石油工程設(shè)計(jì)大賽

1、采油（氣）工程設(shè)計(jì)方案采油（氣）工程設(shè)計(jì)方案 本作品依據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SY/T10011-2006）針對(duì)設(shè)計(jì)大賽所提供的目標(biāo)區(qū)塊進(jìn)行采油（氣）工程方案設(shè)計(jì)，主要由對(duì)油田的地質(zhì)特征分析和對(duì)機(jī)抽設(shè)備、采油工藝、射孔工藝、增產(chǎn)增注、油層保護(hù)等方面的設(shè)計(jì)工藝組成。方案編制原則： （1）從油田開發(fā)的總體目標(biāo)出發(fā)，以油田的地質(zhì)特征和開發(fā)現(xiàn)狀為依據(jù)，在滿足產(chǎn)量規(guī)劃的基礎(chǔ)上，配套采油工藝，保持油藏的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。 （2）應(yīng)體現(xiàn)油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)、高效的特點(diǎn)。 （3）工藝技術(shù)要切合油田開發(fā)的實(shí)際，具備良好的可操作性和科學(xué)性。 （4）適應(yīng)性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)上相對(duì)合理。1油田地質(zhì)特征2 采油

2、（氣）工程方案 2.1 開發(fā)方式 2.2 機(jī)抽設(shè)備 2.3 采油工藝 2.4 射孔工藝 2.5 增產(chǎn)增注 2.6 油層保護(hù) 2.7 動(dòng)態(tài)監(jiān)督 方案主要內(nèi)容方案主要內(nèi)容開發(fā)方式開發(fā)方式 井區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量為901.14104t，已有舊井3口，部署新井18口，總井?dāng)?shù)為21口。P1、P2油層采用交錯(cuò)井排井網(wǎng)布井方式，井距305.1m排距212.9m，采用注蒸汽加氮?dú)舛稳阶⑵に嚒?（1）抽油機(jī) 游梁式抽油機(jī)是目前稠油開采中使用的主要設(shè)備。鑒于稠油開采的特點(diǎn)和抽油機(jī)的承載特性，稠油開采中選擇抽油機(jī)時(shí)，要使抽油機(jī)的動(dòng)力配置（電機(jī)功率、減速箱扭矩）和抽油機(jī)結(jié)構(gòu)的（懸點(diǎn)、游梁、支架）承載能力都滿足稠油開采的要求

3、，這就要比稀油井用的抽油機(jī)有較大的富裕量。針對(duì)研究區(qū)的稠油開采，可以采用電機(jī)功率為75KW，減速箱額定扭矩為105kN.m的蘭蘭石CYJY14-5.5-105HB抽油機(jī) 。 機(jī)抽設(shè)備機(jī)抽設(shè)備（2)抽油桿下表是各級(jí)抽油桿的機(jī)械性能： 抽油桿級(jí)抽油桿級(jí)別別屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度sMpasMpa抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度bMpabMpa延伸率延伸率% %斷面收率斷面收率% %沖擊韌性沖擊韌性akI J/cm2akI J/cm2D D、D D級(jí)級(jí)防腐防腐620620794-965794-9651010505060.860.8H H、H H級(jí)級(jí)防腐防腐793-962793-962966-1136966-11361212

4、45-5545-55 根據(jù)研究區(qū)油藏為稠油油藏的特點(diǎn)，H級(jí)超高強(qiáng)度抽油桿為最佳選擇，它具有適合于深井、大泵、稠油等重負(fù)荷油井使用的特點(diǎn)，而且較H級(jí)高分子復(fù)合噴涂防腐油桿價(jià)格低廉，經(jīng)濟(jì)合算。 稠油對(duì)抽油桿的粘滯摩擦力分析： 抽油桿運(yùn)動(dòng)，除了與管柱之間的摩擦力外，還要受到稠油對(duì)其的摩擦力。目標(biāo)層的稠油流動(dòng)性差、粘度高，因此造成的摩擦力也會(huì)很大。這就會(huì)對(duì)抽油桿造成不必要負(fù)荷。而我們選用H級(jí)超高強(qiáng)度抽油桿，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率等強(qiáng)大，在一定程度上很好的解決了此問題。另外可以通過(guò)在抽油桿上加裝扶正器和刮蠟器以及加注稀油等方式，減小稠油流體與抽油桿之間的摩擦力，并使抽油桿受力平衡。（3）抽油泵 根

5、據(jù)研究區(qū)的條件，強(qiáng)啟閉防氣抽稠抽油泵是最佳的選擇，該泵中心拉桿穿過(guò)滑動(dòng)柱塞與環(huán)形游動(dòng)閥聯(lián)接，在抽油桿的帶動(dòng)下，環(huán)形游動(dòng)閥與滑動(dòng)柱塞機(jī)械性的強(qiáng)制開閉，有效地解決了稠油中閥球關(guān)閉滯后及氣鎖等問題。下表是強(qiáng)啟閉防氣抽稠抽油泵參數(shù) 規(guī)格規(guī)格最大外徑最大外徑上下端聯(lián)接上下端聯(lián)接油管規(guī)格油管規(guī)格 in in聯(lián)接抽油桿聯(lián)接抽油桿規(guī)格規(guī)格 in in泵常數(shù)泵常數(shù)m m3 3/d/d44892-7/83/42.2457892-7/83/43.69采油工藝采油工藝原油粘度原油粘度(mPa.s)(mPa.s)23002300相對(duì)密度相對(duì)密度(g(gcmcm3 3) )P P1 1層脫氣原油的密度層脫氣原油的密度0.

6、9340.934P P2 2層脫氣原油的密度層脫氣原油的密度0.9280.928滲透率滲透率(10(10-3-3mm2 2) )966.3966.3油層深度油層深度 (m)(m)1300-14001300-1400油層厚度油層厚度 (m)(m)P P1 1層層2020P P2 2層層5-95-9孔隙度孔隙度(%)(%)0.2160.216含油飽和度含油飽和度 (%)(%)0.6370.637研究區(qū)油藏地質(zhì)參數(shù)油藏油藏地質(zhì)參數(shù)地質(zhì)參數(shù)蒸蒸 汽汽 吞吞 吐吐蒸蒸 汽汽 驅(qū)驅(qū)1 1類類2 2類類3 3類類4 4類類5 5類類現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)有技術(shù) 近期改進(jìn)近期改進(jìn) 技術(shù)發(fā)展技術(shù)發(fā)展不適用不適用原油粘度原油

7、粘度 (mPa.s)(mPa.s)505010000100005000050000100000100000100001000010000100005050100001000050000500005000050000相對(duì)密度相對(duì)密度 (g(gcmcm3 3) )0.9200.9200.9200.9200.9200.9200.9200.9200.9200.9200.9200.9200.9500.9500.9800.980滲透率滲透率 (10(10-3-3mm2 2) )200200200200200200200200200200200200200200200200200200油層深度油層深度 (m

8、)(m)15015016001600100010005005001600160018001800500500150150140014001501501600160018001800油層厚度油層厚度 (m)(m)10101010101010105 5101010.010.010.010.05.05.05.05.0純總厚度比純總厚度比0.40.40.40.40.40.40.40.40.40.40.500.500.500.500.500.500.500.50孔隙度孔隙度(%)(%)0.200.200.200.200.200.200.200.200.200.200.200.200.200.200.20

9、0.200.200.20含油飽和度含油飽和度 (%)(%)0.500.500.500.500.500.500.500.500.500.500.500.500.500.500.400.400.400.40儲(chǔ)量系數(shù)儲(chǔ)量系數(shù)(10(104 4t tkmkm2 2.m).m)10.010.010.010.010.010.010.010.010.010.010.010.010.010.07.07.07.07.0極限周期極限周期 汽油比汽油比0.240.240.260.260.240.240.250.250.170.17我國(guó)稠油油藏?zé)岵珊Y選標(biāo)準(zhǔn)表我國(guó)稠油油藏?zé)岵珊Y選標(biāo)準(zhǔn)表 對(duì)于多層油藏，油層縱向滲透率差異

10、過(guò)大，對(duì)蒸汽驅(qū)效果影響極大。蒸汽帶沿高滲透帶過(guò)早地突破，縮短開發(fā)期，減少產(chǎn)油量，大幅度降低油氣比及采收率。另外邊、底水較為活躍的油藏，由于邊水侵入和底水錐進(jìn)，對(duì)蒸汽驅(qū)產(chǎn)生不利的影響。研究區(qū)為多層油藏，且P1、P2層的縱向滲透率差異較大（P1層滲透率為P2層滲透率的兩倍）；且研究區(qū)兩邊為斷層邊界，一邊存在邊水，所以研究區(qū)不易采用蒸汽驅(qū)熱采方式。蒸汽吞吐熱采方式應(yīng)作為研究區(qū)采油方式的首選。 蒸汽吞吐熱采工藝：（1）常規(guī)井注汽工藝。 （2）常規(guī)井分層注汽工藝（3）特殊井分層注汽工藝。 （4）水平井多點(diǎn)注汽工藝 針對(duì)研究區(qū)為多層油藏且考慮到經(jīng)濟(jì)成本以及符合制定地開發(fā)方案等因素，常規(guī)井分層注汽工藝應(yīng)為本

11、區(qū)首選。采用這種工藝，能夠同時(shí)為P1、P2層的油層進(jìn)行注汽，施工簡(jiǎn)單,收效快且經(jīng)濟(jì)上合算。注汽工藝核心參數(shù)： 1、蒸汽發(fā)生器出口蒸汽干度75%。 2、從蒸汽發(fā)生器到油井蒸汽干度損失限度為5%10%/km。 3、井口入口蒸汽干度70%。 4、真空隔熱管的導(dǎo)熱系數(shù)為0.007W/m，蒸汽干度損失小于20%/km。 5、井底蒸汽干度50%。定量分層注汽管柱預(yù)設(shè)分層配汽管柱自動(dòng)分層配汽管柱方案優(yōu)化注入蒸汽中加入N2，輔助蒸汽吞吐熱采。加注氮?dú)獾淖饔茫?（1）注氮?dú)庖种七叺姿肭帧?（2）補(bǔ)充地層能量。 （3）降低油層頂部熱損失。 （4）氮?dú)獬矊?duì)地層的保溫作用。 （5）稠油蒸汽吞吐的同時(shí)注氮?dú)饪梢杂行?/p>

12、延長(zhǎng)吞吐周期。 氮?dú)馇爸昧繀?shù)選擇 如圖是不同的氮?dú)馇爸昧繉?duì)助排效果的影響，橫坐標(biāo)表示的是氮?dú)馇爸昧空家豢诰畱?yīng)混注總氮?dú)饬康谋壤梢钥闯銮爸昧勘壤∮?0%，對(duì)油汽比的增加幅度影響較小，但是，前置比例大于40%后，效果迅速變差，因此，比例不能超過(guò)總量的40%。 綜上所述，研究區(qū)應(yīng)采用注蒸汽加氮?dú)舛稳?qū)油劑注入油層后，形成明顯的驅(qū)油帶，隨后又被另一種驅(qū)油劑所驅(qū)替，此時(shí)前者驅(qū)油劑形成的驅(qū)油帶叫段塞）式混合注人常規(guī)井分層注汽工藝。為了操作簡(jiǎn)便，可以先注一定量氮?dú)?即前置量)后注蒸汽進(jìn)行吞吐，吞吐過(guò)程中段塞式的混注氮?dú)狻?（1）射孔完井根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)和開采要求，結(jié)合幾種直井完井方式的適應(yīng)條件

13、，作出如下分析：裸眼完井雖然完善程度高，但使用局限很大，研究區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層滲透性、孔隙度較好，曾發(fā)生過(guò)兩次比較嚴(yán)重的井漏事故，所以裸眼完井無(wú)法進(jìn)行。 研究區(qū)儲(chǔ)層以巖屑、長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖為主，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低。在開發(fā)過(guò)程中可能會(huì)伴隨出砂的情況，因此，可采用防砂方式完井。 射孔完井可選擇性地射開不同壓力、不同物性的油層，以避免層間干擾，而且能夠?yàn)樽?、壓裂、堵水、調(diào)剖等井下作業(yè)措施提供較好的井筒條件，符合研究區(qū)的地質(zhì)條件和開采要求，應(yīng)作為研究區(qū)直井首選完井方式。 射孔工藝射孔工藝（2）射孔工藝設(shè)計(jì) 套管選擇 研究區(qū)鉆井史中曾經(jīng)使用套管的尺寸如表所示。結(jié)合該表，研究區(qū)的油井采用139.7mm油層

14、套管射孔完井。 套管程序套管程序外徑外徑(mm)(mm)表套339.73技套244.48油套139.7 射孔工藝優(yōu)選 目前，國(guó)內(nèi)外常用的射孔工藝有三種：電纜傳輸射孔、過(guò)油管射孔、油管傳輸射孔。 根據(jù)各種射孔工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為在研究區(qū)139.7mm油層套管完井射孔中，采用油管負(fù)壓傳輸射孔。 負(fù)壓電纜傳輸射孔可對(duì)井筒液柱進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶钥?，具有深穿透、?fù)壓清洗的雙重特點(diǎn)，但對(duì)于油氣藏厚度大的井需多次下射孔搶，第二次射孔則不能保持必要的負(fù)壓。 射孔槍、彈的優(yōu)選 槍、套間隙過(guò)大，影響射孔效果，間隙過(guò)小，易造成卡槍等事故，最佳間隙為013mm。研究區(qū)油井采用139.7 mm油層套管射孔完井，能夠采用的射孔槍

15、外徑主要有4種槍、套間隙與槍外徑的比值，如表所示。可見，102槍的槍套間隙與槍外徑的比值最小。因此，研究區(qū)139.7mm油層套管完井射孔中采用102槍較適合。 槍外徑槍外徑(mm)(mm)606073738989102102間隙/槍外徑(%)53.5535.119.810.9目前102槍使用的射孔槍彈性能見下表 射孔彈型射孔彈型混凝土混凝土 靶靶孔深孔深 (mm)(mm)混凝土混凝土 靶孔靶孔徑徑 (mm)(mm)壓實(shí)壓實(shí) 深度深度 (mm)(mm)壓實(shí)壓實(shí) 程度程度102-DP40RDX6001513.50.22YD1021501(HB) 聚能射孔彈58011.410.980.20 布孔方式

16、優(yōu)選 目前，主要有螺旋、交錯(cuò)和簡(jiǎn)單三種布孔方式，螺旋布孔優(yōu)于交錯(cuò)布孔，而交錯(cuò)布孔又優(yōu)于平面簡(jiǎn)單布孔，由于螺旋布孔是在槍身的每一平面上只射一個(gè)孔，槍身變形小、有利于施工，因此，最優(yōu)選擇應(yīng)為螺旋布孔。 射孔液優(yōu)選 根據(jù)研究區(qū)的三敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究區(qū)射孔液體系選擇無(wú)固相清潔鹽水射孔液能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，具有成本低、配置方便、使用安全的特點(diǎn)，同時(shí)射孔液中無(wú)固相顆粒，不會(huì)發(fā)生外來(lái)固相侵入油層孔道的問題。 研究區(qū)產(chǎn)油層敏感性分析 敏感性敏感性 層位層位鹽敏性鹽敏性水速敏性水速敏性水敏感性水敏感性P1層極強(qiáng)無(wú)速敏強(qiáng)水敏P2層強(qiáng)無(wú)速敏中等偏強(qiáng) （1)壓裂工藝現(xiàn)狀分析 研究區(qū)P1、P2儲(chǔ)層埋深13001450m，

17、平均孔隙度為21.6%，平均滲透率為966.310-3m2，平均含油飽和度為63.7%。雖然研究區(qū)埋深并不深，但對(duì)于稠油開采來(lái)說(shuō)已經(jīng)接近目前開采技術(shù)的下限深度。研究區(qū)的孔隙性、滲透性和含油性雖然較好，但稠油粘度大，開采難度大。根據(jù)試采特征分析，油井需壓裂增產(chǎn)。增產(chǎn)增注增產(chǎn)增注 (2）壓裂工藝設(shè)計(jì) 從研究區(qū)的條件出發(fā)，壓裂工藝方案實(shí)施建議與要求如下：（1）油井壓裂裂縫半長(zhǎng)推薦100-120m，裂縫導(dǎo)流能力為40m2cm。 （2）壓裂管柱主要采用62mm、76mm N-80級(jí)外加厚油管，配液壓坐封、解封封隔器，有套和無(wú)套噴砂器組成。 （3）壓裂體系配方：0.3%-0.4%胍膠+0.05%-0.1%

18、粘土穩(wěn)定劑+0.2%-0.3%助排劑+0.1%-0.2%破乳劑+0.01%激活劑。（4）壓裂支撐劑采用0.5-0.8mm陶粒，破碎率（28MPa下）14%。 （5）施工排量2.53m3/min，前置液比例19%，平均砂比25%，井口施工壓力2022MPa。 （6）所有壓裂液配液設(shè)備干凈，嚴(yán)格按照配方比配置壓裂液，保證壓裂液性能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。 （7）嚴(yán)格按照操作流程、按泵注程序進(jìn)行壓裂施工，壓裂施工符合HSE管理規(guī)定。 壓裂過(guò)程中的油層保護(hù)措施及要求（1）通過(guò)采用破膠活化技術(shù)、優(yōu)化破膠剖面及裂縫強(qiáng)制閉合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了快速返排，最大限度地降低了壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害。 （2）優(yōu)選優(yōu)質(zhì)助排劑，增大壓裂液粘度，降低濾失，減少水相的侵入，增加地層能量，提高自噴返排率，縮短入井流體在儲(chǔ)層的滯留時(shí)間，從而盡可能地減少入井流體對(duì)儲(chǔ)層的傷害。（3）采用射孔壓裂一體化技術(shù)，減少作業(yè)周期，縮短排液時(shí)間。油層保護(hù)油