气井试气工艺及监督讲解

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1、气 井 试 气 工 艺 及 监 督,陈 琛,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,试气是钻井完井以后，将钻井、综合录井、测井所认识和评价的含气层，通过射孔、替喷、诱喷等多种方式，使地层中的流体（包括气、凝析油和水）进入井筒，流出地面，再通过地面控制求取气层资料的一整套工序过程，它是对气层进行定性评价的一种手段。按工艺方法分有常规试气、地层测试(包括裸眼井中途测试、负压射孔与地层测试器联作、试井)和特殊井(包括定向井、含硫化氢气井、高温高压气井等)试气三大类。,概述,幻灯3,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,气井

2、试气工艺及监督主要组成部分,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,天然气的物理化学性质,天然气的组成 概述 天然气是指自然生成，在一定压力下蕴藏于地下岩层孔隙或裂缝中的混合气体，其主要成分为甲烷及少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及以上烃类气体，并可能含有氮、氢、二氧化碳、硫化氢及水蒸气等非烃类气体及少量氦、氩等惰性气体。石油工业范围内，天然气通常指从气田采出的气及油田采油过程同时采出的伴生气。,甲烷-天然气的主要组成部分，在天然气混合物中所占比例变化范围广，根据油气藏类型的不同，可以分为29%-99.9%（体积比），在气藏中为80%-99.5%，在凝析气藏中为75%-94.4%。纯甲烷

3、无色，稍有蒜味。它比空气轻，在标准压力和15下，1m3甲烷重0.677kg。甲烷具有高的热稳定性和很高的热值含量。 乙烷-无色气体，比空气稍重，在同样状态下，1m3乙烷重1.270kg。它的热值介于60345-65946kj/m3之间。,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,主要组成部分,天然气的物理化学性质,硫化氢-是极臭有毒的可燃气体。在标准压力和20时，密度为1.438kg/m3。在20 时，单位体积水中可溶解2.582单位体积的H2S 。 二氧化碳-无色，具有微弱气体。1m3CO2在标准状态下重1.85kg，在15 和压力超过5.65MPa时，CO2与水在一定条件下可形成

4、水合物，并对井下及集输设备生产腐蚀作用。二氧化碳用于注气驱油时有较高的采收率。,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,主要组成部分,天然气的物理化学性质,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,天然气分类按烃类组分关系分类,（1）干气指在地层中呈气态，采出后在一般地面设备和管线中不析出液态烃的天然气。按C5界定法是指1m3 井口流出物中C5以上液烃含量低于13.5cm3的天然气。 （2）湿气指在地层中呈气态，采出后在一般地面设备的温度、压力下即有液态烃析出的天然气。按C5界定法是指在1m3井口流出物中C5以上烃液含量高于13.5cm3的天然气。,天然气的物理化学性质,

5、天然气分类天然气按矿藏特点分类,（1）纯气藏天然气 在开采的任何阶段，矿藏流体在地层中呈气态，但随成分的不同，采到地面后，在分离器或管系中可能有部分液态烃析出。 （2）凝析气藏天然气 矿藏流体在地层原始状态下呈气态，但开采到一定阶段，随地层压力下降，流体状态跨过露点线进入相态反凝析区，部分烃类在地层中即呈液态析出。,天然气的物理化学性质,天然气分类天然气按矿藏特点分类,（3）油田伴生天然气 在地层中与原油共存，采油过程中与原油同时被采出，经油、气分离后所得的天然气。,天然气的物理化学性质,酸性天然气指含有显著量的硫化氢甚至有可能含有有机硫化合物、二氧化碳，需经处理才能达到管输商品气气质要求的天

6、然气。,天然气的物理化学性质,天然气分类按硫化氢、二氧化碳含量分类,天然气的组成比较复杂，其物理性质取决于构成它的主要组分的物性和其在天然气中相对量的多少。为此需要对天然气的组成进行分析，然后根据混合物中每一纯组分的物理性质来确定天然气的物性。主要讨论天然气的分子量和密度、偏差系数、等温压缩系数、体积系数和膨胀系数、粘度、含水量和溶解度等。,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,天然气的物理性质,概述,常用的计算方法是当已知天然气中各组分i、摩尔组成yi、组分数n和分子量Mi后，天然气的分子量由下式求得,式中： Mg天然气分子量； Mi组分i的分子量； yi，n分别为天然气组分i

7、的摩尔组成和组分数。,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,天然气分子量、相对密度,天然气分子量,天然气比重定义为：在相同温度、压力下，天然气的密度与空气密度之比，故又称为天然气相对密度。 如果天然气与空气都取同一标准状态，天然气的相对密度可用下式表示：,式中：,天然气的相对密度；,同一标准状态下，天然气、空气的密度；,天然气、空气的分子量。,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,天然气分子量、相对密度,天然气相对密度,天然气偏差系数又称压缩因子，是指在相同温度、压力下，真实气体所占体积与相同量理想气体所占体积的比值。天然气偏差系数的确定除了pVT实验法外，还有若干

8、不同的计算关系式。在低压时，天然气的pVT性质可用理想气体定律来描述。当天然气被压缩，压力上升时，它们的分子体系和分子间将会与理想气体的性质产生很大的偏差，这种偏差定义为偏差系数，用符号Z表示。 范德华对应状态原理说明，一种物质的物理参数是它对应临界点物性参数的函数。因此，气体偏差系数是相应压力（p）和温度（T）的对比压力和对比温度（Tr）的函数，用公式表示为,式中： pr对比压力，指气体的绝对工作压力p与临界压力pc之比，即pr=p/pc； Tr对比温度，指气体的绝对工作压力T与临界压力Tc之比，即Tr=T/Tc。,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,天然气分子量、相对密度,

9、天然气偏差系数,对天然气混合物，工程上常应用拟对比压力ppr和拟对比温度Tpr表示，将混合气体视为“纯”气体，利用对应状态原理，就可求得Z值。拟对比参数定义如下： 拟对比压力：气体的绝对工作压力p与拟临界压力ppc之比，即,拟对比温度：气体的绝对工作温度T与拟临界温度Tpc之比，即,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,天然气分子量、相对密度,拟对比压力,拟对比温度,当已经知道天然气的相对密度,对干气,对凝析气,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,天然气分子量、相对密度、密度和比容,(1) Standing-Katz偏差系数图，天然气的偏差系数图（引自Standi

10、ng和Katz） 右图表示无硫（不含H2S和CO2）天然气的Z作为拟对比压力ppr和拟对比温度Tpr函数的相关图，只要知道天然气的ppr和Tpr，就能从图中的对应曲线上查出Z值。对含有微量非烃类，如含N2的无硫气，一般来说，这种计算图是可靠的，对于含H2S和CO2的天然气，求其Z值有很多校正方法。,天然气的偏差系数图（引自Standing和Katz）,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,天然气分子量、相对密度、密度和比容,常规试气一般要经过施工前准备、射孔、替喷、诱喷、放喷、测试及资料录取等步骤。,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,常规试气工序及监督,概述,基

11、于基础资料收集，按试气方案的要求，编写施工设计及HSE应急方案，绘制井身结构图，建立各项记录本（如油套管记录、施工日志、井口压力记录、流体产量记录、交接班记录、安全环保记录、设备运转记录、井控设备正常运转及检查记录等）。 井号、井别、构造位置、地理位置、井位坐标、海拔高度； 开钻日期、钻开气层时间及钻井液的类型、性能、漏失量； 完钻日期、完钻井深、钻头程序、最大井斜及方位和深度、完钻日期及钻井液类型、性能； 试气层的油气显示和钻井过程中井涌、井漏、井喷的复杂情况； 套管程序、规格、钢级、壁厚、下入深度、联入； 固井质量、套管外水泥返深、阻流环深度、声波测井遇阻深度； 试气层序、层位、层号、井段

12、、厚度、岩性、电阻率、声波时差、孔隙度、含气饱和度、测井解释结果、综合解释结果； 井口装置的型号、工作压力、套管头的工作压力； 邻井和本井以往试气资料。,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,常规试气工序及监督,施工前准备资料准备,根据不同地区、不同井深和不同地层压力选择相适应型号的采气树，所选择的采气井口额定工作压力应大于最高地层压力。对预测需后期改造的井，采气井口额定工作压力应大于最高施工压力。 井口的型号、压力级别、尺寸系列应符合SY5156采油（气）井口装置和SY6137含硫气井安全生产技术规定的要求。对于高压高产井应配有相应压力级别的液压控制阀门。 根据地层压力选择采气

13、树的压力等级：14MPa以内的井采用KQ21/65采气树；1430MPa采用KQ35/65采气树；3050MPa以内的采用KQ70/65MPa；50MPa以上的采用KQ105/65采气树，并应配有液压控制阀门。,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,常规试气工序及监督,工具准备采气树选择原则,根据预计地层压力选择封井器（防喷器）压力等级：地层压力在35MPa以内的井，采用承压35MPa半全封或一半封一全封封井器；3570MPa采用70MPa的半全封或一半封一全封封井器；70MPa以上采用105MPa的封井器。 封井器的通径大于试气作业中下入工具的最大外径。 试气监督验收要求：采气

14、井口、封井器有合格卡片；试压达到额定工作压力；符合试气设计书所要求的规格、型号；零部件齐全完好；操作灵活。,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,常规试气工序及监督,工具准备封井器选择原则,根据地质预测产能、井深和后续作业需要确定油管的直径和材质。安全系数原则上抗拉大于1.8，抗挤大于1.125，抗内压大于1.25。 试气监督验收要求：油管规格、型号、钢级、壁厚、数量；生产厂家；油管本体及丝扣是否有损坏；试压合格证。,常规试气工序及监督,工具准备油管选择原则,(1)根据井口位置首先确定好现场各种用具的摆放位置，并画好井场布置图。 监督要点：根据现场条件和设备情况合理摆放主机和辅助

15、设备，有利于施工作业的顺利进行，便于施工的协助配合和辅助设备、物资的进入；储油罐、发电机间距应在30m以上，距井口30m以上，距放喷口50m以上；井场应至少有一条畅通的安全通道；井场设备、控制管汇、放喷测试管线摆放整齐，位置满足安全要求。井场应平整，排水沟应畅通，清污分流；井架基础要用混凝土浇铸，基础平面高差不应超过3mm；应有容量大于井筒容积5倍的排污池，并不渗不漏。 (2)根据HSE应急预案要求，确定好排污位置、流程连接方向和分离器、放喷口位置。 试气监督验收要求：井场内放喷管出口处应装缓冲器；接出井场外的出口与井口距离应大于50m，并具有安全点火条件，同时注意防止环境污染。,中国石化股份

16、公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,常规试气工序及监督,井场准备,(1)根据施工设计要求安装好修井机(通井机)。 监督要点：所有设备安装做到“平、稳、正、全、牢”；绞车制动系统能迅速、有效地进行制动与解除，防碰天车及保险阀工作灵活、可靠，离合器能快速离合；井架绷绳与地平夹角约450，钢丝绳规格1822mm，上端用绳卡、下端用花篮螺丝固定绷紧；按技术规定调校好指重表。 (2)根据工程设计要求准备地面流程材料(包括节流管汇、分离器、流量计)，相关选用原则见第三节试气地面控制系统。并进行地面流程安装、固定、试压。 监督要点：地面流程选用的材料、管汇台是否按设计执行；流程的走向、放喷口的位置是否满足设计和HSE要求；流程的安装、固定、试压是否按设计执行。,中国石化股份公司西南分公司工程设计研究院完井工艺所,常规试气工序及监督,其它准备,一口井试气(射孔)前一般要求下通井规通井，以检验井身结构、完井质量等，为进行下一步