五章气井增产措施课件

19991二、油气井增产、水井增注途径1.提高或恢复地层渗透率2.保持压力增加地层能量3.降低井底回压4.降低原油粘度19992三、油气井增产和水井增注方法

1.水力压裂HydraulicFracturing2.酸化Acidizing3.爆炸Explosion19993四、各类储层中增产方法的使用砂岩储层SandstoneFormation

水力压裂、基质酸化碳酸盐岩储层

水力压裂、基质酸化、酸压特低渗坚硬储层

高能气体压裂19994五、水力压裂、酸化的作用在勘探阶段---增加工业可采储量在开发阶段---油气井增产

---水井增注

---调整层间矛盾改善吸水剖面

---二次和三次采油中应用控制井喷其它---煤层气开采

---工业排污19995

图5—l气井生产压降曲线示意图第二节增产原理

19996

对气井而言，主要有以下五种类型的“损害”：（1）洗井液中固相颗粒的侵人；

(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人气层；（4）射孔造成的损害；（5）生产过程中的损害。19997“无损害”气井酸处理最大增产倍数图并未受到损害，只要能较大地增加近井带地层的渗透能力，也可以使气井获得增产19998酸化的概念：

酸化又叫油层酸处理。是油气田增产增注措施之一。它利用酸液的水力作用和化学溶蚀作用来扩大油气渗流通道，提高地层的渗流能力，达到增产增注目的。

第二节

酸化增产原理19999

类型储层类型作用酸浓度

酸洗/浸砂岩、碳酸盐岩清除井筒结垢、疏通5%左右孔眼（预处理措施）基质酸化砂岩、碳酸盐岩解除近井堵塞、扩大10%左右和延伸缝缝洞洞，恢复和提高地层渗透率酸压砂岩、碳酸盐岩解除近井堵塞、沟通20~28%

地层裂缝，增大流通面积

一、酸化的分类199910

二、碳酸盐岩油气层的酸化机理碳酸盐岩主要矿物成分：方解石CaCO3>50%石灰岩类白云石CaMg(CO3)2>50％白云岩类碳酸盐岩油气层分类：孔隙性碳酸盐岩油气层孔隙－裂缝性碳酸盐岩油气层裂缝性碳酸盐岩油气层199911

1.酸－岩化学反应及生成物状态(1)常用的酸：盐酸（HCl），甲酸（HCOOH）乙酸（CH3COOH），氯醋酸（CH3ClCOOH）

氢氟酸（HF），土酸（HF＋HCl）

(2)盐酸与碳酸盐岩的化学反应

2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO2

4HCl+CaMg(CO3)2=CaCl2+MgCl2+2H2O+2CO2

1999122.反应生成物的状态(1)CaCl2的状态：

不同浓度HCl与CaCO3反应的数量关系199913常用酸对碳酸盐岩的溶解能力（X）m3/m3199914CaCl2的状态：一般呈溶液状态地层温度>30C时，CaCl2的溶解度为52%、28%的HCl与CaCO3完全反应时，CaCl2浓度为因此，实际施工中，CaCl2不会产生沉淀199915(2)CO2的状态:(见CO2溶解度曲线)

少部分(约溶5方)解于酸液，绝大部分呈自由状态(约93标方,在地层压力P=20MPa,T=75℃

时，约0.6方),当CO2

达到足够饱和度时,则具有助排作用。199916141210864270100200300400500MPaCO2

在残酸中的溶解度M3/M320%CaCl235%CaCl2T=75℃CO2溶解度曲线199917A.携带脱落微粒能力强，防止堵塞，对渗流有利

B.流动阻力大，对渗流不利CO2的影响:

应从相渗透率和相饱和度的关系上具体分析，一般有助于酸液反排。乳状液的生成

对地层渗流不利

此外，Al2O3，Fe2O3，FeS等杂质与盐酸反应生成AlCl3，FeCl3等，当PH值上升到一定值时，将生成Fe(OH)3，Al(OH)3沉淀(3)反应生成物对渗流的影响

CaCl2粘度高199918

3.增产机理：

(1)通过溶蚀作用，解除近井堵塞、恢复和提高地层渗透率。（酸化）（2）通过水力作用和溶蚀作用，在裂缝面上产生不均匀刻蚀,形成不闭合的酸蚀裂缝，沟通较远地带的缝、孔、洞,改善地层渗流条件。（酸压）199919

三、酸－岩化学反应速度

酸蚀缝长=酸液在地层中的流速×酸液有效作用时间酸液流速：与排量有关，受设备限制酸液有效作用时间：由酸岩反应速度控制199920

1.酸岩复相反应分析均相反应：

反应只在同一状态物质中进行。如气--气液--液固--固非均相（复相）反应：

反应在两种或两种以上状态物质间进行。

酸岩复相反应

在高温、高压条件下，反应在液相（酸液）与固相（岩石）的界面上发生。酸岩复相反应特点：

反应只在两相接触界面上进行199921酸液岩面扩散边界层H＋Ca2+Mg2+CO2(3)反应生成物离开岩石表面，向酸液扩散

(2)H＋与岩石发生反应（表面反应）(1)H＋向岩石表面（相界面）传递2.酸岩复相反应过程199922

3.影响酸岩复相反应速度的因素(1)酸液类型18C，0.1当量，离解度:HCL为92％醋酸为1.3％2H++CaCO3Ca+++H2O+CO2

强酸反应速度快,弱酸反应速度慢

因此,采用弱酸可缓速199923(2)酸浓度

在24％～25％之前,HCl浓度增加，初始反应速度增加；之后，浓度增加，初始反应速度反而下降(曲线中的实线)

1999240102030盐酸浓度腐蚀速度80604020G/m2.h15%22%28%34%37%199925请根据离子反应方程式:2H++CaCO3Ca+++H2O+CO2

利用同离子效应解释以上现象鲜酸浓度越高，余酸的反应速度越慢因此,现场倾向采用高浓度酸液思考题：

为什么鲜酸浓度增加，残酸浓度也随之增加？199926

概念：单位体积酸液接触的岩石表面积面容比越小，反应速度越慢（3）面容比思考题：

酸压施工中怎样才能使面容比减小？199927

（4）温度和速度温度：

温度越高，H+传质速度越快，反应速度也越快。酸液的流速：层流，影响小紊流，影响大，强迫对流使H＋传质速度增大，但反应速度增加倍数小于流速增加，有助于增加有效作用距离199928三、砂岩油气层的酸化机理

土酸：

10~15%HCl+3~8%HF

1.HF的作用

(1)与CaCO3反应

2HF+CaCO3=

CaF2+CO2+H2O(2)与钙长石反应

16HF+CaAl2Si2O8=CaF2+2AlF3+2SiF4

+8H2O199929(3)与石英反应

6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O(4)与粘土反应

36HF+Al2Si4O10(OH)2=4H2SiF6+12H2O+2H3AlF6

由此可见，HF与石英、粘土反应时，不产生沉淀，但与钙质发生反应时，有沉淀生成。1999302.HCl的作用

(1)维持酸液浓度,(PH值),使CaF2处于溶解状态

(2)阻止HF与Ca++、Na+、K+反应199931土酸

10～15％HCl＋3～8％HF逆土酸

6％HF＋3％HCl土酸中HF浓度不宜太大1.HF价格昂贵2.防止破坏砂岩结构199932思考题：

土酸中HCl是如何阻止HF与Ca++、Na+、K+反应的？

HCl的作用

溶蚀碳酸钙，阻止HF与碳酸钙反应,防止CaF2沉淀，发挥HF对泥质的溶蚀作用；HCl把地层水顶替走，避免HF与地层水接触，生成沉淀199933

四酸液及添加剂性能要求酸类型酸液添加剂199934性能要求1.酸液

(1)溶蚀能力强，生成物溶于残酸(2)与地层流体配伍性好(3)加入添加剂后化学、物理性质稳定(4)在施工条件下，对设备及管线的腐蚀程度低于规定标准(5)货源广，价格便宜(6)运输、施工方便安全199935

2.添加剂

(1)处理效果好

(2)对储层污染小

(3)货源广、价格低

(4)使用方便、安全1.无机酸2.有机酸--化学缓速酸、乳化酸稠化酸胶化酸3.多组分酸4.缓速酸5.粉状酸酸液类型1999361.缓蚀剂2.稳定剂—3.表面活性剂4.降滤剂5.其它酸液添加剂

室内腐蚀试验表明:在90℃条件下,采用28%HCL,不使用任何缓蚀剂,酸对钢铁的腐蚀速度为:6780g/M2.(允许腐蚀速度为:80g/M2）1.缓蚀剂199937缓蚀剂作用原理物理吸附化学吸附缓蚀剂种类无机缓蚀剂：砷化物有机缓蚀剂：甲醛、丁炔二醇复合缓蚀剂腐蚀的危害:

(1)损坏管柱、设备和工具

(2)生成Fe(OH)3,堵塞地层199938酸化缓蚀剂评定指标温度压力HCl浓度腐蚀速度备注℃Mpa%g/m2.h60常压28<3N80钢4h90常压28<201201528<401501528<801501528<80199939几种酸液配方及腐蚀速度

酸液配方实验条件腐蚀速度

（温度，时间）g/m2.h1.10%HCl+1%HAC+2%HCOH70℃4h28.742.15%HCl+1%HAC+2%HCOH70℃4h45.213.15%HCl+2%HF+2%HAC+3%HCOH150℃4h15.4+1%7701+0.2%KI+0.04%Cu2Cl2

4.28%HCl+2%HAC+3%7701150

℃4h74.24+3%HCOH+0.3%KI+0.06%CuCl2

199940作用:

防止铁离子沉淀铁离子来源：腐蚀金属铁，溶解铁锈、储层中的铁氧化物稳定剂铁离子沉淀条件:PH：3.5~5.5，Fe3+沉淀

PH：>6.84，Fe2+沉淀常用稳定剂：醋酸柠檬酸CT1－7199941作用：

改变润湿性,降低油水界面张力，降低挤注压力;加速反排（助排剂);防止油水乳化(破乳剂);抑制H+传递速度（缓速剂）

3.表面活性剂种类：固体型：—100目砂、硅粉

—油溶性树脂胶质型：—矿物油

—天然/合成聚合物

4.降滤剂199942酸化设计的内容1.地质设计

(1)确定酸化井层

(2)提供施工井层的基础数据和生产动态资料

(3)低产原因分析

(4)施工目的依据1999432.工程设计(1)酸液类型设计(根据岩性确定)(2)用酸量设计(根据酸化类型、裂缝尺寸、岩性等确定）

(3)酸压裂缝尺寸计算

(4)增产预测199944预测增产倍数199945酸化工艺技术1.酸化井层的选择2.酸化工艺3.酸化施工质量标准4.酸化施工常见故障及预防酸化井层的选择1999461.酸化施工工序(1)配酸:先加水,后加酸,再加添加剂

(2)下管柱,装井口,试压(≥1.5PF)(3)低压替酸

(4)投球胀封隔器:保持油、套管压差为：>1MPa

(5)挤酸:按设计压力、排量挤酸

(6)挤顶替液(大于井筒体积的1.5倍)(7)关井反应(酸压2-3h,水力压裂8-15h)(8)开井放喷(抽吸),求产酸化工艺1999472.油溶性堵剂选堵酸化工艺技术适用：碳酸盐岩出水油井,增油堵水措施机理：先注入选择性堵剂（遇油溶、遇水凝），然后注入酸液。在酸化施工过程中，油溶性堵剂将水层堵塞，使酸液只对油层作用，不进入水层，达到增油降水作用堵剂：有机高分子化合物199948施工工艺：(1)注入堵剂(2)顶替堵剂(3)关井24-30h,使堵剂软化成一体(4)注入酸液(5)顶替酸液(6)关井反应(7)开井、放喷（抽吸）、求产1999493.水力脉冲盐酸处理工艺

工艺方法：

在注酸阶段，周期性地将井口压力提高到最大设计压力，然后骤降至零，使之在地层产生周期性水力脉冲，对解堵酸化作用十分明显。1999504.碳酸盐岩地层的酸压工艺技术

与水力压裂相比,酸压具有以下特点:优点:

●

没有脱砂危险

●不存在凝胶残留物返排问题

●从理论上讲,酸压裂缝导流能力比较高缺点:

●酸蚀缝长受酸液有效作用时间限制

●酸液腐蚀井下管柱和地面设备199951酸化施工的质量标准

1.配准管柱,对准目的层；

2.酸化前要洗井合格,目的层以下10米不得留有泥浆；

3.酸化用酸和添加剂必须符合质量要求。酸液总量、浓度、及添加剂必须符合设计要求；

4.替挤清水数量准确,达到设计要求,确保酸液全部进行地层；

5.必须做到施工连续,排液及时,反应时间不超过3小时。199952酸化常见事故预防及处理故障现象原因预防及处理

1.压裂泵有水击声、1.上水管线堵塞1.检查上水管线排量小2.柱塞或阀漏失2.更换阀体,密封圈

2.低压替酸、压力高排量太大,封隔器减小排量替不进已胀开3.封隔器(水力压差1.定压单流阀弹簧太松1.调整弹簧长度式)胀不开2.高温井胶皮老化2.施工前先降温

4.挤酸过程中,套压1.胶皮破裂1.换胶皮突然上升2.油管漏失2.停止施工5.高压管线刺漏1.丝扣震松1.放压上紧油壬

2.盘根震坏2.更换盘根199953

图5—6受损害气井产量与损害因素关系图199954

水力压裂是油田开发中一项重要的增产增注措施。它利用水力传压作用，使油层产生裂缝，从而解除井底堵塞，改善低渗透地层的渗流条件，达到增产增注目的。一、压裂增产原理水力压裂概念第三节压裂机理199955油气层水力压裂示意图S1S2S3S4压裂压裂199956压裂就是向井筒内以高于地层吸收能力的速率注人工作液体，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。在气井重新投产时仍能维持较高的导流能力，这时气井的渗流变成图5—7所示模式，当裂缝穿透不太深时，储层内的渗流为平面径向流加单向流（a），当裂缝穿透深度接近气井的泄流半径时，则储层内的渗透会变成两组单向流（b）。199957

（a）浅穿透裂缝渗流模式图（b）深穿透裂缝渗流模式图图5—7199958

图5－8Mcguil曲线L一有效裂缝长度，m；re－一泄油半径，m；Kf—裂缝导流能力，

m2·m；k－－储层渗透率，m2；h一储层有效厚度，m199959曲线分析：

1.导流能力比值较小时（在曲线的左半段）

(1)曲线变化较陡，即此时随导流能力比的增加，增产倍数增加较快。

(2)导流能力比为定值时,缝长变化对增产倍数影响不大。

此时欲使增产倍数提高，应以增大裂缝导流能力为主，不要盲目延伸裂（增大施工规模）。199960

2.当导流能力比值较大时(曲线右半段)(1)缝长为定值时,曲线变化平缓,即随导流能力比增加,增产倍数几乎不变。（2）导流能力比为定值，随缝长增加，增产倍数明显增加。

此时欲提高导流能力，应以增加缝长为主。199961最佳有效缝长与地层渗透率的关系：低渗延缝，高渗解堵199962二、人工裂缝方向判断1.压裂增产增注作用

(1)改善低渗透地层(2)调整层间矛盾

(3)解除井底附近堵塞2.人工裂缝方向判断（1）按主应力：垂直于最小主应力（2）按周向应力：沿最小周向应力点延伸（3）按施工曲线：有峰值为垂直缝（4）按断层：正断层只能产生垂直裂缝隙,逆断层有两种可能199963压裂施工曲线PF—破裂压力PE—延伸压力PS—地层压力PI—地面瞬时关井压力199964三、压裂液及其性能要求

(1)前置液造缝，降温，防滤，防卡要求：粘度用量

(2)携砂液携砂,延缝，降温要求：粘度高悬砂性好

(3)顶替液替砂中间顶替液尾顶替液1.压裂液作用1999652.压裂液性能要求滤失低携砂能力强摩阻低、比重大稳定性好配伍性好残渣少易于返排货源广、价格便宜、便于配制

1999663.压裂液类型水基压裂液油基压裂液乳化压裂液泡沫压裂液液化汽压裂液酸基压裂液1999674.压裂液发展七十年代以来国外:水基冻胶压裂液的次数占三分之二，用量占总量的90%以上国内:则基本上使用的都是水基压裂液。目前，泡沫压裂液、液体CO2压裂液、液氮压裂液也开始应用。199968压裂液添加剂破胶剂降滤剂防膨剂杀菌剂表面活性剂ｐＨ值调节剂稳定剂199969表面活性剂作用减少压裂液滞留量提高返排速度和返排量降低在形成油－水乳化液的可能性当使用乳化压裂液时，加入表面活性剂还能起到稳定乳化液的作用

199970压裂液对储层的伤害及保护按压裂液作用位置分：地层基质伤害支撑裂缝伤害按流体性质分：液体伤害固体伤害压裂液滤饼和浓缩胶199971压裂液对储层的伤害压裂液在地层中滞留产生液堵地层粘土矿物水化膨胀和分散运移产生的伤害压裂液与原油乳化造成的地层伤害润湿性发生反转造成的伤害压裂液残渣对地层造成的损害压裂液对地层的冷却效应造成地层伤害压裂液滤饼和浓缩对地层的伤害199972四、压裂设计（一）地质设计（二）工程设计199973(二)压裂工程设计的内容

1.压裂施工井的基本情况和动态资料；

(1)施工井的基本数据(2)压裂层段基本数据

(3)生产动态资料

2.低产原因分析；

3.施工目的依据,效果预测；目的依据效果预测(缝长、缝宽、增产倍比、经济评价)4.确定施工参数；

5.选择管柱,确定压裂方式,校核管柱强度；

6.成本核算,效益分析；

7.制定安全措施；199974(二)压裂设计的一般步骤压裂设计分为两大类：第一类设计：已知地层条件，预定增产倍数，寻求最佳方案第二类设计：先给定压裂液用量、排量等，预测裂缝尺寸、增产倍数199975五压裂工艺与压裂技术压裂选井选层原则

不宜压裂的井层

1.油层压力衰竭不宜压裂

2.井下技术状况差，例如固井质量不好、或可能窜槽、套管变形或有严重损伤、井下有落物、经过复杂措施处理过的井层均不宜压裂。

3.高含水井或高气油比井,不宜压裂

199976

4.注水效果明显，裂缝比较发育的井层，为了避免油井水淹，是否压裂需慎重。

5.附近有与水或气的接触面（如底水驱油藏或存在底水的油藏），而且位于裂缝可能通过的方向时。

6.在压裂层与水层或气层间的夹层很薄时。

7.高渗透地下亏空的井不宜压裂。199977压裂工艺方法

(一)、合层压裂——对一个生产层组的各小层不加选择地同时进行压裂施工。

(二)、多层压裂（或选择性压裂）——一次压裂作业可压开多层或有选择地压开预定油层的方法。1999781.限流法分层压裂技术原理:控制各层孔数及孔径,以控制其孔眼压差和流量,

使各层相继被压开关键:确定各层孔眼摩阻适用:完井压裂压裂技术1999792.氮气压裂技术1.适应范围:

低压（<２０ＭＰａ）、低渗（k<10-5m2）、低孔（

<５％）、多泥、有天然裂缝的致密地层.2.工艺过程:(1)酸洗---清除井底及孔眼污染

(2)氮气压裂---破裂地层,延伸和扩展裂缝1999803.高能气体压裂技术压井液气体固体火药油层射孔孔眼199981(1)造缝机理火药燃烧---产生高温高压气体---进入射孔孔眼---当气体压力超过岩石破裂压力时---地层破裂产生裂缝

火药燃烧,井底压力达到破裂压力的时间叫加载压力上升时间。用“t”表示。当t>=10-3S时,产生一条对称缝当10-6S<t<10-3S,产生多条径向裂缝199982(2)增产机理高能气体燃烧产生的压力较高,导致地层岩石产生残余变形；又由于裂缝面不一定都与主应力方向垂直，裂缝面受剪应力作用，产生相对位移；在高温高压脉冲作用下，缝面受冲刷，以及岩石中的钙质等胶结物溶解，使缝面形成沟漕。1999834.控缝高压裂技术技术方法：控缝高压裂技术就是通过上浮式和下沉式导向剂在裂缝的顶部和底部形成人工遮挡层，阻止裂缝中的压力向上下传播，继而达到控制裂缝在高度方向上进一步延伸的目的。199984第四节评层选井一储层评价及施工合理性研究评价

增产措施的最终目的是使油气井增加产量（有时可达到增加可采储量之望）并取得尽可能高的投资收益（经济效益）施工后油气井能否增产及增产幅度不但与所选的工艺方法和工艺设计的完成程度有关，而更重要的则取决于施工井层的地质因素及其与施工工程效果的合理组合。199985一、储层评价

储层评价主要应包括以下内容：1．气藏的地质特征主要有：（1）沉积环境及岩相变化趋势；（2）岩性及其在纵、横向上的变化（3）岩石物性参数（4）测井资料及其对比。（5）储层岩石力学性质参数（6）储层流体性质1999862．井区地层特点及低产原因研究造成气井低产（与同层邻井相比，除了地层本身低渗的原因外）的原因不外三条：（1）井区内储层渗透率低，且裂缝不发育，可以从录井、试井和测井证实，如果储层孔隙度和含气饱和度都令人满意，对这类井进行压裂施工增产的希望是很大的。（2）井区渗透率高（或天然裂缝发育），但伤害严重，经验证明，高渗层最易受到钻井完井过程的固相颗粒损害。（3）非均质造成的局部低孔低渗，这在碳酸盐岩气藏中是常见的：同一气层内，邻井（一般仅离2—3km）的储层参数和产气能力均不能对比。199987二、井身条件及工艺选择

1．完井方法大段裸眼或村管完井不适宜进行大型压裂施工2．固井质量只有固井质量好，才可能保证施工注人的酸液进人预定的层位和井段，而管外水泥窜漏常常使施工液进人本来渗透性就好而不需要进行增产处理的层段。除固井质量外，油层套管关抗内压强度也必须经过校核，当预计井底施工压力高于套管抗内压强度时，就必须考虑使用封隔器。否则，压坏套管将造成极大的损失。199988三、储层评价的主要方法

1．静态评价方法

利用油气田勘探期获得的气田地质的总体状况及施工井录井及试生产期的数据进行对比分析，评价施工井在区域内井况，包括储层条件比较和产出能力比较，从本构造，本产层的总体状态出发研究单井是否属于低产，影响产能的可能原因，寻找提高产出能力的工艺途径，预测可望获得的增产效果。静态评价中，应收集齐