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采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施1第七章第七章 气井增产措施气井增产措施 第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术第三节第三节 气井酸压技术气井酸压技术第四节第四节 储层评价与施工合理性研究储层评价与施工合理性研究采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施2 气井增产措施气井增产措施是向气层中注入某一种或几种物质，是向气层中注入某一种或几种物质，通过其与地层岩石或其本身相互间在特定条件下所产生通过其与地层岩石或其本身相互间在特定条件下所产生的物理或化学作用，提高或恢复气层的渗透性，从而提的物理或化学作用，提高或恢复气层的渗透性，从而提高气井生产能力的工艺措施。高气井生产能力的工艺措施。l 酸处理技术酸处理技术l 酸压技术酸压技术l 水力压裂技术水力压裂技术l 其它增产或解堵技术其它增产或解堵技术最常用气井增产措施：最常用气井增产措施：引引 言言 采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施3第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 酸化又称为酸化又称为基质酸化或孔隙酸化基质酸化或孔隙酸化，它是在低于储层，它是在低于储层岩石破裂压力下，将酸液注入地层孔隙、裂缝中，通过岩石破裂压力下，将酸液注入地层孔隙、裂缝中，通过酸液和地层岩石矿物的反应，溶解部分岩石矿物或堵塞酸液和地层岩石矿物的反应，溶解部分岩石矿物或堵塞物质，从而扩大或沟通地层岩石的孔隙裂缝，改善地层物质，从而扩大或沟通地层岩石的孔隙裂缝，改善地层近井地带渗透率，提高气井产量的工艺措施。近井地带渗透率，提高气井产量的工艺措施。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施4第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 一、酸化增产原理一、酸化增产原理 因为气井生产时大部分压力损失都发生在井筒附近，只要能因为气井生产时大部分压力损失都发生在井筒附近，只要能较大地增加近井地带地层的渗透能力，使气井获得增产。较大地增加近井地带地层的渗透能力，使气井获得增产。无损害气井酸处理最大增产倍数图无损害气井酸处理最大增产倍数图 采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施5第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 当气井受到损害后，产量将随当气井受到损害后，产量将随“损害程度损害程度”和和“损害范围损害范围”增大而下降，可表示为：增大而下降，可表示为：对裂缝性气藏而言，如果酸液沿天然裂缝穿透并不断对裂缝性气藏而言，如果酸液沿天然裂缝穿透并不断“刻蚀刻蚀”缝壁岩面，使之产生不能缝壁岩面，使之产生不能“闭合闭合”的酸蚀裂缝的酸蚀裂缝“槽沟槽沟”，常规酸化施工亦能收到支撑裂缝的效果。，常规酸化施工亦能收到支撑裂缝的效果。损害程度：损害程度：采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施6受损害气井采气指数下降率与损害因素关系图受损害气井采气指数下降率与损害因素关系图第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施7第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 二、酸液体系二、酸液体系 酸液体系：盐酸、土酸、胶凝酸、泡沫酸、乳化酸等。酸液体系：盐酸、土酸、胶凝酸、泡沫酸、乳化酸等。酸化施工一般都使用各种强酸（如盐酸、氢氟酸等）酸化施工一般都使用各种强酸（如盐酸、氢氟酸等）作为工作液的主料，并加入各种添加剂以保证其综合性作为工作液的主料，并加入各种添加剂以保证其综合性能指标达到工艺要求。能指标达到工艺要求。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施8 酸处理工艺对酸液性能的特殊要求酸处理工艺对酸液性能的特殊要求 缓蚀性能缓蚀性能 盐酸和氢氟酸对钢材的腐蚀性能都很强。盐酸和氢氟酸对钢材的腐蚀性能都很强。缓蚀缓蚀以保证施工管柱和设备不致发生腐蚀损坏。以保证施工管柱和设备不致发生腐蚀损坏。第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 要求酸液具有一定的缓速效果，以要求酸液具有一定的缓速效果，以增加穿透深度增加穿透深度和处理效果。和处理效果。缓速性能缓速性能 其它性能其它性能 粘度、密度，与地层岩石及其流体的配伍性、管内摩损阻粘度、密度，与地层岩石及其流体的配伍性、管内摩损阻力，残液表面张力及三相接触角等。力，残液表面张力及三相接触角等。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施9常规酸液的基本组成常规酸液的基本组成 第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 盐酸盐酸 +缓蚀剂缓蚀剂 +表面活性剂表面活性剂 +铁离子稳定剂铁离子稳定剂（1 1）盐酸酸液体系）盐酸酸液体系无色或淡黄色氯化氢气体的水溶液，有刺激性臭味。无色或淡黄色氯化氢气体的水溶液，有刺激性臭味。工业浓度：工业浓度：30303232;使用浓度：使用浓度：15152828 含氮化合物。具有较好高温缓蚀效果。含氮化合物。具有较好高温缓蚀效果。醛类。甲醛使用温度低于醛类。甲醛使用温度低于8080，且不抗，且不抗硫化氢，故在气井中很少应用。硫化氢，故在气井中很少应用。炔醇类。炔醇类。复合缓蚀剂。复合缓蚀剂。合适的表面活性剂除可合适的表面活性剂除可降低酸降低酸液界面张力液界面张力从而减少毛细管阻从而减少毛细管阻力，便于排液、延缓酸岩反力，便于排液、延缓酸岩反应速度和抑制腐蚀。应速度和抑制腐蚀。在酸液中加入稳定剂以防止氢氧在酸液中加入稳定剂以防止氢氧化铁沉淀。目前使用的铁离子稳化铁沉淀。目前使用的铁离子稳定剂有两类：还原剂和螯合剂定剂有两类：还原剂和螯合剂采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施10 土酸是盐酸与氢氟酸混合酸液的俗称。一般为土酸是盐酸与氢氟酸混合酸液的俗称。一般为10101515的盐酸和的盐酸和3 35 5的氢氟酸与添加剂所组成的混合酸液。的氢氟酸与添加剂所组成的混合酸液。为了防止氢氟酸与地层矿物和地下水中存在的钙离子反应为了防止氢氟酸与地层矿物和地下水中存在的钙离子反应生成氟化钙沉淀，一般都使用低浓度的盐酸液作为生成氟化钙沉淀，一般都使用低浓度的盐酸液作为前冲洗液前冲洗液。所使用的添加剂必须通过实验证实配伍性和相容性。所使用的添加剂必须通过实验证实配伍性和相容性。第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 （2 2）土酸体系）土酸体系采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施11 几种新型酸液体系几种新型酸液体系第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 在常规酸液中加入一定比例的降阻剂，在常规酸液中加入一定比例的降阻剂，可以大大降低酸液在油管中可以大大降低酸液在油管中流动时的摩擦阻力损失流动时的摩擦阻力损失，增加地面泵注水功率的利用率。，增加地面泵注水功率的利用率。胶凝酸体系胶凝酸体系 胶凝酸是一种缓速酸液，它是将一定量的胶凝剂加入与其配伍的常胶凝酸是一种缓速酸液，它是将一定量的胶凝剂加入与其配伍的常规酸液中，使酸的规酸液中，使酸的粘度提高粘度提高到到303060mPa.s60mPa.s，一方面抑制氢离子的传递，一方面抑制氢离子的传递，另一方面又可降低滤失速度，降低滤失速度造成的对流传质，从而延缓另一方面又可降低滤失速度，降低滤失速度造成的对流传质，从而延缓酸液与岩石的反应速度，增加活性酸有效穿透距离。酸液与岩石的反应速度，增加活性酸有效穿透距离。降阻酸体系降阻酸体系采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施12 几种新型酸液体系几种新型酸液体系第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 泡沫酸常用氮气或二氧化碳为内相，酸液为外相的泡沫体系，泡沫酸常用氮气或二氧化碳为内相，酸液为外相的泡沫体系，具有具有粘度高、滤失速度低，管内流动摩阻低，对储层特别是含水敏矿物的储粘度高、滤失速度低，管内流动摩阻低，对储层特别是含水敏矿物的储层损害小，缓速效果好，排液速度快的优点层损害小，缓速效果好，排液速度快的优点，特别适用于气层压力已低，特别适用于气层压力已低于静水柱压力的低压气井增产作业。于静水柱压力的低压气井增产作业。醇酸体系醇酸体系 在常规酸液中加入一定量的醇类（多使用在常规酸液中加入一定量的醇类（多使用12122020的甲醇或乙醇）的甲醇或乙醇）就变成醇酸体系。醇酸有就变成醇酸体系。醇酸有很低的表面张力很低的表面张力，可大大降低毛细管力，对，可大大降低毛细管力，对稳稳定粘土颗粒和增加排液速度定粘土颗粒和增加排液速度都有较大优越性。都有较大优越性。泡沫酸体系泡沫酸体系采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施13第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 三、基质酸化设计三、基质酸化设计一个完整的基质酸化设计应包括下述步骤：一个完整的基质酸化设计应包括下述步骤：分析拟施工井进行基质酸化的合理性，常用的分析方法有：区域分析拟施工井进行基质酸化的合理性，常用的分析方法有：区域对比、井层对比和试井资料分析；对比、井层对比和试井资料分析；证实损害原因、程度及损害深度；证实损害原因、程度及损害深度；根据岩心化学分析和酸化试验结果选择适合该地层的酸液配方；根据岩心化学分析和酸化试验结果选择适合该地层的酸液配方；确定泵注压力和排量；确定泵注压力和排量；确定每米施工井段的施工液量和总液量；确定每米施工井段的施工液量和总液量；如施工层厚度较大，或施工井一次射开几个层段则确定是否应用如施工层厚度较大，或施工井一次射开几个层段则确定是否应用分流技术及分流方法；分流技术及分流方法；预测施工增产效果；预测施工增产效果；提出施工前、施工中和施工后的注意事项。提出施工前、施工中和施工后的注意事项。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施14第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 三、基质酸化设计三、基质酸化设计 最高泵压和最大排量的确定最高泵压和最大排量的确定 基质酸处理要求酸液通过岩石的孔隙进入地层而不希望将基质酸处理要求酸液通过岩石的孔隙进入地层而不希望将地层压裂，这样施工时的最大井底压力就必须低于地层破裂压地层压裂，这样施工时的最大井底压力就必须低于地层破裂压力，即：力，即：最高泵压：最高泵压：最大排量：最大排量：采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施15第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 三、基质酸化设计三、基质酸化设计 酸液用量的确定酸液用量的确定 合理的酸液用量取决于酸液有效穿透距离，而酸液在岩石合理的酸液用量取决于酸液有效穿透距离，而酸液在岩石基质孔隙中的穿透深度又取决于岩石、酸液性质、反应条件和基质孔隙中的穿透深度又取决于岩石、酸液性质、反应条件和局部反应速度。局部反应速度。碳酸盐岩气层基质酸化的有效作用距离碳酸盐岩气层基质酸化的有效作用距离威廉斯和尼洛德研究了酸液溶蚀孔径增长模型。威廉斯和尼洛德研究了酸液溶蚀孔径增长模型。当已知注酸速度，假定溶蚀孔数目，确定从溶蚀孔壁向地层的滤当已知注酸速度，假定溶蚀孔数目，确定从溶蚀孔壁向地层的滤失量后，可得出类似裂缝中流动时的计算图版。失量后，可得出类似裂缝中流动时的计算图版。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施16威廉斯和尼洛德研究的威廉斯和尼洛德研究的 酸在酸在“蛀孔蛀孔”中的穿透距离中的穿透距离滤失雷诺数滤失雷诺数 流动雷诺数流动雷诺数 施密特数施密特数 第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施17第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 三、基质酸化设计三、基质酸化设计 酸液用量的确定酸液用量的确定（2 2）砂岩基质酸化的有效反应半径）砂岩基质酸化的有效反应半径100100时土酸量与有效穿透深度关系时土酸量与有效穿透深度关系 土酸与砂岩的反应必须土酸与砂岩的反应必须考虑表面反应动力学，这将考虑表面反应动力学，这将比碳酸盐岩盐酸系统的计比碳酸盐岩盐酸系统的计算更为复杂，可应用威廉斯算更为复杂，可应用威廉斯和怀特利做出的设计曲线。和怀特利做出的设计曲线。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施18第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 三、基质酸化设计三、基质酸化设计 酸液用量的确定酸液用量的确定 注酸强度估算法注酸强度估算法所谓注酸强度，是指对每米施工段所使用的酸量。所谓注酸强度，是指对每米施工段所使用的酸量。一般都根据气井受损害程度的资料和施工层的孔隙度进行估算。一般都根据气井受损害程度的资料和施工层的孔隙度进行估算。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施19第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 三、基质酸化设计三、基质酸化设计 气井基质酸化的分流技术气井基质酸化的分流技术堵塞球分流的原理：堵塞球分流的原理：由于所射开层段岩性的损害程度的差别，由于所射开层段岩性的损害程度的差别，酸液总是首先进入酸液总是首先进入“剩余剩余”渗透率较高的层段，而随酸液入渗透率较高的层段，而随酸液入井的堵塞球井的堵塞球(一般直径为一般直径为202025mm)25mm)将将“座封座封”在在“入口入口”的的射孔眼上，阻止后面的酸继续进入该孔，逼迫酸液转向进入射孔眼上，阻止后面的酸继续进入该孔，逼迫酸液转向进入另外的孔和另外的层，直到所有的射开层段均被酸化。另外的孔和另外的层，直到所有的射开层段均被酸化。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施20第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 三、基质酸化设计三、基质酸化设计 裂缝性气层的酸化设计应注意的问题裂缝性气层的酸化设计应注意的问题 (1)(1)大量资料证实，钻井液、完井液对孔隙地层的损害深度一大量资料证实，钻井液、完井液对孔隙地层的损害深度一般不会超过般不会超过303050cm50cm，但一旦井筒与天然裂缝连通时，但一旦井筒与天然裂缝连通时，损害深损害深度度可能会可能会大大大高于完全沿孔隙进入地层所造成的损害，这在设大高于完全沿孔隙进入地层所造成的损害，这在设计施工用酸量时应引起足够的重视；计施工用酸量时应引起足够的重视；(2)(2)增产幅度变化很大。用计算方法增产幅度变化很大。用计算方法预测的增产预测的增产，在天然裂缝，在天然裂缝发育的气层往往会与施工后实际得到的产量发育的气层往往会与施工后实际得到的产量有较大的出入有较大的出入。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施21第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 三、基质酸化设计三、基质酸化设计 裂缝性气层的酸化设计应注意的问题裂缝性气层的酸化设计应注意的问题 (3)(3)只要天然裂缝与井筒沟通，只要天然裂缝与井筒沟通，“酸化酸化”反应都将主要在裂缝反应都将主要在裂缝内发生，在裂缝性气层进行酸化压裂设计时，应内发生，在裂缝性气层进行酸化压裂设计时，应充分考虑滤失充分考虑滤失问题问题。在网状裂缝发育的气层设计酸化压裂时，为获得较长的。在网状裂缝发育的气层设计酸化压裂时，为获得较长的酸蚀裂缝，应考虑使用降滤剂。酸蚀裂缝，应考虑使用降滤剂。(4)(4)在满足安全要求的泵压下尽可能在满足安全要求的泵压下尽可能快速地将酸液注入地层快速地将酸液注入地层中中最易恢复并增加它的流通能力从而使气井获得增产。最易恢复并增加它的流通能力从而使气井获得增产。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施22第一节第一节 气井酸化技术气井酸化技术 三、基质酸化设计三、基质酸化设计“泡沫酸泡沫酸”压裂设计技术压裂设计技术 “泡沫酸泡沫酸”压裂设计所需要进行的特殊计算主要包括：压裂设计所需要进行的特殊计算主要包括：地面泵注压力及酸液、气体地面泵注压力及酸液、气体(氮气或二氧化碳氮气或二氧化碳)的泵排量、的泵排量、泡沫酸的有效穿透距离等。泡沫酸的有效穿透距离等。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施23第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术压裂：压裂：向井筒内以高于地层吸收能力的速率注入工作液体，向井筒内以高于地层吸收能力的速率注入工作液体，在井筒内产生高于储层破裂强度的压力，从而使储层破裂在井筒内产生高于储层破裂强度的压力，从而使储层破裂并向层内延伸成一条或数条水力裂缝后，使用并向层内延伸成一条或数条水力裂缝后，使用“支撑支撑”或或“刻蚀刻蚀”的方法使这些裂缝在井筒内压力释放后不闭合，的方法使这些裂缝在井筒内压力释放后不闭合，从而达到增产增注的效果。从而达到增产增注的效果。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施24利用利用100%100%的液体二氧化碳和石英砂进行压裂，的液体二氧化碳和石英砂进行压裂，无水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出无水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可避免地层伤害。其关键技术是混合砂地层，可避免地层伤害。其关键技术是混合砂子进入液体二氧化碳中的二氧化碳混合器。适子进入液体二氧化碳中的二氧化碳混合器。适用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地层，适合的储层包括渗水层、低压层及有的地层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的储层以及水敏性储层。微粒运移的储层以及水敏性储层。压裂的种类：压裂的种类：(根据造缝介质不同根据造缝介质不同)水力压裂水力压裂高能气体压裂高能气体压裂干法压裂干法压裂利用特定的发射药或推进剂在油气井的目利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速燃烧，产生高温高压气体，压的层段高速燃烧，产生高温高压气体，压裂地层形成多条自井眼呈放射状的径向裂裂地层形成多条自井眼呈放射状的径向裂缝，清除油气层污染及堵塞物，有效地降缝，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低表皮系数，从而达到油气井增产的目的低表皮系数，从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。的一种工艺技术。第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施25第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术水力压裂的工艺过程：水力压裂的工艺过程：憋压憋压造逢造逢裂缝延伸裂缝延伸充填支撑剂充填支撑剂裂缝闭合裂缝闭合采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施26(2)(2)降低了井底附近地层中流体的渗流阻力：降低了井底附近地层中流体的渗流阻力：裂缝内流体流动阻裂缝内流体流动阻力小。力小。(1)(1)改变流体的渗流状态：改变流体的渗流状态：使原来径向流动变为油层与裂缝近似使原来径向流动变为油层与裂缝近似的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了径向节流损失，的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了径向节流损失，降低了能量消耗。降低了能量消耗。第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术（a a）浅穿透裂缝渗流模式图）浅穿透裂缝渗流模式图 （b b）深穿透裂缝渗流模式图）深穿透裂缝渗流模式图压裂气井渗流模型图压裂气井渗流模型图 一、压裂增产原理一、压裂增产原理采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施27第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术McguilMcguil曲线曲线相对导流能力相对导流能力无因次增无因次增产倍数产倍数采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施28(1)(1)气井开采的动力一般依靠压力降落后气体的弹性膨胀，从井底到边气井开采的动力一般依靠压力降落后气体的弹性膨胀，从井底到边界的每一点的压力都是时间的函数。因此，界的每一点的压力都是时间的函数。因此，产量是采出程度的函数产量是采出程度的函数，即，即使生产压差相同，在两次测量时间间隔较近时，尚可近似估计增产，若使生产压差相同，在两次测量时间间隔较近时，尚可近似估计增产，若测量时间相距较远，这一比较将可能会毫无意义。测量时间相距较远，这一比较将可能会毫无意义。第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术(2)(2)压裂施工气井大多为低渗透，存在排液和压降传递问题，压力波传压裂施工气井大多为低渗透，存在排液和压降传递问题，压力波传递到边界，气井生产达到递到边界，气井生产达到“拟稳定拟稳定”状态必须经过很长时间，所以状态必须经过很长时间，所以时间时间引起的产量下降问题是不容忽略的引起的产量下降问题是不容忽略的。注意的几个问题：注意的几个问题：(3)(3)天然气在裂缝中流动大多将呈天然气在裂缝中流动大多将呈湍流状态湍流状态，流动阻力的增加就相当于，流动阻力的增加就相当于降低了裂缝的导流能力，再加上不可避免地缝壁损害等原因，实测增产降低了裂缝的导流能力，再加上不可避免地缝壁损害等原因，实测增产倍数将会低于计算值。倍数将会低于计算值。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施29第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术二、压裂液体系二、压裂液体系l 水基压裂液和油基压裂液。水基压裂液和油基压裂液。l 一般认为气层压裂不宜使用油基液。一般认为气层压裂不宜使用油基液。l 在低渗气田压裂中，发展了水基压裂液、乳化压裂液在低渗气田压裂中，发展了水基压裂液、乳化压裂液(多多以凝析油做分散相以凝析油做分散相)、泡沫液、交联甲醇压裂液和纯二氧化、泡沫液、交联甲醇压裂液和纯二氧化碳压裂工艺。碳压裂工艺。l 水基压裂液可分为三种：植物胶压裂液、纤维素及其衍生水基压裂液可分为三种：植物胶压裂液、纤维素及其衍生物和聚合物压裂液，其中物和聚合物压裂液，其中植物胶压裂液的应用最广植物胶压裂液的应用最广。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施30第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术压裂工艺对工作液的要求：压裂工艺对工作液的要求：具有足够的粘度和理想的流变性能；具有足够的粘度和理想的流变性能；具有良好的悬砂性能；具有良好的悬砂性能；低滤失性；低滤失性；低摩阻；低摩阻；易于返排；易于返排；对裂缝导流能力和地层渗透率的损害最小。对裂缝导流能力和地层渗透率的损害最小。目前，压裂施工使用的大多是目前，压裂施工使用的大多是胍胶或改性胍胶胍胶或改性胍胶作压裂液。虽然作压裂液。虽然也研制成功多种替代的植物胶也研制成功多种替代的植物胶(如田菁胶、魔芋胶等如田菁胶、魔芋胶等)，但因性能、，但因性能、原料供应和价格等原因，未能得到广泛应用。原料供应和价格等原因，未能得到广泛应用。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施31第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术 成胶剂成胶剂 成胶剂是压裂主体材料，也是形成压裂液体系和选择其它成胶剂是压裂主体材料，也是形成压裂液体系和选择其它添加材料的基础，主要应用：胍胶、田菁胶。添加材料的基础，主要应用：胍胶、田菁胶。交联剂交联剂 交联剂是指一些含有硼和过渡金属元素的化合物，利用这交联剂是指一些含有硼和过渡金属元素的化合物，利用这些元素对羧基的亲和力，与由稠化剂水合形成的些元素对羧基的亲和力，与由稠化剂水合形成的“凝胶凝胶”中的中的线性大分子中的羧基产生交联反应，而形成在三维空间中扩展线性大分子中的羧基产生交联反应，而形成在三维空间中扩展的由无数个线性分子组成的网络状分子，即所谓的由无数个线性分子组成的网络状分子，即所谓“冻胶冻胶”。常用的交联剂包括：常用的交联剂包括：CTCTRXRX（以有机钛为主要交联元素）、（以有机钛为主要交联元素）、铬交联剂、延缓交联的硼交联剂。铬交联剂、延缓交联的硼交联剂。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施32 破胶剂破胶剂l 酶破胶剂酶破胶剂只适用于植物胶压裂液，且井底温度不超过只适用于植物胶压裂液，且井底温度不超过6565，作用与，作用与细菌消化聚合物的作用相似，应用很少。细菌消化聚合物的作用相似，应用很少。l 最常用的破胶剂是最常用的破胶剂是过氧化物过氧化物，如过硫酸钾、过硫酸胺等。其破胶机，如过硫酸钾、过硫酸胺等。其破胶机理是遇热后分解高活性硫酸基，破坏聚合物联胶的主链。理是遇热后分解高活性硫酸基，破坏聚合物联胶的主链。第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术l 当温度低于当温度低于5050时，分解作用很缓慢，但当温度高于时，分解作用很缓慢，但当温度高于9393时，很快时，很快就能破坏已胶联的聚合物。因为压裂液进入地层后会引起井底和缝内就能破坏已胶联的聚合物。因为压裂液进入地层后会引起井底和缝内温度变化，习惯的作法是温度变化，习惯的作法是“阶梯似阶梯似”的加入破胶剂的加入破胶剂，目的是控制不同，目的是控制不同时间注入地层的液体能够在同一时刻破胶，以便于返排。时间注入地层的液体能够在同一时刻破胶，以便于返排。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施33 表面活性剂表面活性剂l 表面活性剂是由一个非极性的长分子链和一个极性基团组成的大分表面活性剂是由一个非极性的长分子链和一个极性基团组成的大分子集团，因此可以降低界面张力，使施工结束后残液利于返排。子集团，因此可以降低界面张力，使施工结束后残液利于返排。第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术l 根据极性基团所带电荷的差别，表面活性剂可分为阳离子型、阴离根据极性基团所带电荷的差别，表面活性剂可分为阳离子型、阴离子型和非离子型三类，因为它具有特殊的化学组成，施工中常通过试子型和非离子型三类，因为它具有特殊的化学组成，施工中常通过试验选取不同的表面活性剂用作验选取不同的表面活性剂用作防乳破乳剂、乳化剂防乳破乳剂、乳化剂(乳化体系乳化体系)、起泡、起泡剂剂(泡沫体系泡沫体系)、助排剂等、助排剂等 。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施34 粘土稳定剂粘土稳定剂l 在地层岩石中存在粘土矿物在地层岩石中存在粘土矿物(如高岭石、蒙脱石和水云母等如高岭石、蒙脱石和水云母等)时，注时，注入的含盐量低于地层水的压裂液将在粘土分子中发生离子交换而破坏入的含盐量低于地层水的压裂液将在粘土分子中发生离子交换而破坏其正负电荷的平衡，使粘土颗粒带有相同电荷并相互排斥而发生体积其正负电荷的平衡，使粘土颗粒带有相同电荷并相互排斥而发生体积膨胀膨胀(蒙脱石蒙脱石)和分离迁移和分离迁移(如高岭石如高岭石)，从而减少孔隙尺寸或堵塞孔喉，从而减少孔隙尺寸或堵塞孔喉，使地层渗透率降低。使地层渗透率降低。第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术l 一般使用一般使用1 13 3的盐类来作粘土稳定剂，使用最多的是的盐类来作粘土稳定剂，使用最多的是KClKCl，其，其次为次为NaClNaCl和和NHNH4 4ClCl等等 。6.6.其它添加剂其它添加剂 pHpH控制剂控制剂(多种弱酸或和弱碱多种弱酸或和弱碱)、高温凝胶稳定剂、滤失控制剂等。、高温凝胶稳定剂、滤失控制剂等。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施35第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术三、支撑剂三、支撑剂1.1.支撑剂的性能要求支撑剂的性能要求(1)(1)粒径均匀，密度小粒径均匀，密度小(2)(2)强度大，破碎率小强度大，破碎率小(3)(3)园度和球度高园度和球度高(4)(4)杂质含量少杂质含量少(5)(5)来源广，价廉来源广，价廉 闭合压力闭合压力采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施36第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术2.2.支撑剂的类型支撑剂的类型按其力学性质分为两大类：按其力学性质分为两大类：脆性支撑剂脆性支撑剂 如石英砂、玻璃球等如石英砂、玻璃球等特点特点是硬度大，变形小，在高闭合压力下易破碎是硬度大，变形小，在高闭合压力下易破碎 韧性支撑剂韧性支撑剂 如核桃壳、铝球等如核桃壳、铝球等特点特点是变形大，承压面积大，在高闭合压力下不易破碎是变形大，承压面积大，在高闭合压力下不易破碎 目前矿场上常用的支撑剂有两种：一是天然砂；二是目前矿场上常用的支撑剂有两种：一是天然砂；二是人造支撑剂（陶粒）。人造支撑剂（陶粒）。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施37第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术 支撑剂与裂缝导流能力支撑剂与裂缝导流能力 压裂施工结束后，施工液体排出地面，留在气层中并压裂施工结束后，施工液体排出地面，留在气层中并能使气井获得增产的只有支撑剂，这些支撑剂能否达到预能使气井获得增产的只有支撑剂，这些支撑剂能否达到预期的增产效果，取决于以下三个方面：期的增产效果，取决于以下三个方面：支撑剂的抗压强度；支撑剂的抗压强度；支撑剂在裂缝中的分布；支撑剂在裂缝中的分布；所形成的支撑剂裂缝的导流能力。所形成的支撑剂裂缝的导流能力。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施38第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术四、水力压裂设计四、水力压裂设计 1.1.压裂设计的任务：压裂设计的任务：优选出经济可行的增产方案优选出经济可行的增产方案2.2.压裂设计的原则：压裂设计的原则：充分发挥油气层潜能和裂缝的作用充分发挥油气层潜能和裂缝的作用使压裂后油气井和注入井达到最佳状态使压裂后油气井和注入井达到最佳状态压裂井的有效期和稳产期长压裂井的有效期和稳产期长采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施39第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术四、水力压裂设计四、水力压裂设计 3.3.压裂设计的方法压裂设计的方法 根据油气层特性和设备能力，以获取最大产量或经济效益为目根据油气层特性和设备能力，以获取最大产量或经济效益为目标，在优选裂缝几何参数基础上，设计合适的加砂方案。标，在优选裂缝几何参数基础上，设计合适的加砂方案。4.4.压裂设计方案的内容压裂设计方案的内容 裂缝几何参数优选及设计；压裂液类型、配方选择及注液程序；裂缝几何参数优选及设计；压裂液类型、配方选择及注液程序；支撑剂选择及加砂方案设计；压裂效果预测和经济分析等。区块支撑剂选择及加砂方案设计；压裂效果预测和经济分析等。区块整整体压裂设计体压裂设计还应包括采收率和开采动态分析等。还应包括采收率和开采动态分析等。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施40第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术四、水力压裂设计四、水力压裂设计 5.5.压裂设计与分析内容压裂设计与分析内容（1 1）地层的破裂条件）地层的破裂条件 当施工产生的最大张应力超过岩石的最小主应力和抗当施工产生的最大张应力超过岩石的最小主应力和抗张强度之后，岩石就产生破裂。张强度之后，岩石就产生破裂。（2 2）地层条件下的应力状况）地层条件下的应力状况（3 3）破裂压力预测方法）破裂压力预测方法 采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施41四、水力压裂设计四、水力压裂设计 5.5.压裂设计与分析内容压裂设计与分析内容（4 4）裂缝几何参数计算模型：）裂缝几何参数计算模型：二维、拟三维和真三维模型二维、拟三维和真三维模型主要差别是裂缝的扩展和裂缝内的流体流动方式不同：主要差别是裂缝的扩展和裂缝内的流体流动方式不同：二维模型假设裂缝高度是常数，即流体仅沿缝长方向流动。二维模型假设裂缝高度是常数，即流体仅沿缝长方向流动。真三维模型认为缝高沿缝长方向是变化的，在缝长、缝高方向真三维模型认为缝高沿缝长方向是变化的，在缝长、缝高方向均有流动均有流动(即存在压力降即存在压力降)。拟三维模型认为缝高沿缝长方向是变化的，但裂缝内仍是一维拟三维模型认为缝高沿缝长方向是变化的，但裂缝内仍是一维流动流动(缝长缝长)。第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施42四、水力压裂设计四、水力压裂设计 5.5.压裂设计的计算与分析压裂设计的计算与分析（5 5）压裂效果预测）压裂效果预测第二节第二节 气井压裂技术气井压裂技术l 具体内容在具体内容在采油工程采油工程课程中有详细介绍。课程中有详细介绍。l 课本上的内容自学。课本上的内容自学。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施43第三节第三节 气井酸压技术气井酸压技术 酸压酸压是在足以压开地层形成裂缝或撑开地层原有裂缝压力是在足以压开地层形成裂缝或撑开地层原有裂缝压力下，对地层挤酸的一种下，对地层挤酸的一种压裂（酸化）压裂（酸化）工艺。工艺。酸压施工方法有两种：酸压施工方法有两种：一种是只挤酸；另一种是先挤前置一种是只挤酸；另一种是先挤前置液造缝，待裂缝向长、宽发展，然后再挤酸。液造缝，待裂缝向长、宽发展，然后再挤酸。酸压增产原理：酸压增产原理：首先依靠压裂泵的首先依靠压裂泵的水力水力作用，压开地层形作用，压开地层形成新裂缝或撑开地层中原有成新裂缝或撑开地层中原有裂缝裂缝。同时，依靠盐酸液的化学溶。同时，依靠盐酸液的化学溶蚀作用，沿压开、撑开的蚀作用，沿压开、撑开的裂缝溶蚀裂缝溶蚀碳酸盐岩，使这些裂缝成为碳酸盐岩，使这些裂缝成为具有良好导流能力的具有良好导流能力的酸蚀裂缝酸蚀裂缝，从而减少了天然气流向井筒的，从而减少了天然气流向井筒的阻力，使气井获得增产效果。阻力，使气井获得增产效果。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施44l 酸化压裂与基质酸化相比较，延长了酸的有效作用距离。酸化压裂与基质酸化相比较，延长了酸的有效作用距离。l 酸化压裂作为水力压裂的一种特殊形式，除包括水力压裂设酸化压裂作为水力压裂的一种特殊形式，除包括水力压裂设计的必须全部计算内容外（不包括支撑剂计算），还必须计算计的必须全部计算内容外（不包括支撑剂计算），还必须计算出酸液的有效作用距离及其导流能力，才能预测其增产效果。出酸液的有效作用距离及其导流能力，才能预测其增产效果。第三节第三节 气井酸压技术气井酸压技术课本上和课本上和采油工程采油工程课程中课程中有详细介绍，自学。有详细介绍，自学。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施45第四节第四节 储层评价及施工合理性研究储层评价及施工合理性研究 增产措施的增产措施的最终目的最终目的是使油气井增加产量并取得尽可能是使油气井增加产量并取得尽可能高的经济效益。高的经济效益。施工后油气井能否增产及增产幅度大小不仅与所选的施工后油气井能否增产及增产幅度大小不仅与所选的工艺方法和工艺设计的完成程度有关，而且更重要的则取工艺方法和工艺设计的完成程度有关，而且更重要的则取决于施工井层的地质因素及其施工工程效果的合理组合。决于施工井层的地质因素及其施工工程效果的合理组合。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施46一、储层评价一、储层评价第四节第四节 储层评价及施工合理性研究储层评价及施工合理性研究 对整个气藏进行系统评价和全面认识是勘探和开发地质的工对整个气藏进行系统评价和全面认识是勘探和开发地质的工作领域。增产措施的储层评价只能在上述研究成果的基础上，针作领域。增产措施的储层评价只能在上述研究成果的基础上，针对施工井的具体情况，进行一些必要的补充工作，从而能更深入对施工井的具体情况，进行一些必要的补充工作，从而能更深入地了解施工井区一定范围内生、储、盖层的特殊情况。地了解施工井区一定范围内生、储、盖层的特殊情况。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施47一、储层评价一、储层评价第四节第四节 储层评价及施工合理性研究储层评价及施工合理性研究 气藏的地质特征气藏的地质特征 岩性及其在纵、横向上的变化；岩性及其在纵、横向上的变化；岩石物性参数；岩石物性参数；测井资料及其对比；测井资料及其对比；储层岩石力学性质参数；储层岩石力学性质参数；储层流体性质。储层流体性质。沉积环境及岩相变化趋势；沉积环境及岩相变化趋势；储层评价主要应包括两方面的内容：储层评价主要应包括两方面的内容：采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施48一、储层评价一、储层评价第四节第四节 储层评价及施工合理性研究储层评价及施工合理性研究 井区地层特点及低产原因研究井区地层特点及低产原因研究一般而言，造成气井低产的原因有三个方面：一般而言，造成气井低产的原因有三个方面：井区内储层渗透率低，且裂缝不发育；井区内储层渗透率低，且裂缝不发育；井区渗透率高井区渗透率高(或天然裂缝发育或天然裂缝发育)，但气层损害严重。，但气层损害严重。证实气层损害的最常用和最直接的方法是压力恢复曲线。证实气层损害的最常用和最直接的方法是压力恢复曲线。非均质造成的局部低孔低渗。非均质造成的局部低孔低渗。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施49二、井身条件及工艺选择二、井身条件及工艺选择第四节第四节 储层评价及施工合理性研究储层评价及施工合理性研究 选择合理的增产措施，除必须依据井区范围内的储层条件外，选择合理的增产措施，除必须依据井区范围内的储层条件外，还必须依据拟施工井的井身条件还必须依据拟施工井的井身条件(工程条件工程条件)，主要包括：，主要包括：完井方法完井方法 一般地说，大段裸眼或衬管完井不适宜进行大型压裂施一般地说，大段裸眼或衬管完井不适宜进行大型压裂施工，因为大段裸眼不能保证压裂裂缝从何处开始及向何处延工，因为大段裸眼不能保证压裂裂缝从何处开始及向何处延伸，即使下入裸眼封隔器，封隔器能保证压裂之前井筒内的伸，即使下入裸眼封隔器，封隔器能保证压裂之前井筒内的密封，裂缝延伸也趋向于应力较低的上部，从而最终使井筒密封，裂缝延伸也趋向于应力较低的上部，从而最终使井筒上下窜通而导致施工失败。上下窜通而导致施工失败。采气工程气井增产措施采气工程气井增产措施50二、井身条件及工艺选择二、井身条件及工艺选择第四节第四节 储层评