采油工艺简介PPT课件.ppt

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1、采油工艺简介,采油工程是油田开采过程中根据开发目标通过产油井和注入井对油藏采取的各项工程技术措施的总称。 油田开发是一项庞大而复杂的系统工程，采油工程是其重要的组成部分和实施的核心。,1. 采油工程的定义,系统组成 油藏：具有一定储存和流动特性的孔隙或裂缝介质系统， 人工建造系统：井底、井筒、井口装置、采油设备、注水设备以及地面集输、分离和储存设备等。,油气畅流入井,经济有效举升,地面计量和分离,经济有效地提高油井产量和原油采收率,采油工程目标,采油工程任务,采油工程特点：,涉及的技术面广、综合性强而又复杂,与油藏工程、地面工程和钻井工程等紧密联系,工作对象是条件随油藏动态不断变化的采、注井,

2、难度大,涉及油田开发的重要决策和经济效益,采油工艺,2. 内容简介,采油方法,增产维护措施,自喷采油,气举采油,有杆泵采油,无杆泵采油,注水,酸化、酸压,砂、蜡、水、稠、低,水力压裂,第一部分 完井方案设计与试油,主要内容,完井方式,射孔方案设计,油气层保护,试油,完井工程：,是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程，是从钻开油层到固井、完井、下生产管柱、排液、诱导油流，直至投产的工艺过程组成的系统工程。,完井工程设计的任务,对油气层潜在损害进行评价，提出相应保护措施，尽可能减少对储层的损害，使油气层与井筒间保持良好的连通条件，最大程度发挥其产能；,通过节点分析，优化压力系统，根据油藏工程和油田

3、开发全过程特点以及开发过程中所采取的各项措施来选择完井方式、方法和选定套管尺寸。,完井方式,完井方式要求,(1)保持最佳的连通条件，油层所受的损害最小；,(2)应具有尽可能大的渗流面积，入井的阻力最小；,(3)有效地封隔油、气、水层，防止窜槽及层间干扰；,(4)有效防止油层出砂和井壁坍塌，确保油井长期生产；,(5)应具备便于人工举升和井下作业等条件；,(6)施工工艺简便，成本低。,一、井身结构,保护井口附近的表土地层，防止被经常流出的洗井液体冲垮,巩固上部比较疏松易塌的不稳定岩层；安装防喷器等井口设备，控制钻开高压层时可能发生的井喷现象,封隔某些难以控制的复杂地层，以便能顺利地钻达预定的生产目

4、的层,封隔油、气、水层，保证油井的正常生产,生产套管,技术套管,表层套管,导 管,二、完井方式,射孔完井,割缝衬管完井,裸眼完井,砾石充填完井,(一)裸眼完井方式,先期裸眼完井方式,复合型完井方式,后期裸眼完井方式,优点：油层完全裸露，不会产生附加渗流阻力，产能较高，完善程度高。,缺点：不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响； 不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰； 无法进行选择性酸化或压裂等。,裸眼完井方式的主要特点：,裸眼完井（1）先期裸眼完井：钻头钻至油层顶界附近后，下套管注水泥固井。水泥上返至预定的设计高度后，再从套管中下入直径较小的钻头，钻穿水泥塞，钻开油层至设计

5、井深完井。（2）后期裸眼完井：不更换钻头，直接钻穿油层至设计井深，然后下套管至油层顶界附近，注水泥固井。,(二)射孔完井方式：1、套管射孔完井：钻穿油层至设计井深，然后下套管至油层底部注水泥固井，最后射孔。,2、尾管射孔完井是在钻头钻至油层顶界后，下套管注水泥固井，然后用小一级的钻头钻穿油层至设计井深，下尾管注水泥固井，然后射孔。,割缝衬管完井方式,(三) 割缝衬管完井方式1、用同尺寸的钻头钻穿油层后，套管柱下端连接衬管下入油层部位，通过套管外封隔器和注水泥接头固井封隔油层顶界以上的环形空间。特点：衬管损害后无法修理和更换。,改进后的割缝衬管完井方式,2、改进后的割缝衬管完井方式钻至油层顶界后

6、，先下套管注水泥固井，再从套管中下入直径小一级的钻头钻穿油层至设计井深，最后在油层部位下入割缝衬管，依靠衬管顶部的衬管悬挂器（卡瓦封隔器）将衬管挂在套管上，并密封衬管和套管之间的环形空间，使油气通过衬管流入井筒特点：油层不受固井水泥浆的损害，当密封衬管发生磨损或失效时可以起出修理或更换。,(四) 砾石充填完井方式,直接充填,先将绕丝筛管或衬管下入油层部位，然后用充填液将在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环形空间内，形成砾石充填层，阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井的目的。,预制充填,在地面预先将符合油层特性要求的砾石填入具有内外双层绕丝筛管的环形空间而制成

7、的防砂管，将筛管下入井内，对准出砂层位进行防砂。,三、完井方式选择,第二部分 有杆采油技术,采油工程中采用的采油方式很多，根据采油的能量可分为自喷采油和人工举升采油。 自喷采油是利用油层自身的能量使原油举升到地面。 当油层能量不足以将原油举升到地面时，则需要人为的为油层流体提供能量举升原油。人为地向油层流体提供能量将其举升到地面地各种方法统称为人工举升采油。,油井生产基本流动过程,任何油井的生产都可分为三个基本流动过程：从油藏到井底的流动渗流；从井底到井口的流动井筒中的流动；从井口到分离器的流动管流。 对自喷井，原油流到井口后还有通过油嘴的流动嘴流。所以，自喷井可以分为四个基本流动过程，即：渗

8、流、井筒流、嘴流、管流,人工举升采油技术的分类,气举有杆采油技术常规有杆泵采油地面驱动螺杆泵采油无杆泵采油技术电动潜油离心泵采油水力活塞泵采油电动潜油螺杆泵采油射流泵采油柱塞举升采油,常规有杆泵采油是传统采油方式之一，具有设备简单、管理方便、适应性广等特点，是目前应用最广泛的人工举升方式。我国各油田的生产井中80%以上使用这种采油方式，其产油量占总产油量的75%，能耗占油田总能耗的1/3左右，在我国石油开采中占有重要的地位。 由于材料和高新科学技术的发展，常规有杆采油技术的应用更为广泛。,有杆泵采油典型特点： 地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体。,(1) 常规有杆泵采油：抽油机悬点的往复

9、运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。,(2) 地面驱动螺杆泵采油：井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。,有杆泵采油分类：,常规有杆泵采油是目前我国最广泛应用的采油方式，大约有80%以上的油井采油采用该举升方式。,第一节 抽油装置及泵的工作原理,一、抽油装置,抽油机,抽油杆,抽油泵,其它附件,工作时，动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转。曲柄通过连杆带动游梁作上下摆动。挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。（曲柄、连杆、游梁后臂三个活动件构成四连杆机构。,(一)抽油机,有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械能，包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机

10、两种。,游梁式抽油机组成,游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置,工作原理,游梁式抽油机分类,后置式和前置式,游梁式抽油机系列型号表示方法,CYJ 123.370(H) F(Y，B，Q),(2)抽油泵：机械能转化为流体压能的设备,工作筒(外筒和衬套)、柱塞及游动阀(排出阀)和固定阀(吸入阀),a.结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠；,一般要求,按照抽油泵在油管中的固定方式可分为：管式泵和杆式泵,主要组成,分类,b.制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长；,c.规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强；,d.便于起下；,e.结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。,A-管式

11、泵,B-杆式泵,管式泵：外筒和衬套在地面组装好接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后再把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。,管式泵特点：结构简单、成本低，排量大。但检泵时必须起出油管，修井工作量大，故适用于下泵深度不很大，产量较高的油井。,杆式泵：整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端整体通过油管下入井内，由预先装在油管预定深度(下泵深度)上的卡簧固定在油管上，检泵时不需要起油管。,杆式泵特点：结构复杂，制造成本高，排量小，修井工作量小。杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。,(3)抽油杆：能量传递工具。,1-外螺纹接头；2-卸荷槽；3-推承面台肩；4-扳手方径；5-凸缘；6-圆弧过渡区,

12、抽油杆的杆体直径分别为13、16、19、22、25、28mm，,抽油杆的长度一般为8000mm或7620mm，另外，为了调节抽油杆柱的长度，还有长度不等的抽油杆短节。,接箍是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。按其结构特征可分为：普通接箍、异径接箍和特种接箍。,普通接箍：连接等直径的抽油杆,异径接箍：用于连接不同直径的抽油杆,特种接箍：主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍，用于斜井或普通油井中降低抽油杆柱与油管之间的摩擦力，减少对油管的磨损,扶正器,抽油杆的强度：C级杆(570MPa)、D级杆(810MPa),二、泵的工作原理,(一)泵的抽汲过程,1)上冲程：抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管

13、内液柱压力而关闭，泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开，泵内吸入液体、井口排出液体。,泵吸入的条件： 泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。,A-上冲程,B-下冲程,泵排出的条件： 泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。,柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。,光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。,2)下冲程：柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开，柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体,抽油机悬点载荷,1.静载荷 包括：抽油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷

14、；沉没压力对悬点载荷的影响；井口回压对悬点载荷的影响2.动载荷 包括：惯性载荷、振动载荷 抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动，因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。3、摩擦载荷,第三节 抽油机平衡、扭矩与功率计算,一、 抽油机平衡计算,不平衡原因,上下冲程中悬点载荷不同，造成电动机在上、下冲程中所做的功不相等。,不平衡造成的后果 ：上冲程中电动机承受着极大的负荷，下冲程中抽油机带着电动机运转，造成功率的浪费，降低电动机的效率和寿命；由于负荷极不均匀，会使抽油机发生激烈振动，而影响抽油装置的寿命。破坏曲柄旋转速度的均匀性，影响抽油杆和泵正常工作。,(一)平衡原理,在下冲程中把能量储存起来，

15、在上冲程中利用储存的能量来帮助电动机做功，从而使电动机在上下冲程中都做相等的正功。,所以，为了使抽油机平衡，在下冲程中需要储存的能量或上冲程中需要释放的能量应该是悬点载荷在上下冲程中所做功之和的一半。,下冲程：,上冲程：,平衡条件：,(二)平衡方式,气动平衡：,机械平衡,游梁平衡：游梁尾部加平衡重；,曲柄平衡(旋转平衡)：平衡块加在曲柄上；,复合平衡(混合平衡)： 游梁尾部和曲柄上都有平衡重。,(1) 气包内的气体压缩与膨胀,(2) 多用于大型抽油机；,(3) 节约钢材；,(4) 改善抽油机受力状况；,(5) 加工质量要求高(如气包的密封性等)。,图3-16 游梁平衡,(三)抽油机平衡检验方法

16、,1)测量驴头上、下冲程的时间平衡条件下，上、下冲程所用的时间基本相等。如果上冲程快，下冲程慢，说明平衡过量。,2)测量上、下冲程中的电流平衡条件下，上、下冲程的电流峰值相等。如果上冲程的电流峰值大于下冲程的电流峰值，说明平衡不够。,电动机选择,电动机的选择关系到电能的利用效率和能否充分发挥抽油设备与油层生产能力。,a.负荷是脉冲的，而且变化大；,游梁式抽油装置的特点：,目前国产抽油机所选配的电动机大多是高起动转矩系列的三相异步封闭式鼠笼型电动机。,b.启动条件困难，要求有大的启动转矩；,c.所用的电动机功率不太大，但总的数量大；,d.在露天工作，要求电动机维护简单、工作可靠。,第三部分 无杆

17、泵采油,第一节 电动潜油离心泵采油,(1) 能量传递过程,(2) 地层流体举升过程,电潜泵采油装置： 地面控制部分 电力传输部分 井下机组部分,电潜泵举升方式的主要优点：,(1) 排量大；,(2) 操作简单，管理方便；,(3) 能够较好地运用于斜井与水平井以及海上采油；,(4) 在防蜡方面有一定的作用。,电潜泵举升方式的主要缺点：,(1) 下入深度受电机功率、油套管直径、井筒高温等的限制；,(2) 比较昂贵，初期投资高；,(3) 作业费用高和停产时间过长；,(4) 电机、电缆易出现故障；,(5) 日常维护要求高。,(一) 潜油电机,一、电潜泵采油装置,作用：产生旋转磁场。,(2) 转子系统：转

18、子铁芯、转子绕组、转轴、扶正轴承、短路环,(3) 止推轴承：作用：承受电机的轴向力。,(4) 润滑油循环系统：轴孔、定转子间隙、通油孔,(1) 定子系统：定子铁芯、定子绕组、电机壳体,作用：产生感应电流而受力转动，并输出机械扭矩。,作用：电机运行时，润滑油从空心轴内流入，从轴承处各通油孔流出，润滑各轴承；然后进入定转子间隙。由于转子的高速旋转，润滑油获得离心力以及润滑油重力作用，从而使润滑油下降到电机底部，补充到空心轴内反复循环，起到润滑和冷却作用。,(2) 外廓尺寸细长；,(3) 转子和定子分节；,(4) 保证潜油电机的严格密封；,(5) 润滑油循环系统比较特殊。,(1) 两极、三相鼠笼式异

19、步感应电机；,潜油电机主要结构特点：,(二) 多级离心泵,潜油多级离心泵的工作原理与地面离心泵相同。当充满在叶轮流道内的液体在离心力作用下，从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮四周时，液体受叶片的作用，使压力和速度同时增加，并经导轮的流道被引向次一级叶轮，这样，逐级流过所有的叶轮和导轮，进一步使液体的压能增加获得一定的扬程。,1 .泵的增压原理,2.泵的结构,图4-2 潜油多级离心泵结构示意图,结构特点：,(1) 直径小、级数多、长度大；,(2) 轴向卸载、径向扶正；,(3) 泵吸入口装有特殊装置，如油气、油砂分离器等；,(4) 泵出口上部装有单流阀和泄油阀。,(三) 保护器,保护器是利用井液与电

20、机油的密度差异，以防止井液进入电机造成短路而烧毁电机的装置。主要是通过隔离腔连接井液与电机油来完成这一功能。,保护器类型：连通式、沉淀式和胶囊式保护器,(四) 油气分离器,油气分离器安装在泵的液体吸入口处，当混气流体进入多级离心泵之前，先通过分离器，把自由气体分离出来，防止和减少气体进泵，保证电潜泵具有良好的工作特性。,常用的分离器有两种：沉降式和旋转（离心）式,(五) 潜油电缆,潜油电缆结构特点, 要求便于起下，且不易损坏；, 要求耐油、气、水，耐高温、高压；, 电缆终端有与电机插配的特殊密封接头电缆头；,为满足油井对机组尺寸的要求，潜油电缆一般采用圆型和扁型，扁型和扁型联接在一起的复合结构

21、；,要能适应施工和环境温度，进行起下作业时，电缆保护套层不破裂。,作用：地面向井下机组传输电力。,第四部分 注 水,(1) 水源、水质及注水系统,主要内容：,(2) 注水井吸水能力分析,(3) 分层注水技术,(4) 注水指示曲线分析与应用,(5) 注水井调剖技术,2022/12/1,52,可编辑,第一节 水源、水质及注水系统,一、水源选择,水源选择要求：水量充足、水质稳定。,水源类型, 地面水源,地面淡水水源,海水水源, 来自河床等冲积层水源, 地层水水源, 油层采出水,1. 粘土膨胀2. 机械杂质3. 微粒运移4. 细菌堵塞5. 反应沉淀物6. 原油,1. 溶解氧2. CO、CO23. H2

22、S4. 细菌,1. 无机垢2. 有机垢,二、水质要求,注水引起的油层损害主要类型：,基本水质指标：,机械杂质浓度、粒径、膜滤系数；,铁离子含量；,细菌含量：腐生菌、硫酸还原菌、铁菌；,溶解氧含量；,硫化物含量；,含油量；,H值；,堵塞、腐蚀、结垢。,矿化度。,三、注入水处理技术,（1）沉淀,悬浮的固体颗粒借自身的重力而沉淀下来。,常用的聚凝剂,图5-1 反应沉淀池结构示意图,硫酸铝，,硫酸铁,三氯化铁,偏铝酸钠,常规注入水水质处理措施：沉淀、过滤、杀菌、脱氧、曝 晒、含油污水处理,（2）过滤,图5-2 压力式滤罐示意图,重力式滤池：滤池中的水面与大气接触，利用滤池与底部水管出口，或水管相连的清

23、水池水位标高差进行过滤。,压力滤罐：滤池完全密封，水在一定压力下通过滤池。,常用的杀菌剂,（3）杀菌,（4） 脱氧,除去水中的氧气、碳酸气和硫化氢气体。,脱氧方法,氯及其化合物 如次氯酸、次氯酸盐等；,甲醛 既有杀菌又有防腐作用。,化学脱氧法；,天然气逆流冲刷法（气提脱氧）；,真空脱氧法。,图5-3 真空脱氧示意图,（5）曝晒,处理过饱和碳酸盐。,含油污水处理的措施。,污水回注的优点：, 污水中含表面活性物质，能提高洗油能力；, 高矿化度污水回注后，不会使粘土颗粒膨胀而降低渗透率；, 污水回注保护了环境，提高了水的利用率。,（6）除油,四、注水系统,注水系统是指从水源至注水井的全套设备和流程，

24、包括水源泵站、水处理站、注水站、配水间和注水井。,1.注水站,主要作用：将来水升压，以满足注水井对注入压力的要求,工艺流程：来水进站计量水质处理储水灌泵出,储水罐：具有储备作用、缓冲作用、分离作用,高压泵组：给注入水增压,流量计：计量水量,分水器：将高压水分配给各配水间,主要设施：,2.配水间,主要作用： 用来调节、控制和计量各注水井的注水量,主要设施：,分类：配水间一般分为单井配水间和多井配水间两种,3.注水井,主要作用：注入水从地面进入地层的通道,主要设施：井口装置和井下注水管柱,正常注水和旁通备用管汇,压力表和流量计,分水器,五、注水井投注程序,投注程序：注水井从完钻到正常注水之间所需进

25、行的工作。它包括排液、洗井、预处理、试注、正常注水等几个方面。,1.排液, 清除油层内的堵塞物；, 在井底附近造成低压带，为注水创造有利条件；, 采出部分弹性储量，减少注水井排或注水井附近的能量损失，有利于注水井排拉成水线。,2.洗井,洗井目的：把井筒内的腐蚀物、杂质等污物冲洗出来，避免油层被污物堵塞影响注水。,洗井方式：一种是正洗，水从油管进井，从油套环形空间返回地面；另一种是反洗，水从油套环形空间进井，从油管返回地面。,3.预处理,预处理目的：为防止粘土颗粒的膨胀和运移，在注水井投注或油井转注前需进行防膨处理。,4.试注,试注目的：确定能否将水注入油层并取得油层吸水启动压力和吸水指数等资料

26、，根据要求注入量选定注入压力。,5. 正常注水,注水井通过排液、洗井、试注，取全取准试注的资料，再经过配水就可以转为正常注水。,第二节 注水井吸水能力分析,一、注水井吸水能力,注水井指示曲线：,稳定流动条件下，注入压力与注水量之间的关系曲线。,图5-7 注水井指示曲线,吸水指数：,单位注水压差下的日注水量，用来衡量地层吸水能力。,比吸水指数或每米吸水指数：,地层吸水指数除以地层有效厚度所得的数值。,一米厚地层在一个兆帕注水压差下的日注水量。,视吸水指数：,日注水量除以井口压力,油管注水，井口压力取套管压力套管注水，井口压力取油管压力,二、影响吸水能力的因素,(1) 与注水井井下作业及注水井管理

27、操作等有关的因素,(2) 与水质有关的因素,(3) 组成油层的粘土矿物遇水后发生膨胀,(4) 注水井地层压力上升,产生堵塞的原因,(1) 铁的沉淀,氢氧化铁,硫化亚铁,(2) 碳酸盐沉淀,(3) 细菌堵塞,(4) 粘土膨胀,三、改善吸水能力的措施,(1) 加强注水井日常管理, 及时取水样化验分析，发现水质不合格时，应立即采取措施，保证不把不合格的水注入油层；, 按规定冲洗地面管线、储水设备和洗井，保证地面管线、储水设备和井内清洁；, 保证平稳注水，减少波动，以免破坏油层结构和防止管壁上的腐蚀物污染水质和堵塞油层。,(2) 压裂增注,普通压裂：,分层压裂：,吸水指数低，注水压力高的低渗地层和严重

28、污染地层,油层较厚、层内岩性差异大或多油层层间差异大,(3) 酸化增注,解除井底堵塞物,提高中低渗透层的绝对渗透率,无机物堵塞,有机堵塞物,CaCO3、FeS、Fe(OH)3以及泥质等,盐酸或土酸处理,藻类和细菌,甲醛水溶液、盐酸或土酸处理, 稀酸活性液不排液法, 醋酸缓冲稀酸活性液增注, 逆土酸增注法, 胶束（活性柴油）逆土酸增注法,(4) 粘土防膨,无机盐类,KCl、NH4Cl,有效期短,无机物表面活性剂,铁盐类,施工条件要求严，成本高，有效期短,离子型表面活性剂,聚季胺,有效期长，成本较低，施工容易,无机盐和有机物混合的处理剂,第五部分 压裂技术,压裂的定义：,油层压裂是利用液压传递原理

29、从地面泵入高压工作液剂，使地层形成并保持裂缝，改变油层物性，提高油层渗透率，从而达到增产增注的效果的工艺。,压裂的种类：(根据造缝介质不同),水力压裂,高能气体压裂,干法压裂,水利压裂是根据液压传递原理利用地面高压泵组，将高粘液体注入井中，在进井地层憋起超过地层吸收能力的高压；在井底附近地层产生裂缝；继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注目的工艺措施。压裂裂缝能连通油气层深处的产层（如透镜体）和天然裂缝，则增产效果会更加明显。,水力压裂：,水力压裂的工艺过程：,憋压,造逢,裂

30、缝延伸,充填支撑剂,裂缝闭合,(2) 降低了井底附近地层中流体的渗流阻力：裂缝内流体流动阻力小。,水力压裂增产增注的原理:,(1) 改变流体的渗流状态：使原来径向流动改变为油层与裂缝近似的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了径向节流损失，降低了能量消耗。,第二节 压裂液,压裂液任务：,1。前置液：破裂地层、形成一定尺寸的裂缝以备携砂液进入；在温度较高的地层可起到降温作用；有时在前置液中加入一定量的细砂以堵塞地层中的微隙，减少液体滤失。,2、携砂液：携带支撑剂、充填裂缝、造缝及冷却地层作用。必须使用交联的压裂液(如冻胶等)。,3、顶替液：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用

31、；末尾顶替液：替液入缝，提高携砂液效率和防止井筒沉砂。,根据压裂过程中的作用不同，压裂液可分为：前置液、携砂液和顶替液。,压裂液的性能要求：,滤失少：,悬砂能力强：,摩阻低：,稳定性好：,配伍性好：,低残渣：,易返排：,货源广、便于配制、价钱便宜。,造长缝、宽缝,取决于它的粘度与造壁性,取决于粘度,摩阻愈小，用于造缝的有效功率愈大,热稳定性和抗机械剪切稳定性,不应引起粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层,以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率,减少压裂液的损害,压裂液类型,水基压裂液：,油基压裂液：,泡沫压裂液：,用水溶胀性聚合物(称为成胶剂)经交链剂交链后形成的冻胶。施工结束后，为了使冻胶破胶还需要加入破

32、胶剂。不适用于水敏性地层。,多用稠化油，遇地层水后自动破胶。缺点是悬砂能力差、性能达不到要求、价格昂贵、施工困难和易燃等。,基液多用淡水、盐水、聚合物水溶液；气相为二氧化碳、氮气、天然气；发泡剂用非离子型活性剂。特点是易于返排、滤失少以及摩阻低等。缺点是砂比不能过高、井深不能过大。,第六部分 复杂条件下的开采技术,一、油层出砂原因,第一节 防砂与清砂,出砂危害, 砂埋油层或井筒砂堵造成油井停产；,(1)内因砂岩油层的地质条件, 出砂使地面和井下设备严重磨蚀、砂卡；, 冲砂检泵、地面清罐等维修工作量巨增；, 出砂严重时还会引起井壁坍塌而损坏套管。,(2)外因开采因素,(一) 内因砂岩油层的地质条

33、件,1. 应力状态,钻井前砂岩油层处于应力平衡状态。钻开油层后，井壁附近岩石的原始应力平衡状态遭到破坏，造成井壁附近岩石的应力集中。,2. 岩石的胶结状态,油层出砂与油层岩石胶结物种类(粘土、碳酸盐和硅质、铁质三种)、数量(数量越多，胶结强度越大)和胶结方式(基底胶结、接触胶结、孔隙胶结)有着密切的关系。,3. 渗透率的影响,油层的渗透率越高，其胶结强度越低，油层越容易出砂。,(二) 外因开采因素,由于固井质量差，使得套管外水泥环和井壁岩石没有粘在一起，在生产中形成高低压层的串通，使井壁岩石不断受到冲刷，粘土夹层膨胀，岩石胶结遭到破坏，因而导致油井出砂。,3. 油井工作制度,如果射孔密度过大，

34、有可能使套管破裂和砂岩油层结构遭到破坏，引起油井出砂。,2. 射孔密度,1. 固井质量,流体渗流而产生的对油层岩石的冲刷力和对颗粒的拖曳力是疏松油层出砂的重要原因。油、水井工作制度的突然变化，使得油层岩石受力状况发生变化，也容易引起油层出砂。,油层压力降低，增加了地应力对岩石颗粒的挤压作用，扰乱了颗粒间的胶结；,油层含水后部分胶结物被溶解使得岩石胶结强度降低；,不适当的措施，降低了油层岩石胶结强度，使得油层变得疏松而出砂。,4. 其它,二、防砂方法,(一)制定合理的开采措施,(1)制定合理的油井工作制度：通过生产试验使所确定的生产压差不会造成油井大量出砂(控制生产压差)。对于受生产压差限制而无

35、法满足采油速度的油层，要在采取必要的防砂措施之后提高生产压差。,(2)加强出砂层油水井的管理：开、关操作要求平稳；对易出砂的油井应避免强烈抽汲的诱流措施。,(3)对胶结疏松的油层，酸化、压裂等措施要求慎重。,(4)正确选择完井方法和改善完井工艺。,(二)采取合理的防砂工艺方法,目前常用的防砂方法主要有:机械防砂和化学防砂,1.机械防砂,(1) 下入防砂管柱挡砂,如割缝衬管、绕丝筛管、胶结滤砂管、双层或多层筛管等。这类方法工艺简单，具有一定的防砂效果，但由于防砂管柱的缝隙或孔隙易被油层细砂所堵塞，一般效果差、寿命短；,充填物的种类很多，如砾石、果壳、果核、塑料颗粒、玻璃球或陶粒等。这种防砂方法能

36、有效地将油层砂限制在油层中，并使油层保持稳定的力学结构，防砂效果好，寿命长。机械防砂对油层的适应能力强、成功率高、成本低，目前应用十分广泛。,(2) 下入防砂管柱加充填物,2.化学防砂,(1) 人工胶结砂层防砂方法,从地面向油层挤入液体胶结剂及增孔剂，然后使胶结剂固化，在油气层层面附近形成具有一定胶结强度及渗透性的胶结砂层，达到防砂目的的方法。如酚醛树脂溶液及酚醛溶液地下合成等。,(2) 人工井壁防砂方法,地面将支护剂和未固化的胶结剂按一定比例拌和均匀，用液体携至井下挤入油层出砂部位，在套管外形成具有一定强度和渗透性的壁面，可阻止油层砂粒流入井内而又不影响油井生产的工艺措施。如水泥砂浆、树脂核

37、桃壳、树脂砂浆、预涂层砾石等。,3.焦化防砂,向油层提供热能，促使原油在砂粒表面焦化，形成具有胶结力的焦化薄层。主要有注热空气固砂和短期火烧油层固砂两种方法。,4.其它防砂方法,依靠油气层砂粒在炮眼口处形成具有一定承载能力的砂拱，达到防砂目的。,该方法成败的关键在于砂拱的稳定性。保证砂拱稳定性必须考虑两个关键问题：一是降低并稳定油层流体速度；二是保持或提高井筒周围油层的径向应力。,(三)砾石充填防砂方法,砾石充填防砂方法是指将割缝衬管或绕丝筛管下入井内防砂层段处，用一定质量的流体携带地面选好的具有一定粒度的砾石，充填于管和油层之间，形成一定厚度的砾石层，以阻止油层砂粒流入井内的防砂方法。,图8

38、-4 砾石充填防砂示意图,(四) 化学防砂方法,上述各种防砂方法均以化学胶固为基础，在一些油田分别获得了一定的防砂效果。但各种方法均有各自的适用条件，因此必须根据油层和油井的具体情况而选择应用。具体配方和用量，更应根据各个油田的油层条件通过实验室和现场试验来确定。,三、清砂方法,冲砂：,通过冲管、油管或油套环空向井底注入高速流体冲散砂堵，由循环上返液体将砂粒带到地面，以解除油水井砂堵的工艺措施，是广泛应用的清砂方法。,捞砂：,用钢丝绳向井内下入专门的捞砂工具(捞砂筒)，将井底积存的砂粒捞到地面上来的方法。一般适用于砂堵不严重、井浅、油层压力低或有漏失层等无法建立循环的油井。,(一)冲砂液,冲砂

39、液的基本要求：,(1) 具有一定的粘度，以保证具有良好的携砂能力；,(2) 具有一定的密度，以便形成适当的液柱压力，防止井喷；,(3) 不损害油层；,(4) 来源广泛、价廉等。,(二)冲砂方式,（1）正冲砂： 冲砂液由冲砂管(或油管)泵入，被冲散的砂粒随冲砂液一起沿油套环空返至地面的冲砂方法。 特点：正冲砂冲击力大，易冲散砂堵，但因油套环空截面积大，液流上返速度小，携砂能力低，易在冲砂过程中发生卡管事故，要提高液流上返速度就必须提高冲砂液的用量。（2）反冲砂： 冲砂液由油套环空泵入，被冲散的砂粒随冲砂液一起从油管返至地面的冲砂方法。 特点：反冲砂冲击力小，但液流上返速度大，携砂能力强。,(二)

40、冲砂方式,（3）正反冲砂： 特点：正反冲砂利用了正冲砂和反冲砂各自的 优点，可迅速解除较紧密的砂 堵，提高冲砂效 率。但地面必须配备改换冲砂方式的总机关。（4）联合冲砂 特点：既有正冲砂冲击力大的优点，有具有反冲砂液流上返速度大，携砂能力强的优点，同时又不需要改换冲砂方式的地面设备。,第二节 防蜡与清蜡,石蜡：16到64的烷烃(C16H34 C64H130)。纯石蜡为白色，略带透明的结晶体，密度880905kg/m3，熔点为4960。,结蜡现象：对于溶有一定量石蜡的原油，在开采过程中，随着温度、压力的降低和气体的析出，溶解的石蜡便以结晶析出、长大聚集和沉积在管壁等固相表面上，即出现所谓的结蜡现

41、象。,油井结蜡的危害：,（1）影响着流体举升的过流断面，增加了流动阻力；,（2）影响着抽油设备的正常工作。,一、油井防蜡机理,(一)油井结蜡的过程,（1）当温度降至析蜡点以下时，蜡以结晶形式从原油中析出；,（2）温度、压力继续降低和气体析出，结晶析出的蜡聚集长大形成蜡晶体；,（3）蜡晶体沉积于管道和设备等的表面上。,蜡的初始结晶温度或析蜡点：,当温度降低到某一值时，原油中溶解的蜡便开始析出，蜡开始析出的温度称为蜡的初始结晶温度,(二)影响结蜡的因素,1. 原油的性质及含蜡量,2. 原油中的胶质、沥青质, 原油中含蜡量越高，油井就越容易结蜡。, 原油中所含轻质馏分越多，则蜡的初始结晶温度就越低，

42、保持溶解状态的蜡就越多，即蜡不易出。,胶质含量增加，蜡的初始结晶温度降低；,沥青质对石蜡结晶起到良好的分散作用，且使沉积蜡的强度将明显增加，而不易被油流冲走。,3. 压力和溶解气,4.原油中的水和机械杂质,油井含水量增加，结蜡程度有所减轻。,5.液流速度、管壁粗糙度及表面性质,水和机械杂质对蜡的初始结晶温度影响不大。,原油中的细小砂粒及机械杂质将成为石蜡析出的结晶核心，而促使石蜡结晶的析出，加剧了结蜡过程。,二、油井防蜡方法,（1）阻止蜡晶的析出：在原油开采过程中，采用某些措施(如提高井筒流体的温度等)，使得油流温度高于蜡的初始结晶温度，从而阻止蜡晶的析出。,（2）抑制石蜡结晶的聚集：在石蜡结

43、晶已析出的情况下，控制蜡晶长大和聚集的过程。如在含蜡原油中加入防止和减少石蜡聚集的某些化学剂抑制剂，使蜡晶处于分散状态而不会大量聚集。,（3）创造不利于石蜡沉积的条件：如提高表面光滑度、改善表面润湿性、提高井筒流体速度等。,为防止油井结蜡应从三个方面考虑：,1.油管内衬和涂层防蜡,作用：通过表面光滑和改善管壁表面的润湿性，使蜡不易在表面上沉积，以达到防蜡的目的。,（1）玻璃衬里油管防蜡原理,油管表面具有亲水憎油特性；,玻璃表面十分光滑；,玻璃具有良好的绝热性能。,（2） 涂料油管防蜡原理,在油管内壁涂一层固化后表面光滑且亲水性强的物质。,2.化学防蜡,通过向井筒中加入液体化学防蜡剂或在抽油管柱

44、上装有固体化学防蜡剂，防蜡剂在井筒流体中溶解混合后达到防蜡目的。,（1）活性剂型防蜡剂：通过在蜡结晶表面上的吸附，形成不利于石蜡继续长大的极性表面，使蜡晶以微粒状态分散在油中易被油流带走；还可吸附于固体表面上形成极性表面，阻止石蜡的沉积。,（2）高分子型防蜡剂：油溶性的，具有石蜡结构链节的支链线性高分子，在浓度很小的情况下能够形成遍及整个原油的网状结构，而石蜡就可在这网状结构上析出，因而彼此分散，不能聚集长大，也不易在固体表面沉积，而易被液流带走。,3.热力防蜡：提高流体温度；采油成本高。,4.磁防蜡技术,（1）原油通过强磁防蜡器时，石蜡分子在磁场作用下定向排列作有序流动，克服了石蜡分子之间的作用力，不能按结晶的要求形成石蜡晶体；,（2）对于已形成蜡晶的微粒通过磁场后，石蜡晶体细小分散，并且有效地削弱了蜡晶之间、蜡晶与胶体分子之间的粘附力，抑制了蜡晶的聚集长大；,（3）磁场处理后还能改变井筒中结蜡状态，使蜡质变软，易于清除。,三、油井清蜡方法,(1)机械清蜡,常用的工具主要有刮蜡片和清蜡钻头等。,(2)热力清蜡,热流体循环清蜡法,电热清蜡法,热化学清蜡法,2022/12/1,103,可编辑,