石油工程設計大賽采油單項組

團隊編號：第九屆中國石油工程設計大賽方案設計類采油氣工程單項組完成日期2019年4月17日中國石油工程設計大賽組織委員會制作品簡介本方案為XX油田采油氣工程方案，根據(jù)SY/T6081-2012《采油工程方案設計編寫規(guī)范》，應用Meyer壓裂模擬軟件完成了對該區(qū)T井壓裂方案的設計，應用自編軟件“壓裂液返排優(yōu)化設計系統(tǒng)”，對壓裂液返排進行優(yōu)化，應用pipesim軟件完成了采油氣工程方案設計，全文共10個章節(jié)。節(jié)為油田概況。本章介紹了油田地理位置、地層情況、構造和儲層特征，溫度、壓力數(shù)據(jù)，以及實驗和現(xiàn)場獲得地層、原油、天然氣參數(shù)。為完井設計。本章分析了常用完井方式的優(yōu)缺點、計算了井筒出砂情況，并在此基礎上依據(jù)油田經(jīng)驗選擇了套管射孔完井方式。為套管設計。本章在所給井深結構的基礎上，根據(jù)SY5724-2008《套管柱強度與結構設計》和《API套管強度數(shù)據(jù)》對套管進行優(yōu)選。為射孔工藝設計，本章基于為達到最大油井產能的目的，對影響射孔參數(shù)的各因素進行分析，優(yōu)選了射孔參數(shù)，對射孔后的套管強度進行了校核，對射孔配套設備做出了選擇；根據(jù)儲層特性，以保護儲層的原則，對射孔液類型進行優(yōu)選。為壓裂設計，本章利用Meyer軟件對施工參數(shù)和泵注程序進行了優(yōu)化設計，并利用自編軟件“壓裂液返排優(yōu)化設計系統(tǒng)”對壓裂液的返排進行了優(yōu)化。將為采油采氣設計。生產階段分為自噴階段和人工舉升階段。自噴階段利用pipesim軟件，建立生產系統(tǒng)模型，模擬生產階段，設計出合理的油管尺寸和油嘴尺寸；人工舉升采用的是有桿泵舉升方式，并對有桿泵舉升方式的設備做出了選擇。為防蠟、防腐設計。防蠟設計是根據(jù)原油高含蠟的特點，分析了蠟的形成機理，清、防蠟的方法，預測了蠟開始析出的井深，并作出了具體的清、防蠟措施；防腐設計主要介紹了油田上常見的油套管腐蝕機理和影響因素，提出了具體的防腐措施。為生產管理及HSE。為經(jīng)濟評價。主要從投資費用估算、操作費用估算和銷售收入、稅金及附加三個部分對T井進行經(jīng)濟評價。第10章為推薦方案。目錄目錄 ⑦熒光測定激光法。目前處理溢油的物理方法主要有：1、燃燒法燃燒法即用火點燃溢出的油，使其能在較短時間內燃燒完，無需復雜的裝置，處理費用相對較低。但是這種方法可能會對生態(tài)平衡造成不良的影響，并且浪費能源。2、化學試劑法分散劑。主要由主劑和溶劑組成，主劑為非離子型表面活性劑，溶劑為石油系碳氫化合物。目前分散劑的使用已受到嚴格的控制，一般只有在機械回收無效或無法進行機械回收時，且使用分散劑能減少對環(huán)境危害的情況下才可以投入使用；當存在火災或爆炸的隱患、生命財產受到重大威脅時，分散劑的使用量才不受限制。固化劑（凝油劑）。它的優(yōu)點是毒性低，不受風浪的影響，能夠有效地防止溢油擴散，與圍油欄配合使用時，能提高圍油欄的使用效率。目前較為常見的固化劑有山梨糖醇類、氨基酸衍生物、高分子聚合物類、天然酯類等。3、生物法生物法就是通過微生物用油類作為其新陳代謝的營養(yǎng)物質，從而達到去除溢油污染的目的。這類方法的優(yōu)點是高效、經(jīng)濟、安全、無二次污染。（2）污水處理處理含油污水的目的是要求排放水或回注水達到相應的排放或回注標準，同時應充分考慮防止系統(tǒng)內腐蝕。含油污水處理方法有物理方法和化學方法，但在生產實踐過程中兩種方法往往相結合應用。歸納目前主要應用的含油污水處理方法如表所示。表油田含油污水處理的主要方法處理方法特點沉降法靠原油顆粒和懸浮雜質與污水的比重差實現(xiàn)油水渣的自然分離，主要用于除去浮油及部分顆粒直徑較大的分散油雜質?；炷ㄔ谖鬯屑尤牖炷齽研∮土＞劢Y成大油粒，加快油水分離速度，可除去顆粒較小的部分散油。氣浮法向污水中加入氣體，使污水中的乳化油或細小的固體顆粒附在氣泡上，隨氣泡上浮到水面，實現(xiàn)油水分離。過濾法用石英砂、無煙煤、濾芯或其它濾料過濾污水除去水中小顆粒油粒及懸浮物。生物處理法靠微生物來氧化分解有機物，達到降解有機物及油類的目的。旋流器法高速旋轉重力分異，脫出水中含油。第9章經(jīng)濟評價油藏經(jīng)濟評價的依據(jù)和方法經(jīng)濟評價是在油田地質、油藏工程、鉆井工程、采油工程和地面工程等課題研究成果的基礎上，按照國家計委頒布的經(jīng)濟評價方法與參數(shù)的要求，根據(jù)國家現(xiàn)行財稅制度和價格體系，結合氣田開發(fā)的實際情況，對方案的投資、采氣成本費用和氣價進行估算、預測，對油藏工程設計的技術上可行的開發(fā)方案進行評價；考察方案的盈利能力、清償能力等財務狀況，據(jù)以判別方案的財務可行性，并據(jù)此優(yōu)選項目建設方案的一種評價方法。同時，開發(fā)方案進行不確定性分析，以預測不確定性因素所帶來的投資風險，考察項目的抗風險能力，最終為項目投資決策提供科學的依據(jù)。經(jīng)濟評價中遵循以下原則：（1）項目實施時投入和產出對應；（2）經(jīng)濟評價范圍截至點的支出和收入(或結算價格)可定量；（3）工程建設項目是獨立完整的；（4）評價范圍最小化原則。經(jīng)濟評價依據(jù)如下：（1）國家和石油行業(yè)制定頒布的有關石油工業(yè)建設項目的法律、法規(guī)和經(jīng)濟政策。（2）國家發(fā)展和改革委員會、建設部頒發(fā)的《建設項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)》（第三版）（發(fā)改投資[2006]1325號文）；（3）稅費文件：①《中華人民共和國企業(yè)所得稅法》（2007年中華人民共和國主席令第63號）（財稅[2001]202號）②《中華人民共和國增值稅暫行條例》（1993年國務院令第134號）；③《中華人民共和國城市維護建設稅暫行條例》（國發(fā)[1985]19號文）；④1990年國務院第60號令“關于修改《征收教育費附加的暫行規(guī)定》的決定”；⑤2005年7月29日財稅[2005]115號《財政部、國家稅務總局關于調整原油天然氣資源稅稅額標準的通知》；⑥國務院及財政部下發(fā)的《國務院關于開征石油特別收益金的決定》、《石油特別收益金征收管理辦法》等；⑦《高危行業(yè)企業(yè)安全生產費用財務管理暫行辦法》（財企[2006]478號）。投資費用估算采油氣項目的總投資主要包括前期研究費用、完井投資、生產設備成本、改造工程投資、油田廢棄、漲價預備費、鋪底流動資金。前期研究費用估算前期研究費用包括，測試數(shù)據(jù)費用和實驗費用。表單井前期研究費用序號費用名稱費用（萬元）1測試數(shù)據(jù)52實驗3合計8完井和生產設備投資估算完井和生產設備投資包含直接工程費：完井工程費（準備，完井工程，材料）、泵、管線及電纜費用等；間接費用：設計費、管理費、第三方檢驗費、保險費、生產準備費等；基本預備費。表單井采完井和生產設備投資費用序號費用名稱費用（萬元）1直接工程油管1502有桿泵和其他井下工具4003射孔（射孔槍和管柱使用、射孔彈、射孔液等）2004完井、防砂等3005采油樹及配套工具1006壓裂及其配套設施607能源消耗1008間接費用設計費39管理費810第三方檢驗費2011其他費用1012基本預備費80合計1431改造和廢棄費用估算改造費用分為防腐，控水，防蠟的費用。表單井前期研究費用序號費用名稱費用（萬元）1改造費用防腐152修井、控水123防蠟204廢棄費用10合計57其他投資包括漲價預備費和鋪底流動資金，分別取250萬元和150萬元。操作費用估算與外國合作者的石油合同中，生產操作被定義為：每個油（氣）田從開始商業(yè)性生產之日起，為生產石油所進行的全部作業(yè)以及與其有關的所有活動，諸如油氣采出、注入、措施、處理、儲存、運輸和提取等作業(yè)。這個過程產生的費用包括表8-4中羅列各項。表單井操作費用序號費用名稱費用（萬元）序號費用名稱費用（萬元）1人員費用209倉儲及港雜22道路510化學藥劑103集輸5011油氣水分離84供電812環(huán)境保護85燃料費513培訓26消防214醫(yī)療27維修費10015不可預見費108通訊5合計247銷售收入、稅金及附加估算銷售收入T井平均單井日產油40m3/d，平均單井產氣量2000m3/d。根據(jù)現(xiàn)今國際油價，布倫特平均約美元/桶，換算為元/m3。天然氣價格為3元/m3。單井平均年產油14600m3，收益萬元；單井平均年產氣730000m3，收益219萬元?？備N售收入萬元。稅收營業(yè)稅金主要包括增值稅、城市維護建設稅、資源稅及企業(yè)所得稅，具體征收比例如下表所示。表需交稅種及稅率項目稅率增值稅17%城市建設附加稅增值稅的7%教育費附加稅收增值稅的3%礦產資源補償稅5%企業(yè)所得稅二免三減半，25%估算結果以上計算得出經(jīng)濟評價匯總表。表單井每年經(jīng)濟評價匯總表項目金額（萬元）投資費用前期研究費用8完井和生產設備投資1431改造和廢棄費用57漲價預備費250鋪底流動資金150操作費用247銷售收益石油天然氣219增值稅城市維護建設稅教育費附加礦產資源補償稅企業(yè)所得稅財務評價評價的主要指標包括財務內部收益率、財務凈現(xiàn)值和投資回收期。其評價指標計算方法如下：（1）財務凈現(xiàn)值(FNPV)在一定的貼現(xiàn)率或者基準收益率下，將各年的凈現(xiàn)金流量都貼現(xiàn)為基準年的現(xiàn)值，并求和。財務凈現(xiàn)值考慮了資金的時間價值，是考察方案盈利能力的動態(tài)經(jīng)濟評價指標。其計算公式為： FNPV=t=1式中：CI為現(xiàn)金流入量，×104元；CO為現(xiàn)金流出量，×104元；（CI－CO）為第t年的凈現(xiàn)金流量，×104元；ic為基準折現(xiàn)率，%；t為評價時間，年；n為計算期。現(xiàn)金流入量為天然氣價格與單井年累積產氣量之積，現(xiàn)金流出量為單井投資費用、單井年操作費用以及單井年稅費之和。如果FNPV＞0，則說明方案有盈余；FNPV＝0表示盈虧平衡；FNPV＜0說明方案達不到基準收益率，油藏在該技術和天然氣價格下不宜動用。（2）財務內部收益率（FIRR）財務內部收益率是指開發(fā)方案在評價時間內使其凈現(xiàn)值等于零時的折現(xiàn)率。它反映的是方案占用的資金盈利率。財務內部收益率的計算公式為： t=1nFIRR≧基準年收益率時，認為方案滿足經(jīng)濟要求，在財務上可以接受方案。（3）投資回收期(Pt)投資回收期是指按照設計方案開發(fā)油藏，凈收益回收所有投資時所需要的時間，是靜態(tài)評價指標。其計算公式為： t=1Pt投資回收期=(累計凈現(xiàn)金流量開始為正的年數(shù))－1＋(|上一年的累計凈現(xiàn)金流量|÷當年的凈現(xiàn)金流量)當Pt＞行業(yè)基準的投資回收期時，方案滿足行業(yè)要求，可以對油藏進行開發(fā)。通過計算，T井生產后的經(jīng)濟評價指標如表所示：表財務評價主要指標計算結果指標數(shù)值財務內部收益率%財務凈現(xiàn)值/萬元由上表可以看出，原油價格為70美元/桶時，T井單井累計凈利潤為231萬元。通過以上分析可得T井年累產經(jīng)濟指標：取年基準收益率為15%，年財務凈現(xiàn)值（FNPV）為萬元；年財務內部收益率（FIRR）為%，高于基準行業(yè)率6%。由計算知，由于油價較高等因素使得在對W9井評價時算得的投資回收期為0，因此不再陳述。評價結果表明，T井能取得很好的經(jīng)濟效益。綜上所述，所選方案在評價期內具有較強的盈利能力。不確定性分析在計算期內，可能發(fā)生變化并影響項目盈利能力的主要因素有產量、投資、產品銷售價格和補貼。根據(jù)目標區(qū)塊的各單項因素的變化對財務內部收益率的影響進行了敏感性分析，敏感性分析結果見圖。圖技術敏感性分析圖從敏感性分析結果可以看出，財務內部收益率的影響因素由強到弱依次是投資、產量、油價和補貼。當原油產量和項目投資在±20%的區(qū)間內變化、千方油成本在±10%的區(qū)間內變化、油價在±5%的區(qū)間內變化時，項目的稅前內部收益率均高于行業(yè)基準收益率6%，說明項目評價期內抗風險能力很強。第10章設計結果油田概況（1）XX油田氣候干燥、多風，溫差較大。該區(qū)附近分布有公路，交通便利。通訊網(wǎng)絡均覆蓋該地區(qū)，通訊發(fā)達。（2）區(qū)儲層巖性以砂礫巖、砂質礫巖和含礫粗砂巖為主，具有分選差、快速堆積等特點，巖石膠結中等，以泥質膠結為主。（3）儲層有效孔隙度主要分布在%%之間，平均為%，空氣滲透率主要分布在×10-3μm2–×10-3μm2之間，平均為×10-3μm2。另外，儲層微裂縫發(fā)育，可采取壓裂措施溝通（4）XX油田地層原油密度cm3，地下原油粘度·s，含蠟量%~%，凝固點13℃~18℃，體積系數(shù)，油藏天然氣相對密度為。在設計過程中要注意防蠟。（5）儲層壓力系數(shù)為，地溫梯度大約為℃/100m。儲層潤濕性為中性~親水，中等速敏，中等~強水敏；同時儲層具有不同程度的鹽敏，臨界鹽度為4767mg/L。所以在施工設計過程中要注意儲層保護。完井方式（1）本章分析了常見完井方式的優(yōu)缺點、完井方式的選擇原則及影響因素。（2）采用出砂指數(shù)法和斯倫貝謝比法對儲層出砂情況進行預測，結果表明不出砂。（3）根據(jù)計算結果以及油田經(jīng)驗，選擇T井的完井方式為：套管射孔完井圖T井完井方式示意圖套管設計本章利用等安全系數(shù)法依據(jù)表中的安全系數(shù)進行了套管設計，涉及結果如下：表套管安全系數(shù)抗拉安全系數(shù)St抗壓安全系數(shù)Si抗擠安全系數(shù)Sc表套管設計結果開鉆次序一開二開井深861135套管下深851132水泥返高m地面843鋼級N-80N-80外徑mm壁厚mm單重kg/m內徑mm強度連接強度KN2140（短圓螺紋）1966（長圓螺紋）抗拉強度KN32472366抗內壓MPa（短圓螺紋）（長圓螺紋）抗擠強度MPa射孔方案射孔參數(shù)優(yōu)化設計結果為：20孔/米、射孔穿透深度米、孔徑10mm左右、60°螺旋射孔格式進行射孔。根據(jù)完井套管尺寸為、射孔相位角60°、孔密20孔/m及螺旋布孔方式的要求，選取槍身直徑為102mm的射孔槍。根據(jù)T井設計的射孔穿透深度、孔徑、射孔槍直井等信息，選擇YD102射孔彈，裝藥類型RDX（黑索金），藥量32g?？紤]到目的儲層具有中等、強水敏特性，選用油基射孔液，以避免油氣層水敏傷害。表射孔工藝設計結果射孔方式射孔槍射孔彈裝藥類型裝藥量（g）孔密(孔/m)電纜輸送套管槍負壓射孔102型射孔槍YD102RDX(黑索金)3220孔深(m)孔徑(m）相位角(°)布孔方式射孔液負壓值1060螺旋布孔油基射孔液備注T井的三段射孔層段的射孔工藝設計相同壓裂增產工藝由于目的儲層潤濕性為中性、親水，具有中等速敏，中等、強水敏特性，同時具有不同程度的鹽敏，臨界鹽度為4767mg/L，再結合各種壓裂液的優(yōu)勢及成本，最終選擇油包水乳化壓裂液。通過設計所給出的基礎資料分析，儲層埋深在1000m左右，壓裂層位地層壓力為14MPa，破裂壓裂為22MPa左右。而天然石英砂廣泛適用于中淺地層，而且資源豐富、成本較低，它的最高使用應力為~，同時天然石英砂具有成本優(yōu)勢，因而選擇天然石英砂作為壓裂支撐劑，粒徑為20/40目。利用Meyer軟件對T井進行壓裂施工參數(shù)優(yōu)化，優(yōu)化設計結果如下表所示，具體施工泵序參見第5章的施工泵序設計結果。表各層位施工參數(shù)優(yōu)化表壓裂序號壓裂層段排量m3/min前置液m3攜砂液m3頂替液m3支撐劑m3支撐劑粒徑(目)砂比%1~1310410252418020/402~13919522317520/403~13108103414920/40利用自編的壓裂液返排優(yōu)化設計軟件，對T井壓后返排工作制度進行優(yōu)化：壓后關井90min，使壓裂液充分破膠，利于返排且能夠減少出砂；返排初期裂縫未閉合，選擇小油嘴放噴，以防止支撐劑回流；在返排后期，裂縫已經(jīng)閉合，選擇大油嘴放噴，加快返排減少濾失傷害。表T井壓后返排工作制度優(yōu)化結果壓裂井名稱T井返排階段關井擴散（悶井）90min放噴放噴油嘴直徑mm開始時間min井口壓力MPa390154484595670106045采油采氣設計本章利用利用pipesim軟件模擬T井的整個水下油氣開發(fā)的過程，建立開發(fā)模型如下圖：（1）根據(jù)IPR曲線判斷出T井具有自噴能力，可以進行前期的自噴生產圖井底節(jié)點分析（2）優(yōu)選了油管和油嘴尺寸，為和2in，并對油管進行了設計；模擬不同含水率時油井停噴的井底流壓壓力。表T井油管設計結果外徑鋼級單重kg/m壁厚mm內徑mm通徑mm連接強度KN抗內壓MPa抗擠強度MPaN-80268表油藏停噴流壓與含水率關系含水率（%）01020304050停噴壓力（MPa）含水率（%）607080859095停噴壓力（MPa）（3）采用了等級綜合參數(shù)加權法并結合統(tǒng)計圖版法，選擇有桿泵舉升方法并進行了有桿泵系統(tǒng)設計。表有桿泵井參數(shù)優(yōu)化設計結果含水率(%)產液量(m3/d)下泵深度(m)抽油機型號泵徑(mm)抽油桿尺寸(mm)405360057油管尺寸(mm)管柱鋼級沖程(m)沖數(shù)(min-1)氣錨扶正器合金鋼C級螺旋式氣錨滑動式刮蠟器扶正器清防蠟、防腐（1）利用pipesim軟件，模擬出來結蠟深度約為井下150m。針對T井的情況采取機械清防蠟為主，化學清防蠟為輔的方法。①機械清蠟：選用外徑為的“8”字型刮蠟片；設計刮蠟器的下入深度為150m；鉛錘設計重量15-20kg；鋼絲直徑為。②化學防蠟：選用高分子型防蠟劑，乙烯—醋酸乙烯酯聚合物（EVA）。（2）結合T井情況，我們從選用抗腐蝕材料、合理設計金屬結構和使用覆蓋層方面入手，選擇了以下防腐措施：（1）選用普通鋼材的套管和油管。（2）對油井管材內使用二道底漆，二道面漆的普通型內涂層防腐工藝，涂層厚度：150～200μm。（3）配合封隔器，在油套環(huán)空加注環(huán)空保護液，保護套管內壁和油管外壁；（4）在井筒的重點腐蝕部位，使用犧牲陽極保護油管和緩蝕劑結合使用。油井緩蝕劑：炔氧甲基胺鹽和炔氧甲基季胺鹽復配，濃度為50～60mg/L。生產管理以及HSE本章對油氣田生產管理、有桿泵采油井的管理以及生產過程中的健康、安全和環(huán)境保護做出了規(guī)范經(jīng)濟評價對T井進行生產建設費用、銷售收入、稅收估算，結果見表，并對T井進行生產投資可行性分析，結果表明，該方案抗風險能力較強，可以進行生產投資。表單井每年經(jīng)濟評價匯總表項目金額（萬元）投資費用前期研究費用8完井和生產設備投資1431改造和廢棄費用57漲價預備費250鋪底流動資金150操作費用247銷售收益石油天然氣219增值稅城市維護建設稅教育費附加礦產資源補償稅企業(yè)所得稅參考文獻.布朗等著，張朝琛等譯.升舉法采油工藝[M].北京：石油工業(yè)出版社，1987.王鴻勛等.采油工藝原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，1989.萬仁溥.現(xiàn)代完井工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,1995:56-59.萬仁溥、羅英俊等.采油技術手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社,1993.萬仁溥.采油工程手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社,2000.萬仁溥.中國采油工程[M].北京：石油工業(yè)出版社,2015.張琪.采油工程原理與設計[M].東營：中國石油大學出版社,2000.何生厚.油氣開采工程師手冊[M].北京：中國石化出版社,2005.李克向.實用完井工程[M].北京：石油工業(yè)出版社,