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试油工艺

发布:多吉利        来源:www.duojili.cn  

试油工艺

在石油勘探过程中,通过钻井、录井、测井等手段,取得了所钻地层的岩性、电性、油气显示等资料,经电测解释、录井综合解释,提出在钻井剖面中可能含油气地层的评价,这种评价是对地层的岩性、物性、含油性及电性的综合特征认识,是拟定试油层位的基础。试油(testing for oil)的目的就是将钻井、综合录井、电测所认识和评价的含油气层,通过射孔、替喷、诱喷等多种方式,使地层中的流体进入井筒,流出地面。这种诱导油流的一整套工艺过程,将取得地层流体的性质、各种流体产量、地层压力及流体流动过程中的压力变化等资料 ,并通过对这些资料的分析和处理获得地层的各种物性参数,对地层进行评价。

一、试油的工作内容

    为了很好地完成试油工作,必须对试油的对象、任务、工作内容、应取得的资料以及取得资料的技术手段(试油工艺)等有充分的了解。

1. 试油的任务和要求

试油工作的主要任务是了解储层及其流体的性质,为附近同一地层的其他探井提供重要的地质资料,许多探井资料可以初步确定该油田的工业价值;查明油气田的含油面积及油水或气水边界以及驱动类型,为初步计算地下油气的工业储量提供必要的资料;了解储层的产油气能力和验证测井资料解释的可靠程度;试油资料的整理和分析结果是确定一口井合理工作制度的基础,在制定油田开发方案时可作为确定单井生产能力的依据。
试油工作总是首先围绕探井而展开,探井分为参数井、预探井、详探井、资料井以及检查井,不同的探井类型,其试油的要求也不一样,但不论哪种类型的井,试油的基本原则是坚持分层试油、不能漏掉一个油(气)层。各类探井的试油要求为:
    (1)参数井:主要钻探目的是了解地层层序、厚度、岩性、生油储油层情况。如遇有油、气显示时应进行试油。层位选择的前题是尽快落实含油情况并确定油(气)层的工业价值。首先选择最好的油气显示层优先进行试油、试气,以尽快打开新区找油找气形势。
(2)预探井:主要钻探目的是探明构造的含油(气)性,查明油(气)层位及其工业价值。试油层位主要选择有利的油、气层为重点试油层。但一定要系统了解整个剖面纵向油、气、水的分布状况及产能,搞清岩性、物性及电性关系,为计算三级储量提供依据。
    (3)详探井:主要钻探目的是探明含油(气)边界,圈定含油(气)面积。试油层位以搞清油、气、水的分布,产能变化特征及压力系统。不允许油、气、水层大段混试,应按油层组自下而上分段逐层试油。对于可疑层、认识不清的油水界面以及水层,均要分层测试,为计算二级地质储量提供依据。
(4)资料井:试油的主要目的是搞情岩性、含油性、油层物性与电性关系,落实油水层电性参数。为此在取心部位要分层试油,不允许油、气、水层混在一起大段合试。
(5)检查井:主要目的是取得油水过渡带分层试油资料,不断从动态资料中加深认识油层。

2. 试油资料的取得与应用

    在油气田勘探过程中,通过试油,可以判断油气田有无工业开采价值,同时通过试油,还能对各个油气层的产能及原油特性进行评价,为估算油井及储油构造的储量提供依据。为了能准确地评价油气层,在试油过程中应尽可能将资料取全取准。应取得的资料大致有以下几方面:
(1) 产量数据:其中包括地面或井下的油、气、水产量;
(2) 压力数据:其中包括地层静压、流动压力、压力恢复曲线及井口油、套管压力;
(3) 原油及水特性资料:包括井下及地面原油取样、氯根及原油的含砂量;
    (4) 温度数据:包括井下温度及地温梯度等。
    分层试油资料的应用可有以下几方面:
    1)了解油层生产能力
    确定油田或油层的工业开采价值时,必须通过产能试油。合理划分与组合开发层系时,必须首先了解不同油层的生产能力、流体性质、水动力系统。为了达到上述目的,选择适当油嘴求产量,确定可取的原始地层压力及压力恢复曲线,通过井下取样求得饱和压力及其它高压物性资料以及油气水物理化学性质等资料。
    通过对不同层组生产能力、水动力系统、原油特性研究,划分合理开发层系,确定合理工作制度。并且应用不同射孔密度,控制完善程度来调节分层的生产能力。
    2)研究油层有效厚度界限
    油层有效厚度界限常受多方面影响,如含油产状、有效渗透率、原油粘度、开采方式对不同地区要求的工业油流标准等,必须通过分层试油确定。
    通过试油取全不同回压条件下的产能资料,再通过油层的含油产状来划分不同地区的有效厚度标准。对不同渗透率的薄油层和不同厚度的低渗透层分别试油,研究二者的关系。找出有效厚度划分与有效渗透率的关系。
    3)研究有效渗透率与空气渗透率的关系
    应用岩心分析或测井解释求得的空气渗透率,主要反映岩石本身的物理性质,不能直接用以计算油田开发指标。而通过单层试油求得的有效渗透卒,则不仅能反映出岩石性质,而且还能反映出油层中流体性质及流动特征。利用压力恢复曲线求出的有效渗透率可以避免受油井完善程度的影响,比用采油指数求得的有效渗透率可靠。将试油求得的各单层有效渗透率与岩心和地球物理解释的空气渗透率作关系曲线,找出二者之间比例系数即可由空气渗透率换算成有效渗透率。
    4)鉴别油、水层,研究油、水分布规律
在油层和水层交错分布的地区,用岩心分析资料和地球物理解释可以在一定程度上判别油、水层,但真正产油或产水,必须结合相当数量的单层试油资料,才能判断出油、水层,确定分层油水边界。通过试油资料和电测资料对比,确定产油和产水的电性界限,编制油层、水层解释图板,划分出油层、水层和油、水过渡层。根据水层和油层分布特点,找出规律,分层、分区划出纯油区、过渡带和水区分布状况。
    5)寻找含气夹层,研究油气分布规律
    含油层与气夹层在电测曲线显示上往往不易区分,需要分单层试油验证。在气顶附近也需要通过单层试油,掌握油气接触面。
    6)检验油层水淹及受效情况
    在注水开发过程中,水线前缘不断推进,通过检查井试油,可以了解高渗透层水线推进距离和水淹面积,水淹层驱油效率,低渗透层在注水后单层受效情况及产油能力。

3. 油井完成与试油的关系

试油工作与油井完成是相互联系的,油井完成的各个工序质量的好坏,必然影响试油工作。
    1)钻开油层的方法对试油的影响
    在钻穿油层时出于防止井喷而采用高比重泥浆压井。如果泥浆比重过大,会污染油层,在诱导油流时影响油(气)流入井的能力。对于新探区的探井在试油时甚至会形成“无油、气”的假象,严重地影响找油工作。泥浆失水还可能降低油层产能,对于油(气)层的真实评价也会带来不利影响。因此,在钻穿油层时防喷的要求应该是“压而不死”,以求达到保护油层不给试油带来危害。
    2)下套管和固井质量好坏对试油的影响
    下套管质量的好坏包括两个方面:一方面是套管本身的质量,如套管内径是否规则、套管强度特别是接箍的强度够不够,套管丝扣是否受过损伤以及加工如何等等。另一方面是在下套管的施工过程中,必须保证套管不受损伤以及套管上扣时必须上紧。套管内径不规则,试油时井下工具和仪器不易下去或遇卡。套管丝扣强度受到损伤,或没有上紧,将给以后井内憋压带来很大的困难,或者憋不上足够的压力,或将套管憋坏。固井质量不好,将在试油时因井内憋压而产生窜槽.使试油工作不能正常进行。
    3)油井完成方法对试油的影响
完井方法选择是否适宜,对试油工作有着很大影响,例如适宜射孔完成的井,由于不恰当地选用了裸眼完成,从而造成了油层岩石的坍塌,给今后试油、增产增注措施以及分层生产控制带来很大的困难。反之,对于坚硬致密、渗透性很差、不需要分层控制的地层,如果选用射孔完成将影响油井的完善程度,对试油及以后油井生产也是不利的。

二、诱导油流的方法

    诱导油流是试油工作的第一道工序。在完井之后,为了防止井喷,一般井内充满着泥浆或其它液体,并且井内液柱压力一般都高于估计的油层压力。因此,在油井完井后进入试油阶段的第一步就是要设法降低井底压力,使得井底压力低于油层压力,这样油气才能从油层流入井中,这一工作称为诱导油流。诱导油流的措施,也是为了清除井底砂粒和泥浆等污物,降低井底及其周围地层对油流入井的阻力。
    要降低井底压力,可以通过降低井内液柱相对密度或井内液柱高度来实现。诱导油流的方法很多,必须根据油层性质、完井方式及油层压力等情况来选择适宜的方法。诱导油流的方法有替喷法、抽吸法、提捞法、气举法等等。各种方法有着各自特点及适用条件,但无论选择那一种诱导油流的方法,都需要遵循下述基本原则。
(1)应缓慢而均匀地降低井底压力,不致破坏油层结构;
    (2)能建立起足够大的井底压差;
    (3)将井底和井底周围的污物排出,使油层孔道畅通,有助于油流入井;
       诱导油流之后,若油井能够自喷则自喷求产,不能自喷则应采用诱导油流与求产结合进行。

1.替喷法

    替喷法就是用密度较低的液体将井内密度较大的液体替出,从而降低井中液柱的压力,使井内液柱压力小于油层压力从而达到诱喷的目的。一般是采用低密度液体替出井内高密度液体(或压井液)。替喷法可分为以下三种。
1)一般替喷法
将油管下至油层中、上部,用泵把替喷用的液体连续替入井内,直至把井内的全部压井液替出为止。该方法简便,但油管鞋至井底的这段压井液无法被替出来。                                    
2)一次替喷
即将油管下到人工井底,用替喷液将压井液替出,然后上提油管到油层中部或上部。如图10-29所示。这种方法只能用于自喷能力不强,替完替喷液到油井喷油之间还有一段时间间隔,来得及上提油管的油井。                   
3)二次替喷
即把油管下到人工井底,替入一段替喷液,在用压井液把替喷液替到油层部位以下,之后上提油管至油层中部,最后用替喷液替出油层顶部以上的全部压井液。该法既能替出井内的全部压井液,又能把油管提到预定位置。                                 
采用替喷法排液诱导油流时,要注意观察、记录退出液体的性质和数量,油气被诱导流至井内后有以下显示:井口压力逐渐升高,出口排量逐渐加大并有气泡、油泡伴随而出,停泵后井口有溢流,喷势加大。替喷时还应记录替喷液的性能及用量、替喷方式、管柱结构及深度、替喷的时间、泵压、排量、漏失情况等。
替喷法工艺比较简单,在诱导油流过程中,生产压差的形成均匀缓慢,不会引起井壁的坍塌而出砂。替喷法一般用于油层压力较高、产量较大及油层堵塞不严重的井中。         

2.抽汲法

    经过替喷诱导仍不能自喷时,这可能是由于油层压力低,钻井、固井或射孔过程中的泥浆污染严重。此情况下可采用抽汲方法使其达到自喷。
    抽汲就是利用一种专用工具把井内液体抽到地面,达到降低井筒内液面、排出井内液体的目的。
抽汲的主要工具是油管抽子。常用的抽子有阀抽子(或称阀抽子)和无阀抽子(又称两瓣抓子)。它们的结构虽然不同,但总的要求是抽子在油管中既要下放自由,上提时又要密封良好。
抽子是接在钢丝绳上用通井机作为动力,通过地滑车、井架天车、防喷盒、防喷管下入油管中,在油管中作上下往复运动。上提时,抽子以上管内的液体随抽子的快速上行运动一起排出井口;下放时,抽子在加重杆的作用下又下入井内液体以下的某一深度,这样反复上提下放抽子,达到油井排液的目的。
抽汲法的效果取决于抽汲强度,抽汲强度又和抽汲速度、抽子与管壁间的严密程度、抽子在液面下的沉没深度等有关。
抽汲不但有降压诱喷的作用,在一定程度上还有解除油层堵塞的作用,因此适用于喷势不大的井或有自喷能力但在钻井、完井过程中油层受到外来液体损害的油井。对于疏松、易出砂的油层,
应当避免猛烈抽汲,以免造成油井大量出砂。

3.提捞法

提捞法的主要工具是钢管制成的提捞筒,筒底部装有一个单向阀.下放时井内液体顶开阀进入桶内;上提时,桶内液体把阀压住。作业时用绳索把提捞筒下入井中液面以下,一筒一筒地把液体捞出地面,达到降低井内液柱对油层回压的目的。此法—般用于低渗、低产的浅井(非自喷井)。该法的缺点是费工费时,效率低,目前用得很少。

4.气举法

气举法是利用压风机向油管或套管内注入压缩气体,使井中液体从套管或油管中排出。这种方法的优点是比抽汲法效率高,可以大大提高试油速度。气举排液突出的特点是井内液体回压能急速下降,所以它只能用于油层岩石胶结牢固的砂岩或碳酸盐岩的油井排液,对一些胶结疏松的砂岩,要控制好气举深度和气举排液速度,以免破坏油层结构而出砂。
    必须注意的是,气举只准许采用氮气、天然气、二氧化碳气,不容许使用空气。因为在气井中,氧气在与可燃气体混合后,其体积百分数达到13.4%~13.7%时,如遇明火将会发生爆炸;空气与天然气混合,当天然气占混合气体体积的5%~15%时,如遇明火也会发生爆炸。因此,绝对禁止使用空气进行气举。
气举排液主要有以下几种方式:
1)常规气举排液
常规气举可分为正举与反举。正举就是把高压气体从油管内注入,液体从油套环形空间返出。反举是把高压气体从套管环形空间压入,液体从油管排出至地面。一般正举时压力变化比较缓慢,而反举压力下降则较快。
常规气举主要是根据井中液柱所需下降的深度和压缩机的最高工作压力来进行设计的。气举下入的油管及井下工具也要考虑到承受压差的强度,一般使用光油管。
       2)气举阀气举排液
这种气举排液方法是根据排液的需要设计好多级气举阀管柱进行气举。主要是选择好气举阀的类型并计算好各级阀的下入深度。该方法的特点是油井液柱回压的下降是逐级降低的,比常规气举的急速下降要缓和一些,在井筒和油层之间逐步建立压差,不致破坏油层岩石结构而出砂;同时可降低启动压力,增加举升深度。
       3)混气水排液
混气水排液是用气水混合物从套管(有时也可由油管)用压风机和水泥车同时注气和泵水,替出井筒中的压井液,由于气水混合物的密度小于压井液的密度,因此可以降低井筒内液柱对油层的回压,使地层和井底建立起越来越大的压差,达到诱导油(气)流的目的,如图10-34所示。由于气水混合物密度可以通过控制气体的压力和流量来调节,所以它可以控制井底回压的下降程度。该方法适用于那些既不能用替喷法排液,也不宜用气举法排液的油井,例如对于稠油井无法用油汲法求产时
可用混气水排液方法解决。其缺点是对油、水同出的低产油层不能发挥作用。
       4)连续油管气举排液
连续油管是指管内通径和管外直径在整根管长上处处等同的小直径绕性油管。它能盘绕在油管滚筒上装载到连续油管车上,根据作业要求下入井中,完成作业后又由滚筒起出并回卷在滚筒上,待下次作业时使用。
采用连续油管进行气举排液,首先是用连续油管车把连续油管下入生产管柱中,然后把连续油管与液氮泵车或制氮车连通,液氮泵车把低压液氮升至高压,再使高压液氮蒸发,从连续油管注入生产管柱中。蒸发了的高压液氮就把油管柱中的压井液从连续油管和生产管柱的环形空间举升至地面,这样就减少了压井液对油层的回压,从而实现诱导油流的目的。
连续油管排液的显著特点首先是掏空深度大, 最深可达4000m;其次是排液速度快,排除1000m的液柱大约仅需要30分钟。由于连续油管是从井口逐步向下排液,逐步降低井底回压,减少了对油层的损害。   
5)泡沫排液
泡沫流体是指由不容性或微容性气体分散于液体中所形成的分散体系,其主要成分是气体、液体和起泡剂。由于其独特的结构,使它具有静液柱压力低、滤失量小、携砂性能好、摩阻损失小、助排力强、对油层伤害小等特点。

5.其他排液方法

常见有水力活塞泵、水力射流泵以及螺杆泵排液法。
水力活塞泵和水力射流泵适用于常规砂岩油藏产量较高的非自喷井的排液,其产量适用范围较宽。对于低压高产油井可采用纳维泵(一种容积式螺杆泵)进行排液。
对稠油、高凝油油井的排液,采用常规的排液方法难以完成,可以采用螺杆泵排液法。
螺杆泵工作时不发生气锁、砂卡,无阀件,运动部件只是螺杆,而且排量连续平衡,在稠油层排液时,不易造成大量出砂。由于它是用抽油杆传递动力,因而只适于浅井和中深井使用,也可用钻杆驱动的螺杆泵直接排液生产。

6.各种排液方法的适用井况

各种诱喷排液方法的适用井况如下表10-5所示。
表10-5 各种排液方法的适用井况
排液方法
适用井况
提捞排液
低产油井(非自喷)
抽吸排液
油井(非自喷)
气举排液
油井(自喷或非自喷)
混气水排液
油井、含气油井(自喷、非自喷)
液氮排液
气井,高产气油井
水力泵排液
各类非自喷油井,排量范围宽
螺杆泵排液
稠油、高凝油油井

三、试油工艺

试油是认识油藏的基本手段。由于油井、油层条件的不同,试油工艺方法也有所不同。常规试油的主要工序有:施工前的准备,通井,洗井,试压,射孔,替喷,诱喷,求产,测压及封层等。试油工艺主要包括注水泥塞试油、中途测试工具试油和应用封隔器分层试油。

1.注水泥塞试油

注水泥塞试油一般是从下往上试,最下一层试油后,就得从地面将一定数量的水泥浆顶替到已试油层与待试油层之间的套管中,待水泥浆凝固后形成一个水泥塞,封住下面的已试油层,然后再射开上面试油层段,进行诱喷求产等工作。试油后需钻掉水泥塞才能投产。注水泥塞试油可以得到分层试油资料,但从工艺上讲这种分层试油方法速度较慢,为了提高试油速度,在配置水泥浆时,可加入催凝剂(氯化钙),以缩短水泥的初凝时间。
在注水泥塞的设计中,需要准确计算的参数是水泥浆的用量和替置液用量。水泥浆用量计算准确与否往往是注水泥塞成败的关键,必须给予充分的注意。
 水泥塞高度一般都在10m以上,最长可达20~30m,若夹层较薄(水泥塞高度在5m以下者)成功率都很低。水泥浆的相对密度一般选在1.8~2.0,密度过大流动性不好,憋压过高;密度过小,强度小,初凝时间长。
替置液用量是指将水泥浆顶替到井底预计深度,并使油管内外水泥浆成一水平面所需的泥浆量。其用量为地面高压管线容积与井口到实际水泥浆顶面的油管容积之和。
为了确保施工质量,注水泥塞试油工艺过程中,有以下几个方面的要求:
    (1)作为替置液的泥浆,其密度必须与循环洗井时的泥浆密度相同,以保证油套管内压力平衡。否则,由于泥浆密度不同,在油套管之间形成压差,停泵后产生流动,使水泥塞离开预定位置。
    (2)关井加压候凝时,井口压力大小应根据油层压力大小而定,若泥浆压力与油层压力相差不多时,可加压2~3MPa以防止油气通过水泥塞溢出,若油层压力较低,渗透性又好,应减小井口压力,防止水泥塞下沉。
    (3)为防止水泥塞下沉,在注水泥浆前,往往在预定水泥塞位置以下,替入一段稠泥浆起支撑作用。
    (4)从混合水泥浆起至反循环洗井止,全部时间不得超过初凝时间(一般为2.5h)的70%。因此要求在注水泥塞时,中途不能停泵,以防将油管“焊”在井中。
(5)为了提高试油速度,需加入催凝剂;当井底温度较高或封堵盐水层时为防止速凝,在配制水泥浆时,需加入缓凝剂。调配时应注意先把催凝剂或缓凝剂倒入清水中,混合均匀后,再加入干灰。
(6)油层压力较低,用清水作为洗井液和替置液时,在注水泥浆前,应先在预计水泥浆底部位置以下注泥浆“衬垫”,对水泥浆起支撑作用。
    (7)对稠油井和高含蜡井,在套管内壁上,粘有较多的胶质和沥清,此时应用性能较好的泥浆反复洗井,将井壁冲洗干净,防止水泥塞与井壁结合不牢,造成漏失。

2.中途测试工具试油

中途测试(DST)是指在钻井过程中遇到油气显示后立即进行测试的工艺。这是降低钻探成本、提高试油速度并及时发现油气层的有效技术。
中途测试工具有两种形式,即常规支撑式及膨胀跨隔式。
常规支撑式中途测试是利用钻杆对封隔器施加的压重使封隔器坐封,因此封隔器下部需要有支撑尾管,并且在整个测试中,必须保持钻杆对封隔器的压重。它的关井和流动测试是由旋转开关来控制的,当流动测试完毕后,在井口旋转钻杆,旋转开关关闭,测试层的压力上升,由井底压力计记录压力恢复资料,同时将连接其下面的取样器关闭,以捕集流体样品。
膨胀跨隔式中途测试是在井下装有一个膨胀泵,由井口旋转钻杆来驱动泵的四个活塞,将环形空间的泥浆泵入封隔器的胶皮筒内,使封隔器坐封,不需要钻具加压及使用尾管。测试完毕后,能平衡、收缩和释放封隔器。该方法可使用两个封隔器,将测试层与上、下层位隔开,因此可用于大段裸眼井的选层测试中。

3.应用封隔器分层试油

封隔器分层试油工艺是在一口井中一次射开多个目的油层,然后根据需要下入多级封隔器将测试层段分成二层或三层,最多可达到五个层段,可同时进行多层试油,也可以取得多层合试的资料。在多层测试中如遇到出水层段或油水同层,则可以分别测试,也可以不起出油管管柱,投入堵塞器堵水后继续测试其它层段。
在测试方法上除地面计量外,还可在井下管柱内安装分层压力计、流量计和取样器,以便测取分层的地层压力、流动压力、分层产液量、分层取样测定含水量及流体物性;也可以在求某层产量的同时,测取其他分层的压力资料或进行取样。总之,这种试油工艺既有速度快的优点,又表现出很强的灵活性。如果测试中油井不能自喷,则可采用抽汲法求产,或者预先在管柱上装一个气举阀从套管气举求产。
在分层试油中最重要的问题是保证优质快速而且安全。封隔器及其工具既能下得去,封得严,测试准,而且又能起得出,为此在施工中应注意以下几点:(1)封隔器及工具下井前必须在地面工具车间严格地组装试压,检查密封的可靠性,所有部件达到合格;(2)施工中采用的压井液应与油层具有良好的配伍性,最好采用不压井、不放喷井下作业装置。施工前必须用比封隔器最大外径大l0mm,比套管内径小8~10mm的通井规通井(尤其是射孔段)。下入封隔器要缓慢平稳。(3)在座封封隔器前尽可能用油层保护液替出测试井段的泥浆,防止在泥浆中座封;(4)投入井内的堵塞器,下井前要与其配套的工作筒在地面上进行配合检查,过盈尺寸合理,一般为0.2~0.4mm。(5)下入或上起封隔器时,如遇卡遇阻时不可强顿强拔。(6)两个油层之间能下封隔器的最小间隔是2~3米,视固井质量而定。在射孔时不能射开夹层。
 
 
 
 
 
 

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