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1、第八章 复杂条件下的开采技术,主要内容：,1、防砂与清砂,2、防蜡与清蜡,3、油井堵水,4、稠油与高凝油开采技术,5、低渗透油田开发技术,6、井底处理新技术简介,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
2、,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。,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。,3. 油井工作制度,如果射孔密度过大
3、，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,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；,4. 其它,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。,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。
4、,(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,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。,(2) 下入防砂管柱加充填物,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.化学防砂,(1) 人工
5、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,地面将支撑剂（砾石）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、树脂核桃壳、树脂砂浆、预涂层砾石等。,相比较而言：化学防砂方法适用于渗透率相对均匀的薄层段，在粉细砂岩油层中的防砂效果优于机械防砂。但其对油层渗透率有一定的损害，成功率也不如机械防砂，还存在老化现
6、象、相对成本较高等缺点，应用程度不如机械防砂。,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
7、防砂方法。,图8-4 砾石充填防砂示意图,砾石充填防砂施工设计应符合三条基本原则：,防砂施工分步设计程序,注重防砂效果，正确选用防砂方法，合理设计工艺参数和工艺步骤，以达到阻止油层出砂的目的；,采用先进的工艺技术，最大限度地减少其对油井产能的影响；,注重综合经济效益，提高设计质量和施工成功率、降低成本。施工设计要形成一套完整的程序，有利于方案的系统化和规格化，从而提高施工设计的质量。,防砂施工设计具体步骤自学,(四) 化学防砂方法,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
8、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，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,（2）反冲砂,（3
9、）正反冲砂,：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。,：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。,：利用了正冲砂和反冲砂各自的优点，其工艺过程为先用正冲砂将砂堵冲散，使砂粒处于悬浮状态，再迅速改为反冲砂，将冲散的砂粒从油管内返出地面的冲砂方式。这种方式可迅速解除较紧密的砂堵，提高冲砂效率。采用正反冲砂方式时，地面相应配套有改换冲洗方式的相应流程和开关。,（4）联合冲砂,：冲砂管柱距底端一定距离处装有分流器，用以改变液流通道，冲砂液从油套环空进入井内，经分流器进入下部冲砂管冲开砂堵，被冲散的砂粒随同液体先从下部冲管与套
10、管环空返至分流器后，便进入上部冲砂管内返至地面。,相比较而言：正冲砂冲击力大，易冲散砂堵，但因管套环空截面积大，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。反冲砂冲击力小，但液流上返速度大，携砂能力强。,特点：这种冲砂方式可提高冲砂效率，既具有正冲砂冲击力大的优点，又具有反冲砂返液流速高、携带能力强的优点，同时又不需要改换冲洗方式的地面设备。,(三)冲砂水力计算,玉门油田石英砂与水所做的实验表明砂粒在上升液流中呈悬浮状态时：,保证砂粒能被带到地面的做法是使：,冲砂时砂粒上升速度：,保持砂粒上升的最低速度：,冲砂液的最低用量：,冲砂过程中，砂
11、粒从井底上升到地面所需的时间为：,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
12、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，蜡开始析出的温度即称为蜡的初始结晶温度或析蜡点 。,(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，保持溶解状态的蜡就越多，即蜡不易析出。,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,蜡的初始结晶温度与压力、溶解气油比的关系曲线,4.原油中
13、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。,流速与结蜡量的关系,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
14、提高表面光滑度、改善表面润湿性、提高井筒流体速度等。,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
15、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，使其不能按结晶的要求形成石蜡晶体；,（2）已形成蜡晶的微粒通过磁场后，石蜡晶体细化、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
16、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,还有其它清防蜡方法，如：超声波、微生物技术等,第三节 油井堵水,一、油井出水原因及找水技术,(一)油井出水来源,（1）注入水及边水,（2）底水,（3）上层水、下层水及夹层水,“底水锥进”现象：当油田有底水时，由于油井生产在油层中造成的压力差，破坏了由于重力作用所建立起来的油水平衡关系，使原来的油水界面在靠近井底处呈锥形升高的现象。,(二)油井防水措施,应以防为主，防堵结合,（1）制订合理的油藏工程方案，合理部署井网和划分注采系统
17、，建立合理的注、采井工作制度和采取工程措施以控制油水边界均匀推进。,（2）提高固井和完井质量，以保证油井的封闭条件，防止油层与水层串通。,（3）加强油水井日常管理、分析，及时调整分层注采强度，保持均衡开采。,(三)油井找水技术,找水：油气井出水后，通过各种方法确定出水层位和流量的工作。,1.综合对比资料判断出水层位,2.水化学分析法,3.根据地球物理资料判断出水层位,4.机械法找水,压木塞法,封隔器找水,5.找水仪找水,二、油井堵水技术,(1)机械堵水,使用封隔器及相应的管柱卡堵出水层的方法，以解决油井各油层间的干扰，达到增加油井产油量，减少产水量的目的。,(2)油井化学堵水,用化学剂控制油气
18、井出水量和封堵出水层的方法。,非选择性堵水,选择性堵水,(3)底水封堵技术,人工隔板法,(二)高凝油的基本特点,表8-3 中国稠油分类标准,第四节 稠油及高凝油开采技术,一、稠油及高凝油开采特征,(一)稠油的基本特点,(2)稠油的粘度对温度敏感,某油井原油粘温曲线,(1)粘度高、密度大、流动性差,(3)稠油中轻质组分含量低，而胶质、沥青质含量高,高凝油是指蜡含量高、凝固点高的原油。,凝固点：在一定条件下原油失去流动性时的最高温度。,二、热处理油层采油技术,热处理油层采油技术是通过向油层提供热能，提高油层岩石和流体的温度，从而增大油藏驱油动力，降低油层流体的粘度，防止油层中的结蜡现象，减小油层渗
19、流阻力，达到更好地开采稠油及高凝油油藏的目的工艺方法。,注蒸汽处理油层采油方法(蒸汽吞吐和蒸汽驱),通过蒸汽将热能提供给油层岩石和流体，使油层原油粘度大大降低，增加原油的流度；原油受热后发生体积膨胀，可减少最终的残余油饱和度。,火烧油层采油方法,通过适当的井网将空气或氧气自井中注入油层，并点燃油层中原油，使其燃烧产生热量。不断注入空气或氧气维持油层燃烧，燃烧前缘的高温不断加热油藏岩石和流体，且使原油蒸馏、裂解，并被驱向生产井的采油方式。,三、井筒降粘技术,井筒降粘技术是指通过热力、化学、稀释等措施使得井筒中的流体保持低粘度，从而达到改善井筒流体的流动条件，缓解抽油设备的不适应性，提高稠油及高凝
20、油的开发效果等目的的采油工艺技术。,目前常用的井筒降粘技术：,化学降粘,掺轻烃或水稀释,热力降粘技术,第五节 低渗透油田开发分析,低渗透油田是相对的，世界上并无固定的概念和界限，要根据不同国家、不同时期的资源状况和技术经济条件而划定，变化范围较大。 但有一点是统一的，即低渗透油田的油井很难在不进行增产措施的条件下，依靠油井的自然产能来获得经济有效的工业产量。,渗透率为0.110-3m25010-3m2的储层。,一、低渗透油田的分类,油层平均渗透率为10.110-3m25010-3 m2。这类油层接近正常油层，油井能够达到工业油流标准，但产量太低，需采取油层改造措施，提高生产能力，才能取得较好的
21、开发效果和经济效益。,油层平均渗透率为1.110-3m2 1010-3 m2。这类油层与正常油层差别比较明显，一般束缚水饱和度高，测井电阻率降低，正常测试达不到工业油流的标准，必须采取较大型的压裂改造和其它措施，才能有效的投入工业开发，例如长庆安塞油田、大庆榆树林油田、吉林新民油田等。,一般低渗透油田：,特低渗透油田：,油层平均渗透率为0.110-3m2 1.010-3 m2。这类油田非常致密，束缚水饱和度很高，基本没有自然产能，一般不具备工业开发价值。但如果其它方面条件有利，如油层较厚、埋藏较浅、原油性质比较好等，同时采取既能提高油井产量，又能减少投资、降低成本的有利措施，也可以进行工业开发
22、，并取得一定的经济效益，如延长的川口油田等。,超低渗透油田：,二、我国低渗透油田储量分布特征,中国陆地发现并探明的低渗透油田（油藏）共三百多个，地质储量占40亿吨，广泛分布于全国勘探开发的二十一个油区。 二十一个油区中，低渗透储层地质储量在一亿吨以上的有十一个油区，占一半以上。低渗透储层地质储量最多的是新疆，达6亿吨，其余依次为大庆、胜利、吉林、辽河、大港、中原、延长、长庆、吐哈、华北等。,1.低渗透油田广泛分布于各个油区,低渗透油田分布状况统计表,2.不同地质年代的储层都可形成低渗透储层，同一油区老地层低渗透储层所占比例较高,3.目前发现的低渗透储层以中、深埋藏深度为主,4.低渗透储层油藏以
23、大中型油藏为主,根据陆上低渗透油藏统计，地质储量在10000万吨以上的油田有六个，储量94721万吨，占23.8；地质储量在100010000万吨的中型油田有82个，储量237800万吨，占59.6；小于1000万吨的小型油田有197个，储量仅为66199万吨，占16.6。说明占80以上的储量均为大中型低渗透油田。,5.低渗透储层分布于各种岩性中,6.低渗透油藏类型以构造岩性油藏为主,低渗透储层可以形成不同类型圈闭的油藏，从现在探明的低渗透油藏统计，以构造岩性油藏占将近一半，其余的占一半左右。大、中型低渗透储层油藏除长庆、延长为岩性油藏外，其余的大多数油藏与断块，背斜有关，形成构造岩性共同圈闭
24、的油藏。如大庆长垣南部榆树林、新民、乾安、新立等油藏。,7.特低渗透层占有相当高的比例,据统计，特低和超低渗透率储量有210278 万吨，占52.7。超低渗透油田主要集中分布在延长油区和川中地区；特低渗透油田，主要分布在大庆、吉林、新疆等油田；低渗透油田主要分布在辽河、大港、胜利、吐哈、中原、华北等油田。上述所提到的油田各类低渗透储层总储量均在一亿吨以上。,8.低渗透储层原油性质比较好,三、目前我国低渗透油田开采存在的主要问题,油井的自然产能低,自然能量开采递减大，采收率低,天然裂缝的存在，增加了注水开发的难度,启动压差大、驱替压力梯度大,部分井见效缓慢，地层压力不均衡,见水后采液、采油指数下
25、降,四、目前我国开采低渗透油田的主要做法,早期油藏评价，优选富集区,开展三维油藏描述，建立精细地质模型,加强开发试验，优化方案试验,整体优化压裂设计，提高单井产能及经济效益,早期注水开发，有利于油井高产稳产,根据不同地质条件，确定合理注采比及合理的压力界限,开展形式多样的注水试验，达到控水稳油的目的,裂缝侧向适时加密调整，提高储量动用程度,五、提高低渗透油田开发效果的建议,认识和掌握低渗透油田的特殊规律前提,确定合理的井网布置和注采原则基础,采取先进实用配套的工艺技术保证,第六节 井底处理新技术简介,一、高能气体压裂技术,利用特定的发射炸药在井底产生高压、高温气体，在井筒附近油层中产生和保持多
26、条多方位的径向裂缝，从而达到增产增注目的的工艺措施。,二、水力振荡解堵技术,将水力振荡器对准油层，依靠水泥车把液体输入井下通过振荡器产生高频脉冲式液流，直接喷射油层，主要用来清除近井地带的机械杂质、钻井泥浆及沥青质和盐的沉积等堵塞，形成不闭合裂缝，并通过洗井将杂质返排出地面，从而解除近井地带的污染，指春吞岣油层渗透性的工艺措施。,三、电脉冲井底处理技术,通过井下液体中电容电极的高压放电，在油层中造成定向传播的压力脉冲和强电磁场，产生空化作用，解除油层污染，对油层造成微裂缝从而达到增产增注目的的工艺措施。,四、超声波井底处理技术,利用超声波的振动、空化作用等作用于油层，解除近井地带的污染和堵塞，以达到增产增注目的的工艺措施。,五、人工地震处理油层技术,利用地面人工震源产生强大的波动场作用于油层进行振动处理，从而提高油层中油相渗透性及毛管渗流和重力渗流速度，促使石油中的原始溶解气及吸附在油层中的天然气进一步分离，以达到提高原油产量及采收率的目的。,六、微生物采油技术,向油层注入选择的微生物，微生物为了生存就地生长，其产物随之发生激励和运移，从而提高原油采收率的技术措施。,(结),