资源开发概论

安徽理工大学采矿工程《资源开发概论》考试重点第一章煤层气开采瓦斯：亿万年前的古代植物等腐殖型有机物经地壳运动被深埋在地下后，在地热和厌氧菌的作用下，与煤同时生成的，吸附在煤层中的可燃性气体。瓦斯赋存状态：煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生空隙和运动产生的大量孔隙和裂隙。形成了很大的自由空间和孔隙表面，煤层中瓦斯赋存状态包括游离状态和吸附状态。1、游离瓦斯：瓦斯以自由的气体状体存在于煤体和围岩的孔隙、裂隙或空洞中。2、吸附瓦斯：把附着在煤体表面的瓦斯称为吸着瓦斯，而把进入媒体内部的瓦斯称为吸收瓦斯。煤层气运移及产出过程：排水（煤层水排出）→降压（储层压力降低）→解吸（甲烷分子解吸）→渗流煤与瓦斯共采：在井下建立采煤和采瓦斯两个完整的生产系统，利用采煤过程中产生的采动卸压作用使卸压煤层透气性增加，将传统的单一煤炭资源开采改变为在煤炭资源开采的同时，将瓦斯作为资源从煤层中开采出来的一种高效安全的开采方法。煤与瓦斯共采的理论基础：由于煤层采动引起岩层移动改变本煤层的原始应力场，在煤层不同区域形成卸压带和应力集中带，卸压带内瓦斯压力减小，与工作面煤壁后方煤层的瓦斯压力形成压差，压力平衡破坏，并逐步向煤壁后方发展，形成不断变化的瓦斯压力梯度，引起瓦斯运移；同时，本煤层采动形成的媒体变形、破裂和裂隙伸张大幅度提高煤体瓦斯运移的透气性，为本煤层卸压瓦斯的抽采提供了瓦斯运移通道。另一方面，采动引起岩层移动使得本煤层上下范围内覆岩应力场发生变化，导致上下临近煤层瓦斯卸压；同时，本煤层附近覆岩应力场的变化，导致本煤层附近覆岩发生膨胀变形和破坏，形成了岩层离层裂隙和穿层竖向破断裂隙，进而引起本煤层周围覆岩导气裂隙带的产生和延展，提高了煤岩体瓦斯运移的透气性，产生“卸压增透增流”效应，从而为卸压层卸压瓦斯提供了大量的运移的通道和持续解吸的条件。同时也为泄压层卸压瓦斯的大量抽采提供了条件。减小卸压层卸压瓦斯向本煤层的工作面流动，保证了本煤层工作面的安全高效开采，卸压层的瓦斯含量降低，实现卸压层工作面的安全高效开采。煤层气产出机理：1、煤层气解吸机理2、煤层气扩散机理3、煤层气渗流机理煤层气储层增产技术措施：1、煤层气井的水力压裂2、煤层气井的裸眼洞穴完井技术3、煤层气注气开采。注气增产的作用机理：1、通过注气增加储层流动能量2、改变煤层孔隙结构以提高渗透率3、通过提高储层压力传导系数并产生竞争吸附置换效应，从而提高煤层气开采时的单产量及回收率。第二章石油开采石油开发概念：所谓油田开发，就是依据详探成果和必要的生产性开发试验，在综合研究的基础上对具有工业价值的油田，按照国家对油田的生产要求，从油田的实际情况和生产规律出发，制定出合理的开放方案并对油田进行建设和投产，使油田按预定的生产能力和经济效益长期生产，直至开发结束的全过程。油田开采主要过程：钻井（形成井筒）→固井（保护井壁）→完井（完成油气井）→试油（测定生产层）→采油→增产构造非构造油藏：构造油气藏指储油圈闭是由构造运动形成的，包括背斜油气藏和断层（或断块）油气藏。非构造油气藏的储油圈闭是有沉积作用或成岩作用形成的，主要包括地层油气藏和岩性油气藏。钻井：钻井是利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。钻井方法：就是为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法，有（1）顿钻钻井法（2）旋转钻井法后者又包括地面动力转盘旋转钻井法和井底动力钻具旋转钻井法。连续管钻井技术：所有钻杆为连接钢管，是一种像钢丝绳一样缠绕在卷盘上，可以连续下人或从井内起出的无螺纹连接的长油管。简称CTD，是20世纪90年代刚发展起来的新技术，一个完整的连续管钻井系统主要由连续管钻机、循环系统、井控系统、辅助设备、井下钻具组合及专用解释分析软件等构成。优点：设备简单、起下钻容易、无需接钻杆、井控安全、投资少、钻井成本低，同时还可最大限度地降低钻井液侵入和随之而来的地层损害，提高产能。平衡压力钻井技术：在井内洗井液压力与地层压力相平衡的条件下进行钻进，以便有效的保护油气层不受洗井液的侵污，保证油气井的生产能力，同时保证较高的钻进速度缩短建井周期降低建井成本。优点：减少对油气层的损害，提高钻进速度，对开发到中后期的老油田和低压低渗的地层，效应明显。欠平衡压力钻井技术：指在钻井液作用于井底的压力（包括静液压力和循环压力）低于底层空隙压力条件下钻井。优越性：1、减轻底层损害，解放油层气，提高油气井的产能；2、有利于识别评价油气藏；3、明显提高机械钻速；4、减轻或避免压差卡钻和井漏事故的发生。井眼轨迹：是指一口已钻成的井的实际井眼轴线形状。井斜：井眼实钻轨迹偏离设计轨道。井斜原因：1、地质因素，底层可钻性的不均匀性和地层的倾斜；2、钻具原因，钻具的倾斜和弯曲；3、井眼扩大。井斜危害：1、在油气田的勘探开发过程中，井斜过大，井深会被歪曲，地质资料不真实，甚至会漏掉油气层，这一点尤其在一些断块晓得油气田中更为突出；2、井斜过大，由于实际钻开点和设计点偏离较远，可能会打乱油气田的开发方案，降低原油采收率。3、对钻井工作本身来讲，井斜变化率和方位变化率过大，会形成严重的“狗腿”，使起下钻困难，钻柱工作条件恶化，还会粘附卡钻、键槽卡钻等复杂情况。固井：在钻出的井眼内下入套管柱，并在套管柱和井壁之间注入水泥浆，使套管与井壁固结在一起的工艺过程。固井目的：1、安装井口装置，以控制在以后钻进中要遇到的高压油气水层；2、为了巩固输送井段，隔离复杂地层；3、保证在遇到井涌或井喷而需要压井时，不会失去对井内压力的控制，导致严重井喷；4、封隔地下各油、气、水层使之不能相互串通；5、为油气的生产建立长期稳定的通道；6封闭暂不开采的油气层。井身结构：1、导管：保护井口附近的地层，引导钻头正常钻进。2、表层套管：封隔地下水层，加固上部疏松岩层的井壁，保护井眼和安装封隔器。3、技术套管：保护和封隔油层上部难以控制的复杂地层。4、油层套管：保护井壁，形成油气通道，隔绝油、气、水层。完井：油气井完成是钻井工作的最后一个环节，也是油气投产前的最后一个环节。主要内容：钻开油气层，确定完井打法，安装井口及井底装置和试油。洗井液对油气层的损害：1、泥侵对油气层的损害。随着时间的推移，进入地层通道的洗井液也在地层通道中形成内泥饼、特别是洗井液中的重要晶石粉、钻屑等进入地层造成永久性损害。2、水侵对油气层的损害：①油气层中泥质成分吸水膨胀，从而使油气流通道截面缩小，形成堵塞。②地层中的可溶性盐类溶解产生化学沉淀物堵塞油气流通道。③破坏油气流的连续性，增加的油气流的阻力而形成堵塞。④产生水锁反应，增加油流阻力。完井方法：是指一口井完钻后产生层与井眼的连通方式及井底结构形式。完井方法;1、裸眼完井，是将套管下至油气层顶部或稍进入油气层，然后注水泥固井，待水泥凝固后钻开油气层完井。其优点：1）减少油气层污染2）油层全部裸露，整个油层段井径都可以开采3）一般不需射孔，减少射孔污染4）井眼容易在加深，并可转为衬管完井5）后期采用砾石充填可保持高产。其缺点1)不能克服井壁垮塌和油层出砂对油井生产的影响2）不同产层范围内不同压力油，气，水层相互干扰3）无法进行选择性酸化压力4）先期裸眼完井在未打开油气层就固井，对油气层还不够清楚，打开油气层时遇到特殊情况，会给钻井和生产造成麻烦5）后期裸眼完井不能消除泥浆对产层的污染。适用条件：1）岩性坚硬致密，井壁稳定的碳酸盐岩，砂岩储层2）无气顶，无底水，无含水夹层及易垮塌的储层3）单一厚储层或压力，岩性均质的多层储层4）不需要实施分隔层段及选择性处理的油层。（2）射孔完井：是将套管下至油气层底部注水泥固井，然后进行射孔将油层与井眼连通起来。其优点1）能有效封隔和支撑垮塌层2）能分隔不同压力和不同油气层可进行分层测试，分层开采和酸化压裂3）可进行无油管和多油管完井4）除裸眼完井外，比其他完井都经济。其缺点1）油层受洗井液污染最严重2）油气流动通道受到限制，产量比裸眼低，射孔完井是水动力学不完善井，产量比裸眼低。适用条件：1）有气顶，有底水或含水夹层及易垮塌的储层等复杂地层2）需分层测试，分层开采或分层注水的储层3）需要进行酸化压裂的低渗透层4）砂岩及碳酸岩储层。（3）砾石充填完井：是将绕丝筛管下入油层部位，然后在筛管与井眼环空充填砾石，封隔筛管以上的环空完井。特点是防止油层出砂和提高产层的产量。使用条件地层结构疏松，出砂严重，厚度大，不含水的单一油层，可消除注水泥和射孔作业对油层的损害。自喷采油主要流动过程及特点1）从油层到井底的地下渗流。当井底压力高于饱和压力时为单相液流，而当井底压力低于饱和压力时，则井底附近为多相渗流。该阶段压力损失占整个流动过程压力损失的10%~50%。当油层的渗透率高、井底附近无污染、流体粘度低、且为单单向渗流时，渗流阶段的压力损失小；反之，则压力损失大。2）从井底到井口的垂直或倾斜管流。该阶段压力损失占总压降的30%~80%，油井浅、汽油比高、含水低的中小产量井，该阶段压力损失小，而井较深、汽油比小、含水高且产量高的井，则井筒流损失大。3）经油嘴流出井口的流嘴：油、气和水等井筒产液通过油嘴节流后压力损失一般占总压降的5%~30%。4）通过井口地面出油管线至集油站分离器的近似水平管流。该阶段压力损失一般占总压降的5%~10%。条件：原油经地层经相互衔接的四个流动过程流至分离器后的余采压力Ps大于零，油井便能够自喷生产。第三章天然气开采天然气开采的四个阶段：①产量上升阶段：仅对井底被损害而损害物又易于排除地面的无水气井才具有这个特征在此阶段，气井处于调整工作制度和井底产层净化的过程，产量无阻流量随着井下渗透条件的改善二上升。②稳产阶段：产量基本保持不变，压力缓慢下降，稳产期的长短主要取决于气井采气速度。③递减阶段当气井能量不足克服地层的流动阻力、井筒油管的摩阻和输气管道的摩阻时，稳产阶段结束，产量开始递减。④末期稳产阶段：产量、压力均很低，但递减速度减慢，生产相对稳定，开采时可延续很长。增大压差采气的优势：①增加了大缝洞与微小缝隙之间的压差，使微缝隙里气易排除；②可充分发挥低渗透区的补给作用；③可发挥低压层的作用；④能提高气藏采气速度，满足生产需要；⑤净化井底，改善井底渗透条件气藏损害类型:①洗井液中固相颗粒的侵入；②泥浆滤液侵入降低了气相渗透率；③完井或修井注水泥的水泥浆侵入气层；④射孔造成的损害；⑤生产过程的损害。水力压裂概念，机理及影响因素水力压裂就是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，从而使储层破裂并向层内延伸成一条或数条水力裂缝后，使用支撑或刻蚀的方法使这些裂缝在井筒内压力释放后也不能完全闭合。机理：主要是降低了井底附近地层中气体的渗流阻力，由于压裂裂缝通常具有很高的导流能力，因此有效地改善了油气的流通通道，降低了油气的渗流阻力，使得油、气、水井的产量或吸水能力得到显著提高影响因素：温度，压裂液的携砂能力，有效厚度，渗透率，含水率，加沙量，压裂前的产量，压裂液的本身性质高能气体压裂含义及作用高能气体压裂是由爆炸增产发展而成的一种新工艺，它是通过一种推进剂，爆炸或化学燃烧，在井底产生一种高速气压脉冲来压裂油气层的增产增注技术。作用：产生的高速气压脉冲通过射孔孔眼作用在气层岩石上，从而压开多条辐射状的裂缝，也可以使已存在天然裂缝延伸，压力脉冲衰减后，裂缝闭合，但破裂时产生的岩石碎粒可起到支撑裂缝的作用，保持裂缝足够的导流能力并使油气井增产。第四章页岩气开采页岩气(shalegas)：是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中、以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气。页岩气的地质特征：1.页岩气中的天然气成因具有多样性机理。2.页岩气中的天然气赋存相态具有多样性变化的特点。3.与其他聚集类型天然气藏相比，页岩气中的天然气具有成藏机理多样性的特点。4.页岩气分布具有地质影响因素多样性的特点.5.页岩气与其他类型气藏分布关系具有多样性。页岩气藏的特点：1.成藏时间早2.自生自储3.无明显圈闭4.储层超致密5.气态储存状态多样6.页岩气藏较易保存7.与常规油气共生共处8.