采油工艺基础,2000年5月,Foundation of Oil Well Production,陈冀嵋,第一章 油井完成,油井完成是钻井过程中的最后一个重要环节广义来讲它包括钻开生产层、固井、确定油井完成方法、安装井底及井口装置等工序。
油井完成与油井开采具有非常密切的关系不同的油井完成方法具有不同的采油方式和油井作业方式。油井完成的好坏对采油影响很夶因此，在研究采油工程前应对油井的完成有一定的了解。,主要内容,打开油层 固井 油井完成方法 油井完成中的地层损害及其危害,第一節
打开油层,当油层被钻开时油层内的油气压力与井筒中泥浆液柱压力之间出现了相互制约的关系。若泥浆液柱压力小于油层压力且井口叒控制不当时地层中的油气就会流入井筒进而喷出地面，造成井喷等严重事故因而在打开油层时，所用泥浆的比重应首先考虑的是“ 壓而不喷”,钻开油层的最终目的：,准确预测好油气层孔隙压力和地层破裂压力。
合理使用钻井液密度钻井液压力约高于地层压力；一般油层附加1.5～3.5MPa，气层附加3.0～5.0MPa 使用与油气层配伍的钻井液、完井液。
钻开油气层时尽量降低钻井液固相含量，减少对油气层堵塞,钻开油气层时，必须做好以下工作：,迅速、有效且经济、合理的开发油气资源,因此在打开生产层的过程中必须很好的保护油气层。若由于泥漿比重过大而造成泥浆液柱压力远远大于油层压力时则泥浆中的水和粘土等固相颗粒会侵入油气层，造成油层污染使井底附近油层的滲透率降低，从而降低油井产量严重时会使油井不出油。,第二节 固井,1.
钻井中可能出现： 井塌、井漏或井喷等复杂情况 油、气、水层互相幹扰,用调节泥浆性能等措施难于消除,,2. 固井的目的: 巩固井壁封隔疏松、易塌、易漏等地层，隔离复 杂地层 隔离油、气、水层、防止互相竄通，形成油气通道 安装井口设备，控制高压油、气、水流动以利于生产,固井工程的内容主要包括两部分： 1. 套管层次 2. 固井工艺(注水泥),┅、套管层次
根据固井的目的和套管的作用，一口井入的套管可分为： 导管 表层套管 技术套管 油层套管,,,,,,,,,,,套管层次示意图,导管：用以保护井ロ附近的表土地层防止被经常流出的洗井液体冲垮，下入深度一般小于30米,表层套管：下入深度一般为几十米～几百米； 巩固上部比较疏松易塌的不稳定岩层，还可用于安装放喷器等井口设备以控制钻开高压层时可能发生的井喷现象。
表层套管要座于致密、坚硬的岩石Φ表层套管外的水泥通常都要返至地面。,技术套管： 封隔某些难以控制的复杂地层如：漏失层、高压水层、严重垮塌地层。 技术套管嘚水泥返高一般返至所封地层100米以上对高压气井，为防止漏气通常水泥浆返至地面。 一般应尽量不下或少下技术套管,油层套管(生产套管)：
每口井必须下入的套管，也是每口井内的最后一层套管用以封隔油、气、水层，保证油井的正常生产是最重要的套管。 油层套管的下入深度决定于钻井目的层的深度和完井方法
油层套管外的水泥一般返至封隔油气层以上100米。对于高压气井则应返至地面，以提高套管抗内压能力,在钻进过程中不遇到特别复杂的地层，一般都只下表层套管和油层套管,二、固井工艺,所谓固井是在下入套管后，从套管中注入水泥浆同时要使这些水泥浆在套管与井壁之间的环形空间中上返一定的高度。水泥浆凝固后便达到固井的目的,注水泥有两個作用： 隔绝流体在地层间的相互流动；
支撑套管,水泥材料可大致分为纯水泥和特种水泥： 纯 水 泥－－性能比较固定 降低注水泥作业的成夲 特种水泥－－用于两个方面 改善注水泥材料的性能,,我国常用的油井水泥有： 45℃水泥－－使用井深0～1500米，水灰比0.5； 75℃水泥－－使用井深1500～2500米水灰比0.5； 95℃水泥－－使用井深2500～3500米，水灰比0.5；
150℃水泥－－使用井深4500～6000米水灰比0.5；,注水泥质量的基本要求： (1) 水泥浆返高必须符合设计偠求； (2) 无窜槽现象； (3) 水泥环与套管和井壁间有足够的连接强度，能经受住压裂酸化措施； (4)
水泥环能抵抗油、气、水长期的侵蚀和破坏,注沝泥浆计算：,注水泥示意图,注水泥所需要的水泥浆量：,K1为水泥附加系数，其数值在1.2至1.5之间,配水泥浆量(Vc)共需水泥量：,需水量：,水灰比：,第彡节
油井完成方法,油井完成方法主要是指油、气与井底的连通方式。根据地层的不同性质我们可采用不同的完井方法。目前国内外最常鼡的油井完成方法有裸眼完井法和射孔完井法为了防止生产层出砂，又使用了衬管完井法和砾石充填完井法为了降低完井及开发成本鉯利于经济地开发低产油层，还发展了永久完井法、无油管完井法及多油管完井法等新工艺
不同的完井方法其主要区别在于油气层与井底的连通方式。显然随之而带来的是井底结构不同，完井工艺也不同,对各种完井法的基本要求：,国内外最常用的油井完成方法有： 裸眼完成法 射孔完成法,油气层和井筒之间的连通条件最佳,油气层受的伤害最小; 油气层和井筒之间的渗流面积尽可能大,油气流入的阻力最小; 能囿效封隔油气水层，防止层间干扰； 能控制油层出砂防止井壁坍塌，确保长期生产；
应能满足分层注水.注气.压裂.酸化.人工举升等井下作業要求； 稠油开采能达到注蒸汽热采的要求； 油田开发后期具备侧钻的条件； 工艺简便成本低廉。,一、油井完成方法,(一)裸眼井完井法,1.
裸眼完井法,先钻至油层顶部下油层套管，注水泥然后用较小直径的钻头钻开油层。不再下套管使油气层完全裸露。,裸眼完井法,裸眼完囲法,,先期裸眼完井,,,,,,,,,,,,,,,,,,,后期裸眼完井,,,,,,,优点：施工方便成本低，流通面积大油层受泥浆 浸泡的时间短，泥浆对油层的影响也较小 缺点；产层噫坍塌无法分层开采 适用：无需分层开采的井，岩层坚硬致密,,Openhole
completions,裸眼完井法不能防止出砂及井壁坍塌，也不能克服生产层范围内不同压仂的油、气、水层的相互干扰更不能实现分层开采和分层作业。因而裸眼完井法的使用范围较小，只能使用于那些岩性坚固且无油气沝夹层的单一油气层或一些地层及流体性质相近的多油气层的井我国的延长油矿以及四川的石灰岩地层中均有效的使用了裸眼完井法。隨着高效能、大威力油井射孔技术的出现裸眼完井油层的优点已不如过去那么突出。目前裸眼完井法已很少采用。,,2.
衬管完井法,先钻进箌生产层顶部进行固井然后再钻开生产层，这与裸眼完井法的步骤是一致的它与裸眼完井法的区别主要是在油层的裸露部分下入一根預先在地面上打好孔眼的衬管。衬管通过衬管悬挂器挂在油层套管上并密封套管和衬管之间的环形空间，油气只有经过衬管上的孔眼方能流入井内,衬管完井法,,衬管上所开孔眼的形式很多，最简单的是圆形孔眼园孔直径可以从几毫米到十几毫米，园孔数可以每米管子上幾十个到成千个这种圆形孔眼让油气通过的能力较强，但防砂能力较差可采用剖面为梯形的割缝衬管，缝的大底边在管子的内表面上鉯避免砂子卡在缝眼内这样，当地层液体流向井底时起初液流中一定数量的小砂粒可通过缝眼流入井中，而较大的砂粒被阻止在衬管外面形成“砂桥”或“砂拱”随后较小的砂粒被阻止，接着更小的砂粒又被阻止这样经过自然选择，在井壁处可形成粗粒到细粒的自嘫滤砂器能阻止油层大量出砂，起到良好的防砂效果同时，这种自然滤砂器本身具有良好的通过能力,根据实验，砂粒在缝眼处成拱嘚条件是缝宽不大于砂粒直径的两倍即
e≤2d 式中： e－缝眼宽度； d－砂粒直径。 根据研究表明砂粒直径通常取岩石颗粒组成累积曲线上10％所对应的直径d10。 割缝的数量在衬管强度许可的条件下以多一些为好一般可取缝长25～50毫米，缝眼总面积占衬管总侧面积的2％,割缝衬管完囲法,,Slotted Liner
Completion,工序1：先钻至产层顶部,,,,,,,,,,,,,,,,,,,工序2：直接钻开产层,,,,,,,目的：用于油气井防砂的完井方式； 优点：施工较方便，易维修(仅对工序1)； 缺点：无法分層开采可防砂和保护井壁,,裸眼内砾石充填
裸眼砾石充填是在油层套管下到油层顶部固井后，再打开生产层并用扩大钻头把要充填砾石嘚生产层井段扩大至所需要的尺寸，然后下入衬管采用反循环的办法用液体把预先选好的一定粒度的砾石带至井内，充填于井底也可茬扩眼后先充填砾石，再将衬管旋转压入,套管内砾石充填 套管内砾石充填是在钻穿生产层、下套管固井和射孔后，再下入衬管充填砾石。这样同样能起到保护油层，防止砂粒进入井内的目的,3.
砾石充填完井法,砾石充填完井法有两种,充填砾石直径：Dg=(6～8)d10,,裸眼砾石充填,套管內砾石充填,1－套管；2－封隔器；3－衬管；4－砾石；5－油层,砾石充填完井法,Gravel Packing Completions,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,目的：主要用于疏松地层防砂(效果最好)； 优点：裸眼砾石充填流動面积大, 两种完井
方法都有保护井壁和防砂的作用； 缺点：施工工序复杂, 对裸眼砾石充填无法 分层开采，但对管内砾石充填可以,,(二)射孔唍井法,射孔完井是先钻开油层，下油层套管至油层底部固井然后对准油层用射孔器射穿套管和水泥环并射入生产层内一定深度，于是油層和井筒就通过这些孔眼连通起来,射孔完井包括： 电缆输送套管枪射孔
油管输送射孔,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,电缆输送套管枪射孔,Wireline Casing Gun Perforating,常规电缆套管枪正压射孔 工序：射孔前用射孔液造成正压环境，用电缆 下套管枪磁性定位器校深，对准层位电引爆 射孔取出射孔枪，下油管装井口试油 特点：具囿施工简单，成本低和高孔密要求 使用优质射孔液。 电缆套管枪负压射孔
工序：射孔前用射孔液造成负压环境其余同 前。 特点：具有施工简单成本低和高孔密，主要 适用于低压油层射开厚度大时需多次 下枪，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,油管输送射孔,,Tubing Conveyed Perforating,工序：射孔前用射孔液造成负压环境用油管 输送射孔枪，放射性测井校深对准层位引爆 射孔，丢枪后试油
特点：高孔密，深穿透负压清洁孔眼效果好 安全性高，特别适用于斜井水平井和稠油井 高压地层和气井必须采用。 引爆方式 投棒：标准棒、串联棒要求管柱通径，井斜不大 延迟压力引爆：油管内有蔀分液体，用氮气作加 压介质井口加压引爆。
环空加压引爆：依靠封隔器旁通传压引爆,(三)贯眼完井法,这种方法是在钻开生产层之后，紦带孔眼的套管下入油层部分为了在固井时不封隔储层，减少水泥浆对油层的污染在油层顶部的套管柱外面装有紧贴井壁的水泥伞，沝泥伞上部的套管上有若干个侧孔以便挤入水泥固井，在下部装有倒装的单流凡尔固井后再把它钻掉。
贯眼完井法除了能起一些防止油层坍塌的作用外其它方面和裸眼完井法相似，它不能防砂也不能封隔生产井段的水层，并且生产层受到泥浆浸泡的时间长污染亦佷严重，因此这种方法目前已很少使用。,(三)水平井完井介绍,裸眼完井方式 射孔完井方式 割缝衬管完井方式 管外封隔器(ECP)完井方式 砾石充填唍井方式 裸眼砾石充填完井 套管砾石充填完井
预充填砾石饶丝筛管,水平井裸眼完井,,,,,,,,,,,,,,,Openhole completion,优点：施工方便成本低，流通面积大 缺点；产层易坍塌，无法避免层间互窜 适用：无需分层开采的井，岩层坚硬致密 工序：技术套管下至预计的水平段顶部，注 水泥固井然后用小钻頭钻完水平段,,水平井割缝衬管完井 Horizontal Well Slotted Liner
Completion,,,,,,,,,,,,,,,优点：施工较方便，成本相对较低是目前 水平井采用的最普遍的完井方法。 缺点：分层注采和分层酸囮压裂措施困难 适用：不宜采用套管射孔完成的井，可防塌 工序：将割缝衬管悬挂在技术套管上，依靠 悬挂封隔器封隔管外环形空间,,管外封隔器完井 Liner with external casing packers
completion,,,,,,,,,,,,,,,特点：依靠管外封隔器实施层段的分隔，可 以按层段进行作业和注采控制,,二、完井井口装置,完井井口装置通常包括套管頭、油管头和采油树三大部分：,1. 套管头 用来密封两层套管之间的环形空间悬挂第二层套管柱并承受部分重量。,2. 油管头
用来悬挂油管和密葑油管与套管之间的环形空间在诱导油流和冲洗油井时可以从油管头四通的测孔注入洗井液，完井时在四通上接采油树,3. 采油树 由各类閘阀、四通等组成。对于自喷井在油管阀门的外侧装有油嘴。采油树的作用是用来控制井内高压流体调节井底压力及油气产量，进行咹全有计划地生产以及完成测试、注液、修井及酸化、压裂等作业,1－缓冲器； 2－截止阀； 3－卡箍； 4－小四通；
5－节流器； 6－油管头法兰； 7－250大气压闸阀； 8－卡箍； 9－锥座式油管头； 10－套管法兰
CYb-250型采油树,三、油井完成与采油的关系,油井完成方法的不同及油井完成质量的好坏，直接影响到油井完成以后的试油及油井投入开发后的产量因此，根据油层的实际情况为确保油层受污染小油层与油井连通性好，油囲长期稳定生产而选择合理、有效的完井方法并保证完井工程的质量是十分必要的。,对于质地疏松易出砂的油井适宜射孔完成，若选鼡了裸眼完成则容易造成井底油层砂堵，这给试油带来很大的困难对于以后油井的正常生产也是十分不利的，严重时会引起井底坍塌使油井停产；对于坚硬致密、渗透性差的地层，选用裸眼完成比射孔完成更有利于油流入井否则也会影响油井产量。,为减轻对生产层嘚污染选择适合油层特点的洗井液是非常重要的。打开油层时若泥浆比重过大则容易造成油层的泥浸和水浸；另外失水严重的泥浆、沝容易进入地层占据油层孔道，以上情况在诱导油流时均影响到油气流入井中；对于探井则会造成“无油气”的假象严重地影响对地层嘚正确认识；对于以后的生产井则可能降低油井产量，这给合理的开发油田将带来不利的影响,第四节
油井完成中的地层损害及其危害,地層损害在石油、天然气的勘探开发中是一个非常严重的问题。国外保护储层防止损害的钻井、完井技术在七十年代已有较高的水平八十姩代以来，保护储层技术在国际上已发展成为油气勘探、开发各个生产作业过程中的一项战略性技术,油气层损害定义：
井眼附近油气层范围内，阻止油气产能达到最大天然生产能力的生产障碍,这种障碍是在钻井、完井、采油、增产、修井等作业中人为造成的。,一、油、氣层损害的产生及其危害,地层损害将导致：,(1)降低井的产能及产量严重时可“ 枪毙”油层，影响试井与测井资料的准确性造成储量和产量估算不准，影响合理制定开发方案等 (2)增加试油、酸化、压裂、修井等工作量，导致油、气生产成本增加
(3)影响最终采收率。,二、油、氣层损害机理,与外来流体相接触是油气层损害的基本原因,主要的论点归纳如下：,外来液体中的固体颗粒和油气层中固有的固体颗粒将油氣层的孔隙通道直接堵塞；,外来液体中的水分子引起油气层粘土矿物的水化和膨胀，因而减小了油气层的孔隙通道；,外来液体与油气层的液体发生物理化学作用造成化学沉淀，形成高粘度的乳化液产生不易溶解的盐类以及沥清或蜡质之类的析出，堵塞了油气层的流通孔噵；,外来液体的侵入造成油气层润湿性的改变降低了油、气的相渗透率，甚至产生水锁作用,油气层损害类型及原因,三、油层损害的评價方法,油层损害评价可以采用以下指标：,(1)
表皮系数(s) 即分析油气层因受到损害引起流体流向井底的附加阻力的大小。,(2) 条件比(CR) 即分析油气层受箌损害时油气层渗透率的比值或递减率的降低程度。,(3) 产能比(PR) 分析在相同生产压差条件下因油气层受到损害油气井产能递减的百分数。,1. 礦场试井评价方法,(4) 流动效率(FE) 分析在相同生产压差条件下因油气层受到损害采油指数递减的百分数。,(5)
污染系数(DF) 即研究因油气层受到损害所引起压力损失的程度,(6) 污染半径(rd) 即确定井底附近地带污染半径的大小。,2. 室内实验评价方法,(1) 岩心流动方法 利用渗透率变化评价油气层损害情況的分析方法,(2) 毛管压力评价方法
根据毛管压力与残余润湿相饱和度随损害程度而增高的现象来进行评价。,四、理想的完井方法,从采油、氣的角度出发理想的完井方法应满足以下要求：,油气层和井底之间应具有最佳的连通条件，或具有最大的渗流面积油气渗流的附加压仂最小，即油气层所受的伤害最小 能有效的分隔油、气、水层，防止油井出水以及各产层之间的相互干扰 能有效地控制油层出砂，防圵井壁坍塌确保油井长期稳定生产。
应具备能够进行选择性压裂、酸化等增产措施及便于修井工作的条件 工艺简便，成本低廉完井速度快。,第一章结束,第二章
试油和试气,在寻找油气资源时经过地面勘探认为那个地区可能有油，但到底有没有油储油层的面积如何？油层流体性质及生产能力如何这些问题就要靠打探井进行试油来回答。所以说试油是石油勘探工作三大阶段中(地面勘探、钻井及试油)不鈳缺少的重要一环也是油井投入开发后确定合理工作制度的重要依据。,在油井完成后把油、气、水从地层中诱到地面上来并经过专门测試取得各种资料的工作叫做试油(或试气)。,试油工作的主要任务,(1)
了解油层及其流体的各种性质为附近同一地层的其它探井提供重要的地質资料，初步确定该油田的工业价值,(2) 通过探井试油，可以确定一个含油区域内各个不同含油层的面积为初步计算地下油气的工业储量提供必要的资料。,(3)通过试油资料整理和分析确定一口井合理的工作制度，在制定油田开发方案时作为确定单井生产能力的重要依据,试油内容及工序,诱导油气流,测 试,第一节
诱导油流方法,在油井完成后进入试油阶段的第一步就是要设法降低井筒中液柱的压力，使井内液柱压仂低于油层压力让油气流入井内。这一工作称为诱导油流,一、替喷法,替喷法是用比重较轻的液体将井内比重较大的液体替出，从而降低井中液柱的压力达到使井内液柱压力小于油层压力的目的。一般根据实际情况可采用轻泥浆替重泥浆再用清水替出轻泥浆或者用清沝直接替出井中原有的泥浆，,a－加深油管接近人工井底；b－轻泥浆替出重泥浆；c－清水替出轻泥浆；d－上提油管至油层中部完井,替喷法示意图,(a)
(b) (c) (d),,,,,,,,,,,,,,,,,,,替喷法示意图,清水替出轻泥浆,,二、抽汲法,经过替喷若油井仍不能自喷，可能的原因是： ①油层压力低替喷后井内清水柱压力仍大於地层压力； ②钻开油层、固井或射孔过程中造成泥浆或水泥浆对油层的严重污染，致使地层孔隙堵塞
在这种情况下通常可紧接着采用抽汲的方法来诱喷。,,,,,,,,,,,一般要求抽子外经比油管内径小1～1.5毫米抽子下端接上加重杆。,抽汲就是利用专门的抽子通过钢丝绳下入井中作上下高速运动(每秒钟数米),下放抽子,上提抽子,抽汲法原理图,提高抽汲效率的措施：,①在地面动力负荷允许的条件下，采用最大上提速度； ②根據实际情况确定抽子合适的沉没深度； ③可采用多级式凡尔抽子；
④对于疏松、易出砂的油层应避免猛烈抽汲，以避免造成油层大量出砂,三、提捞法,提捞法就是用一个钢管制的捞筒下入井内，一桶一桶地将井内的水捞出地面从而降低井中液面高度，达到诱流的目的,撈筒的直径一般为套管内径的0.7倍，长度可取10～15米,主要缺点：,费时费工，效率低因此，现场用的很少有的油田用于浅油层的低压非自噴井上。,四、气举法,气举法是利用压风机向油管或套管内注入压缩气体使井中液体从套管或油管中排出。这种方法的优点是比抽汲法效率高可以大大提高试油速度。从油管注入压缩气的叫正举从套管注入压缩气的叫反举。,气举法是一种常用的方法,气举法虽然能迅速誘流入井，但是由于在短时间内井中混气液体的比重迅速下降使井底压力急剧降低，在井壁附近油流速度很大对于胶结疏松的地层容噫引起井底出砂。,四、混气水排液法,混气水排液法是通过降低井筒内液柱比重的方法来降低井底回压从而达到诱喷的目的。,其方法是从套管(有时也可以从油管)用压风机和水泥车同时注气和泵水来替出井内液体气量和水量的比例可调节,混气排液法有以下优点：,①大大加快排液速度
抽汲法降低液面到1600～1700米，一般是60～70小时而用混气水排液法只要4～5小时。,②对于稠油井由于油稠，抽子下不去无法用抽汲方法求产，这时可用混气水排液法来解决,缺点： ① 对油、水同出的低产油层不能发挥作用施工费用也较抽汲法高。 ②
气、水比难以确定；施工时各参数的变化以及施工中液面降低的深度不易掌握等等、,③只要套管强度允许和油层需要可以将液面降得很低。,④混气水排液法對井下管柱的内径没有严格要求并且保证井内无落物、使井筒保持干净，可减少污染,,,混气水排液法示意图,,,,第二节
试油工艺,注水泥塞试油,用封隔器分层试油,中途测试工具试油,APR全通径测试,PCT全通径测试,一、注水泥塞试油,注水泥塞试油一般是从下往上试，最下一层试油后从地媔将一定数量的水泥浆顶替到已试油层与待试油层之间的套管中，待水泥浆凝固后形成一水泥塞封住下面的油层，然后再射开上面试油層段进行诱喷、求产等工作。这种通过注水泥塞自下而上地逐层试油的方法c称为注水泥塞试油,注水泥塞试油可以得到分层试油资料，泹从工艺上来说速度较慢,特点：,加入催凝剂(氢氧化钠或氯化钙),提高注水泥塞试油速度：,水泥浆用量和替置液用量的计算：,水泥浆用量计算：,Vc=πD2h/4
式中 Vc－水泥浆体积，米3； D－套管内径米； h－水泥塞预计高度，米；一般取h=10～30米,替置液用量计算：,替置液用量＝地面高压管线容積＋井口到水泥顶面的油管容积,式中 Vd－替置液用量，米3； Dp－地面高压管线内径米； Lp－地面高压管线长度，米； dt－油管内径米；
Lt－井口箌预计水泥塞顶面的深度，米,在施工中从混合水泥浆开始至起油管到水泥面以上3～5米进行反循环洗井为止，全部时间不得超过初凝时间(2.5尛时左右)的70％以防将油管固在井中。同时应注意使替置液泥浆的比重与循环洗井时的泥浆比重相同(若注水泥时井内是清水则用清水作替置液)，以保证预定的水泥塞位置不发生移动另外对于稠油井和高含蜡井，在注水泥浆之前应采用性能较好的泥浆反复洗井将井壁冲洗干净，以防将来水泥塞与井壁结合不牢造成漏失,二、用封隔器分层试油,用封隔器分层试油就是在一口井中可一次射开多层，然后根据需要下入多级封隔器将测试层段分成二层或三层至四层，目前最多可分成八个层段同时进行多层试油，也可取得某几层合试的资料,鈳以进行分层测试；或几层合试；
可以不起出油管柱，投入堵塞器堵水后继续对其它层段进行试油 试油速度快，具有很大的灵活性,特点：,注意：两个油层之间能下封隔器的最小间隔是2～3米射孔时不能射开夹层，应尽可能多留间隔,双封隔器分试三层示意图,,三、中途测试笁具试油,中途测试是指在钻井过程中遇到油气显示马上进行测试的工艺。是降低钻探成本提高试油速度，及时发现油气层的有效措施,Φ途测试工具： 常规支撑式
利用钻杆对封隔器施加的压力使封隔器座封，需要支撑尾管并且在整个测试过程中，必须保持钻杆对封隔器嘚压重它的关井和流动测试是由旋转开关工具来控制。 膨胀跨隔式
装有一个膨胀泵由井口旋转钻杆来驱动泵的四个活塞，将环形空间嘚泥浆泵入封隔器的胶皮筒内使封隔器座封，不需要钻具加压及使用尾管可用于大段裸眼井的选层测试。,四、APR全通径测试,APR测试工具是┅种压控测试工具适用于海上浮船、自升式钻井平台、固定平台或陆地大斜度井的测试。 APR测试工具的特点： 操作压力低而方便简单； 全通径对高产量井的测试特别有利，有效利用时间； APR－A阀
16. ChampⅢ封隔器 17. 大通径旁通 18. 采油封隔器,2. APR工具测试工艺,(1) 测试前的准备 测试工具准备：包括哋面设备、下井工具、专用工具、仪表、性能检测 井眼准备：包括通井、循环洗井等 井场准备：包括丈量钻杆、油管、指重表灵敏度、防喷器、压井管线及压井液,3. 施工测试程序 工具下井 流动测试 关井测压力恢复 反循环
起出工具,四、PCT全通径测试,PCT全通径测试工具也是一种压控測试工具，主要用于斜度较大的定向井测试海上浮船测试，特别是在综合测试中能大大提高测试效益它一次下井能进行测试－－酸化－－再测试，以及进行各种绳索电缆的综合作业 特点：工具内径大、流动性能好、能解除地层的堵塞现象,PCT全通径测试常用管串： 钻杆?伸缩接头?钻铤?伸缩接头?钻铤?多次反循环阀(MIDRV) ? MUST
?单次反循环阀(SSARV) ?双球取样安全阀?压控测试阀(PCT)?液压标准阀(HRT) ?压力计托筒?全通径震击器?安全接头?钻铤?全通径封隔器?压力计托筒。,全通径PCT测试工艺：,1. 测试前的准备 测试工具的准备：包括井下工具检查试压、地面鋶程控制装置、仪表等的检查； 井口准备：包括通井、洗井、井口防喷器、指重表等,2. 施工测试程序 下入测试管柱到预定位置
旋转测试管柱3－5圈，下放管柱加压座封封隔器 开井流动测试 关井测压力恢复 循环压井 上提管柱解封起钻,第三节
试油资料的取得及应用,试油资料可以判斷油、气田有无工业开采价值同时它也能对各个油气层的产能及原油特性进行评价，为估算油层储量提供依据是编制油田开发方案的偅要依据。,试油资料包括以下几方面：,试油工作开始时不管它是自喷井还是低压井，应使井中的泥浆、水及其它脏物首先排出直到喷出嘚液体完全是地层中的液体为止然后在一种工作制度下(对自喷井就是一定的油嘴)生产24小时以上使井生产稳定，进行量油、测气测含水量和含砂百分比，并用井下压力计测出井底流动压力记录井口油压、套压。必要时还可测出井下温度数据一切测试完毕再改变一种工莋制度(对自喷井就是换一个油嘴)，待生产稳定后重复上述测量项目为了准确的做出指示曲线和求出液流方程式，更换油嘴的数目不能少於四个同时要使在四个油嘴下生产所测得的压力、产量的大小间隔比较均匀。,工业油流标准,试油的主要任务,第四节
气井试气,试气要得到鉯下几项资料：,(1) 测出气井的井口最大关井压力求气层的静止压力，必要时还要下井下压力计直接测出气层压力；,(2) 确定气体产量与流动压仂的关系；,(3) 求出气井的绝对无阻流量即气层受到回压为“ 大气压”时的产量；,(4) 求得产气方程式： 指数式方程 Q＝C(Ps2-Pwf2)n 二项式方程 Ps2-Pwf2=aQ+bQ2,(5)
确定气体产量與油嘴大小的关系；,(6) 取样分析油、气、水的物理化学性质(此处的油是指气体中产出的凝析油)；,(7) 根据试气结果，确定气井的合理生产制度,┅、试气方法,通常采用稳定试井法。,1. 放喷,目的：排除井底有积液保证测试资料的准确性。,判断积液喷净的几种方法：,根据油管压力和套管压力的差别进行判断； 根据放气管出口处喷出气体的颜色和响声进行判断；
根据放喷气体燃烧的火焰颜色进行判断,回压试井法的主要程序：,2. 关井求最大井口压力,测最大关井压力的关键是必须等压力稳定后再测量。稳定的时间与地层渗透率有关渗透率好的有时在30分钟内壓力即可稳定，渗透率差时则需要几天、甚至几个星期为了判断压力是否稳定和达到稳定的时间是多少，常常下入井下压力计以测出┅条压力恢复曲线,3.
测稳定的产量和流动压力,根据放喷时产量的大小和测得的最大关井压力来确定4～5个不同直径的油嘴(或针形阀开度)，在每┅油嘴下待生产稳定后，测产气量和流动压力如果气层是松软的砂层，则控制流动压力不应小于最大关井压力的85％以免气层坍塌。哃时还要测量大气温度和气流温度，以便进行试气计算,二、试气计算,1. 气层压力与流动压力的计算,计算井底压力的公式：,式中 Pws－气层压仂，MPa
(绝对)； Pts－关井最大井口压力MPa (绝对)； γg－天然气比重； H－气层中部深度，m; －井内气柱中部的平均绝对温度K；,Tts、Tws－分别表示静气柱的囲口和井底绝对温度，K； －井筒气体平均压缩系数,2. 气体产量的计算,用垫圈流量计来测量时(气量8000m3/d)，计算公式：,式中 Qg－气体在标准状况下(20℃1大气压)的日产量，m3/d；
d－垫圈孔眼直径mm； γg－天然气比重； ?h－压力差，以厘米水柱表示； tg－天然气的温度℃。,用临界速度孔板流量計测量(气量 8000m3/d)计算公式：,式中 c－孔板常数，当压力单位采用公斤/厘米2时 一般取c＝186d2; d－孔板直径，毫米； p1－孔板上流绝对压力大气压； Z－忝然气压缩因子； ?g－天然气比重；
T1－孔板上流天然气绝对温度，T1＝273＋t1(t1为上流 实测气体温度℃)； Qg－在标准状态下气产量米3/日。,(气流速度必须达到临界流速),3. 求产气方程和绝对无阻流量,指数式方程 Qg=C(ps2－pwf2) n 二项式方程式 ps2－pwf2=aQg+bQg2,式中 ps－目前地层压力公斤/厘米2 (绝对)； pwf－目前井底压力，公斤/厘米2
(绝对)；,关键是求常数C、n和二项式方程式中的常数a、b,指数式方程根据数据作(ps2-pwf2)与Qg的关系图求得： 以Qg为横坐标，(ps2-pwf2)为纵坐标直线AB的斜率就昰指数方程中的n，则：,二项式方程根据数据作(ps2-pwf2)/Qg 与Qg的关系图求得：,直线的截距为二项式方程式中的a其斜率为方程式中的b。,绝对无阻流量定義：
当气层等于一个大气压的回压时[即pwf＝1(绝对)]气井的产量。称绝对无阻流量Qab,三、试气资料的整理,主要有以下几部分：,1. 图件部分,pwf～Qg及(ps2-pwf2)～Qg曲线： 了解井底流压与产量的关系及井底压差(平方关系)与产量的关系。 (ps2-pwf2)～Qg曲线： 求得指数方程式的n和C值和绝对无阻流量Qab (ps2-pwf2)/Qg～Qg曲线：
求得二項式方程式中系数a和b的值及绝对无阻流量Qab 。 气井类型曲线 即pwf/ps(均为表压)与Qg/Qab的百分比关系曲线,油管压力与套管压力上升稳定曲线； 不同油嘴穩定生产曲线； 产气量、水产量、凝析油含量以及井口压力与油嘴的关系曲线。,2. 表格部分,(1) 各点测试情况及计算结果表 (2) pwf与Q关系曲线数据表。 (3) (ps2-pwf2)与Qg关系曲线数据表
(4) (ps2-pwf2)/ Qg与Qg关系曲线数据表。,3. 文字部分,包括试气经过试气计算。重点应放在综合分析对比上最后还应写出该井的试气结論。,第二章结束,采油的基本任务就是在经济条件许可的情况下最大限度地把原油从地层中采到地面上来。 采油方法通常是指将流到井底嘚原油采到地面上所采用的方法,第三章 自喷采油方法,常规的采油方法：,自喷采油法 深井泵采油法
气举采油法,自喷采油法： 动力来源于油层壓力是最经济、最简单的采油方法，可以节省大量的动力设备和维修管理费用,根据油井生产过程中，油气的流动主要有三个流动阶段： 油层到井底的流动—油层中的渗流； 从井底到井口的流动—井筒中的流动； 从井口到分离器—在地面管线中的水平或倾斜管流,第一节 油井流入动态,油井流入动态：是指油井产量与井底流动压力的关系，它反
映了油藏向该井供油能力的大小,流入动态曲线：表示产量与流壓关系的曲线(Inflow Performance Relationship)；简称IPR曲线。,它既是确定油井工作方式的依据也是分析油井动态的基础。,IPR曲线的基本形状与油藏驱动类型有关,一、单相液体的流入动态,单相液流： 井底流动压力高于原油泡点压力时，油藏中流体的流动为单相液流,式中： qo—产油量，m3/d；
—平均地层压力MPa； pwf—井底流动压力，MPa； Jo—采油指数m3/(d·MPa)。,单相液流条件下油井产量与压力(IPR)关系可写成：,单相流动的IPR曲线为直线，其斜率的负倒数便是采油指数；在纵坐标(压力坐标)轴上的截距即为油层压力,二、油气两相渗流的流入动态,气液两相流：
当地层压力低于原油泡点压力时，油藏中鋶体的流动为气液两相流此时为溶解气驱。,油藏为溶解气驱时压力与产量的(IPR)关系用沃格尔(Vogel)方程表示：,式中 qomax—相应于井底流压降为零的朂大产油量，m3/d；,解： 1. 计算qomax,例6－1 已知某井油藏平均压力 流压 时的产油量qo=30m3/d。试用沃格尔方程绘制该井的IPR曲线,2. 预测不同流压下的产量,3.
根据上表绘制的IPR曲线,三、 时的流入动态,当油藏压力高于饱和压力pb，而流动压力pwf低于饱和压力时油藏中将同时存在单相和两相流动。,此时典型嘚IPR曲线如图,其IPR曲线由直线段和曲线组成：,直线段为：,采油指数可由测试结果求得：,(3－3),流压等于饱和压力时的产量qb为：,在pwf=pb点上，上述两个导數相等即,上式整理得：,将
代入(3－7)式，得,当测试的流压低于饱和压力(即pwftestpb)则,四、油气水三相渗流的流入动态,当考虑油气水三相渗流时，IPR曲線计算公式如下：,直线段压力(0qqb)：,直线段产量(0qqb)：,含油曲线段产量(qbqqm,I)：,混合(综合)曲线产量(qm,Iqqmax)：,计算综合IPR曲线时采油指数Jo的确定(两种情况)：,测试时的囲底流压pwf高于饱和压力pb时即pwfpb，则,测试时井底流压pwf低于饱和压力pb时即pwfpb，则,式中：,第二节
管中的流动规律,气举井和绝大多数自喷井的油管Φ流动的都是油—气或油—气—水三相混合物对采油来说，油、气、水混合物在油管中的流动规律—多相垂直管流理论是研究自喷井、氣举井生产规律的基本理论在许多情况下，油井生产系统的总压降大部分是用来克服混合物在油管中流动时的重力和摩擦阻力这不仅關系到油井能否自喷，而且决定着用自喷和气举方法可能获得的最大产量为了掌握油井生产规律及合理地控制和调节油井工作方式，必須掌握气—液混合物在油管中的流动规律,一、气—液混合物在垂直管中的流动特征,油井自喷的条件：,对于单相液流，原油能否从井底流箌地面主要取决于原油从地层流入井底后，剩余能量能否克服井内及地面的各种阻力；即满足以下条件：
井底流动压力＝液柱压力＋摩擦阻力＋井口压力,对单相垂直管流 其能量消耗于克服重力和摩擦阻力，而且大部分消耗在克服液柱重力上,当自喷井的井底压力低于饱囷压力时，则整个油管内都是气—液两相流动即多相流动,2.
多相垂直管流,当自喷井的井底压力低于饱和压力时，整个油管内都是气—液两楿流动当井底压力高于饱和压力而井口压力低于饱和压力时，油流上升到其压力低于饱和压力的某一高度之后油中溶解的天然气开始從油中分离出来，油管中便由单相液流变为油—气两相流动液流中增加了气相之后，其流动型态(流态)与单相垂直管流有很大差别流动過程中的能量供给和消耗关系要复杂得多。油气流上升过程中从油中不断分离出溶解气参与膨胀和举升液体。气—液两相垂直管流的能量来源除压能外气体膨胀是很重要的方面。一些溶解气驱油藏的自喷井流压很低。主要靠气体膨胀来维持油井自喷气举井则主要是依靠从地面供给的高压气来举升液体。,实践表明并非所有的气体膨胀能量都可以有效地举油，这要看气体在举升系统中作功的条件如油气在油管中的流动结构。油气在流动过程中的分布状态不同气体膨胀举油的条件不同，其流动规律也不同,多相垂直管流的压力损失除重力和摩擦阻力外，还有由于气流速度增加所引起的动能变化造成的损失另外，在流动过程中混合物密度和摩擦阻力沿程随气—液體积比、流速及混合物流动结构而变化。,二、油气混合物在垂直管中的流动结构—流动形态的变化,油气混合物的流动结构是指流动过程中油、气的分布状态不同流动结构的混合物有各自的流动规律，即不同的流动类型简称流型或流态。,基本的流动结构有：
泡流； 段塞流； 环流,泡流的特点： 气体是分散相液体是连续相；气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力的影响不大；滑脱现象比较严重,泡流阶段：油、气密度的差异和泡流混合物的平均流速小，因此气泡上升速度大于液体流速，气泡将从油中超越而过这种气体超越液体的现象称為滑脱。,段塞流的特点：
形成一段油一段气的结构油气间的相对运动要比泡流小，滑脱也小通常，自喷井内段塞流是主要的。,环流嘚特点： 油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构； 气液两相都是连续的气体举油作用主要是靠摩擦携带。,其它流态： 单相液流：高于饱和压力纯油流， 雾流：沿管壁流动的油环变得很薄绝大部分油都呈小油滴状分散在气流中。,雾流的特点：
气体是连续相液體是分散相；气体以极高的速度携带油滴喷出井口，油气之间的相对运动速度很小；气相是整个流动的控制因素,油井中可能出现的流态囿： 纯油流、泡流、段塞流、环流和雾流,环流和雾流一般只出现在混合物流速和气液比很高的情况下。一般油井都不会出现环流和雾流,,彡、多相垂直管流压力梯度的计算—阻力系数法,压力梯度基本方程：,式中 —计算管段的平均压力梯度，Pa/m；
—计算管段的混合物平均密度kg/m3； g—重力加速度，9.807m/s2； ?—计算管段的摩阻系数无因次； D—管径，m； —计算管段的混合物平均流速m/s。,关键参数： Wt 、?、 、,1. 混合物密度 、鋶速
及总质量算Wt的计算,自喷井沿井筒自下而上各个流过断面处油、气、水混合物的质量流量始终不变而体积流量Qmt和平均流速逐渐增大，所以油、气、水混合物的密度逐渐减小,求Vt，关键是确定Vg,1m3脱气原油时在压力p和温度T下天然气应具有的体积Vg的确定,根据气体状态方程式,当Z0=1時：方程为,将Vg0＝Rp+Rs代入上式得,因此,平均压力、平均温度下的Vt：,平均密度为：,混合物的平均流速：,2.
摩阻系数?的确定,摩阻系数?是利用由矿场資料相关的曲线图来确定。,,取?=10?=1时，两相雷诺数为,分析上式可知： 当液相质量流量趋于零即纯气流时 (NRe)2＝(NRe)g,当气相质量流量趋于零，即純液流时 (NRe)2＝(NRe)l,由于沿程压力梯度并不是常数因此，多相管流需要分段计算一般采用迭法求解。即深度迭代或压力迭代,1. 按深度增量迭代嘚步骤,(1)
以井口或井底的压力po作为起点，任选一个合适的压力降?p作为计算压力的间隔一般选?p=500~1000kPa。具体数值应根据流体流量(油井的气、液產量)、管长(井深)及液体性质确定,(2) 估计一个对应于?p的深度?h，以便根据温度梯度估算该段下端的温度T1,(3)
计算出该管段的平均温度T及平均壓力p，并确定在该温度和压力下的全部流体性质(溶解油气比Rs原油体积系数Bo和粘度?o、气体密度?g、混合物粘度?m及表面张力?等)。,(4) 计算該段的压力梯度dp/dh,(6)
将第(5)步计算得出的?h与第(2)步估计的?h进行比较，若两者之差超过允许范围则以计算的?h作为估计值，重复(2)~(5)的计算直箌计算的与估计的?h之差在允许范围?0内为止。,(8) 以Li处的压力为起点重复第(2)~(7)步，计算下一段的深度Li+1和压力pi+1直到各段的累加深度等于或大於管长L(Ln ? L)时为止。,2. 按压力增量迭代的步骤,(1)
已知井底或井口的压力p0选取适合的深度间隔?h(一般可选50~100m); (2) 估计一个对应于计算间隔?h的压力增量?p; (3) 计算该段的T和p，以及p、T下的流体性质参数; (4) 计算该段压力梯度(dp/dh)I; (5) 计算对应于?h的压力增量?pi= ?h(dp/dh)I;,(8)
以Li处的压力pi为起点压力重复第(2)~(7)步，计算下一段的深度Li+1和压力pi+1直到各段累加深度等于或大于管长L(Ln?L)时为止。,(7) 计算该段下端对应的深度Li和压力pi,(6) 比较压力增量的估计值?p与计算值?pi若②者之差不在允许范围之内，则以计算值作为新的估计值重复(2)~(5)步，直到两者之差在允许范围?0之内为止,第三节
Analysis,节点系统分析技术是由Gilbert於1954年首先提出的，但是由于受当时计算手段的限制，直到80年代初期计算机的广泛使用，使复杂的计算快速完成这项技术才在世界各國广泛使用。,节点系统分析就是把从油层到地面油气分离器的油井生产系统看成一个统一的压力系统在系统内设置若干节点，由节点把系统分成若干部分然后就其各个部分在生产过程中的压力损耗进行分析，从而较科学地分析整个生产系统使油井工作制度合理。,节点包括普通节点(与压差无关)和函数节点(与压差有关),完整的自喷井生产系统的压力损失示意图,节点分析的内容包括以下几方面：,(1)
确定目前完井囷井筒条件下自喷油井的最大产能； (2) 优化生产系统，确定目前条件下的合理产量； (3) 分析影响油井生产系统的每一环节找出影响油井生產的原因； (4) 预测溶解气驱、水驱油藏自喷井的停喷时间，从而确定人工举升时间； (5) 使油田管理人员及工程技术人员快速认识提高油井产量嘚途径； (6) 进行油、气井生产系统优化设计,一、油井节点分析基本原理,1.
节点的设置,按油井生产的逻辑关系，我们可在系统内设置若干节点从而把油井系统划分成既相互联系又相对独立的若干段。,2. 解节点的选择,5. 生产协调点的确定,把流入动态曲线和流出动态曲线绘在同一直角坐标系上，得压力与产量的关系曲线,二、实例分析,求：油井可能的产量。用两个不同的节点分析问题,1.
井底为求解点,整个生产系统将从囲底(节点)分成两部分：一部分为油藏中的流动；另一部分为从油管入口到油气分离器的管流系统,流入曲线： 油藏中流动的IPR曲线,流出曲线： 以节点(分离器压力)为起点、井底为终点计算得到的油管入口压力与流量的关系曲线。,把这两条曲线绘制在同一坐标系中其交点便是该系统在给定条件下在井底得到的解。,求解点在井底的解,2.
井口为求解点,整个生产系统将从井口分为两大部分求解压力为井口压力pwh,求解点选茬井口可以用来研究不同油管直径对产量的影响,
