《完井工程基础》PPT课件.ppt

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1、1,油 气 井 完 井,2,参考书：1教材李根生 翟应虎完井工程第1版山东东营：中国石油大学出版社，2009.9。2推荐参考书刘瑞文.现代完井技术（第1版）.北京：石油工业出版社.2010.8。汪志明.复杂结构井完井优化理论及应用（第1版）.北京：石油工业出版社.2010.4。万仁溥.现代完井工程（第1版）.北京：石油工业出版社.2005。,3,教学内容：油气藏类型及储层流体特性、岩石类型及物性、岩心分析及敏感性评价、地应力概述、完井设计内容。基本要求：了解油气藏类型及储层流体特性、岩石类型及物性等概念，理解岩心分析及敏感性评价方法，理解地应力概念，了解完井设计内容。重点：储层流体特性、岩石类

2、型及物性、完井设计内容。难点：岩心分析与敏感性评价。,第1章 完井工程地质基础,4,一、完井工程与完井设计二、储层岩性特征三、储层物性四、储层流体五、油气藏分类六、地应力的概念与确定七、岩心分析八、储层敏感性评价,第1章 完井工程地质基础,5,多年之前，完井工程处于两不管的地位。A、石油院校分钻井、采油两个专业；B、油田上，分钻井、采油两大阵营；C、开发方案上没有完井工程方案（最多几句话）。1）钻井的说，这应该由搞采油的来做；2）采油的说，这应该由搞钻井的来做；共同的理解是：认为完井仅仅是：钻井下套管、固井、射孔。这是简单理解。因为当时的完井方法简单和单调，主要以射孔为主。,一、完井工程与完井

3、设计,6,埋藏在地下的油气开采到地面，一般需三个过程：1.建立地面至地下储层之间的连接通道，有效保护油气层，保证最大开采效益和开采寿命-钻完井工程2.使储藏在地层孔隙、裂缝中油气，沿复杂的油气层孔隙网或裂缝网，有效地流入井底-油藏开发工程3.流入井底油气沿井筒有效地流到地面-采油工程三个过程相互联系、相互影响、不可分割的统一体。地面至地下储层之间=地面到产层段+打开产层段联通储层 钻井工程 完井工程,一、完井工程与完井设计,7,一、完井的定义 完井（Well Completion）是使井眼与油气储集层（产层/生产层）连通的工序，是联系钻井和采油生产的一个关键环节；完井工程就是以油气储集层的地质

4、结构、岩石力学性质和油层物性为基础，根据开发开采的技术要求，研究储集层与井眼的最佳连通方式的技术工艺过程。,一、完井工程与完井设计,8,二、完井内容 美国、前苏联和我国过去，一般都认为完井工程是钻井工程最后一道工序，包括：钻开储集层（生产层）；下套管、注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液；确定完井井底结构，使井眼与产层连通；安装井底和井口等环节，直至投产。合理选择完井方式，可以有效地开发油气田，延长油气井寿命，提高经济效益。,一、完井工程与完井设计,9,岩心分析及敏感性评价钻井液的选择 出砂预测及出砂规律 生产动态预测 不确定性参数定量分析 完井动态经济评价及风险性分析,完井方法优选油管及生产套

5、管尺寸 注水泥设计、固井质量射孔及完井液设计 完井生产管柱设计 完井的试井评价 投产措施,三、现代完井工程内容,一、完井工程与完井设计,10,四、完井工程设计,完井设计核心：1、完井方法优选2、井筒尺寸大小（生产套管尺寸）合理设计完井设计原则：1、保护油气层2、节点系统分析：通过节点系统分析，充分利用油气层能量，优化油层、井筒、井口到地面整个压力系统。完井工程设计最终目的就是根据油（气）藏工程和油（气）田开发特点及开发过程中的各项措施，科学合理地提高油气井产量，实现科学开发油气田之目的。,一、完井工程与完井设计,11,四、完井工程设计,完井设计所需资料：油藏地质资料；油藏开发资料；采油工艺技术

6、资料；试油和测井资料；钻井工程资料；油层保护技术资料；完井设计遵循的各种标准。完井设计主要内容：完井方式选择；完井井段井底结构参数；完井管柱设计；完井参数设计；防砂工艺设计；完井测试方案设计；油气层保护方案及完井液设计；完井井口装置设计。,一、完井工程与完井设计,12,储层岩性：碎屑岩和碳酸盐岩为主，少量岩浆岩和变质岩，甚至页岩。1.碎屑岩储层岩石类型：砾岩、砂砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩和粉砂岩，是我国目前最重要的储层岩石类型。碎屑岩主要由颗粒、基质和胶结物组成。砂岩是最主要的碎屑岩石，一般不是生油层，是储层。泥页岩是主要的生油层。我国砂岩油藏多为层状，压力偏低，以中低渗为主。,二、储层岩性

7、特征,13,岩砂石长,岩砂铁含,二、储层岩性特征,岩砂硬,岩砂粉,14,2.碳酸盐岩储层碳酸盐岩储层主要岩性：石灰岩、白云岩及其过渡岩石类型。是生油层，也是储油层。油气主要储集在粒屑灰岩、生物骨架灰岩和白云岩三种岩类的孔隙中。坚硬、致密，裂缝发育，裂缝是主要储渗空间。我国大部分碳酸盐岩是储气岩。,二、储层岩性特征,15,洞 穴 2 毫米巨 孔 1.02.0毫米粗 孔 0.51.0毫米中等孔 0.250.5毫米细 孔 0.10.25毫米很细孔 0.010.1毫米极细孔 0.01 毫米。,碳酸盐岩也有孔隙，储层中次生孔隙空间往往变化很大，根据孔隙直径的大小又可分为：,二、储层岩性特征,16,1）裂

8、缝孔隙型 2）裂缝洞穴型 3）孔隙型4）裂缝型,二、储层岩性特征,根据储集空间孔隙与裂缝搭配，分为四类储层：,石 灰 石,鲕粒灰岩,平板石灰石,17,3.岩浆岩和变质岩储层随着研究的深入和勘探的扩大，世界各国在岩浆岩和变质岩中发现了不少油气田。我国东北兴隆台地区太古代花岗岩和中生界花岗角砾岩、火山喷发岩中获得了工业性油流。酒西盆地鸭儿峡油田志留系变质岩中找到了裂缝性油藏。该两类储层中还有较多的潜在储量。,二、储层岩性特征,18,花 岗 岩,黑云母花岗岩,二、储层岩性特征,燧石角砾石,火山角烁石,19,4.页岩储层一般情况下页岩是盖层或隔层，特定条件下也可以形成油气藏；页岩气、页岩油、油页岩？对

9、获取新的油气资源很有价值。,二、储层岩性特征,20,粘土页岩,二、储层岩性特征,含碳页岩,油页岩,21,油层物性是评价储集能力基本参数，包括：孔隙度（Porosity）渗透率（Permeability）孔隙结构（Pore Structure）润湿性（Wettability）,三、储层物性,22,1.孔隙度衡量岩石储集流体能力的参数 孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积的比值。绝对孔隙度、有效孔隙度；一般分为高中低三类。,三、储层物性,23,砂岩孔隙度一般较高，泥页岩、碳酸岩等一般较低。砂岩孔隙度主要决定因素是碎屑颗粒的大小以及分选程度好坏。颗粒碳酸盐岩孔隙发育情况与砂岩相似。裂隙(缝)孔隙度一般

10、很低，0.016%，大部分很少超过3，但渗透性好。碳酸盐岩的孔隙仍然是储油气空间，裂缝则主要形成高渗透带。,三、储层物性,24,三、储层物性,2.渗透率岩石允许流体通过能力的大小 绝对渗透率、相对渗透率、有效渗透率影响孔隙度的地质因素也影响孔隙系统绝对渗透率渗透率同孔隙度、粒径、分选、排列方式关系密切地层渗透率可分为高中低三种类型国外：0.01m2 为孔隙型油层高渗和低渗区分标准 0.1m2 为裂缝型油层高渗和低渗区分标准地层渗透率一般存在各向异性,25,三、储层物性,3.层间差异渗透性和压力 若各层渗透率均在一个范围内，则层间差异不大；K1m2K=0.51m2K=0.10.5m2K=0.05

11、0.1m2K=0.010.05m2K0.01m2否则按两套层系开采。,若各层压力均在一个范围内，则层间差异不大；G0.13MPa/10mG=0.110.13MPa/10mG=0.090.11MPa/10mG0.09MPa/10m否则，设法调节或分层开采。,26,储层流体充填于岩石孔隙，油、气、水三大类。,四、储层流体,1.原油密度：20oC时的密度被规定为石油和液体石油产品的标准密度；粘度：我国按粘度将原油划为常规油和稠油两大类：油层温度下脱气原油粘度小于50mPaS为常规油，油层温度下脱气原油粘度大于50mPaS 为稠油（重油），沥青粘度和密度更大。凝固点：在一定试验条件下，原油冷却至某一最

12、高温度，当倾斜45度角流面经1分钟仍不流动，该最高温度点即为凝固点（凝点）。凝固点越低越好？,27,四、储层流体,国内稠油分类,我国稠油资源丰富，但油层大多胶结疏松，容易出砂，一般要热采，完井时要考虑防砂。,28,2.天然气天然气存在状态：伴随原油产出的溶解气；气顶产出的游离气（或气藏、薄夹层）；地层水中的溶解气。天然气主要成分：甲烷为主，少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和重烃；非烃气体包括N2、CO2、H2S、He等。干气、湿气，贫气，富气。组分：CO2的存在将导致CaCO3垢的形成，H2S的存在对油套管防腐设计、井口装置、天然气处理及输运都将有特殊要求。,四、储层流体,29,应用：,四、储层流体

13、,3.地层水,水的化学组成分析，可帮助判别出水来源；测试地层水电阻率，可求取储层含水饱和度；根据溶解水中的有机质和无机盐分析，判断含油气性；判断结垢类型，以及与钻完井液、压力液等的配伍性。,组成和性质：,组成：主要元素有纳、钙、镁、氯以及碳酸氢根和硫酸根。性质：pH值、总矿化度pH值越高，结垢趋势越大；pH值越低，结垢趋势越小，但腐蚀性增大，大多数pH值在48之间；高矿化度水腐蚀性强，套管损害严重，生产过程中油管结盐常堵死油管。,30,五、油气藏分类,1.按照油气储集空间和流体流动主要通道的不同：（1）孔隙型油藏 以粒间孔隙为储油空间和渗流通道；砂岩、砾岩、生物碎屑岩储油层；（2）裂缝型油藏

14、裂缝既是主要储油空间又是渗流通道；可能不存在原生孔隙或有孔隙而不连通、不渗透；碳酸盐岩、变质岩、泥页岩储油层都可形成；,31,（3）裂缝孔隙型油藏 以粒间孔隙为主要储油空间，以裂缝为主要渗流通道；裂缝往往延伸较远而孔隙渗透率却很低。（4）孔隙裂缝型油藏 粒间孔隙和裂缝都是储油空间，又都是渗流通道；裂缝发育而延伸不远，油层孔隙度较低；（5）洞隙型油藏 溶洞、孔洞、孔隙和裂缝既是储油空间，又是渗流通道；储油层均属可溶性盐类沉积层，基本上没有原生孔隙，只有次生孔隙。,五、油气藏分类,32,2.油藏按几何形态分类：（1）块状油藏 油层有效厚度大（大于10m)，有气顶、底水，统一水动力系统和良好连通性，

15、底水有补给能力；（2）层状油藏多属背斜圈闭，构造完整，具有统一的油水界面；（3）断块油藏 断裂十分发育，构造被切割成许多大小不等断块；（4）透镜体油藏 砂体几何形态的地质描述一般以长宽比划分。,五、油气藏分类,33,3.按储层流体分类:（1）常规油藏：地层原油粘度小于50mPa.S，可采用注水开发；（2）稠油油藏：地层原油粘度大于50mPa.S，热采；（3）高凝油藏：蜡基原油，凝点在40以上。原油流温必须高于凝固点，才能维持正常生产。（4）天然气藏：越来越重要。高压、高产、腐蚀、有毒性气体存在，对完井要求高。,五、油气藏分类,34,六、地应力的概念与确定,内力：物体受到外力作用，在它内部同时产

16、生一个与此外力相对抗以保持平衡的力。应力：单位面积上的内力称为应力。地壳不同部位出现受力不均衡，分别受到挤压、拉伸、旋扭等力作用，促使地壳中岩层发生变形。地应力：岩层产生一种反抗变形的力，这种内部产生的并作用在地壳单位面积上的力，称为地应力。,地应力的概念,35,假设油田地层处于三轴地应力作用，其三个主方向的主应力为最大水平主应力、最小水平地应力和垂向应力。来源：1.岩体自重 2.构造应力 3.温度升高产生附加应力岩体自重引起垂向应力。水平向地应力由岩体自重、地质构造运动、地层流体压力及地层温度变化产生。,六、地应力的概念与确定,36,地应力测量，根据技术原理主要有两类方法：直接测量：通过测量

17、岩石的破裂直接确定。间接测量：通过测量岩石变形和物性变化反演。具体确定方法可以分为四大类：1.矿场应力测量 2.利用地质地震资料分析 3.岩心测量 4.地应力计算,六、地应力的概念与确定,37,机理:根据井眼受力状态及其破裂机理来推算地应力。,地层破裂试验曲线,六、地应力的概念与确定,38,地应力与完井工程关系：1.最重要：确定生产过程中井壁是否稳定，是否出砂，是否需要防砂；2.岩石蠕变、塑性流动影响套管设计，应尽量使井眼方向与最小主应力方向相同；3.压裂：平行于最大水平主应力方向。,六、地应力的概念与确定,39,岩心分析技术是指利用能揭示岩石本质的各种仪器设备来观测和分析油气层一切特性的技术

18、总称。岩心代表了地下岩石，所以岩心分析是获取地下岩石信息的十分重要的手段。完井工程中的岩心分析主要包括如下内容：常规物性分析、岩矿分析、孔隙结构分析、敏感性分析及配伍性评价。,七、岩心分析,40,六、岩心分析,41,铸体薄片分析：测定骨架颗粒、基质、胶结物及其它敏感性矿物的组分和分布，描述孔隙类型及成因，对测井资料进行校正。直观、费用低，对岩心要求高。X射线衍射分析：确定岩样中粘土矿物的类型和含量，不能确定敏感性矿物在孔隙中的产状和分布。扫描电镜（SEM）分析：确定孔隙内填充物的类型、产状、含量，岩石孔隙形状、吼道大小等。油层保护的重要基础手段。电子探针分析：用于细微矿物鉴定、晶体结构分析和成

19、岩演化、成岩环境、地层伤害类型及程度研究。,七、岩心分析,1、岩矿分析,2、孔隙结构分析：前述方法结合压汞测压曲线，研究孔隙相关规律。,42,粘土矿物产状：分散质点式（孔隙充填式）、薄膜式和桥接式。蒙脱石：薄膜或桥接式存在，强亲水性和水敏性，膨胀堵塞。高岭石：书页状和蠕虫状存在，速敏性，易流动堵塞。伊利石：薄膜、桥接等，形成堵塞或降低渗透性。绿泥石：柳叶状或绒球体存在，酸敏性，沉淀堵塞。完井作业中，必须结合油层中粘土矿物特点，设计完井方式、完井液和完井投产措施。,七、岩心分析,3、粘土矿物的产状及危害,43,油气层敏感性评价通常包括速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏等五敏实验。随着技术的不断发展，增

20、加应力敏感实验和温度敏感实验，因此，油气层敏感性评价包括速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏、应力敏感、温度敏感等七敏实验。其目的在于找出油气层发生敏感的条件和由敏感引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计、油气层损害机理分析和制定系统的油气层保护技术方案提供科学依据。,八、储层敏感性评价,44,油气层的速敏性是指在钻井、测试、试油、采油、增产作业、注水等作业或生产过程中，当流体在油气层中流动时，引起油气层中微粒运移并堵塞喉道造成油气层渗透率下降的现象。,对于特定的油气层，微粒运移造成的损害主要与油气层中流体的流动速度有关，因此速敏评价实验的目的在于：1、找出由于流速作用导致微粒运移从而发生损害的临界

21、流速，以及找出由速度敏感引起的油气层损害程度；2、为其它敏感实验及其它的各种损害评价实验，确定合理的实验流速提供依据。一般来说，由速敏实验求出临界流速后，可将其它各类评价实验的实验流速定为0.8 倍临界流速，因此速敏评价实验必须要先于其它实验；3、为确定合理的注采速度提供科学依据。,1、速敏,八、储层敏感性评价,45,油气层中的粘土矿物在原始的地层条件下处在一定矿化度的环境中，当淡水进入地层时，某些粘土矿物就会发生膨胀、分散、运移，从而减小或堵塞地层孔隙和喉道，造成渗透率的降低。油气层的这种遇淡水后渗透率降低的现象，称为水敏。水敏实验的目的是了解粘土矿物遇淡水后的膨胀、分散、运移过程，找出发生

22、水敏的条件及水敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据。,2、水敏,八、储层敏感性评价,46,在钻井、完井及其它作业中，各种工作液具有不同的矿化度，有的低于地层水矿化度，有的高于地层水矿化度：1、当高于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，将可能引起粘土的收缩、失稳、脱落。2、当低于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，则可能引起粘土的膨胀和分散。这些都将导致油气层孔隙空间和喉道的缩小及堵塞，引起渗透率的下降从而损害油气层。这种由于矿化度变化引起渗透率下降的现象，称为盐敏。盐敏评价实验的目的是找出盐敏发生的条件，以及由盐敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据。,3、盐敏,

23、八、储层敏感性评价,47,地层水pH值一般呈中性或弱碱性，而大多数工作液的pH值在812之间，二次采油中的碱水驱也有较高的pH值。当高pH值流体进入油气层后，将造成油气层中粘土矿物和硅质胶结的结构破坏（主要是粘土矿物解理和胶结物溶解后释放微粒），从而造成油气层的堵塞损害；此外，大量的氢氧根与某些二价阳离于结合会生成不溶物，造成油气层的堵塞损害，称为碱敏性。碱敏评价实验之目的是找出碱敏发生的条件，主要是临界pH值，以及由碱敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据。,4、碱敏,八、储层敏感性评价,48,酸化是油田广泛采用的解堵和增产措施。酸液进入油气层后，一方面可改善油气层的渗透率，另一

24、方面又与油气层中的矿物及地层流体反应产生沉淀并堵塞油气层的孔喉。油气层的酸敏性是指油气层与酸作用后引起渗透率降低的现象。酸敏实验的目的是研究各种酸液的酸敏程度，其本质是研究酸液与油气层的配伍性，为油气层基质酸化和酸化解堵设计提供依据。,5、酸敏,八、储层敏感性评价,49,八、储层敏感性评价,50,应力敏感性是考察在施加一定的有效应力时，岩样的物性参数随应力变化而改变的性质。它反映了岩石孔隙几何学及裂缝壁面形态对应力变化的响应。应力敏感性评价的目的：（1）准确地评价储层，通过模拟围压条件测定孔隙度可以将常规孔隙度值转换成原地应力条件，有助于储量评价；（2）求出岩心在原地应力条件下的渗透率，便于建立岩心渗透率与测试渗透率间的关系，对认识测试渗透率和地层电阻率也有帮助；（3）为确定合理的生产压差提供依据。,6、应力敏感,八、储层敏感性评价,51,在钻井、完井过程中，由于外来流体进入油气层，可使近井筒附近的地层温度下降，从而对地层产生一定的影响，主要体现在以下几个方面：1、由于地层温度下降，导致有机结垢；2、由于地层温度下降，导致无机结垢；3、由于地层温度下降，导致地层中的某些矿物发生变化；温度敏感就是指由于外来流体进入地层引起温度下降从而导致地层渗透率发生变化的现象。实验的目的就在于研究这种温度敏感引起的地层损害程度，外来流体对地层的“冷却效应”。,7、温度敏感,八、储层敏感性评价,