油井作业措施工艺技术及常用工具 (NXPowerLite).ppt
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1、井下作业措施工艺技术 及常用井下工具,汇报提纲,第二部分:措施工艺技术,第三部分:常用井下工具,第一部分:基本概念,在石油与天然气勘探开发中,井下作业是石油工程技术系列的重要组成部分,主要从事油气井的中途完井测试、新井投产、酸化压裂、冲砂防砂、修井、检泵等作业施工。,1.什么叫井下作业?,基本概念,2.井下作业的目的,要保证油水井的正常工作,完成各种措施任务,提高井的利用率和生产效率,最大限度的增加井的产量。 三大任务:维护,修理,油层改造。,基本概念,3.井下作业的主要施工方式,(1)起下作业:利用井架和修井机通过提升系统将井内管柱或杆柱进行起下施工。 (2)循环冲洗:利用泵进行洗井、冲砂、
2、压井或压裂、酸化、封堵等施工。 (3)旋转钻进:利用转盘和钻柱及井下工具进行套铣、磨铣、钻水泥塞、造扣、倒扣等施工。,基本概念,汇报提纲,第二部分:措施工艺技术,第三部分:常用井下工具,第一部分:基本术语,汇报提纲,1、水力压裂技术 2、套损大修技术 3、带压作业技术 4、防砂技术 5、注灰技术,水力压裂技术,1.水力压裂技术的发展,基本定位:水力压裂技术是油(气)藏增产增注的重要措施。 工艺方法:通过高压泵组将压裂液以大大超过储层吸收能力的排量注入,在井底附近憋起超过井壁附近地应力的压力后,使储层形成人工水力裂缝,随后将带有支撑剂的携砂液注入人工裂缝中。 由于储层中形成了足够长度,一定宽度及
3、高度的人工填砂裂缝,并且具有很高的导流能力,使油(气)流能够畅通入井,达到增产(注)目的。,1940年-1970年 小规模压裂技术-第一代压裂技术 特点:支撑剂加入量小,一般在10m3左右 针对性及作用:储层近井地带 解除污染和堵塞 1971年-1980年 中型压裂技术-第二代压裂技术 特点:支撑剂加入量增加 针对性及作用:低渗透油层 提高导流能力 1981年-1990年 中高含水油田压裂技术-第三代压裂技术 特点:在中高含水油层中进行重复压裂改造 针对性及作用:高含水储层 调整油水运动规律、实现控水穏油,水力压裂技术,1991年-现在:大型、气层、水平井、超深井及开发压裂-第四代压裂技术 特
4、点: 支撑剂加入量足够大;低渗透及特地渗透油(气)层的开发压裂;超深井、水平井、多层多段及压裂新技术现场应用。 针对性及作用:随着勘探找储量的难度越来越大,要求压裂改造的规模也相应增加,已成为勘探领域的战略性措施。 超深井、水平井、分支井、气层压裂技术实现突破性进展。,水力压裂技术,2.水力压裂技术热点研究,开发与研制新型压裂材料 新型压裂液体系(如低伤害压裂液,重质压裂液等) 高质量(高强度,低密度,低价格)人造支撑剂等 开发与研制井下数据采集系统 实时传输:井下压力、井下流量、流体流变参数 开发与研制大型压裂技术及相应的软硬件设备 开发与研制特殊类型油(气)井压裂工艺 超深井、水平井、多分
5、支井、多层多段等,水力压裂技术,径向流,渗流面积小、渗流阻力大,产量相对较低。,双线性流,流体自地层线性地流入裂缝,再线性地流入井筒。大大的提高了产量。,裂缝线性流,地层线性流,拟径向流,水力压裂技术,3.压裂增产机理,4.裂缝的破裂,模式称为张开型,裂缝前方有一法向张力; 模式称为滑开型,伴随有一个纵向剪力; 模式称为撕开型,伴随有一个横向剪力; 通常,水力压裂产生的裂缝均为模式,即张开型。对于不是平面的或 接近天然裂缝的复杂缝才为模式和模式。,水力压裂技术,5.压裂液种类及质量检测,(1)压裂液及其种类 压裂液是压裂工艺技术中的一个重要组成部分。主要功能是造缝并沿张开的裂缝输送支撑剂,因此
6、液体的粘性至关重要。 成功的压裂作业还要求压裂液把支撑剂输送到裂缝后,还能够破胶,作业后能够迅速返排。另外能够很好的控制液体滤失;泵送期间摩阻较低;经济可行。,水力压裂技术,按配液材料和液体性状分类 水基压裂液 油基压裂液 清洁压裂液 乳化压裂液 泡沫压裂液 酸基压裂液 醇基压裂液,按耐温性能分类 低温压裂液(20-60) 中温压裂液(60-120) 高温压裂液(120-180),水力压裂技术,按在压裂作业中的作用分类 清孔液:一般用5%浓度的盐酸或0.2%左右的表面活性剂水溶液,疏通压裂井段的射孔孔眼。 前垫液:对水敏、结垢或含蜡量高的地层进行压裂时,需要提前泵注粘土稳定剂、除垢剂或清蜡剂。
7、如果这些添加剂与基液及其它添加剂不配伍,或者量少又必须保证作用浓度时,则需单独提前泵注,这些少量液体称为前垫液。若无需使用此类添加剂或者这些添加剂可以与前置液配伍同注。 前置液:一般用不含支撑剂的携砂液做前置液,用以压开地层,降低地层温度和延伸裂缝,为携砂液进入裂缝准备空间。,水力压裂技术,预前置液:在使用粘温性能不适应较高地层温度的水基冻胶压裂液进行压裂时,可用低粘度未交联的原胶液做预前置液,以降低地层温度,进行预造缝。预前置液中可以加入润湿剂、粘土稳定剂和破乳剂等添加剂,原胶预前置液的用量一般为冻胶前置液的三分之一。 携砂液:携砂液用来进一步扩展裂缝,悬带支撑剂进入裂缝,填铺高导流能力的砂
8、床。携砂液是完成压裂作业、评价压裂液性能的主要液体。 顶替液:用顶替液将携砂液全部顶入地层裂缝,以免砂沉井底。顶替液中添加破胶降粘剂及水基液用的粘土稳定剂。,水力压裂技术,(2)水基压裂液组成及其性能检测,水基压裂液的组成,1)稠化剂 2)交联剂 3)PH调节剂 4)破胶剂 5)杀菌剂,6)粘土稳定剂 7)表面活性剂 8)降滤失剂 9)温度稳定剂 10)润湿剂 11)降阻剂,水力压裂技术,压裂液性能测试与评价,压裂液的滤失性 压裂液的伤害性 压裂液的流变性 压裂液的溶解性,测 试 与 评 价 性 能,水力压裂技术,压裂液质量控制,水力压裂技术,压裂液可能经常出现的问题及解决方法,水力压裂技术,
9、(1)支撑剂类型 1)石英砂 石英砂是含有大量二氧化硅(SiO2)的集合体。仅溶于氢氟酸,不溶于其它酸碱类。 缺点:石英砂强度低,开始破碎的压力约为20MPa。 优点:对于低闭合压力的各类储层,使用石英砂作为压裂用支撑剂可取得较好的增产措施效果;圆、球度较好的石英砂破碎后呈小碎块状,但仍可保持一定的导流能力;100目的粉砂可做为压裂液的固体防滤失添加剂;,6.支撑剂及质量检测,水力压裂技术,2)陶粒 中等强度陶粒支撑剂(ISP) 一般中等强度陶粒支撑剂(ISP)都用铝矾土或铝质陶土(矾和硅酸铝)制造。 高强度陶粒支撑剂 高强度支撑剂由铝矾土或氧化锆的物料制成。颗粒相对密度约为3.4或更高。,水
10、力压裂技术,水力压裂技术,(2)支撑剂的物理性质及评价方法 1) 支撑剂的物理性质: 支撑剂的粒度组成、圆度与球度、表面光滑度、酸溶解度、浊度、密度及抗压强度。这些物理性质决定了支撑剂的质量及其在闭合压力下的导流能力。,水力压裂技术,2)支撑剂性能测试报告,支撑剂的粒径筛析结果 支撑剂的密度 支撑剂的圆度 支撑剂的球度 支撑剂群体破碎率 支撑剂的酸溶解度 支撑剂的浊度 裂缝导流能力,水力压裂技术,水力压裂技术,7.压裂施工的方法,1、光油管压裂 2、封隔器分层压裂 3、投球分层压裂 4、限流法分层压裂 5、水力喷射压裂,水力压裂技术,(1)光油管压裂工艺,水力压裂技术,(2)封隔器分层压裂工艺
11、,水力压裂技术,1)单封卡单层分层压裂,水力压裂技术,2)双封卡双层分层压裂,水力压裂技术,3)封隔器+桥塞分层压裂,水力压裂技术,4)封隔器+多级滑套分层压裂,水力压裂技术,(3)投球法分层压裂工艺,水力压裂技术,封堵球分类,水力压裂技术,封堵球设计,水力压裂技术,(4)限流法分层压裂工艺,水力压裂技术,(5)水力喷射分层压裂工艺,特点: 不动管柱,一次施工压裂改造多次,水力喷射定向射孔,可定点造缝。 适用条件: 固井质量差、隔层较差,易压窜水层,无法实现机械封隔的井。 注意事项: 压裂液要具有抗高剪切性能,由于喷嘴节流,排量低,压力高,适当增加压裂车组。,水力压裂技术,8.压裂施工的过程,
12、(1)压前作业 作业队要在压裂前进行洗井、冲砂、通井等作业,保证井筒内人工井底以上清洁无杂物; 下刮管管柱, 按操作规程对套管进行刮管作业,要求在坐封位置上下反复刮20-30次; 下压裂管柱如下:(由下至上) 管鞋+压裂油管m+压裂封隔器 +压裂油管,封隔器座封位置为要求深度1.0 m,注意避开套管接箍; 装压裂井口,检查、紧固各连接处,四周用钢丝绳呈十字状绷紧固定; 接放喷管线,并用地锚固定,出口在下风处;,水力压裂技术,(2)压裂液的配制 保证所有配液设备清洁,不应有以往配液残留物。 保证储液大罐、运输罐车清洁,装液前必须进行认真清洗。 在压裂设计技术人员的指导、监督下,严格按配方配制压裂
13、液,保证压裂液性能达到要求指标。 配液过程中,保证所有罐中液体循环均匀。 压裂施工前,逐罐取样检测压裂液粘度、PH值和交联性,在施工过 程中,还应对压裂液进行取样观测,以保证压裂液性能达到要求。 准确控制压裂液添加剂的加入速度,尤其是交联剂、破胶剂。 在施工过程中,取样抽检压裂液交联情况。 保证混砂车上添加剂泵计量准确无误。,水力压裂技术,(3)压裂施工 合理摆放压裂车组,尤其是液罐和砂罐的摆放要保证换罐迅速、及时; 在压力传感器与井口之间装上一个放压阀; 返排管线及排污罐能准确计量返排液量与压力; 检查地面管线连接情况,保证各环节符合安全及操作规程要求; 逐台启动压裂车,循环试车,如有问题立
14、即整改; 地面高压管汇及压裂井口试压,不刺不漏为合格,如有问题立即整改;油套环空平衡车及管汇试压 20MPa,不刺不漏为合格,如有问题立即整改; 按压裂施工设计进行压裂施工; 先启动压裂泵车,后启动平衡车; 压裂施工中现场工程师根据实际情况进行全面指挥; 施工结束后,测试闭合压力曲线,测试时间现场定。 备注:循环、试压用清水;必须对环空套压进行监测。,水力压裂技术,(4)压后返排,作业及资料录取 施工结束后,压裂施工曲线必须先交由现场设计及监督人员复 印,然后返还压裂大队 压裂施工结束后,关井扩散压力1.5小时后,用2-8 mm油咀放喷排液,人工控制放喷,以排出液不含砂为原则,并计量返排液量及
15、压力;若不能自喷,起出压裂管柱,下冲砂管柱探砂面,并进行冲砂; 起出冲砂管柱,按采油方案要求下生产管柱,上抽排液。,水力压裂技术,9.压裂效果的评价,(1)压裂施工曲线分析与评价 1)循环:压裂车排量由小到大,逐台循环,为了鉴定各种设备性能,检查管线是否畅通,各台泵的进出水情况; 2)试压:检查井口总闸门以上设备承压情况,试验压力为1.2-1.5倍预测泵压,2-3min不刺不漏、压力不降为合格; 3)预压:关键是判断裂缝是否压开,根据机械设备判断,造缝前泵动力负荷加大,声响沉重, 排气管冒浓 烟或火焰,混砂罐液面平稳,造缝后动力机声响松动,排气正常,混砂罐液面翻滚,表明裂缝形成;根据压裂施工曲
16、线中压力的变化情况判断。 4)加砂:初始砂比一般5-10%左右,2-3MPa压力波动正常; 5)顶替:严禁过量。,水力压裂技术,水力压裂技术,水力压裂技术,投球后油压20.90MPa22.47MPa,油压差1.57MPa;套压14.18MPa17.74MPa,套压差3.56MPa;地层二次破裂明显。,水力压裂技术,第二次投球后油压从13.76MPa21.96MPa,油压差8.2MPa,显示第三次地层井口破裂压力21.96MPa,套压从5.08MPa13.2MPa,套压差8.12MPa,油套压都显示地层第三次破裂明显。,第一次投球后油压从11.3MPa20.97MPa,油压差9.67MPa,显示
17、第二次地层井口破裂压力21.97MPa,套压从6.16MPa9.57MPa,套压差3.41MPa,油套压都显示地层第二次破裂明显。,(2)排液要求及效果评价方法 1)排液要求 (a)严禁打开套管阀门; (b)尽量采用油嘴返排; (c)要求记录返排压力、累计返排液量、破胶情况等; (d)有时,返排初期压裂液呈不破胶状态,可能原因: 顶替液交联未停,井筒温度低,压裂液破胶不彻底或在地层条件下已破胶,但因脱水严重返排至地面后呈不破胶状态 (e)如排液中途停止,但压力表仍显示较高压力:压力表损坏(尤其冬季易冻死),地层砂石堵塞。,水力压裂技术,2)压裂增产效果评价方法 (a)产量评价方法 (b)技术评
18、价方法 (c)经济评价方法 三种评价方法可以单独使用,也可以组合使用。一般生产井以产量评价方法为主,试验井、探井主要选用技术评价方法,在需要进行经济分析时,采用经济评价方法。,水力压裂技术,(3)裂缝形态的评价,地应力测试法 通过对三向应力值的测试来判断,这是最科学、最准确的判断方法。但成本高、速度慢、操作复杂。 深度经验法 一般来说,目的储层中深低于700m产生水平裂缝,超过800m产生垂直裂缝,700-800m两种情况都有可能。但这只是一种统计经验,每个地区情况会有所不同,有时差异还较大。 破裂压力梯度经验法 一般来说,破裂压力梯度小于0.018产生垂直裂缝,大于0.023产生水平裂缝,0
19、.018-0.023两种情况都有可能。这也是一种统计经验,每个地区甚至每口井因其它因素的影响会有所不同。,水力压裂技术,汇报提纲,1、水力压裂技术 2、套损大修技术 3、带压作业技术 4、防砂技术 5、注灰技术,套损大修技术,1.套损的原因,(1)地质因素 地层(油层)的非均质性、油层倾角、岩石性质、地层断层活动、地下地震活动、地壳运动、地层腐蚀等情况是导致油水井套管技术状况变差的客观存在条件,这些内在因素一经引发,产生的应力变化是巨大的,将使油、水井套管受到损害,甚至导致成片套管损坏,严重地干扰开发方案的实施,影响油田的稳产。,(2)工程因素 引起套管损坏的主要工程因素有:钻井完井过程中的完
20、井质量,套管本身材质、固井质量,采油工程中的注水、压裂、酸化,以及油水井日常管理作业等。,套损大修技术,2.套损的类型,(1)径向凹陷变形 由于套管本身局部位置质量差,强度不够,固井质量差及在长期注采压差作用下,套管局部处产生缩径,使套管在横截面上呈内凹椭圆形。,A-A截面上已不再是基本圆型,长轴Dd,据资料统计,一般长短轴差在14mm以上,当差值大于20mm以上时,套管可能发生破裂,套损大修技术,(2)套管腐蚀孔洞、破裂 由于地表浅层水的电化学反应长期作用在套管某一局部位置,或者由于螺纹不密封等长期影响,套管某一局部位置将会因腐蚀而穿孔,或因注采压差及作业施工压力过高而破损。,腐蚀孔洞、破裂
21、等情况多发生在油层顶部以上,特别是无水泥环固结井段往往造成井筒周围地面冒油、漏气,严重的还会造成地面塌陷。,套损大修技术,(3)多点变形 由于套管多处受到水平应力作用(包括泥岩膨胀或地层滑移等),致使套管径向内凹形多点变形。,套损大修技术,(4)严重弯曲变形 由于大段泥岩、页岩在长期水浸作用下,岩体发生膨胀,产生巨大应力变化或岩层相对滑移剪切套管,使套管出现严重弯曲变形。,严重弯曲变形的套管基本呈椭圆形状,长短轴差不太大,但两点或三点变形间距小,近距点一般3m以内,若两点距离过小则形成硬性急弯,2m长的通井规不能通过。这是较多见的复杂套损井况,也是较难修复的高难井况。,套损大修技术,(5)套管
22、错断(非坍塌型) 泥岩、页岩经长期水浸膨胀而发生岩体滑移, 导致套管被剪断,发生横向(水平)错位。由于套管在固井时受拉伸载荷及钢材自身收缩力作用,在套管产生横向错断后,便向上、向下即各自轴向方面收缩,错断及位移情况。,套损大修技术,(6)坍塌形套管错断 地层滑移、地壳升降等因素导致套管错断,其地应力首先作用在管外水泥环上,使水泥环脱落、岩壁坍塌,泥、砂和脱落的水泥环及岩壁碎屑、小直径的碎块等则在地层压力流体作用下由错断口处涌入井筒,堆落井底并向上不断涌集,卡埋井内管柱及工具 。坍塌型错断是目前极难采取修复或报废处理的复杂套损类型。,套损大修技术,3.套管技术状况检测,(1)工程测井法,工程测井
23、法就是利用测井仪检测套管的技术状况。常用的测井方法有:,1)井径测井套管变形检测 井径测井一般在压井状态下进行。可供 选择的测井仪有八臂井径仪、三十六臂井径仪、四十臂井径仪、x-y井径仪、十臂过油管井径仪、陀螺方位井径仪等。,套损大修技术,套损大修技术,2)彩色超声波电视成像测井 彩色超声波电视成像测井技术,是近几年研究、应用起来的工程测井项目。它可以将套管壁的损坏程度直观地反映在电视屏幕上,结合井径测井则可定量地得到套损形状与尺寸。,套损大修技术,(2)机械法,机械法检测就是利用印模(包括铅模、胶膜、蜡膜等)对套管和鱼头状态及几何形状进行印证,以确定其具体形状和尺寸。 印模法检测适用于检测井
24、下落鱼鱼顶的几何形状、尺寸和深度;套管变形、错断、破裂的损坏程度,深度位置的验证,以及在作业、修井施工过程中临时需要查明套管技术状况等。,套损大修技术,1接头 2骨架 3铅体 4护罩 a普通形平底带水眼铅模 b带护罩式平底带水眼铅模,套损大修技术,套损大修技术,4.套管整形,套管整形扩径技术是套管变形和错断井修复的前提和基础。 套管整形扩径的常用工具有梨形胀管器、旋转碾压法整形器、旋转震击式整形器、偏心辊子整形器、三锥辊套管整形器和各种形状的铣锥。,套损大修技术,(1)梨形胀管器,a直槽式 b螺旋槽式 c胀管器整形挤胀力示意 F侧向分力(挤胀力) N垂直分力 胀管器前端锥角 P向下重力,套损大
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