第7章气井增产措施.

采气工程－气井增产措施1第七章气井增产措施第一节气井酸化技术第二节气井压裂技术第三节气井酸压技术第四节储层评价与施工合理性研究采气工程－气井增产措施2气井增产措施是向气层中注入某一种或几种物质，通过其与地层岩石或其本身相互间在特定条件下所产生的物理或化学作用，提高或恢复气层的渗透性，从而提高气井生产能力的工艺措施。酸处理技术酸压技术水力压裂技术其它增产或解堵技术最常用气井增产措施：引言采气工程－气井增产措施3第一节气井酸化技术酸化又称为基质酸化或孔隙酸化，它是在低于储层岩石破裂压力下，将酸液注入地层孔隙、裂缝中，通过酸液和地层岩石矿物的反应，溶解部分岩石矿物或堵塞物质，从而扩大或沟通地层岩石的孔隙裂缝，改善地层近井地带渗透率，提高气井产量的工艺措施。采气工程－气井增产措施4第一节气井酸化技术一、酸化增产原理因为气井生产时大部分压力损失都发生在井筒附近，只要能较大地增加近井地带地层的渗透能力，使气井获得增产。无损害气井酸处理最大增产倍数图采气工程－气井增产措施5第一节气井酸化技术当气井受到损害后，产量将随“损害程度”和“损害范围”增大而下降，可表示为：wekwswskosrrfrrrrfJJlglglgoskkkf对裂缝性气藏而言，如果酸液沿天然裂缝穿透并不断“刻蚀”缝壁岩面，使之产生不能“闭合”的酸蚀裂缝“槽沟”，常规酸化施工亦能收到支撑裂缝的效果。损害程度：采气工程－气井增产措施6受损害气井采气指数下降率与损害因素关系图第一节气井酸化技术采气工程－气井增产措施7第一节气井酸化技术二、酸液体系酸液体系：盐酸、土酸、胶凝酸、泡沫酸、乳化酸等。酸化施工一般都使用各种强酸（如盐酸、氢氟酸等）作为工作液的主料，并加入各种添加剂以保证其综合性能指标达到工艺要求。采气工程－气井增产措施8⒈酸处理工艺对酸液性能的特殊要求⑴缓蚀性能盐酸和氢氟酸对钢材的腐蚀性能都很强。缓蚀以保证施工管柱和设备不致发生腐蚀损坏。第一节气井酸化技术要求酸液具有一定的缓速效果，以增加穿透深度和处理效果。⑵缓速性能⑶其它性能粘度、密度，与地层岩石及其流体的配伍性、管内摩损阻力，残液表面张力及三相接触角等。采气工程－气井增产措施9⒉常规酸液的基本组成第一节气井酸化技术盐酸+缓蚀剂+表面活性剂+铁离子稳定剂（1）盐酸酸液体系无色或淡黄色氯化氢气体的水溶液，有刺激性臭味。工业浓度：30％～32％;使用浓度：15％～28％①含氮化合物。具有较好高温缓蚀效果。②醛类。甲醛使用温度低于80℃，且不抗硫化氢，故在气井中很少应用。③炔醇类。④复合缓蚀剂。合适的表面活性剂除可降低酸液界面张力从而减少毛细管阻力，便于排液、延缓酸－岩反应速度和抑制腐蚀。在酸液中加入稳定剂以防止氢氧化铁沉淀。目前使用的铁离子稳定剂有两类：还原剂和螯合剂采气工程－气井增产措施10土酸是盐酸与氢氟酸混合酸液的俗称。一般为10％～15％的盐酸和3％～5％的氢氟酸与添加剂所组成的混合酸液。为了防止氢氟酸与地层矿物和地下水中存在的钙离子反应生成氟化钙沉淀，一般都使用低浓度的盐酸液作为前冲洗液。所使用的添加剂必须通过实验证实配伍性和相容性。第一节气井酸化技术（2）土酸体系采气工程－气井增产措施11⒊几种新型酸液体系第一节气井酸化技术在常规酸液中加入一定比例的降阻剂，可以大大降低酸液在油管中流动时的摩擦阻力损失，增加地面泵注水功率的利用率。⑵胶凝酸体系胶凝酸是一种缓速酸液，它是将一定量的胶凝剂加入与其配伍的常规酸液中，使酸的粘度提高到30～60mPa.s，一方面抑制氢离子的传递，另一方面又可降低滤失速度，降低滤失速度造成的对流传质，从而延缓酸液与岩石的反应速度，增加活性酸有效穿透距离。⑴降阻酸体系采气工程－气井增产措施12⒊几种新型酸液体系第一节气井酸化技术泡沫酸常用氮气或二氧化碳为内相，酸液为外相的泡沫体系，具有粘度高、滤失速度低，管内流动摩阻低，对储层特别是含水敏矿物的储层损害小，缓速效果好，排液速度快的优点，特别适用于气层压力已低于静水柱压力的低压气井增产作业。⑷醇酸体系在常规酸液中加入一定量的醇类（多使用12％～20％的甲醇或乙醇）就变成醇酸体系。醇酸有很低的表面张力，可大大降低毛细管力，对稳定粘土颗粒和增加排液速度都有较大优越性。⑶泡沫酸体系采气工程－气井增产措施13第一节气井酸化技术三、基质酸化设计一个完整的基质酸化设计应包括下述步骤：⑴分析拟施工井进行基质酸化的合理性，常用的分析方法有：区域对比、井层对比和试井资料分析；⑵证实损害原因、程度及损害深度；⑶根据岩心化学分析和酸化试验结果选择适合该地层的酸液配方；⑷确定泵注压力和排量；⑸确定每米施工井段的施工液量和总液量；⑹如施工层厚度较大，或施工井一次射开几个层段则确定是否应用分流技术及分流方法；⑺预测施工增产效果；⑻提出施工前、施工中和施工后的注意事项。采气工程－气井增产措施14第一节气井酸化技术三、基质酸化设计⒈最高泵压和最大排量的确定基质酸处理要求酸液通过岩石的孔隙进入地层而不希望将地层压裂，这样施工时的最大井底压力就必须低于地层破裂压力，即：fwpp最高泵压：hfrifmaxpppp最大排量：SrrlnpppKhQweSfmax2采气工程－气井增产措施15第一节气井酸化技术三、基质酸化设计⒉酸液用量的确定合理的酸液用量取决于酸液有效穿透距离，而酸液在岩石基质孔隙中的穿透深度又取决于岩石、酸液性质、反应条件和局部反应速度。⑴碳酸盐岩气层基质酸化的有效作用距离威廉斯和尼洛德研究了酸液溶蚀孔径增长模型。当已知注酸速度，假定溶蚀孔数目，确定从溶蚀孔壁向地层的滤失量后，可得出类似裂缝中流动时的计算图版。采气工程－气井增产措施16威廉斯和尼洛德研究的酸在“蛀孔”中的穿透距离lVaN2Re滤失雷诺数aVaN2Re流动雷诺数DeNsc施密特数第一节气井酸化技术采气工程－气井增产措施17第一节气井酸化技术三、基质酸化设计⒉酸液用量的确定（2）砂岩基质酸化的有效反应半径100℉时土酸量与有效穿透深度关系土酸与砂岩的反应必须考虑表面反应动力学，这将比碳酸盐岩／盐酸系统的计算更为复杂，可应用威廉斯和怀特利做出的设计曲线。采气工程－气井增产措施18第一节气井酸化技术三、基质酸化设计⒉酸液用量的确定⑶注酸强度估算法所谓注酸强度，是指对每米施工段所使用的酸量。一般都根据气井受损害程度的资料和施工层的孔隙度进行估算。采气工程－气井增产措施19第一节气井酸化技术三、基质酸化设计⒊气井基质酸化的分流技术堵塞球分流的原理：由于所射开层段岩性的损害程度的差别，酸液总是首先进入“剩余”渗透率较高的层段，而随酸液入井的堵塞球(一般直径为20～25mm)将“座封”在“入口”的射孔眼上，阻止后面的酸继续进入该孔，逼迫酸液转向进入另外的孔和另外的层，直到所有的射开层段均被酸化。采气工程－气井增产措施20第一节气井酸化技术三、基质酸化设计⒋裂缝性气层的酸化设计应注意的问题(1)大量资料证实，钻井液、完井液对孔隙地层的损害深度一般不会超过30～50cm，但一旦井筒与天然裂缝连通时，损害深度可能会大大高于完全沿孔隙进入地层所造成的损害，这在设计施工用酸量时应引起足够的重视；(2)增产幅度变化很大。用计算方法预测的增产，在天然裂缝发育的气层往往会与施工后实际得到的产量有较大的出入。采气工程－气井增产措施21第一节气井酸化技术三、基质酸化设计⒋裂缝性气层的酸化设计应注意的问题(3)只要天然裂缝与井筒沟通，“酸化”反应都将主要在裂缝内发生，在裂缝性气层进行酸化压裂设计时，应充分考虑滤失问题。在网状裂缝发育的气层设计酸化压裂时，为获得较长的酸蚀裂缝，应考虑使用降滤剂。(4)在满足安全要求的泵压下尽可能快速地将酸液注入地层中最易恢复并增加它的流通能力从而使气井获得增产。采气工程－气井增产措施22第一节气井酸化技术三、基质酸化设计⒌“泡沫酸”压裂设计技术“泡沫酸”压裂设计所需要进行的特殊计算主要包括：地面泵注压力及酸液、气体(氮气或二氧化碳)的泵排量、泡沫酸的有效穿透距离等。采气工程－气井增产措施23第二节气井压裂技术压裂：向井筒内以高于地层吸收能力的速率注入工作液体，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不闭合，从而达到增产增注的效果。采气工程－气井增产措施24利用100%的液体二氧化碳和石英砂进行压裂，无水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可避免地层伤害。其关键技术是混合砂子进入液体二氧化碳中的二氧化碳混合器。适用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的储层以及水敏性储层。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利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速燃烧，产生高温高压气体，压裂地层形成多条自井眼呈放射状的径向裂缝，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低表皮系数，从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。第二节气井压裂技术采气工程－气井增产措施25第二节气井压裂技术水力压裂的工艺过程：憋压造逢裂缝延伸充填支撑剂裂缝闭合采气工程－气井增产措施26(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。(1)改变流体的渗流状态：使原来径向流动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。第二节气井压裂技术（a）浅穿透裂缝渗流模式图（b）深穿透裂缝渗流模式图压裂气井渗流模型图一、压裂增产原理采气工程－气井增产措施27第二节气井压裂技术Mcguil曲线相对导流能力无因次增产倍数采气工程－气井增产措施28(1)气井开采的动力一般依靠压力降落后气体的弹性膨胀，从井底到边界的每一点的压力都是时间的函数。因此，产量是采出程度的函数，即使生产压差相同，在两次测量时间间隔较近时，尚可近似估计增产，若测量时间相距较远，这一比较将可能会毫无意义。第二节气井压裂技术(2)压裂施工气井大多为低渗透，存在排液和压降传递问题，压力波传递到边界，气井生产达到“拟稳定”状态必须经过很长时间，所以时间引起的产量下降问题是不容忽略的。注意的几个问题：(3)天然气在裂缝中流动大多将呈湍流状态，流动阻力的增加就相当于降低了裂缝的导流能力，再加上不可避免地缝壁损害等原因，实测增产倍数将会低于计算值。采气工程－气井增产措施29第二节气井压裂技术二、压裂液体系水基压裂液和油基压裂液。一般认为气层压裂不宜使用油基液。在低渗气田压裂中，发展了水基压裂液、乳化压裂液(多以凝析油做分散相)、泡沫液、交联甲醇压裂液和纯二氧化碳压裂工艺。水基压裂液可分为三种：植物胶压裂液、纤维素及其衍生物和聚合物压裂液，其中植物胶压裂液的应用最广。采气工程－气井增产措施30第二节气井压裂技术压裂工艺对工作液的要求：⑴具有足够的粘度和理想的流变性能；⑵具有良好的悬砂性能；⑶低滤失性；⑷低摩阻；⑸易于返排；⑹对裂缝导流能力和地层渗透率的损害最小。目前，压裂施工使用的大多是胍胶或改性胍胶作压裂液。虽然也研制成功多种替代的植物胶(如田菁胶、魔芋胶等)，但因性能、原料供应和价格等原因，未能得到广泛应用。采气工程－气井增产措施31第二节气井压裂技术⒈成胶剂成胶剂是压裂主体材料，也是形成压裂液体系和选择其它添加材料的基础，主要应用：胍胶、田菁胶。⒉交联剂交联剂是指一些含有硼和过渡金属元素的化合物，利用这些元素对羧基的亲和力，与由稠化剂水合形成的“凝胶”中的线性大分子中的羧基产生交联反应，而形成在三维空间中扩展的由无数个线性分子组成的网络状分子，即所谓“冻胶”。常用的交联剂包括：CT－RX（以有机钛为主要交联元素）、铬交联剂、延缓交联的硼交联剂。采气工程－气井增产措施32⒊破胶剂酶破胶剂只适用于植物胶压裂液，且井底温度不超过65℃，作用与细菌消化聚合物的作用相似，应用很少。最常用的破胶剂是过氧化物，如过硫酸钾、过硫酸胺等。其破胶机理是遇热后分解高活性硫酸基，破坏聚合物联胶的主链。第二节气井压