气井基础知识全解

气井基础知识林静1第一页，共68页。气井系统地面管线气嘴分离器井筒气层气井示意图2第二页，共68页。提纲一、采气常见术语二、天然气形成及理化性质三、采气地质基础知识四、气井、气井完井五、气井井身结构六、气井节点压力关系七、气井生产制度气井基础知识3第三页，共68页。气井基础知识一、采气常见术语天然气、气藏、气田、气井4第四页，共68页。一、采气常见术语天然气：是指在不同地质条件下生成、运移，并以一定压力储集在地下构造中，以碳氢化合物为主的可燃性烃类气体。它的通式为CnH2n+2。油气藏：地下岩层中能够聚集并储藏石油和天然气的场所，称为油气藏。油气藏是油气聚集的基本单元，是油气在单一圈闭中的聚集，具有统一的压力系统和油水界面。气田：是指受局部构造（包括岩性因素、地层因素等）所控制的同一面积范围的气藏总合。气井：是气层通到地面的人工通道，在采气中起着输送天然气由气层到地面和控制气层的作用。气井基础知识5第五页，共68页。

一、采气常见术语气井基础知识地面管线气嘴分离器井筒气层几个关于压力的概念地层压力输压井口压力井底流动压力6第六页，共68页。提纲一、采气常见术语二、天然气形成及理化性质三、采气地质基础知识四、气井、气井完井五、气井井身结构六、气井节点压力关系七、气井生产制度气井基础知识7第七页，共68页。二、天然气形成及理化性质气井基础知识

关于油气的成因曾有两种不同的学说，即有机成因学说和无机成因学说两大派别。无机成因学派认为：石油和天然气是来自地球内部的无机物质，或者是来自宇宙中的碳氢元素，经过复杂的化学作用，首先形成了甲烷，并在地球形成初期就已存在地球内部，后来沿地壳的裂缝向上运移，在运移过程中聚合成高分子的烃类，并在岩层中聚集形成油气藏。有机成因学派认为：人们在长期的开采和利用油气的过程中已经发现绝大部分油气田都分布于沉积岩中。油、气的化学成分与沉积岩中有机质的化学成分有很多共同之处。而且在地质历史时期中生物广泛发展的阶段，沉积岩中油、气就越丰富。

事实证明了油、气是由有机质生成的。石油、天然气的成因8第八页，共68页。二、天然气形成及理化性质气井基础知识天然气是指在不同地质条件下生成、运移，并以一定压力储集在地下构造中，以碳氢化合物为主的可燃性烃类气体。它的通式为CnH2n+2。天然气的成分因地而异，大部分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷等，此外还含有少量其它气体。天然气分类：以含凝析油多少,分为干气和湿气(50g/m3)；含H2S和CO2，酸性天然气（20mg/m3）和洁气；以产出方式，气田气、石油伴生气、凝析气田气天然气的主要物理化学性：天然气的密度、天然气的相对密度、天然气粘度、临界温度、临界压力、气体状态方程式、天然气的含水量和溶解度、天然气的可燃性限和爆炸限天然气的性质9第九页，共68页。二、天然气形成及理化性质气井基础知识天然气的主要物理化学性质1、密度——单位体积的天然气所具有的质量称为天然气的密度。式中：ρg——天然气的密度，kg/m3；Mg——天然气所具有的质量，kg；Vg——天然气的体积，m3。10第十页，共68页。二、天然气形成及理化性质气井基础知识天然气的主要物理化学性质2、相对密度——在某一温度、压力下天然气的密度与标准状况下干燥空气的密度之比。式中：G——天然气的相对密度；ρg——天然气的密度；ρ——干燥空气的密度。11第十一页，共68页。二、天然气形成及理化性质气井基础知识天然气的主要物理化学性质3、粘度——当天然气流动时，由于气体内部分子间相对运动产生的摩擦力，称为天然气的粘度。式中：μ——流体的动力粘度，Pa·sF——两层流体的内摩擦力，N；d——两层流体见的距离，m；υ——两层流体的相对运动速度，m/s；A——两层流体间的面积，m2。12第十二页，共68页。二、天然气形成及理化性质气井基础知识天然气的主要物理化学性质4、临界温度和临界压力临界温度——使物质由气相变为液相的最高温度。在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化。在临界温度时使气体液化所需要的最小压力称临界压力。由于天然气是混合气体，其中各组分临界温度和临界压力的加权平均值称为视临界温度（T’c）和视临界压力（P’c）。13第十三页，共68页。二、天然气形成及理化性质气井基础知识天然气的主要物理化学性质5、气体状态方程理想气体天然气与理想气体偏差校正Z——偏差系数。决定于气体的特性、温度和压力。14第十四页，共68页。二、天然气形成及理化性质气井基础知识天然气的主要物理化学性质6、天然气的含水量

天然气在地层中长期和水接触，含有一定量的水蒸气，把每立方米天然气中含有水蒸气的克数称为天然气的含水量或绝对湿度，用e表示。饱和含水量——一定压力、温度下，每立方米天然气中含有最大水蒸气的克数。相对湿度——在一定条件下，天然气的含水量与饱和含水量之比。露点——在一定压力下，天然气刚被水饱和时对应的温度。15第十五页，共68页。二、天然气形成及理化性质气井基础知识天然气的主要物理化学性质7、天然气的溶解度

在地层压力下，地层水中溶解有部分天然气，每立方米地层水中含有标准状态下天然气的体积系数称为天然气的溶解度。式中：S1——天然气在纯水中的溶解度，m3/m3；S2——天然气在地层水中的溶解度，m3/m3；X——校正系数；Y——地层水中含盐量，mg/L。16第十六页，共68页。二、天然气形成及理化性质气井基础知识天然气的主要物理化学性质8、天然气的可燃性限和爆炸限

可燃性限——天然气与空气的混合气体能够稳定燃烧时，天然气的浓度范围。（甲烷5-15%）爆炸限——天然气与空气的混合气体，在密闭系统中遇明火发生爆炸时，天然气的浓度范围。17第十七页，共68页。提纲一、采气常见术语二、天然气形成及理化性质三、采气地质基础知识四、气井、气井完井五、气井井身结构六、气井节点压力关系七、气井生产制度气井基础知识18第十八页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识1.地壳

地壳是地球最外层的固体外壳，岩石圈的重要组成部分。大陆地壳厚度一般为35～45km。其中，高山、高原地区地壳较厚（可达60～70km），平原、盆地地壳相对较薄。大洋地壳则远比大陆地壳薄，厚度一般小于10km。19第十九页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识地壳岩石矿物化学元素地壳分为上下两层。

上层化学成分以氧、硅、铝为主，称为硅铝层，由于和花岗岩成分相似，所以又叫花岗质层。此层在海洋底部很薄，甚至缺失，是不连续圈层。

下层富含硅和镁，称为硅镁层，由于和玄武岩成分相似，所以又叫玄武质层。在大陆和海洋均有分布，是连续圈层。20第二十页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识地壳中主要元素的平均含量元素据克拉克和华盛顿（1924）%据泰勒（1964）%O49.5246.40Si25.7528.15Al7.518.23Fe4.704.63Ca3.294.15Na2.642.36K2.402.09Mg1.942.33H0.88--21第二十一页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识2.岩石岩石是由各种矿物组成的复杂结合体。

按其成因可将岩石分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。22第二十二页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识1）岩浆岩

由岩浆在一定地质作用的影响下，侵入地壳或喷出地表，经冷却凝固、结晶而形成。花岗岩玄武岩喷出岩侵入岩23第二十三页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识2）沉积岩——油气开发重点关注

早期形成的岩石经过物理、化学的破坏作用，在地质外力（如流水、风吹、日晒等）的作用下，在海洋、湖泊、河道或陆地表面某些地方沉积下来而形成的岩石。24第二十四页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识3）变质岩

原岩（如岩浆岩或沉积岩）受到高温、高压等条件的影响，改变了原来岩石的成分、结构，发生了变质作用而形成的岩石。大理岩25第二十五页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识A.重熔、再生B.风化、搬运、沉积、固结成岩C.高温高压变质岩浆岩岩浆沉积岩变质岩26第二十六页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识沉积岩沉积岩在地壳表层分布很广，陆地面积的大约四分之三被沉积物(岩)所覆盖，而海洋面积的全部被沉积物(岩)所覆盖。

沉积岩的分类方案很多，从油气地质的角度考度，可将其分为三类：

碎屑岩、粘土岩、碳酸盐岩。27第二十七页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识

碎屑岩由碎屑颗粒和胶结物组成，碎屑成分占50%以上。碎屑颗粒以石英、长石为主。

粘土岩由粒径小于0.1mm的粘土矿物所组成的岩石。按层理结构可分为页岩和泥岩。碳酸盐岩主要成分：方解石（CaCO3）→石灰岩白云石[CaMg(CO3)2]→

白云岩28第二十八页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识沉积相在一定沉积环境中所形成的岩石组合。沉积环境——指在沉积和成岩过程中所处的自然地理条件、气候状况、生物发育情况、沉积介质的物理-化学性质、地球化学条件及水体深浅等。岩石组合——指岩石的成分、颜色、结构、构造以及各种岩石的相互关系和分布情况等。29第二十九页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识沉积相分类表相组陆相组海相组海陆过渡相组相残积相坡积-坠积相山麓-洪积相河流相湖泊相沼泽相沙漠相冰川相滨岸相浅海陆棚相半深海相深海相三角洲相泻湖相障壁岛相潮坪相河口湾相30第三十页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识沉积盆地

在漫长的地质历史时期，由于地壳的不断运动，使得地壳表面起伏不平，下降的地区形成洼陷，接受沉积的洼陷区域称为沉积盆地。大多数石油、天然气都分布在沉积盆地中。31第三十一页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识3.地层相关术语

1）地层指具有一定时间和空间涵义的层状岩石的自然组合。岩石：反映地壳发展变化的情况。化石：反映生物发展史、岩层形成的年代和形成的沉积环境。32第三十二页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识2）地质时代：地层的年龄。地质时代单位：代、纪、世。地层单位：界、系、统及群、组、段、带。例如：中生界侏罗系下统自流井组大安寨段中生界三叠系上统须家河组古生界二叠系上统长兴组33第三十三页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识4.地质构造

地壳运动：又称构造运动，是由于地壳的内部原因（重力、地内热能等）和外部原因（行星引力）引起地壳形态的变化的运动。基本类型：1.水平运动：地壳以水平运动为主。2.升降运动：此起彼伏，相互补偿（局部）。

34第三十四页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识4.地质构造1）褶皱构造

地壳中的岩层在褶皱运动的作用下，发生一系列向上或向下的波状弯曲，并保持其连续完整性，这样的变形结果，即为褶皱构造。向斜背斜35第三十五页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识4.地质构造2）断裂构造

岩体受力的作用发生变形，当作用力的强度超过岩体的强度时，岩体就发生破裂，从而形成断裂构造。36第三十六页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识断层的分类根据两盘的相对位移：

正断层：上盘相对下降，下盘相对上升的断层。

逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降的断层。

平移断层：两盘顺走向相对移动。（在垂直方向上没有位移）37第三十七页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识4.地质构造3)地层间的接触关系

岩层之间的接触关系可分为整合接触、假整合接触和不整合接触三种类型。a、整合接触：

新老地层大致平行，沉积岩岩性与生物变化都呈渐变关系，它们是连续沉积的。38第三十八页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识4.地质构造b、假整合接触：

新老地层大致平行，沉积岩岩性与生物变化都呈突变关系，呈不连续沉积。c、不整合接触：

新老地层产状完全不同，其间有地层缺失并有明显的风化现象。岩层组1岩层组239第三十九页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识4.油气藏形成的条件油气藏的概念：

地下岩层中能够聚集并储藏石油和天然气的场所，称为油气藏。油气藏是油气聚集的基本单元，是油气在单一圈闭中的聚集，具有统一的压力系统和油水界面。

油气藏形成必须具备生、储、盖、运、圈这五个条件。40第四十页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识4.油气藏形成的条件1）生油气层

具备生油、气条件，且能生成一定数量的石油、天然气的地层。生油气层是有机质堆积、保存，并转化成油气的岩层。2）储层

具备能使石油、天然气在孔隙（孔、洞、裂缝）中流动、聚积和储存的岩层。41第四十一页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识4.油气藏形成的条件储层的分类a、碎屑岩储层以砂岩、砂砾岩和砾岩等碎屑沉积岩为主。储集空间以孔隙、裂缝孔隙为主。b、碳酸盐岩储层以白云岩、白云质灰岩、石灰岩、生物灰岩为主。储集空间由孔隙、孔洞、裂缝三者组成。c、其他岩类储层主要是岩浆岩、变质岩和泥质沉积岩的致密岩石。42第四十二页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识4.油气藏形成的条件4)盖层和圈闭盖层——指位于储集层之上能够封隔储集层使其中的油气免于向上逸散的保护层。圈闭——能够阻止油气继续运移并在其中聚集的场所。一个圈闭包括储集层、盖层和遮挡物。

43第四十三页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识4.油气藏形成的条件44第四十四页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识5)气田气藏——具有独立压力系统和统一气水界面，且只聚集有天然气的单一圈闭。

气田——指受局部构造（包括岩性、地层因素等）所控制的同一面积范围的气藏总和。含气盆地:发现有工业价值油气田的沉积盆地。4.油气藏形成的条件45第四十五页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识4.油气藏形成的条件

气藏类型指气藏的地质特征（构造、储层、岩性、储渗通道、驱动方式、边底水等的特征）和天然气特征。

气藏类型的划分方式多种多样，目前国内广泛采用的油气藏分类方法是以圈闭成因进行分类，分为构造油气藏、地层油气藏和岩性油气藏三大类。46第四十六页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识页岩气藏示意图47第四十七页，共68页。三、采气地质基础知识气井基础知识4.油气藏形成的条件油气田的储量分级油气田的储量是指储藏在油气田的油气层孔隙中的油气数量。三级储量：预探阶段，构造已获工业油气流。二级储量：详探、测试阶段，有部分井投产，可作为开发方案的编制依据。一级储量：第一批生产井投入开发后，制定生产计划等依据。48第四十八页，共68页。提纲一、采气常见术语二、天然气形成及理化性质三、采气地质基础知识四、气井、气井完井五、气井井身结构六、气井节点压力关系七、气井生产制度气井基础知识49第四十九页，共68页。四、气井、气井完井气井基础知识气井是连接气层到地面的人工通道。地面管线气嘴分离器井筒气层气井示意图50第五十页，共68页。四、气井、气井完井气井基础知识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。目前常用的完井方法主要有四种：裸眼完井衬管完井射孔完井尾管完井51第五十一页，共68页。四、气井、气井完井气井基础知识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。52第五十二页，共68页。四、气井、气井完井气井基础知识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。53第五十三页，共68页。四、气井、气井完井气井基础知识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。54第五十四页，共68页。四、气井、气井完井气井基础知识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。55第五十五页，共68页。提纲一、采气常见术语二、天然气形成及理化性质三、采气地质基础知识四、气井、气井完井五、气井井身结构六、气井节点压力关系七、气井生产制度气井基础知识56第五十六页，共68页。五、气井井身结构气井基础知识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。57第五十七页，共68页。五、气井井身结构气井基础知识58第五十八页，共68页。五、气井井身结构气井基础知识油管挂（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。目前常用的油管鞋是一外径100-110mm，内径62mm的喇叭口，使射孔枪下出油管鞋容易返回。59第五十九页，共68页。五、气井井身结构气井基础知识不同的完井工艺，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。60第六十页，共68页。提纲一、采气常见术语二、天然气形成及理化性质三、采气地质基础知识四、气井、气井完井五、气井井身结构六、气井节点压力关系七、气井生产制度气井基础知识61第六十一页，共68页。

气井基础知识地面管线气嘴分离器井筒气层地层压力pr原始地层压力pi输压井口压力pwh井底流动压力pwf六、气井节点压力关系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。62第六十二页，共68页。六、气井节点压力关系气井基础知识●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

●井口压力（套压、油压）差值关系（1）油管生产：套压大于油压（2）套管生产：套压小于油压（3）套压＝油压：关井压力平衡，近井口处油管穿孔，油管断裂（4）气水同产井油套压差值增大：井筒积液63第六十三页，共68页。六、气井节点压力关系气井基础知识●井口压力（套压、油压）压力变化与气井情况