完井工程基礎(chǔ)1

1、完 井 工 程煤層氣工程2011級(jí)1緒 論本課程主要內(nèi)容：第一章 完井的工程地質(zhì)基礎(chǔ)第二章 完井方法及其選擇第三章 井口裝置及完井管柱第四章 完井投產(chǎn)措施2教 材：完井工程自編講義（試用）參考書(shū)：1.現(xiàn)代完井工程，萬(wàn)仁溥編著， 石油工業(yè)出版社，2008年 2.實(shí)用完井工程，李克向編著 石油工業(yè)出版社，2002年 3.鉆井工程理論與技術(shù) 緒 論3緒 論埋藏在地下的油氣開(kāi)采到地面，一般需三個(gè)過(guò)程：1. 建立地面至地下儲(chǔ)層之間的連接通道，有效保護(hù)油氣層，保證最大開(kāi)采效益和開(kāi)采壽命-鉆完井工程2. 使儲(chǔ)藏在地層孔隙、裂縫中油氣，沿復(fù)雜的油氣層孔隙網(wǎng)或裂縫網(wǎng)，有效地流入井底-油藏開(kāi)發(fā)工程3. 流入井底油

2、氣沿井筒有效地流到地面-采油工程三個(gè)過(guò)程相互聯(lián)系、相互影響、不可分割的統(tǒng)一體。4oil zone 中間套管(技術(shù)套管)表層套管生產(chǎn)套管(油層套管)一開(kāi)二開(kāi)三開(kāi)緒 論5緒 論6直接運(yùn)移運(yùn)移達(dá)西流井筒基質(zhì)孔隙割理擴(kuò)散外生裂隙井筒I、II類煤7、類煤基質(zhì)孔裂隙表面解析、擴(kuò)散基質(zhì)大裂隙擴(kuò)散井孔8一、完井的定義 完井是使井眼與油氣儲(chǔ)集層（產(chǎn)層、生產(chǎn)層）連通的工序（Well Completion），是銜接鉆井工程和采油工程而又相對(duì)獨(dú)立的工程，包括從鉆開(kāi)油氣層開(kāi)始，到下生產(chǎn)套管、注水泥固井、射孔、下生產(chǎn)管柱、排液，直至投產(chǎn)的系統(tǒng)工程。緒 論9二、完井內(nèi)容 美國(guó)、前蘇聯(lián)和我國(guó)過(guò)去，一般都認(rèn)為完井工程是鉆井工程

3、最后一道工序，包括： 鉆開(kāi)儲(chǔ)集層（生產(chǎn)層）；下套管、注水泥固井、射孔、下生產(chǎn)管柱、排液；確定完井井底結(jié)構(gòu)，使井眼與產(chǎn)層連通；安裝井底和井口等環(huán)節(jié)，直至投產(chǎn)。 合理選擇完井方式，可以有效地開(kāi)發(fā)油氣田，延長(zhǎng)油氣井壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益。緒 論10巖心分析及敏感性評(píng)價(jià)鉆井液的選擇 出砂預(yù)測(cè)及出砂規(guī)律 生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè) 不確定性參數(shù)定量分析 完井動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)性分析 完井方法優(yōu)選油管及生產(chǎn)套管尺寸 注水泥設(shè)計(jì)、固井質(zhì)量射孔及完井液設(shè)計(jì) 完井生產(chǎn)管柱設(shè)計(jì) 完井的試井評(píng)價(jià) 投產(chǎn)措施三、現(xiàn)代完井工程內(nèi)容緒 論11第一章 完井的工程地質(zhì)基礎(chǔ)一、油氣藏分類二、儲(chǔ)層流體三、儲(chǔ)層巖性特征四、儲(chǔ)層物性五、地應(yīng)力的概念與確

4、定12一、 油氣藏分類 1. 按照油氣儲(chǔ)集空間和流體流動(dòng)主要通道的不同 ： 1）孔隙型油藏 以粒間孔隙為儲(chǔ)油空間和滲流通道。 砂巖、礫巖、生物碎屑巖儲(chǔ)油層。2）裂縫型油藏 裂縫既是主要儲(chǔ)油空間又是滲流通道 。 可能不存在原生孔隙或有孔隙而不連通、不滲透。 碳酸鹽巖、變質(zhì)巖、泥頁(yè)巖儲(chǔ)油層都可形成。 133）裂縫孔隙型油藏 以粒間孔隙為主要儲(chǔ)油空間，以裂縫為主要滲流通道； 裂縫往往延伸較遠(yuǎn)而孔隙滲透率卻很低 。一、 油氣藏分類144）孔隙裂縫型油藏 粒間孔隙和裂縫都是儲(chǔ)油空間，又都是滲流通道. 裂縫發(fā)育而延伸不遠(yuǎn)，油層孔隙度較低 。5）洞隙型油藏 溶洞、孔洞、孔隙和裂縫既是儲(chǔ)油空間，又是滲流通道。

5、 儲(chǔ)油層均屬可溶性鹽類沉積層，基本上沒(méi)有原生孔隙，只有次生孔隙。一、 油氣藏分類15 2. 油藏按幾何形態(tài)分類：1）塊狀油藏 油層有效厚度大（大于10m) ，有氣頂、底水，統(tǒng)一水動(dòng)力系統(tǒng)和良好連通性，底水有補(bǔ)給能力。 2）層狀油藏多屬背斜圈閉，構(gòu)造完整，具有統(tǒng)一的油水界面。 3）斷塊油藏 斷裂十分發(fā)育，構(gòu)造被切割成許多大小不等斷塊。 4）透鏡體油藏 砂體幾何形態(tài)的地質(zhì)描述一般以長(zhǎng)寬比劃分。 一、 油氣藏分類16 3. 按原油分類:（1）常規(guī)油藏：地層原油粘度小于50mPa S ， 可采用注水開(kāi)發(fā)。（2）稠油油藏：地層原油粘度大于50mPa S ，熱采 （3）高凝油藏：蠟基原油，原油流溫必須高于

6、 凝固點(diǎn)，才能維持正常生產(chǎn)。一、 油氣藏分類17 儲(chǔ)層流體充填于巖石孔隙，油、氣、水三大類。1. 原油原油是由各種烴與少量雜質(zhì)組成的液態(tài)可燃礦物，原油的重要物理性質(zhì)包括密度、粘度、凝固點(diǎn)等。我國(guó)按粘度將原油劃為常規(guī)油和稠油兩大類：油層溫度下脫氣原油粘度小50mPaS常規(guī)油，油層溫度下脫氣原油粘度大于50mPaS 稠油。二、儲(chǔ)層流體182. 天然氣天然氣存在狀態(tài)： 伴隨原油產(chǎn)出的溶解氣； 氣頂產(chǎn)出的游離氣（或氣藏、薄夾層）； 地層水中的溶解氣。天然氣主要成分： 甲烷為主，少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和重?zé)N； 非烴氣體包括N2、CO2、H2S、He等。二、儲(chǔ)層流體19地層水：天然出現(xiàn)在巖石中，并且在

7、鉆井以前一直存在的水。油田水：任何與油氣藏伴生的水，這些水有某些突出的化學(xué)特征。原生水：至少在地質(zhì)時(shí)期的大部分時(shí)間中已經(jīng)同大氣失去接觸的化石水。二、儲(chǔ)層流體3. 水20儲(chǔ)層巖性：碎屑巖和碳酸鹽巖為主， 少量巖漿巖和變質(zhì)巖，甚至頁(yè)巖。1. 碎屑巖儲(chǔ)層巖石類型：礫巖、砂礫巖、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖和粉砂巖。砂巖中四種基本孔隙類型：粒間孔、溶蝕孔、基質(zhì)微孔和裂縫。三、 儲(chǔ)層巖性特征21巖砂石長(zhǎng)三、 儲(chǔ)層巖性特征巖砂鐵含22巖砂硬巖砂粉三、 儲(chǔ)層巖性特征232.碳酸鹽巖儲(chǔ)層碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要巖性： 石灰?guī)r、白云巖及其過(guò)渡巖石類型。主要儲(chǔ)集在粒屑灰?guī)r、生物骨架灰?guī)r和白云巖三種巖類的孔隙中。碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙

8、類型：原生孔隙和次生孔隙。 三、 儲(chǔ)層巖性特征24洞 穴 2 毫米巨 孔 1.02.0毫米粗 孔 0.51.0毫米中等孔 0.250.5毫米細(xì) 孔 0.10.25毫米很細(xì)孔 0.010.1毫米極細(xì)孔 0 . 01 毫米。 三、 儲(chǔ)層巖性特征碳酸鹽巖儲(chǔ)層中次生孔隙空間往往變化很大，根據(jù)孔隙直徑的大小又可分為： 25石 灰 石三、 儲(chǔ)層巖性特征26平板石灰石三、 儲(chǔ)層巖性特征273.巖漿巖和變質(zhì)巖儲(chǔ)層隨著研究的深入和勘探的擴(kuò)大，世界各國(guó)在巖漿巖和變質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)了不少油氣田。我國(guó)東北興隆臺(tái)地區(qū)太古代花崗巖和中生界花崗角礫巖、火山噴發(fā)巖中獲得了工業(yè)性油流。酒西盆地鴨兒峽油田志留系變質(zhì)巖中找到了裂縫性油藏

9、。該兩類儲(chǔ)層中還有較多的潛在儲(chǔ)量。三、 儲(chǔ)層巖性特征28三、 儲(chǔ)層巖性特征花 崗 巖黑云母花崗巖29三、 儲(chǔ)層巖性特征燧石角礫石火山角爍石304.頁(yè)巖儲(chǔ)層一般情況下頁(yè)巖是蓋層或隔層，特定條件下也可以形成油氣藏。 對(duì)獲取新的油氣資源很有價(jià)值。 三、 儲(chǔ)層巖性特征31三、 儲(chǔ)層巖性特征粘土頁(yè)巖 含碳頁(yè)巖32油頁(yè)巖三、 儲(chǔ)層巖性特征33油層物性是評(píng)價(jià)儲(chǔ)集和滲流能力的基本參數(shù)，包括： 孔隙度（Porosity） 滲透率（Permeability） 孔隙結(jié)構(gòu)（Pore structure） 潤(rùn)濕性 （Wettability）四、儲(chǔ)層物性34儲(chǔ)層類型名稱孔隙度，% 滲透率 10-3m-2特高孔特高滲302

10、000高孔高滲25305002000中孔中滲1525100500低孔低滲101510100特低孔特低滲10101. 孔隙度 衡量巖石儲(chǔ)集流體能力的參數(shù) 砂巖孔隙度：主要決定因素是碎屑顆粒的大小以及分選程度好壞 。四、儲(chǔ)層物性35碳酸鹽巖孔隙發(fā)育情況與砂巖相似。裂隙(縫)孔隙度一般很低，0.016%，大部分很少超過(guò)3。碳酸鹽巖的孔隙仍然是儲(chǔ)油氣空間，裂縫則主要形成高滲透帶。四、儲(chǔ)層物性36四、儲(chǔ)層物性 2. 滲透率巖石允許流體通過(guò)能力的大小 絕對(duì)滲透率、相對(duì)滲透率、有效滲透率影響孔隙度的地質(zhì)因素也影響孔隙系統(tǒng)絕對(duì)滲透率滲透率同孔隙度、粒徑、分選、排列方式關(guān)系密切國(guó)外： 0.01m2為孔隙型油層高

11、滲和低滲區(qū)分標(biāo)準(zhǔn) 0.1m2 為裂縫型油層高滲和低滲區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)37四、儲(chǔ)層物性1.絕對(duì)滲透率巖石孔隙中只有一種流體(單相)存在，流體不與巖石起任何物理和化學(xué)反應(yīng)，且流體的流動(dòng)符合達(dá)西直線滲濾定律時(shí)，所測(cè)得的滲透率 。2.有效滲透率多相流體在多孔介質(zhì)中滲流時(shí)，其中某一項(xiàng)流體的滲透率叫該項(xiàng)流體的有效滲透率，又叫相滲透率。3.相對(duì)滲透率：多相流體在多孔介質(zhì)中滲流時(shí)，其中某一項(xiàng)流體在該飽和度下的滲透系數(shù)與該介質(zhì)的飽和滲透系數(shù)的比值叫相對(duì)滲透率，是無(wú)量綱量。38通過(guò)細(xì)菌作用增加煤儲(chǔ)層的滲透性之前 x55之前 x800之后 x55之后 x80039五 巖心分析 一、完井工程中巖心分析的內(nèi)容及技術(shù)要求 巖心分

12、析技術(shù)是指利用能揭示巖石本質(zhì)的各種儀器設(shè)備來(lái)觀測(cè)和分析儲(chǔ)層一切特性的技術(shù)總稱。 包括：常規(guī)物性分析、巖相學(xué)分析、孔隙結(jié)構(gòu)分析、敏感性分析及配伍性評(píng)價(jià)。402孔隙結(jié)構(gòu)分析 基于前述的鑄體薄片和孔隙鑄體分析，并結(jié)合巖心毛細(xì)管壓力曲線的測(cè)定，從而確定孔隙類型、孔隙直徑、喉道大小及分布規(guī)律。 研究地層微粒在巖石孔隙中的運(yùn)移規(guī)律、外來(lái)固相堵塞油氣層的機(jī)理，設(shè)計(jì)鉆開(kāi)油氣層的屏蔽式暫堵完井液十分重要。413粘土礦物分析 (1)粘土礦物產(chǎn)狀及潛在傷害 在成巖過(guò)程中通過(guò)化學(xué)沉淀和早期粘土礦物演變而成的自生粘土礦物，由于完全暴露在孔隙流體中，優(yōu)先與進(jìn)入地層的流體發(fā)生各種物理化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的地層傷害。(2)

13、不同類型粘土礦物的潛在傷害 1)蒙脫石（強(qiáng)烈水敏，體積膨脹6-10倍） 2)高嶺石（速敏） 3)伊利石 4)綠泥石（易酸敏釋放出Fe離子 ，然后轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3）42 4 粒度分析 指確定巖石中不同粗細(xì)質(zhì)點(diǎn)的含量。研究沉積巖的成因和沉積環(huán)境、儲(chǔ)集層巖石分類和評(píng)價(jià)，松弱膠結(jié)儲(chǔ)層礫石充填完井設(shè)計(jì)重要依據(jù)。 主要有篩析法、沉降法、薄片圖像統(tǒng)計(jì)法和激光衍射法。43三、煤芯分析及作用(1)形貌觀測(cè)：宏觀煤巖類型、煤體結(jié)構(gòu)、孔隙特征(2)壓汞法：孔隙大小、分布特征(3)液氮：比表面積(4)等溫吸附：蘭式體積、蘭式壓力參數(shù)(5)反射率測(cè)試：煤級(jí)(6)煤質(zhì)分析：礦物含量、灰分、含水、含碳等指標(biāo)。(7)氣體

14、成分分析 確定煤的強(qiáng)度、吸附特性、臨界解吸壓力、采取的增產(chǎn)措施、完井方式等。44顯微鏡照片45AFM照片4647敏感性評(píng)價(jià)一、儲(chǔ)層傷害及其敏感性評(píng)價(jià) 絕大多數(shù)儲(chǔ)層，總是或多或少含有敏感性礦物，它們一般粒徑很小(20微米)，分布在孔隙表面和喉道處，處于外來(lái)流體優(yōu)先接觸的位置。 由于敏感性礦物的物理和化學(xué)穩(wěn)定區(qū)間狹小，在完井作業(yè)中，當(dāng)各種外來(lái)流體(入井液)侵入油氣層后，最容易與其所含流體、礦物作用，其結(jié)果是降低油氣天然生產(chǎn)能力或注入能力，即發(fā)生油氣層傷害。 傷害程度用油氣層滲透率的下降幅度來(lái)表示。 48 二、速敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)1速敏概念和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?在鉆井、采油、增產(chǎn)作業(yè)和注水等作業(yè)或生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)流體在

15、油氣層中流動(dòng)時(shí)，引起油氣層中微粒運(yùn)移井堵塞喉道造成油氣層滲透率下降的現(xiàn)象。目的：1) 找出由于流速作用導(dǎo)致微粒運(yùn)移從而發(fā)生傷害的臨界流速。2) 為后續(xù)的水敏、鹽敏、堿敏和酸敏等4種實(shí)驗(yàn)及其它各種傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)確定合理的實(shí)驗(yàn)流速提供依據(jù)。3)為確定合理的注采速度提供科學(xué)依據(jù)。49 三、水敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)1水敏概念及實(shí)驗(yàn)?zāi)康?當(dāng)?shù)M(jìn)入地層時(shí)，某些粘土礦物就會(huì)發(fā)生膨脹、分散、運(yùn)移，從而減小或堵塞地層孔隙和喉道，造成滲透率的降低。 目的：了解粘土礦物遇淡水后的膨脹、分散、運(yùn)移過(guò)程，找出發(fā)生水敏的條件及水敏引起的油氣層傷害程度，為各類工作液的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。50 四、鹽敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn) 1 鹽敏概念及實(shí)驗(yàn)?zāi)康?當(dāng)高于

16、地層水礦化度的工作液濾液進(jìn)入油氣層后，可能引起粘土的收縮、失穩(wěn)、脫落， 當(dāng)?shù)陀诘貙铀V化度的工作液濾液進(jìn)入油氣層后，則可能引起粘土的膨脹和分散。 目的：找出鹽敏發(fā)生的條件以及由鹽敏引起的油氣層傷害程度，為各類工作液的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。51 五、堿敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)1堿敏概念及實(shí)驗(yàn)?zāi)康?地層水PH值一般為49，而大多數(shù)鉆井液和水泥漿的pH值在8-12之間，當(dāng)高pH值流體進(jìn)入油氣層后，將造成油氣層中粘土礦物和硅質(zhì)膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)破壞，從而造成油氣層的堵塞傷害。大量氫氧根與某些二價(jià)陽(yáng)離子結(jié)合會(huì)生成不溶物，也會(huì)造成油氣層的堵塞傷害。 目的：找出堿敏發(fā)生的條件，主要是臨界pH值。52 六、酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn) 1 概念及實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

17、的 指油氣層與酸作用后引起的滲透率降低的現(xiàn)象。目的：研究各種酸液的酸敏程度，其本質(zhì)是研究酸液與油氣層的配伍性，為油氣層基質(zhì)酸化時(shí)確定合理的酸液配方提供依據(jù)。 53六、地應(yīng)力的概念與確定內(nèi)力：物體受到外力作用，在它內(nèi)部同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與此外力相對(duì)抗以保持平衡的力。應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。地殼不同部位出現(xiàn)受力不均衡，分別受到擠壓、拉伸、旋扭等力作用，促使地殼中巖層發(fā)生變形。地應(yīng)力：巖層產(chǎn)生一種反抗變形的力，這種內(nèi)部產(chǎn)生的并作用在地殼單位面積上的力，稱為地應(yīng)力。地應(yīng)力的概念54假設(shè)油田地層處于三軸地應(yīng)力作用，其三個(gè)主方向的主應(yīng)力為最大水平主應(yīng)力、最小水平地應(yīng)力和垂向應(yīng)力。來(lái)源：1. 巖體自重 2. 構(gòu)造應(yīng)力 3. 溫度升高產(chǎn)生附加應(yīng)力巖體自重引起垂向應(yīng)力。水平向地應(yīng)力由巖體自重、地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地層流體壓力及地層溫度變化產(chǎn)生。六、地應(yīng)力的概念與確定55地應(yīng)力測(cè)量，根據(jù)技術(shù)原理主要有兩類方法：直接測(cè)量：通過(guò)測(cè)量巖石的破裂直接確定。間接測(cè)量：通過(guò)測(cè)量巖石變形和物性變化反演。具體確定方法可以分為四大類： 1. 礦場(chǎng)應(yīng)力測(cè)量 2. 利用地質(zhì)地震資料分析 3. 巖心測(cè)量 4. 地應(yīng)力計(jì)算六、地應(yīng)力的概念與確定561. 礦場(chǎng)應(yīng)力測(cè)量：水力微壓裂法井壁崩落法（方向）長(zhǎng)源距聲波法地面電位法（方向）井下微地震波法（方向）