1、第十四章,油井砂、蜡、水、稠,石油工程电子教案,第一节 防砂与清砂,第二节 防蜡与清蜡,第三节 找水与堵水,第四节 稠油开采,第十四章 油井砂、蜡、水、稠,课后作业,教学要求,思考题,第一节 防砂与清砂,油井出砂:是指构成储层岩石部分骨架颗粒产生移动，并随地层流体流向井底的现象。,一、 油井出砂的危害 油井出砂会将油层砂埋、油管砂堵，严重时会使井底坍塌，损坏套管，使油井停产。 油井出砂会加速井下设备、工具等的磨蚀，甚至磨损。 油井出砂，会造成停产而影响产量、增加井下作业量，从而提高了采油成本。,二、 油层出砂的原因及规律,油层出砂与岩石的胶结强度、应力状态和开采条件有关。岩石的胶结强度主要取决
2、于胶结物的种类、数量和胶结方式。,砂岩的胶结物,粘 土 胶结强度 小 碳酸岩 胶结强度 中 硅 质 胶结强度 大,胶结方式,基底胶结 胶结强度大 孔隙胶结 胶结强度中 接触胶结 胶结强度低,流砂地层 易坍塌,开采条件对油井出砂特性的影响,1） 其它开采条件相同时，生产压差愈大、 渗流速度愈高，井壁附近流体对岩石的冲刷力就愈大，若液体粘度高更易出砂。,2） 相同生产压差下，地层是否出砂还取决于建立生产压差的方式。它是指缓慢还是突然(或急剧)的方式建立压差。因为在同样压差下二者在井壁附近产生的压力梯度不同。,三、防砂方法,1.制订合理的开采措施,2) 在易出砂油水井管理中，开、关井操作要平稳，并严
3、防油井激动。,要针对油层和油井条件，正确地选择完井方法，制订合理的开采措施：,1) 在制订油井配产方案时，要通过矿场试验使所确定的生产压差不会造成油井大量出砂。如因受压差限制而无法满足采油速度要求时，只能在采取其它防砂措施之后才能提高采油压差，否则将无法保证油井正常生产。,三、防砂方法,3) 易出砂井应避免强烈抽汲和气举等突然增大压差的诱流措施。,4) 对胶结疏松的油层，为解除油层堵塞而采用酸化等措施时，必须注意防止破坏油层结构，以避免造成油井出砂。对粘土胶结的疏松低压油层，避免用淡水压井，要防止水大量漏入油层，引起粘土膨胀。,5) 根据油层条件和开采工艺要求，正确地选择完井方法和改善完井工艺
4、。对于油水(或气)层交互及层间差异大的多油层，常采用射孔完井。,2.砾石充填防砂方法,常用砾石充填有两种：裸眼砾石充填和套管砾石充填。此种防砂方法是较早的机械防砂法，近年来在理论上、工艺及设备上不断完善，被认为是目前防砂效果最好的方法之一，特别是在注蒸汽井中的防砂，其效果更为显著。,砾石充填防砂方法属于先期防砂(即在油井投产前的完井过程中采取的防砂措施)工艺。,砾石充填防砂方法工艺原理,对砾石充填就是将地面选好的砾石用具有一定粘度的液体携至井内充填于具有适当缝隙的不锈钢绕丝筛管(或割缝衬管)和地层出砂部位之间，形成具有一定厚度的砾石层，阻止油层砂粒流入井内的充填方式。砾石层先阻挡了较大颗粒的砂
5、子，形成砂桥或砂拱，进而又阻止了细砂入井。通过自然选择形成了由粗粒到细粒的滤砂器，既有良好的流通能力，又能防止油气层大量出砂。,3.人工井壁防砂方法,人工井壁防砂通常是指从地面将有特定物理、化学性能的胶结剂和桃壳砂或其它填充物的支护剂混合均匀，由携砂液携带挤过泡眼后，在出砂部位堆积固化后形成有一定强度和渗透性能，可阻挡地层砂的井壁防砂方法，起到阻止油层砂子流入井内而不影响油井生产的作用。这类防砂方法也称为颗粒防砂方法，其中有水泥砂浆、树脂、核桃壳及树脂砂浆等方法。,四、清砂,1.捞砂(机械),特点: 不需外来冲砂液，不会污染油层。但存在一次捞砂量少，井深时起下钻时间长，捞砂效率低，不经济等缺点
6、。,清砂方法包括：捞砂和冲砂。,对于低压油层，由于地层漏失而无法建立循环的井，采用钢丝绳下入专门的捞砂工具捞砂筒进行清砂的方法。,2.冲砂,特点:一次冲砂量大、清洗井底完全、工艺简单。但当地层压力系数低时，冲砂液会大量漏进地层，污染油层，从而增大排液开采难度；当井很深而地层压力较低时，冲砂液难以返至地面，水力冲砂法失效，且易出现砂卡；当地层为水敏性地层时，水力冲砂法易漏入地层，污染油层。,冲砂(水力)：向井内打入液体，利用高速液流将砂堵冲散，并利用循环上返的液流将冲散的砂子带到地面。 适用条件：能建立循环的井。,清砂成功的关键：选择冲砂液和冲砂方式。,常用冲砂液：油、水、乳状液、汽化液等。为防
7、止油层污染，可在液体中加入表面活性剂。一般油井用原油，水井用清水(或盐水)，低压井用混气冲砂液。,对冲砂液的要求： 具有一定的粘度，以保证有良好的携砂能力； 具有一定的密度，以便形成适当的液柱压力，防止井喷； 来源方便，而又不损害油层。,（1）冲砂液, 正冲砂冲砂液沿冲砂管(油管)向下流动，流出管口时以较高的流速冲散砂堵。被冲散的砂和冲砂液沿冲砂管与套管的环形空间返至地面。特点：是冲力大，易冲散砂堵。,（2）冲砂方式, 反冲砂与正冲砂通路相反，其优点是上返力强。, 联合冲砂利用正、反冲砂的优点，下入联合冲砂管柱，用正冲的方式将砂堵冲开，并处于悬浮状态，然后迅速改为反冲洗，将冲散的砂子从冲管内返
8、出地面。,联合冲砂示意图, 负压冲砂负压冲砂是利用某种特殊性能的携砂液(可由某种气液混合物组成)，冲砂时从冲砂管中打入从套管返出，使井底建立低于油层的压力称为“负压”，在负压差作用下，依靠携砂液冲散井内积砂并携带出井，达到冲砂的目的。,（2）冲砂方式,负压捞砂,负压捞砂工艺：具有机械捞砂与水力冲砂的优点。 负压捞砂工艺是利用捞砂管串内外的静液面差在井底产生负压而吸砂，是针对地层压力系数低的深井而设计的一种经济、可行的新型捞砂技术。其设计独特的吸砂头可以破碎砂垢，利于充分吸砂。 适用条件：井内液柱高度不低于15002000米的中深井。 独特的优点：不对地层产生附加压力，因而不污染油层；不受油井温
9、度、井深的影响；水力捞砂和机械捞砂相结合，冲砂效率高；可加压旋转捞砂工具，破碎砂垢；较普通机械法捞砂而言，一次捞砂量大；工艺简单，操作简便。,负压捞砂应用现状,目前，负压捞砂技术已在井深且地层压力系数低的塔里木东河油田得到了很好的应用。如DH166井一年半时间砂面上涨24米，井底砂柱已填满口袋，沉砂淹没产油层8米，且砂面还在继续上涨，对该井进行清砂工作势在必行。2002年11月27日，塔里木油田利用负压捞砂新技术对该井进行捞砂作业，仅用0.8小时便捞干砂363升，使井内砂面从5810.47米降至5840.28米（钻柱探砂面），砂面下降了29.81米，达到了预期清砂目的。实践证明，负压捞砂工艺是
10、一种较理想的捞砂方法，既可有效捞砂，也使油层得到了保护，同时，捞砂专用工具在井底高温、高压恶劣环境下工作正常、安全可靠。,防蜡与清蜡,第二节,第二节 防蜡与清蜡,一、 油井结蜡原因,内因：原油中含有蜡,原因,外因,原油组分变化,温度变化,压力变化,影响结蜡的主要因素是：,原油的组成(蜡、胶质和沥青的含量) 油井的开采条件(温度、压力、气油比和产量) 原油中的杂质(泥、砂和水等) 管壁的光滑程度及表面性质,二、 影响结蜡因素的分析,内因,同一温度下, 轻质油不易结蜡;同一原油, 低温易结蜡; 同一含蜡量下,重油易结蜡。,影响结蜡因素,2. 原油中的胶质、沥青质 （1）胶质增加, 结晶温度降低。
11、（2）沥青对石蜡晶体有分散作用。 （3）管壁积蜡中含有胶质、沥青质时将形成硬蜡，不易被油流冲走。,温度对蜡溶解度的影响 1-汽油；2-原油；3-脱气原油,1. 原油性质与温度,3. 压力和溶解气在PPb条件下，压力降低，原油不会脱气，蜡的初始结晶温度随压力的降低而降低。在PPb条件下，压力降低时油中气体的逸出与气体的膨胀都使油温降低，降低了对蜡的溶解能力，因而使初始结晶温度升高。压力愈低，结晶温度增加的愈高。采油过程中由于压力不断降低，气体的逸出降低了油对蜡的溶解能力和油温，有利于蜡结晶析出和结蜡。,影响结蜡因素,4. 原油中的水和机械杂质的影响机械杂质对蜡的初始结晶温度影响不大，但油中的细小
12、砂粒及机械杂质将成为石蜡析出的结晶核心，促使石蜡结晶的析出，加剧了结蜡过程。 油中含水率增高后对结蜡过程产生两方面的影响:(1)水的比热容大于油，故含水后可减少液流温度的降低；(2)含水率增加后易在管壁形成连续水膜，不利于蜡沉积到管壁上。因此油井随着含水量增加，结蜡程度有所减轻。,影响结蜡因素,5. 其它影响因素 （1）高产量井结蜡比低产井轻。产量高，流速大，温度也减低得慢。 （2）液流速度大，对管壁的冲刷作用强，悬浮在油中的蜡的结晶颗粒还来不及吸附在油管壁上就被油流带走。减少了结蜡机会。 （3）管壁表面粗糙、亲油性强易结蜡。,影响结蜡因素,油井结蜡的危害,1 给日常管理带来大量的工作； 2
13、油流通道减小，油流阻力增大，降低油井产能； 3 结蜡严重时，会造成清蜡困难； 4 清蜡影响油井生产时间； 5 给油气集输、油田开发带来许多困难。,1) 注入水、边水突进 2) 底水锥进 3) 上、下层水及夹层水,第三节 找水与堵水,一、 油井见水的来源,不可避免但应及时确定出水层位，采取措施，控制含水上升。,窜入油层：固井质量不高，套损，误射孔等。,1. 综合资料分析法应用见水井的静态资料(井身结构、开采层位、连通状况等)，结合采油过程中的动态资料(产量、压力、含水变化、水质分析)以及与本井连通的注水井压力变化进行分析对比，可初步确定来水方向及层位。为了更准确的确定出水层位，还应结合采出油样含
14、水化验分析水的矿化度和所含离子组成，判断油井见水是注入水(同层水)还是地层水(外来水)。,二、 油井出水层位的确定,找水仪找水,2. 机械法确定出水层位,工作原理：仪器下到预定位置后，电磁振动泵工作，将集流器皮球打胀，密封仪器与套管的环形空间，使液流全部由仪器的内部通过。液流冲动涡轮产量计的涡轮，由地面仪器记录涡轮转动频率，从而得知该层的总液量。,图14-7 找水仪找水示意图 1-电子线路； 2-电容含水比例计； 3-涡轮产量计；4-皮球集流器； 5-进液孔； 6-泵阀,含水率的确定,油水比例计是利用油和水的导电性差异来确定油样中含水量，可将含水量的变化转换成电容大小的变化，再由电子线路转换成
15、直流电位差的变化，由地面二次仪表记录出直流电位差的数值。根据记录的直流电位差值，查图14-8所示的曲线便可得到所测层位的持水率，并根据持水率与流量求得含水率。,1. 砂岩油田油井堵水选井(层)条件 1）油井单层厚度较大，一般要求在5 m以上。 2) 油井各油层纵向渗透率差异较大，可优先选择油层纵向渗透率级差大于2的井。 3) 优先选择纵向水淹不均匀，部分层段产油发挥作用较小或未发挥作用，目前尚有较大潜力的油井。 4) 进行堵水的油井出水层位清楚，固井质量好，无层间串槽。,三、 油井堵水的选井选层,碳酸盐油田油井堵水选井条件： 1) 油井生产层段是以裂缝为主的裂缝性储层；溶洞为主的孔洞型储层或以
16、晶间孔和粒间孔为主的孔隙型储层。 2) 油井生产层段中，水平裂缝比较发育。 3) 油井的生产剖面纵向差异大，除主力层段外有接替层段。,2. 碳酸盐油田油井堵水选井条件,油井常用的堵水方法可分为机械法与化学法两大类。 1. 机械堵水机械堵水主要是通过井下管柱来实现的。其基本原理是利用封隔器将出水层位卡出，而后投带死嘴子的堵塞器封堵高含水层。,四、 油井堵水方法,机械堵水管柱分类,机械堵水管柱简介,可钻式机械堵水管柱,采用可钻式封隔器与带有井下工具的插入管柱配合,可与不压井配套,实现调整层系,分层堵水、注水、酸化、压裂等工艺措施。封隔器及配套工具已系列化，适用各种规范的套管。,特点： 承压高，工作
17、寿命长，有效工作时间10年以上。,机械堵水管柱简介,悬挂式机械堵水管柱,管柱结构：该堵水管柱主要由Y445（3）封隔器、座封器、加力器、Y341封隔器和活堵（桥式单流阀、偏心配产器）等组成。,特点： 该管柱只有双向卡瓦锚定，既防止管柱上、下窜动，又可使封隔器悬挂居中，具有“卡得牢、封得住、取得出”的特点，同时减少了支井底所需油管费用及冲砂工作量。,机械堵水管柱简介,平衡机械堵水管柱,管柱结构：平衡式堵水管柱主要由Y341封隔器、丢手接头及配产器组成。管柱尾部支撑人工井底，液压坐封后丢手，下泵完井生产。,特点：封隔器受力平衡，密封可靠；无卡瓦支撑，起下作业安全。,机械堵水管柱简介,不动管柱重复可
18、调堵水管柱,特点：通过油套环形空间憋压控制堵水器开关组合状态，实现4个层段16种方案可调层堵水。,化学法堵水是采用化学堵剂对高出水层位进行封堵，它对于裂缝地层、厚层底部出水更为有效。根据堵水剂对油层和水层的堵塞作用，化学堵水又分为非选择性堵水与选择性堵水。,2. 化学堵水,(1) 选择性堵水定义： 利用化学堵剂大幅度降低水相渗透率，少降或不降低油(气)相渗透率的化学堵水措施称为选择性堵水。,选择性堵水机理,HPAM进入出水层后，HPAM中的酰胺基（CONH2）和羧基（COOH）可通过氢键吸附在砂岩的羟基表面，而不吸附部分则留在空间堵塞出水层。（这是因HPAM上的亲水基团使留在空间的不吸附部分向
19、水中伸展，因而对水有较大的流动阻力，起到堵水作用）；进入油层的HPAM，由于砂岩表面为油所覆盖，不发生吸附，因此不堵塞油层。因HPAM不亲油，分子不能在油中伸展，故对油的流动阻力很小。,机理：非选择性堵水所用的堵剂对水层和油层均可造成堵塞，而无选择性。 堵剂：水泥浆、树脂等一次堵死出水层位，或用水泥塞封堵已射开的下层水。,非选择性堵水,施工：先找出水层位，选择适当的工艺管柱，将油层与水层分开，而后将堵剂挤入高含水层，达到封堵的目的。,实用技术氰凝堵水封窜技术,1、工艺原理该技术采用油管携带堵剂，首先将封隔器和堵剂携带装置下入井内预定深度后，地面水泥车打压，在一定压力下，定压阀启开，堵剂被挤入封
20、堵层位，并与地层水快速发生化学反应，生成一种稳定并具有较高强度的凝固体，从而达到堵水、封窜目的。,实用技术氰凝堵水封窜技术,2、管柱结构 该管柱主要由专用化堵封隔器、防、解卡装置、堵剂携带装置、胶塞等组成。,封堵前,封堵后,实用技术氰凝堵水封窜技术,3、技术特点 可实现不舍层封窜，并不污染相邻油层； 堵得浅，易解堵； 承压高，有效期长，耐温90，堵后可承压15MPa以上； 施工安全，具备一套成熟的防卡、解卡措施； 施工动用设备少，费用低； 适应大段、多点、不连续窜槽井封窜施工。,一、 稠油的定义及分类标准稠油，国际上称之为重质油或重油。严格地讲，“稠油”和“重油”是两个不同性质的概念。,第四节
21、 稠油开采,世界上稠油资源极为丰富，地质储量远超过常规原油(稀油)的储量。由于稠油与常规原油的性质差异，使其开采工艺也有很大的区别。本节简要介绍稠油的分类标准、物性及开采工艺。,“稠油”是以原油粘度高低作为分类标准，而原油粘度的高低取决于原油中胶质、沥青及蜡含量的多少； “重油”是以原油密度的大小进行分类，而原油密度的大小往往取决于其金属、机械混合物及硫含量的多少。,1) 轻质馏分很低，胶质沥青质含量很高。一般随胶质沥青质含量增加，油的相对密度及粘度随之增高。,二、 我国稠油的一般性质,3) 烃类组分低。陆相稀油，烃的组成一般大于60%，最高达95%，而稠油一般小于60%，最低者在20%以下。
22、稠油中随着烃类和沥青质含量增加，密度增大。 4) 含蜡量低。大多数稠油含蜡量在5%左右。,2) 随着密度增加粘度增高。,5) 凝固点低。稠油油藏原油凝固点一般低于10，有的可达-7。 6) 金属含量低。,1) 粘温关系,式中 稠油粘度，mpas；t温度，；A，B，常数，由实验确定。,此外，常用的还有安德雷德方程:,三、 稠油的热物理性质,2) 稠油的热膨胀性 在热力采油中，随地层温度的升高，地下原油体积将产生不同程度的膨胀。 稠油的热膨胀系数为10-3 1，比水和岩石大得多。 3) 稠油粘度与溶解气油比的关系 在油层条件下稠油中溶解天然气时，含气原油粘度降低，溶解气油比越高，粘度降低越多。 4
23、) 压力对稠油粘度的影响 压力对同样温度下的稠油(基本不含气)粘度影响极小，因此在工程计算中可以忽略压力的影响。,三、 稠油的热物理性质,粘度 100 mPas的稠油可用常规方法开采。,四、 稠油常规开采,1. 掺活性水降粘开采 (1) 基本原理1) 乳化降粘。加入水溶性表面活性剂水溶液后，在适当温度和搅拌条件下，稠油以微小的油珠分散于活性水中，形成水包油(O/W)乳状液，使稠油的分子间摩擦变为水分子间摩擦，大幅度降粘。2) 降低摩阻。减少了抽油杆、油管、泵衬套与柱塞间的摩擦，并起到一定润滑作用。,2. 掺稀油降粘开采影响掺油降粘效果的主要因素: 掺稀油量和掺油温度,四、 稠油常规开采, 蒸汽吞吐开采又称周期性注蒸汽或循环注蒸汽法。 工艺过程：首先根据油层状况向井注入一定量的高温、高压水蒸汽，然后关井停注(焖井)几天，使注入油层中的蒸汽与油层热交换，加热油层，加热带向外扩大，而后开井放喷或抽汲生产。注入水蒸汽的量以及焖井时间是根据井深、油层性质、原油粘度、井筒热损失等条件预先设计好的。,五、 稠油蒸汽吞吐开采,
