開(kāi)發(fā)生產(chǎn)保護(hù)技術(shù)

開(kāi)發(fā)生產(chǎn)油氣層保護(hù)技術(shù)

游利軍西南石油大學(xué)/石油工程學(xué)院油井完井技術(shù)中心第一頁(yè)，共六十頁(yè)。提綱1、概述2、采油保護(hù)技術(shù)3、采氣保護(hù)技術(shù)4、注水保護(hù)技術(shù)第二頁(yè)，共六十頁(yè)。1、概述開(kāi)發(fā)生產(chǎn)油氣層損害保護(hù)油氣層基本思路保護(hù)油氣層的重要性第三頁(yè)，共六十頁(yè)。

1.1開(kāi)發(fā)生產(chǎn)油氣層損害油氣藏動(dòng)態(tài)性：油氣藏自身變化和引入物質(zhì)—油氣水重新分布，含油、水、氣飽和度發(fā)生顯著變化—儲(chǔ)滲空間不斷改變，物性?xún)蓸O分化。粘土礦物膨脹、分散、運(yùn)移，固相侵入，結(jié)垢，細(xì)菌侵入等—巖石潤(rùn)濕性變化，由注入流體、表面活性劑加入引起—油氣藏水動(dòng)力場(chǎng)改變，壓力、地應(yīng)力、天然驅(qū)動(dòng)能量—溫度場(chǎng)改變，注冷水、注蒸汽、火燒油層—天然裂縫張開(kāi)或閉合，人工縫出現(xiàn)第四頁(yè)，共六十頁(yè)。

1.1開(kāi)發(fā)生產(chǎn)油氣層損害損害周期長(zhǎng)——可達(dá)油氣田整個(gè)生命期損害范圍大——井間任何部位損害復(fù)雜性——設(shè)備多、工藝流程長(zhǎng)損害疊加性——系列過(guò)程損害疊加損害累積性——使某些微弱的損害強(qiáng)化第五頁(yè)，共六十頁(yè)。1.2保護(hù)油氣層基本思路了解油氣藏的開(kāi)發(fā)地質(zhì)特征、開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)、方案執(zhí)行情況努力掌握油氣藏的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律恰當(dāng)診斷先期完井、投產(chǎn)作業(yè)損害和開(kāi)發(fā)生產(chǎn)作業(yè)潛在損害生產(chǎn)作業(yè)描述和工作流體使用狀況實(shí)驗(yàn)分析與礦場(chǎng)分析相結(jié)合，優(yōu)化保護(hù)措施現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與推廣第六頁(yè)，共六十頁(yè)。1.3保護(hù)油氣層的重要性保護(hù)油氣層技術(shù)是系統(tǒng)工程，必須終身保護(hù)我國(guó)主要油田處于開(kāi)發(fā)中后期，作業(yè)頻繁復(fù)雜油氣藏、特殊油氣藏、邊際油氣藏，不采取保護(hù)措施，就不能經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)實(shí)際也呼喚開(kāi)發(fā)生產(chǎn)保護(hù)技術(shù)盡快實(shí)現(xiàn)實(shí)用化、系列化開(kāi)發(fā)生產(chǎn)保護(hù)技術(shù)的認(rèn)識(shí)至今未能形成共識(shí)，觀念急需更新，人員急需培訓(xùn)第七頁(yè)，共六十頁(yè)。提綱1、概述2、采油保護(hù)技術(shù)3、采氣保護(hù)技術(shù)4、注水保護(hù)技術(shù)第八頁(yè)，共六十頁(yè)。（1）生產(chǎn)壓差過(guò)大：采油工作制度不合理或選用過(guò)大的油嘴，或生產(chǎn)壓差過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致一系列的危害—地層微粒運(yùn)移，形成速敏損害，降低地層有效滲透率—嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成地層出砂，這種情況在低滲、低壓稠油油藏最容易出現(xiàn)2.1采油損害分析第九頁(yè)，共六十頁(yè)。第十頁(yè)，共六十頁(yè)。（2）應(yīng)力敏感損害—由于生產(chǎn)壓差過(guò)大，有效應(yīng)力增加，使儲(chǔ)層孔喉壓縮、裂縫閉合，從而使?jié)B透率下降—對(duì)于低孔低滲儲(chǔ)層、低孔特低滲儲(chǔ)層、致密氣層、裂縫性?xún)?chǔ)層尤為重要2.1采油損害分析第十一頁(yè)，共六十頁(yè)。應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)曲線第十二頁(yè)，共六十頁(yè)。（3）結(jié)垢損害

—出現(xiàn)地層壓力下降和地溫下降：—無(wú)機(jī)垢，壓力下降將可能導(dǎo)致鹽類(lèi)沉淀和結(jié)垢

CaCO3CaSO4BaSO4—有機(jī)垢，原油中的石蠟和瀝青質(zhì)會(huì)從液相中分離出來(lái)，沉積在井壁附近地層中或井筒里，造成地層堵塞2.1采油損害分析第十三頁(yè)，共六十頁(yè)。

（4）潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)/乳化堵塞—隨著地層壓力的下降，水驅(qū)油藏的井含水率上升，進(jìn)而引起儲(chǔ)層潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)或乳化堵塞地層現(xiàn)象2.1采油損害分析第十四頁(yè)，共六十頁(yè)。（5）脫氣——當(dāng)油氣層壓力降低到低于飽和壓力時(shí)，氣體不斷地從油中析出，流體在儲(chǔ)層中的滲流由單相流變成多相流，油的相對(duì)滲透率下降，油井總產(chǎn)液量和產(chǎn)油量均下降2.1采油損害分析第十五頁(yè)，共六十頁(yè)。（1）確定合理的采油工作制度—根據(jù)油氣儲(chǔ)量規(guī)模、地層能量、地層壓力、儲(chǔ)層滲透率，以及含水區(qū)范圍與生產(chǎn)井的垂向、水平距離等因素，通過(guò)試井和試采等優(yōu)化出合理的采油工作制度2.2采油過(guò)程保護(hù)技術(shù)第十六頁(yè)，共六十頁(yè)。最佳采油量的確定

Qmax1.8310-3QcAQHDc2

Qc—根據(jù)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)等確定油層最高采油速度，然后根據(jù)試井試采及數(shù)值模擬確定最佳采油量Q,使

QQmax2.2采油過(guò)程保護(hù)技術(shù)第十七頁(yè)，共六十頁(yè)。式中，A=dh*SPE*SE表示射孔單位射開(kāi)厚度的流動(dòng)面積，cm2Qc實(shí)驗(yàn)巖心臨界流量，m3/dQmax

最高采油量，m3/dDc

巖心直徑，cmH

射開(kāi)層段厚度

Q

油層孔隙度h

射孔孔眼長(zhǎng)度Qc

巖心孔隙度d

射孔孔眼直徑SPE孔密，孔/米SE

發(fā)射率2.2采油過(guò)程保護(hù)技術(shù)第十八頁(yè)，共六十頁(yè)。（2）保持地層壓力下開(kāi)采—保持壓力在飽和壓力以上開(kāi)采，壓力緩慢降落，避免脫氣、結(jié)垢損害—我國(guó)常用注水，甚至早期注水保持地層壓力—對(duì)于新開(kāi)發(fā)的油氣田，尤其應(yīng)注意防止生產(chǎn)壓差過(guò)大所帶來(lái)的危害，如底水錐進(jìn)、邊水指進(jìn)、油井出砂和脫氣2.2采油過(guò)程保護(hù)技術(shù)第十九頁(yè)，共六十頁(yè)。（3）早期預(yù)防措施—根據(jù)儲(chǔ)層特征、損害機(jī)理，結(jié)合油氣田開(kāi)發(fā)要求等，制定出防止油層損害的基本技術(shù)和措施—優(yōu)選完井方法，建立合理的井底結(jié)構(gòu)—選擇適當(dāng)?shù)姆拦复胧鳂I(yè)壓力保持平穩(wěn)，避免頻繁更換油嘴—精心維護(hù)采油設(shè)備，確保正常、高效運(yùn)轉(zhuǎn)2.2采油過(guò)程保護(hù)技術(shù)第二十頁(yè)，共六十頁(yè)。（4）緩解和消除采油損害的措施—控制生產(chǎn)壓差、限制產(chǎn)量可緩解結(jié)垢和出砂—實(shí)現(xiàn)注采平衡，調(diào)整產(chǎn)液剖面，及時(shí)堵水—熱洗清蠟、酸化解堵、壓裂—注垢抑制劑，除垢劑—及時(shí)修井，清洗孔眼、礫石層—高滲油層壓裂—礫石充填防砂技術(shù)—磁化、物理震蕩、超聲波采油2.2采油過(guò)程保護(hù)技術(shù)第二十一頁(yè)，共六十頁(yè)。提綱1、概述2、采油保護(hù)技術(shù)3、采氣保護(hù)技術(shù)4、注水保護(hù)技術(shù)第二十二頁(yè)，共六十頁(yè)。與采油過(guò)程損害有相似之處特殊性：相圈閉損害嚴(yán)重—?dú)饩?jiàn)水后井底積水，形成水相圈閉，伴隨無(wú)機(jī)垢沉積，產(chǎn)量銳減—凝析氣藏，若井底流壓低于露點(diǎn)壓力，油相在井筒附近聚集，形成油相圈閉—低壓氣藏，舉升困難，回壓過(guò)大—高壓裂縫性氣藏，應(yīng)力敏感性強(qiáng)井口形成水合物晶體若含有腐蝕性氣體，井下工具腐蝕嚴(yán)重3.1采氣儲(chǔ)層損害第二十三頁(yè)，共六十頁(yè)。Schlumberger,2004第二十四頁(yè)，共六十頁(yè)。合理的井身結(jié)構(gòu)，含有活躍底水、邊水時(shí)，采用射孔完成，控制好避射厚度，川合100井采氣過(guò)程壓差平穩(wěn)及時(shí)排液，根據(jù)產(chǎn)液量確定合適的舉升措施，排水采氣采取防腐、防垢措施，延長(zhǎng)正常生產(chǎn)期，新851井注氣保持壓力，流壓高于露點(diǎn)壓力，避免油相圈閉損害采用氣基流體作為壓井液、修井液，如泡沫，威遠(yuǎn)氣田采用氣基流體作為酸化液、壓裂液，如泡沫酸、高能氣體壓裂、泡沫壓裂液、液氮、液CO2等3.2采氣過(guò)程保護(hù)技術(shù)第二十五頁(yè)，共六十頁(yè)。找水堵水，及時(shí)排液，排水采氣注入熱干氣（不含水，不含油）重復(fù)射孔，射穿損害帶——微粒運(yùn)移損害、結(jié)垢損害酸洗除垢井下電磁加熱，解除水相圈閉高能氣體壓裂、泡沫壓裂、液氮、液CO2壓裂等3.3采氣過(guò)程損害的解除第二十六頁(yè)，共六十頁(yè)。提綱1、概述2、采油保護(hù)技術(shù)3、采氣保護(hù)技術(shù)4、注水保護(hù)技術(shù)第二十七頁(yè)，共六十頁(yè)。損害類(lèi)型

原因

損害程度外來(lái)顆粒堵塞懸浮物含量過(guò)高****次生顆粒堵塞腐蝕產(chǎn)物、有機(jī)垢、無(wú)機(jī)垢**細(xì)菌堵塞細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物***粘土膨脹注入水與地層巖石不配伍（如淡水）****微粒運(yùn)移注水壓力波動(dòng)、流速過(guò)高***膠結(jié)顆粒擴(kuò)散、溶解乳化堵塞/水鎖表面活性劑、粘性流體侵入***潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)表面活性劑**出砂*注水損害類(lèi)型及原因第二十八頁(yè)，共六十頁(yè)。（1）注入水與地層巖石不配伍—注入水造成粘土礦物水化膨脹、分散運(yùn)移—注水速率太高，引起地層松散微粒分散、運(yùn)移（2）注入水與地層流體不配伍—沉淀與無(wú)機(jī)垢（水型不同、礦化度不同）—有機(jī)垢（溫度下降等）4.0注水損害機(jī)理第二十九頁(yè)，共六十頁(yè)。（3）注入水水質(zhì)太差—注入水中機(jī)械雜質(zhì)含量大：堵塞—注入水中溶解氧含量大：腐蝕、結(jié)垢、腐蝕產(chǎn)物、菌體—含油量大：液阻、乳化堵塞、水相滲透率下降—細(xì)菌含量大：腐蝕、腐蝕產(chǎn)物、菌體4.0注水損害機(jī)理第三十頁(yè)，共六十頁(yè)。

1）機(jī)雜種類(lèi)及大小

泥砂：0.05-4m的粘土，4-60m的粉砂，>60的細(xì)砂

各種腐蝕產(chǎn)物及垢：Fe2O3,CaCO3,CaSO4,FeS等

細(xì)菌SRB5-10m、TGB10-30m

有機(jī)物膠質(zhì)瀝青和石蠟等按顆粒大小分4.1注入水機(jī)械雜質(zhì)損害第三十一頁(yè)，共六十頁(yè)。

硬性機(jī)雜：砂粒、無(wú)機(jī)垢、腐蝕產(chǎn)物

軟性機(jī)雜：細(xì)菌、有機(jī)物

球型狀砂粒、腐蝕產(chǎn)物

片狀粘土有機(jī)物、腐蝕產(chǎn)物

條形狀細(xì)菌按硬度及形狀分機(jī)雜種類(lèi)與形狀第三十二頁(yè)，共六十頁(yè)。

機(jī)雜顆粒堵塞地層實(shí)際上是機(jī)雜顆粒被地層孔隙所捕獲的過(guò)程，捕獲的機(jī)理有：

沉降作用：顆粒直徑、密度、顆粒沉降速度

攔截作用：一種深層過(guò)濾過(guò)程，顆粒直徑、攔截慣性作用：顆粒隨流體流動(dòng)時(shí)因迂回曲折的孔隙而不斷改變流向，但顆粒在慣性力的作用下可能會(huì)偏離流向而被捕獲直徑密度慣性作用

擴(kuò)散作用：對(duì)于較小的固體顆粒，無(wú)規(guī)則的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是它們被捕獲的重要原因2）機(jī)雜堵塞第三十三頁(yè)，共六十頁(yè)。

3）四種類(lèi)型機(jī)雜堵塞

井眼變窄外泥餅作用橋堵內(nèi)泥餅作用井底升高沉淀炮眼堵塞完井液（射孔液、壓井液等）對(duì)于多數(shù)射孔完成的注水井，炮眼堵塞是注水井損害的主要形式，炮眼堵塞除與機(jī)雜顆粒濃度大小以及注入壓力有關(guān)外，還與儲(chǔ)層特征、射孔條件射孔參數(shù)等有關(guān)第三十四頁(yè)，共六十頁(yè)。

注入

注入注入注入井眼變窄炮眼堵塞橋堵井底升高第三十五頁(yè)，共六十頁(yè)。

（1）水敏損害—水敏損害是注入水與地層巖石不配伍的主要表現(xiàn)形式，是注水井地層損害的重要原因之一?！舻V物中，蒙脫石、伊/蒙間層、白云母是重要的水敏礦物。—許多砂巖儲(chǔ)層有10%-15%的粘土礦物—油田注水初期，注入水多為淺層地下水或淺層水、江湖水，礦化度很低（淡水）

4.2與巖石礦物不配伍損害第三十六頁(yè)，共六十頁(yè)。巖心鹽敏實(shí)驗(yàn)曲線第三十七頁(yè)，共六十頁(yè)。巖心水敏實(shí)驗(yàn)曲線第三十八頁(yè)，共六十頁(yè)。

（2）速敏損害—速敏礦物有高嶺石、伊利石、微晶石英等—速敏損害程度與注入壓力有關(guān)，還與水敏損害程度有關(guān)

4.2與巖石礦物不配伍損害第三十九頁(yè)，共六十頁(yè)。巖心鹽水速敏實(shí)驗(yàn)曲線第四十頁(yè)，共六十頁(yè)。

（3）潤(rùn)濕性變化—油層大部分是中間潤(rùn)濕或水濕，水濕油層變?yōu)橛蜐窈螅瑵B透率降低40%，采收率也減低—一切陽(yáng)離子表面活性劑的濾液、防腐劑、殺菌劑、破乳劑、含瀝青油基液鹽水、含油液體都會(huì)改變油層潤(rùn)濕性

4.2與巖石礦物不配伍損害第四十一頁(yè)，共六十頁(yè)。

注入水與地層水不配伍是指注入水與地層水混合后生成沉淀，以及注入水中的溶解氧和細(xì)菌等引起的地層堵塞（1）注入水與地層水混和后生成沉淀——根本原因是注入水與地層水所含難溶離子濃度積大于該化合物的溶度積

4.3與地層水不配伍損害第四十二頁(yè)，共六十頁(yè)。注入水與地層水水型第四十三頁(yè)，共六十頁(yè)。油田常見(jiàn)水垢第四十四頁(yè)，共六十頁(yè)。

（2）溶解氧引起沉淀

氧化注水設(shè)施，產(chǎn)生Fe(OH)2、Fe(OH)3沉淀有利于好氧菌的繁殖使原油中不溶解性烴衍生物增多而析出沉淀第四十五頁(yè)，共六十頁(yè)。

Ca(HCO3)2CaCO3+CO2+H2O

當(dāng)壓力下降時(shí)，PCO2,CO2逸出，平衡向右移動(dòng)，CaCO3，此外，CO2具有腐蝕性（3）游離二氧化碳引起沉淀第四十六頁(yè)，共六十頁(yè)。

其腐蝕產(chǎn)物可能成為水垢的結(jié)晶核，從而加速注入水與地層水混合后產(chǎn)生水垢的速度

（4）硫化氫腐蝕物損害第四十七頁(yè)，共六十頁(yè)。

在注水系統(tǒng)中存在著硫酸鹽還原菌（SRB)、腐生菌（TGB）和鐵細(xì)菌（IB）等多種微生物，這些細(xì)菌除自身造成地層堵塞外，還存在下列幾種危害：增大懸浮物顆粒含量并增大顆粒直徑增大總鐵含量4Fe+SO42-+4H2OFeS+3Fe(OH)2+2OH-

增加硫化物含量，SRB能將SO42-還原成二價(jià)硫離子，以硫化物形式存在，加劇設(shè)備腐蝕，堵塞地層（5）細(xì)菌損害第四十八頁(yè)，共六十頁(yè)。

（1）建立合理的工作制度—控制注入水流速低于臨界流速，防止速敏損害—調(diào)整吸水剖面，避免單層、或同一層內(nèi)的某部分過(guò)度吸水—實(shí)現(xiàn)注采平衡，防止指進(jìn)、水錐、乳化堵塞

4.4注水油層保護(hù)技術(shù)第四十九頁(yè)，共六十頁(yè)。4.4注水油層保護(hù)技術(shù)（2）嚴(yán)格水質(zhì)處理，確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)物理指標(biāo)：溫度、相對(duì)密度、懸浮物含量、粒度分布、含油量化學(xué)指標(biāo)：總?cè)芙恹}量、陽(yáng)離子含量、陰離子含量、硬度、堿度、氧化度、酸堿度、水型、溶解氧、細(xì)菌第五十頁(yè)，共六十頁(yè)。（2）嚴(yán)格水質(zhì)處理，確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)注水水質(zhì)要求—懸浮物含量及粒度分布不堵塞油層孔喉—溶解氧、細(xì)菌的腐蝕產(chǎn)物、沉淀不堵塞油層—與地層水配伍，結(jié)垢問(wèn)題不影響正常注入—與油層礦物配伍—與原油配伍—含油量低第五十一頁(yè)，共六十頁(yè)。（2）嚴(yán)格水質(zhì)處理,確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)水質(zhì)控制原則—必須以經(jīng)濟(jì)效益為中心，高效開(kāi)發(fā)為目標(biāo)—必須針對(duì)具體的油藏，確定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)—必須建立水質(zhì)保障體系、檢測(cè)、監(jiān)督、考核機(jī)制—水質(zhì)控制應(yīng)與增產(chǎn)增注工藝措施相結(jié)合—嚴(yán)格水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但要適度控制成本第五十二頁(yè)，共六十頁(yè)。SY5329—88標(biāo)準(zhǔn)第五十三頁(yè)，共六十頁(yè)。4.4注水油層保護(hù)技術(shù)（3）正確選用各類(lèi)處理劑處理劑類(lèi)型—防膨劑、穩(wěn)定劑、破乳劑、殺菌劑、防垢劑、除氧劑選用處理劑原則—與油層巖石、