第1章 完井工程基础

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（WellCompletion）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、储层岩性特征13岩砂石长岩砂铁含二、储层岩性特征岩砂硬岩砂粉142.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1.0—2.0毫米粗孔0.5—1.0毫米中等孔0.25—0.5毫米细孔0.1—0.25毫米很细孔0.01—0.1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161）裂缝—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173.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194.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（PoreStructure）润湿性（Wettability）三、储层物性22储层类型名称孔隙度，%渗透率10-3μm2Ⅰ特高孔特高渗＞302000Ⅱ高孔高渗25～30500～2000Ⅲ中孔中渗15～25100～500Ⅳ低孔低渗10～1510～100Ⅴ特低孔特低渗10101.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)孔隙度一般很低，0.01％～6%，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：0.01µm2为孔隙型油层高渗和低渗区分标准0.1µm2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；K1μm2K=0.5~1μm2K=0.1~0.5μm2K=0.05~0.1μm2K=0.01~0.05μm2K0.01μm2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=0.11~0.13MPa/10mG=0.09~0.11MPa/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50mPa·S为常规油，油层温度下脱气原油粘度大于50mPa·S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国内稠油分类稠油分类主要指标粘度mPa.s辅助指标相对密度开采方式名称级别普通稠油Ⅰ—150～1500.9200常规或注蒸气Ⅰ—2150～100000.9200注蒸气特稠油）Ⅱ10000～500000.9500注蒸气超稠油（天然沥青Ⅲ500000.9800注蒸气我国稠油资源丰富，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。282.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3.地层水①水的化学组成分析，可帮助判别出水来源；②测试地层水电阻率，可求取储层含水饱和度；③根据溶解水中的有机质和无机盐分析，判断含油气性；④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：①组成：主要元素有纳、钙、镁、氯以及碳酸氢根和硫酸根。②性质：pH值、总矿化度a)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4～8之间；b)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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322.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，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333.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