基凝胶压裂液，分为三种：A）前置液：在井底产生高压、压开地层形成裂缝，同时降温，有利于携砂液在裂缝中流动。B）携砂液：携砂C）顶替液：顶替4、压裂材料：42（2）支撑剂：作用是支撑已压开的裂缝，防止压力降低后上覆或侧向地层挤压造成裂缝重新闭合。目前有石英砂、核桃壳、玻璃珠、钢球、陶粒等多种。支撑剂的选择要根据具体井的闭合压力确定，要求支撑剂在岩石闭合压力下不破碎。（2）支撑剂：作用是支撑已压开的裂缝，防止压力降低后上覆或侧43第四部分生产测井工艺技术第四部分44第四部分生产测井是50年代后期发展起来的一项重要测试。直到60年代初才把解决完井后能提供油气井井身技术情况，井下油、气、水的运动情况，地层含油、气、水的变化情况等生产问题的测井方法，统称为生产测井工艺技术。生产测井主要表现在三个方面：（1）生产动态分析的测井方法。解释气井的生产剖面确定产能、水淹层问题和气水两相的垂直管流特征。（2）工程测井方法。了解井下窜槽、地层水的类别、油管内的漏失，检查固井质量，检查套管变形等。（3）增产工艺技术评价的测井方法。评价完井效果、确定压裂裂缝高度、吸酸剖面以及压裂酸化效果综合解释研究。第四部分生产测井是50年代后期发展起来的一项重要测试。直到645第四部分（一）生产测井装置1、井口高压、防喷、密封系统：控制头、动密封系统、防喷管串、双级封井器、高压注油系统2、井下仪器：油管接箍定位器、自然咖马仪器、温度仪、密度仪、压力仪、连续流量计、多臂井径仪、X-Y井径仪、噪声仪器、水泥胶结测井仪第四部分（一）生产测井装置1、井口高压、防喷、密封系统：控制46第四部分（二）生产测井在气田开采中的应用1、计算分层产量2、确定地层水产出位置：产层水具有温升高、流量增大（涡轮计转速）等测井特征3、评价压裂酸化效果：前后生产测井资料对比分析4、确定工业产层：通过改变工作制度，测试分层产量，确定工业性储层下限值（代替试气）5、解决井眼工程问题：用多臂井径仪可测出套管损伤和变形第四部分（二）生产测井在气田开采中的应用1、计算分层产量47压裂前后温度测量压裂后分层进液量压裂前后温度测量压裂后分层进液量48出水层位对比（横向水窜）井底≥气水界面52.2m83.7.29完井无水84.2.23投产见水井底≥气水界面75.5m84.2.10酸化后大量出水出水层位对比（横向水窜）井底≥气水界面52.2m井底≥气水界49第五部分采气工程方案设计第五部分50第五部分采气工程方案是指贯穿气藏工程方案并适应于气藏地质特征和储层特点、能对气藏实施经济、高效开发的采气工程配套技术整体设计。采气工程方案与气藏工程方案、地面建设工程方案三位一体，组成气藏开发方案的整体设计，是指导气藏科学开发的重要技术规则。气藏工程设计（在技术上可行的多个气藏工程方案）优选确定出一个最佳的气藏开发方案采气工程和地面建设工程配套设计经济评价指标计算实物工作量归集、价值工作量归集、成本、收益估算、资金筹措分析（一）采气工程方案设计的基本任务第五部分采气工程方案是指贯穿气藏工程方案并适应于气藏地质特征51第五部分采气工程方案必须从气藏开发的总体目标出发，以气藏地质特征和气藏工程为依据，以提高经济效益为中心，进行整体设计，遵循以下基本原则：1、设计方法必须具有科学性2、方案设计内容必须具有针对性和完整性3、必须加强敏感性分析研究，进行优化方案决策4、必须满足气藏工程和地面建设对方案提出的要求5、方案的实施必须具有良好的可操作性6、方案必须符合“少投入，高产出”的高效开发原则，具有显著的经济性（二）采气工程方案设计的基本原则第五部分采气工程方案必须从气藏开发的总体目标出发，以气藏地质52第五部分（三）采气工程方案设计的主体内容气层保护技术其它配套工艺技术生产动态监测技术采气工艺方式设计气井修井和井下作业技术射孔设计增产措施设计经济分析井下作业配套第五部分（三）采气工程方案设计的主体内容气层保护技术其它配套53卫西断层卫东断层层断濮深1断层卫85文23气田第五部分（四）采气工程方案设计实例户部寨气田是中原油田近年来天然气勘探突破的重点区块，也是天然气产销厂目前投入开发的第二大主力气田。户部寨气田构造上位于东濮凹陷中央隆起带北部文卫结合部，东西两侧分别为卫东和卫西断层，北以卫85断层为界与卫城油气田相临，南以濮深1断层与文23气田相望，南北长约10Km，东西宽2-4Km，面积约32Km2。卫西断层卫东断层层断濮深1断层卫85文23气田第五部分（四）54AA’地层东倾，节节西掉的反向屋脊构造带卫354--部1井气藏剖面模型AA’地层东倾，节卫354--部1井气藏剖面模型55三维构造图三维构造图56户部寨气田部户部寨气田部1-41-4井井----卫卫318351井气藏剖面图井气藏剖面图部部1-41-4部部1-31-3部部1-21-2部部1-11-1卫卫351351卫卫79-979-948ES4上满段含气，ES4下向南加厚，发育夹层水及底水。部1-7部1-5部6部1-6户部寨气田部户部寨气田部1-41-4井井----卫卫318357部1-1部1-2部1-3部1-4卫79-9户部寨气田流体模型部1-1部1-2部1-3部1-4卫79-9户部寨气田流体模型58部1-1部1-7部1-3部1-2部1-6卫79-9部6部1-4部1-5部1-8文199部8部73200330034003500315012123360012345678Mz1234567Mz户部寨气田气井目前打开情况简图1.卫79-9块内部由于没有断层切割，地层对比程度较高。2.目前气井打开程度普遍较低，具有接替层位。3.相临井生产层位一般错开，可以充分提高气井利用率，满足今后逐层上返的需求。部1-1部1-7部1-3部1-2部1-6卫79-9部6部1-59第五部分（一）完井工程及开发全过程的气层保护技术1、完井工程设计原则：（1）符合气藏特点，满足气藏开发的总体需要，保护气层，尽可能减少对气层的损害（2）有效地封隔气层和水层，防止各层之间的相互干扰（3）克服井塌或出砂的影响，保证气井长期稳定生产（4）能进行压裂、酸化等增产措施及便于修井作业（5）尽量降低成本，经济效益好第五部分（一）完井工程及开发全过程的气层保护技术1、完井工程602、完井工程设计：（1）完井方式：根据户部寨气田气藏低渗、低产的地质的特征和产层需要进行压裂改造等大工作量的特点及砂岩地层