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1、枯竭型气藏改建地下储气库 注采工艺及完井设计优化,西南油气田分公司采气工程研究院 2012.03,汇 报 提 纲,第一部分：设计依据及技术思路 第二部分：注采工艺计算 第三部分：完井工程优化设计 第四部分：实例分析,第一部分：设计依据及技术思路,一、储气库建设阶段,可研阶段：筛选成熟合理的工艺技术，论证建库的可行性； 初步设计：根据可研完善制定细致的实施方案，为现场实施进行技术准备。,二、设计原则,满足建库要求及气藏工程方案要求，与地质条件和地面条件相配套。 采用先进、成熟、实用的工艺技术，对主体工艺技术进行配套优化， 简化设计和施工过程，努力降低生产成本，提高经济效益。 满足“稀井高产”的要
2、求。 满足储气库运行安全，保证长期安全生产的要求。 防止环境污染，满足环保要求。 方案设计应符合相关行业标准、设计规范及技术要求。,三、技术思路,四、规范及技术标准,（1）石油勘字2006215号文 天然气开发管理纲要. 中国石油天然气股份有限公司，2006； （2）石油勘字2007178号文 采气工程管理规定.中国石油天然气股份有限公司，2007； （3）SY/T6463-2000 采气工程方案设计编写规范.中国石油和化学工业局发布，2000； （4）SY/T6259-1996 气井开采技术规程.中国石油天然气总公司发布，1996； （5）GB/T 22513-2008 石油天然气工业钻井和
3、采油设备井口装置和采油树.中国国家标准化管理委员会发布，2008； （6）SY/T 6268-2008 套管及油管选用推荐.国家发展和改革委员会发布，2008； （7）SY/T 5467-2007 套管柱试压规范. 国家发展和改革委员会发布，2008； （8）SY/T 5106-1998 油气田用封隔器通用技术条件.中国石油和化学工业局发布，1999； （9）SY/T6362-1998 石油天然气井下作业健康、安全与环境管理体系指南.中国石油和化学工业局发布，2000； （10）SY/T 6756-2009.油气藏改建地下储气库注采井修井作业规范. 国家能源局发布、2009 ； （11）SY/
4、T 6645-2006枯竭砂岩油气藏地下储气库注采井射孔完井工程设计编写规. 国家发展和改革委员会发布，2006； （12）油气藏型储气库钻完井技术要求（试行）（油勘2010106号）； （13）中国石油气藏型储气库建设技术指导意见.,第二部分：注采工艺计算,注采工艺计算是对储气库注采井生产油管尺寸优化和注采动态预测，不同于常规气井，储气库既要进行采气工艺的计算，又要进行注气工艺计算。,所需的基础参数： 产层埋深、地层压力（储气库运行压力范围）、地层温度、储层产能方程、天然气性质组分（密度、酸性气体含量等） 单井注采气量范围、井口输压、井口最大注气压力、井口注气温度,一、最大注采气量计算,建立
5、气井模型，绘制气井流入动态曲线（IPR）和流出动态（VFP）曲线，并进行节点分析，在给定地层压力PR，两条曲线交点（节点）即位气井最大合理流量。,把地层压力或油管尺寸最为敏感性参数，就可以计算不同地层压力下，不同油管尺寸在在井口定压条件下，气井所可以达到的最大采气量（注气量）。,采气能力预测图,注气能力预测图,储层渗透率敏感性分析,表皮因子敏感性分析,高渗储层（K=1000mD） 气井受油管限制（管径对流量的敏感性强）,低渗储层（K=10mD） 气井受储层限制（管径对流量的敏感性弱）,储层物性好：生产能力受管径限制（大管径可减少压力损失）； 储层物性差：生产能力受储层限制。,增大流动区域（增加
6、井网密度）； 增大井与储层接触面积（大斜度井、水平井、合理的增产措施等）； 根据储层特征，调节管径，即调整管径和储层的产能匹配。,储气库实例：,采气能力预测图 （地层压力28MPa、井口采气压力7MPa）,注气能力预测图 （地层压力11.7MPa、井口注气压力30MPa）,二、井筒压力损失计算,井的几何形状（井眼轨迹） 油管特征（内径、粗糙度） 流体（单相或多相、密度、粘度） 外部参数（地温梯度、热传导性）,油管内压力损失计算取决于多种参数：,重力（流体的密度） 摩阻（流体和井壁摩擦） 加速度（压力减小、气体膨胀所致）,油管内流压梯度包含三个方面：,一定产量条件下的井筒压力损失： P=Pwf-
7、Pwh,计算气井在采气时不同产量条件下不同油管管径内的压降损失。,内径76mm油管,内径100.53mm油管,内径112mm油管,内径159.42mm油管,计算注气时，不同管径油管，井口注气压力随注气量的变化结果（井口压缩机压力级别的选择）。,三、油管抗气体冲蚀能力计算,由于注采井的强采强注特点，抗气体冲蚀能力分析是确定注采井油管尺寸的关键因素。根据API RP l4E标准，计算临界冲蚀流速方程为： Ve=C/m0.5 其中：m混合物密度； C常数。（100150）,根据计算公式，计算不同管径在不同井口流压条件下的临界冲蚀流量，结合采气曲线，绘制气井油管抗冲蚀能力分析图，确定气井在一定地层压力
8、条件下的最大合理产量。气井配产不能高于最大合理产量。,采气曲线,临界冲蚀曲线,储气库实例（全过程的分析）：,内径159.42mm油管抗冲蚀能力分析图,内径112mm油管抗冲蚀能力分析图,内径100.53mm油管抗冲蚀能力分析图,内径76mm油管抗冲蚀能力分析图,四、临界携液流量,计算气井临界携液流量两种物理模型：液滴模型和液膜模型。,液滴模型：描述的是高速气流中夹带的液滴状态 液膜模型：描述的是液膜沿管壁上升的状态,矿场统计资料显示：液滴模型更符合现场实际情况。气流携带液滴所需的临界流速计算公式为：,计算不同管径在不同井底流压条件下的临界携液流量，要求配产不能低于临界携液流量，保证气井正常带液
9、。,五、油管尺寸优化,通过以上的计算分析结果，对生产油管尺寸进行优化选择。,注采气量要求,经济合理、可行,井下配套工具完善,井筒压力损失平稳,气井自喷携液,不产生冲蚀,科学合理的油管尺寸,六、注采动态预测,对于选择的油管，应进行全周期的注气和采气动态预测，全面了解注采井井口、井筒压力、温度变化情况。,采气阶段,不同采气量的井筒压力分布曲线,不同采气量的井筒温度分布曲线,注气阶段,不同地层压力下注气量100万方时井筒内压力曲线,不同地层压力下注气量100万方时井筒温度曲线,第三部分：完井工程优化设计,地下储气库完井的关键原则：,适合储气库设计运行条件的完井设计（注采气量、压力、温度）； 双重完整
10、性原则（安全要求）； 承受交变载荷下的完井（压力和温度周期变化） 在出现损坏、腐蚀等情况下，通过部分更换恢复完井的可能性； 失效、重新完井、紧急状况下封堵天然气井的可能性； 满足储气库相关参数的监测； 与相关的技术规范和标准相符。,提 纲,一、完井方式 二、生产油管选择 三、完井管柱结构设计 四、井下配套工具 五、井口装置及安全控制系统 六、完井配套技术简介,一、完井方式,目前气井主要的完井方式有射孔完井、裸眼完井、筛管完井、砾石充填完井等。 根据储气库特殊的生产、安全（强注强采、交变应力，安全运行30年等）要求，相比普通气井在完井方式选择上更需重视的方面：,气层和井底之间应具有最大的渗流面积
11、，使气流的渗流阻力和储层所受的伤害最小，保证注采井的单井高产； 能有效地防止井壁垮塌，控制气层出砂，能保证储气库长期稳定运行。,在进行储气库注采井完井优化前，首先要进行一系列的室内实验评价分析工作：,气藏开发阶段气井出砂情况分析,生产井完井时是否有防砂措施？ 生产过程中是否有出砂或垮塌现象？ 修井时井底是否有沉砂记录？,岩石力学实验评价,岩石抗压强度 杨氏模量 泊松比,内聚力 内摩擦角,井壁稳定性分析,根据岩石力学实验结果和气藏的地应力数据，进行井壁上最大剪切应力和岩石抗剪强度关系的计算分析。,注采井临界生产压差随地层压力衰减的变化关系,不同生产压差井壁上最大剪应力与岩石抗剪强度关系图,地层出
12、砂预测,常用的出砂预测方法出砂指数法、斯伦贝谢比以及声波时差法。通过理论计算的出砂指数B、斯伦贝谢比和声波时差与矿场经验临界值对比，判定储层是否出砂。,通过井壁稳定性计算和地层出砂预测分析结果，合理选择注采井的完井方式。,完井方式适用范围（可探讨、仅供参考）,提 纲,一、完井方式 二、生产油管选择 三、完井管柱结构设计 四、井下配套工具 五、井口装置及安全控制系统 六、完井配套技术简介,油管材质选择,注采气井油套管材质是根据储气库原有流体组分和将来注气组分共同来决定的。储气库运行时间长，强注强采，通常只考虑材质防腐。,1、图版法,日本住友材质选择图版,QSH0015-2006标准油管选择图,根
13、据流体中含酸性气体含量和温度，利用油管厂家或标准提供的版图进行选择。,2、室内腐蚀性评价,模拟井下实际情况，开展多种材质的腐蚀性评价实验，可获得比较准确的材质腐蚀速率，为井下油套管材质选择提供依据。,宝钢3Cr材质腐蚀性评价结果,试验条件：60，1.5m/s，CO2分压1.5MPa，10d； 试验介质：（Cl：20000 mg/L、 SO42：2000 mg/L、 HCO3：1000mg/L、 CO32：50mg/L、其余为Na2+K+）。,3、软件模拟,利用腐蚀分析评价软件（美国OLI软件），模拟现场情况，进行材质腐蚀性分析。,样品材质腐蚀性稳态图（定性判定）,腐蚀速率随温度、PH值变化图,
14、油管扣型,油套管接头可以分为两类：一类是API接头，即按照API标准生产和检验的接头；另一类是非API接头，也称为特殊螺纹接头（气密封扣），具有连接强度高、密封性能好等优点，例如 FOX、VAM TOP、NEM VAM、3SB及BGT等。 储气库对完井管柱密封性要求高，需要较高的抗交变符合能力，通常采用金属对金属的气密封扣油管，并要求入井前进行气密封检测。,BGT扣密封示意图,-3,20,VAM TOP扣螺纹及密封示意图,油管强度校核,1、静态下的抗拉、抗内压、抗挤校核,2、管柱不同工况下的力学分析,根据石油天然气安全规程(AQ2012-2007)，推荐油管柱设计安全系数，抗挤为1.0-1.2
15、5，抗内压为1.03-1.25，抗拉为1.8 以上，含硫天然气井应取高限。根据储气库特殊的工作环境，安全系数取高限，即抗挤安全系数应大于1.25，抗内压安全系数大于1.25，抗拉安全系数大于1.8，管柱力学分析时要求三轴安全系数应大于1.8。,300万方/天生产时管柱安全系数图,封隔器坐封时油管轴向载荷图,提 纲,一、完井方式 二、生产油管选择 三、完井管柱结构设计 四、井下配套工具 五、井口装置及安全控制系统 六、完井配套技术简介,注采管柱具有的功能： 满足气库注采井强注强采要求； 管柱结构简单、安全； 实现井下安全控制； 消除注采期间温度、压力交变对套管产生的影响； 压力、温度变化时能自动
16、消除管柱伸缩应力； 环空注保护液，保护套管内壁和油管外壁； 满足储气库注运行期间的温度、压力监测要求。,（4）,在我国首个地下储气库（大张坨）注采井，为了安全实现井下控制，采用了右图的生产管柱，此后所建储气库基本上是在此基础上进行优化。 从井口到井底为油管、流动接箍、安全阀、流动接箍、XD循环滑套、键槽式伸缩接头、锚定密封总成、永久封隔器、X坐落接头、带孔管、XN坐落接头、平衡隔离工具、射孔枪丢手、射孔枪总成。,储气库常用完井管柱图 （大张坨、苏桥苏4、板中南）,相国寺储气库注采井完井管柱图,麻丘储气库注采井完井管柱图,定向井 水平井,提 纲,一、完井方式 二、生产油管选择 三、完井管柱结构设计 四、井下配套工具 五、井口装置及安全控制系统 六、完井配套技术简介,井下安全阀,安全阀的主要作用是当地面发生紧急情况如火灾、地震、战争以及人为破坏，可以自动或人为关闭井下安全阀，实现井下控制，保证储气库的安全。 主要由上接头、液缸外套、液缸、弹簧、阀板以及下接头组成。通过地面液压控制其开关，安全阀阀板在液压作用下打开，失去液压作用时
