气井分析 故障诊断

第一节纯气井的渗流系统第二节气井的异常和故障第三节气井储层异常的诊断第四节气井井下故障的诊断第五节排水采气工艺井的诊断目录第一节纯气井的渗流系统一口气井在采气过程中，天然气由储层流动到井口，要经过四个阶段，也就是说裂缝—孔隙型的储层，天然气由孔隙渗流到裂缝，再渗流到井底，最后到达井口，要经过孔隙、裂缝、井底、井筒垂管流动四个阶段。当压力降传递到气井供气边界或裂缝系统的边界时，气井控制范围内形成了一个稳定的压降漏斗，并相对均衡的下降，即进入了压降拟稳定阶段。因此，我们所说的气井的生产压差就是指该井的地层压力与井底流动压力之差：△P=PR-Pwf式中：△P：生产压差；PR：地层压力；Pwf：井底流动压力。那么，气井的产气量与生产压差之间是什么关系呢？这就是通过试井求得生产方程式：（图1-4，1-5）nwfgwfgggwfPCqBAPBAqBqAqP22R22R2222RP2P4P二项式生产方程式：指数式生产方程式:式中:PR：地层压力MPa（绝）Pwf：井底压力MPa（绝）qg：日产气量m3/dA：摩擦阻力系数（简称摩阻系数）C：采气指数B：惯性附加阻力系数（简称惯性系数）n：渗流指数求得A、B值后可计算出无阻流量qAOF（104m3/d）二项式：BAPBAqRAOF2101.04222但实际四川裂缝—孔隙型双重介质非均质气藏气井的渗流系统正如图1-6所示，天然气从孔隙中流动到井底要经过三个阶段：即PR-Pwf=（PR-PRF）+（PRF-Pws（0））+（Pws（0）-Pwf）生产压差=孔隙中的压降+裂缝中的压降+井底附加压降一是压力主要损失在低渗带，压力恢复极为缓慢。二是主裂缝系统裂缝发育，压力损失很小，直线段斜率很小。做威78井的Pws～lg[t/（T+t）]关系曲线图，就可以看到该井生产压差（△P）的构成：△P=△P1+△P2+△P3即：生产压差=污染附加压降+主裂缝系统（内压）压降+低渗带（外区）压降PR-Pwf=（Pws（0）-Pwf）+（PRF-Pws（0））+（PR-PRF）总之，一口井投产前，它的产气层地质情况及井身结构是该井的原始状况。投入开发后的初期的试井、试采工作对该井渗流系统的特征进行认识。开发工作者就是在这个认识的基础上，在以后的气井生产中，通过多种方式如试井、测压、气水分析及录取各种生产资料数据来诊断气井储层及井身结构出现的，影响天然气正常渗流的故障和产生的原因，并对症下药，采取措施进行治理，力争使气井恢复正常生产并延长气井寿命、提高气井（气藏）采收率。第一节纯气井的渗流系统第二节气井的异常和故障第三节气井储层异常的诊断第四节气井井下故障的诊断第五节排水采气工艺井的诊断目录气井在生产过程中或早或晚会出现各种异常情况，主要分两部分：一是发生在储层中，使渗流条件的改变；二是井筒的故障，使垂管流动条件改变。一、储层的异常储层发生异常情况使天然气渗流条件改变，主要有五种原因：储层的异常水侵（出水）邻井干扰净化压裂酸化气水产量地层压力污染第二节气井的异常和故障二、井下故障井下发生故障，使天然气自井底至井口的垂管流动出现异常。常见的井下故障主要分三部分，即套管、油管及井底。井下故障套管油管井底（产层部位）套管破裂环行空间砂桥套管积液水泥窜槽油管断裂油管堵塞油管积液油管破损裸眼跨塌井底沉砂水泥塞窜漏井下落物井下故障按其性质可分为五类；井下故障腐蚀破损沉砂堵塞积液井下落物套管油管套管油管井底套管油管井底油管窜漏水泥环水泥塞（一）腐蚀破损——套油管的破损（包括套管穿孔、断裂和变形）。1.套管破损形成的原因〈1〉流体中酸性气体（H2S、CO2）的腐蚀或酸化作业中的腐蚀。〈2〉钻井过程中钻杆对套管的摩损。〈3〉套管外围岩应力的挤压变形或损坏，套管内压力低于套管抗外挤压力允许的低限。〈4〉套管生产中气、水流动中对套管的摩损。〈5〉其它，如地震、搬运、下套管作业中操作不当造成的损坏。2.对气井生产的影响〈1〉造成气井天然气浅层窜漏，生产中套压偏低，套油压差偏小，甚至小于油压，求不到最大关井压力。〈2〉气井生产中异层水窜入井内，而影响气井生产及气井生产寿命。〈3〉如果生产套管的破损发生在表层套管鞋井深以上，生产套管固井质量不好，水泥上返高度低于破损部分或水泥环有串槽孔现象，使表层套管内压力大于套管强度（抗内压强度）会发生表层套管爆裂，如威47井1982年9月3日10”表层套管爆裂，裂口长1.02m。腐蚀破损——油管的破损（包括油管断裂、穿孔）1、油管破损形成的原因〈1〉气、水中酸性气体（H2S、CO2）的腐蚀〈2〉油管生产中，气、水携带沉砂等固体物质，流动中对油管的摩损。〈3〉修井作业、起下油管对油管的伤害。2、对气井生产的影响〈1〉影响携水能力：在油管断落或窜漏井段以下，由于气流速度变慢，携水能力变差，很容易形成井下积液，而且油管断落或破损部位越接近井口，携水能力越差而更影响日产气量。〈2〉油、套压异常，最主要表现套油压差小于正常值。〈3〉不能进行试井及下井底压力计。〈4〉气举、泡沫排水采气等措施效果不好。（二）沉砂和堵塞1、井底沉砂沉砂包括产层出砂、裸眼井壁跨塌的岩石，漏入地层的洗井液，压井液中的固体物质和酸化后地层中的酸不溶物等在放喷排液测试中沉于井底形成砂面。砂面分硬砂面和软砂面，沉砂的下部由颗粒较大的固体物质组成，探砂面时加压后砂面深度不变，叫“硬砂面”。硬砂面上，还有由颗粒很细的固体物质和水混合呈稠泥浆状的沉砂，探砂面可感到遇阻，加压后深度改变。。沉砂对气井生产危害较大，主要表现在四个方面：一是：当硬砂面逐渐高于产气层段时，流体由产层流向井筒的附加阻力增大。二是：当气井特别是出水气井关井时，井筒积液退回产层中，首先将井底的黑浆浆推至储层内，堵塞缝洞，降低了井筒附近产气层段的渗透率（增大了表皮系数），有时甚至造成气井开不出来，被迫采取放喷措施；在防喷时首先喷出来的就是这些“黑浆浆”，然后才是地层水，这就是把“少关井”列为出水井稳产措施的原因之一。三是：少量的“黑浆浆”带出井口，会堵塞井口的针形阀、分离器、计量管道甚至汇管。四是：井底砂面过高，有时会造成油管被卡。2、套油管环形空间砂桥由于井斜等原因，油管在井下有的井段不处于套管的中心部位，而是紧靠套管壁上，或者套管变形部位，套油管间间隙较小。特别是有水气井套管生产中，很易形成井下沉砂的淤积，逐渐扩大后，在环状空间形成砂桥。环状空间砂桥形成后，如果是套管生产，它会影响气、水产量，使油套管压差增大，甚至开不出气来。如果是油管生产，套压的反映很迟缓，不能反映真实的井底流压。它也是油管被卡的主要原因之一。3、油管堵塞（目前采用的油管传输射孔，在测试后，射孔枪留在油管下端将油管底部完全封死，当沉砂由筛管进入油管后，不能由油管下部落入井底，因而形成油管沉砂堵塞的情况比笔式油管鞋更严重。威远气田挖潜井大都采用油管传输射孔，投产后，都逐渐出现油管堵塞现象）。（1）油管沉砂：油管鞋有两种，即喇叭口式和笔式4.筛管堵（筛管堵塞的原因主要有五个因素）：一是油管沉砂面逐渐增高将筛管掩埋，筛孔便被堵塞。威远气田老井修井作业中起出的油管证明，凡是筛管孔整段被堵死的，筛管里全部充满沉砂。二是腐蚀：筛孔是天然气和水流动的通道，与气、水接触最多，最易受酸性气体的腐蚀生成硫化铁，使孔径缩小或堵死。三是结垢。四是缓蚀剂、泡沫剂附于管壁（包括筛管在内）并把井下沉砂、硫化物粘结在一起，逐渐增厚，并使孔径越来越小，直至堵死。五是筛管太短。筛管堵塞严重的就会影响该井的天然气生产：（1）井底附加阻力增加，油压下降，套油压差增大，产气量下降。（2）形成井下节流，产气量调节不上去。（3）造成带水困难，井下积掖，动液面波动很大。5.油管缩径油管被酸性气体腐蚀后，壁管光滑度差，表面的硫化铁，凹凸不平，更易吸附水份；加上井下温度较高，缓蚀剂、泡沫剂很易吸附于管壁并将沉砂粘结于管壁上，使油管内径越来越小。油管缩径，不是均匀、等厚的，一般越接近井底缩径越严重，也就是油管的结垢一般是由油管鞋向上逐步发展的。油管缩径是不均匀的，更大大增加了流动的阻力，消耗了地层能量，明显地使油压下降，套油压差增大，产气量下降。同时气流在油管内流动过程中，由于油管内径忽大忽小，气流速度也相应忽大忽小，更加使气井带水困难，携水能力变差，积液更多。（三）井下积液1.垂直管流中气液混合物的流动状态〈1〉雾流：液体呈雾状（滴状）分散在气相中，称为雾流。〈2〉环雾流：流速较大时，气体在井筒中心流动，液体沿管壁上升。〈3〉段柱流：流速较小时，液柱与气柱相互交替的流动状态。〈4〉气泡流：井筒充满液体，产气量很小时，呈气泡状存在于液体中。2.积液产生的原因〈1〉气井水，有两种，一是地层水；二是凝析水。〈2〉一口井的携带水能力，主要取决于气体的流速，而流速的大小在油压不变的情况下，取决于产气量的大小和油管直径的大小。一口气井能把所产的水全部由井底带出井口（不产生积液）的最小流速和产气量，称为携水的临界流速和临界产水量。下面介绍计算有凝析水的纯气井（或产水量很小的出水气井）当垂管流的流态基本是雾流（气相是连续相，液相是分散的液滴）的临界携水流速和临界携水产气量的计算公式携水临界流速：式中：携水临界产气量式中，vg：携水临界流速m/sσ：近似气水表面张力N/m。取值σ=60×10-3ρL：水密度kg/m3取值近似值ρL=1074kg/m3ρg：气体密度kg/m3rg：气体相对密度25.0215.7gglgvTZptfgg1034844.3TZvPAqgtfsc25000qsc：携水临界产气量104m3/d；A：油管截面积m2A=π（d/2）2d：油管内径油管d=0.062m；Ptf：井口油压MPaZ：井口流压和温度下的气体偏差系数；T：井口气流温度k为了供威远气田下古生界挖潜获气井（纯气井或产水量小的出水气井）确定合理产量参考，根据上述计算公式绘制了《威远气田雾状流态气井理论临界携水流速及产气量与油压关系图》便于根据气井油压直接查出该井的临界携水产气量（图2-5）（四）井下落物井底落物的危害主要有三方面：一是使井下砂面的上升加速。二是井下落物限制了修井作业冲砂时油管下入深度三是井下落物，长期在井下遭受酸性气体的腐蚀，而成为锈蚀的碎快，成为井下沉砂的一部分。井底落物——油管中的落物油管有落物对气井生产的影响主要表现在三方面：（1）.油管流体流动的截面积变小而形成油管内节流，增加了垂管的阻力，而使油压下降，产气量下降。（2）.由于油管内落物产生节流现象使落物上下的压力不同，有一定压差，落物以下相对流动压力较大，气流流速较慢，因而携水困难，而造成井下积液。（3）.无法下井底压力计进行试井和实测井底压力。（五）窜漏（水泥塞、水泥环封隔器）1、水泥塞（人工井底）窜漏2、水泥环窜漏3、封隔器窜漏气井下入封隔器（酸化压裂作业下封隔器除外）有三个目的：（1）、封隔上面的产层射孔段或套管破裂部位，。（2）、高含硫气井，异常高压气井或压裂酸化中下封隔器，为了保护套管不受损坏。（3）、半闭式气举排水采气封隔器窜漏的原因，除套管腐蚀结垢严重，刮管不彻底使封隔器封隔效果不好外，最主要的是封隔器的橡胶部件被腐蚀而失去封隔作用。井下窜漏对气井生产的影响（1）、生产层的气、水窜入被封隔的层位，造成生产层的天然气的浪费和压力的损失。（2）、被封的渗透层的气、水（主要是水）窜入井筒与生产层的气共同产出。（3）、不能关井、试井，而且录取的气水产量、井口压力、气水分析等资料不能代表生产层的特征，影响了气井的动态分析第一节纯气井的渗流系统第二节气井的异常和故障第三节气井储层异常的诊断第四节气井井下故障的诊断第五节排水采气工艺井的诊断目录一、气井出水的诊断和控制（一）、气井水的种类气井中产的水有两种，即凝析水和地层水（含束缚水）。1、凝析水凝析水无论在气驱气藏或水驱都存在。但是凝析水气比（m3/104m3）却因气藏的温度和压力等条件的不同而各不相同。2、地层水地层中有两