石油工程設(shè)計(jì)大賽

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)《中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（SY/T10011-2006）針對設(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)，主要由對油田的地質(zhì)特征分析和對機(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)上相對合理。油田地質(zhì)特征采油（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)容開發(fā)方式

井區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量為901.14×104t，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?/p>

（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，這就要比稀油井用的抽油機(jī)有較大的富裕量。針對研究區(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的蘭石CYJY14-5.5-105HB抽油機(jī)。

機(jī)抽設(shè)備（2)抽油桿下表是各級抽油桿的機(jī)械性能：

抽油桿級別屈服強(qiáng)度〥sMpa抗拉強(qiáng)度〥bMpa延伸率〥%斷面收率Ψ%沖擊韌性akIJ/cm2D、D級防腐≥620794-965≥10≥50≥60.8H、H級防腐793-962966-1136≥1245-55╱

根據(jù)研究區(qū)油藏為稠油油藏的特點(diǎn)，H級超高強(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)對抽油桿造成不必要負(fù)荷。而我們選用H級超高強(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)格最大外徑上下端聯(lián)接油管規(guī)格in聯(lián)接抽油桿規(guī)格in泵常數(shù)m3/dФ44Ф892-7/83/42.24Ф57Ф892-7/83/43.69采油工藝原油粘度(mPa.s)2300相對密度(g／cm3)P1層脫氣原油的密度0.934P2層脫氣原油的密度0.928滲透率(10-3μm2)966.3油層深度(m)≈1300-1400油層厚度(m)P1層≈20P2層≈5-9孔隙度(%)0.216含油飽和度(%)0.637研究區(qū)油藏地質(zhì)參數(shù)油藏地質(zhì)參數(shù)蒸汽吞吐蒸汽驅(qū)1類2類3類4類5類現(xiàn)有技術(shù)近期改進(jìn)技術(shù)發(fā)展不適用原油粘度

(mPa.s)50～10000＜50000＜100000＜10000＜1000050～10000＜50000＞50000相對密度

(g／cm3)＞0.920＞0.920＞0.920＞0.920＞0.920＞0.920＞0.950＞0.980滲透率

(10-3μm2)≥200≥200≥200≥200≥200≥200≥200≥200＜200油層深度(m)150～1600＜1000＜5001600～1800＜500150～1400150～1600≤1800油層厚度(m)＞10＞10＞10＞105～10≥10.0≥10.0≥5.0＜5.0純總厚度比＞0.4＞0.4＞0.4＞0.4＞0.4≥0.50≥0.50≥0.50＜0.50孔隙度(%)≥0.20≥0.20≥0.20≥0.20≥0.20≥0.20≥0.20≥0.20＜0.20含油飽和度(%)≥0.50≥0.50≥0.50≥0.50≥0.50＞0.50＞0.50≥0.40＜0.40儲(chǔ)量系數(shù)(104t／km2.m)≥10.0≥10.0≥10.0≥10.0≥10.0≥10.0≥10.0＞7.0＜7.0極限周期汽油比0.240.260.240.250.17╱╱╱╱我國稠油油藏?zé)岵珊Y選標(biāo)準(zhǔn)表

對于多層油藏，油層縱向滲透率差異過大，對蒸汽驅(qū)效果影響極大。蒸汽帶沿高滲透帶過早地突破，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?/p>

（1）注氮?dú)庖种七叺姿肭帧?/p>

（2）補(bǔ)充地層能量。

（3）降低油層頂部熱損失。

（4）氮?dú)獬矊Φ貙拥谋刈饔谩?/p>

（5）稠油蒸汽吞吐的同時(shí)注氮?dú)饪梢杂行а娱L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χ判Ч挠绊懀瑱M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?，可以看出前置量比例小?0%，對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，吞吐過程中段塞式的混注氮?dú)狻?/p>

（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，作出如下分析：①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)生過兩次比較嚴(yán)重的井漏事故，所以裸眼完井無法進(jìn)行。②研究區(qū)儲(chǔ)層以巖屑、長石質(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)過程中可能會(huì)伴隨出砂的情況，因此，可采用防砂方式完井。

③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（2）射孔工藝設(shè)計(jì)

①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油層套管射孔完井。

套管程序外徑(mm)表套339.73技套244.48油套139.7②射孔工藝優(yōu)選

目前，國內(nèi)外常用的射孔工藝有三種：電纜傳輸射孔、過油管射孔、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。

③射孔槍、彈的優(yōu)選

槍、套間隙過大，影響射孔效果，間隙過小，易造成卡槍等事故，最佳間隙為0～13mm。研究區(qū)油井采用139.7mm油層套管射孔完井，能夠采用的射孔槍外徑主要有4種槍、套間隙與槍外徑的比值，如表所示?？梢姡?02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(mm)607389102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

射孔彈型混凝土靶孔深(mm)混凝土靶孔徑(mm)壓實(shí)深度(mm)壓實(shí)程度102-DP40RDX6001513.50.22YD102—150—1(HB)聚能射孔彈58011.410.980.20④布孔方式優(yōu)選

目前，主要有螺旋、交錯(cuò)和簡單三種布孔方式，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。

⑤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)射孔液體系選擇無固相清潔鹽水射孔液能滿足現(xiàn)場施工要求，具有成本低、配置方便、使用安全的特點(diǎn)，同時(shí)射孔液中無固相顆粒，不會(huì)發(fā)生外來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

層位鹽敏性水速敏性水敏感性P1層極強(qiáng)無速敏強(qiáng)水敏P2層強(qiáng)無速敏中等偏強(qiáng)

（1)壓裂工藝現(xiàn)狀分析

研究區(qū)P1、P2儲(chǔ)層埋深1300～1450m，平均孔隙度為21.6%，平均滲透率為966.3×10-3μm2，平均含油飽和度為63.7%。雖然研究區(qū)埋深并不深，但對于稠油開采來說已經(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(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）油井壓裂裂縫半長推薦100-120m，裂縫導(dǎo)流能力為40μm2?cm。（2）壓裂管柱主要采用φ62mm、φ76mmN-80級外加厚油管，配液壓坐封、解封封隔器，有套和無套噴砂器組成。（3）壓裂體系配方：0.3%-0.4%胍膠+0.05%-0.1%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2.5～3m3/min，前置液比例19%，平均砂比25%，井口施工壓力20～22MPa。（6）