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1、油气藏增产新技术,序言,80年代后期进入90年代以来，在我国，关于油气藏增产的各种新技术大量出现，有的已经形成了一定规模的工业应用。如高能气体压裂技术，截止1995年底，全国各油田累计施工700多口井，增油7万多吨，成功率达90%以上，有效率达70%以上。水力振动技术自1991年6月投入现场使用以来，已施工850多井次，增产增注效果明显，累计增油20多万吨，增注达300多万立方米。,高能气体压裂增产技术井下脉冲放电增产技术油藏人工地震处理技术油水井水力振荡增产增注技术井下超声波增产技术稠油油藏电磁波和微波加热技术油藏微生物处理技术深穿透射孔增产技术,油气藏增产新技术,基本原理：利用脉冲加载并控
2、制压力的上升速度，使迅速释放的高温高压气体在井筒附近压开多方位的径向裂缝，使储层中的天然裂缝能够与井筒连通，从而达到增产目的。 国外，主要是美国和前苏联，从70年代，特别是80年代以来，进行了大量的室内外试验、机理及现场应用。 国内，起步晚，但发展快，1986年以来，现场施工试验获得了可喜的成果。,高能气体压裂增产技术,火工的有关知识国外高能气体压裂技术发展现状高能气体压裂的增产机理及理论研究高能气体发生器的研制高能气体压裂的压力检测及施工工艺高能气体压裂技术应用效果,高能气体压裂增产技术,火工的有关知识 爆炸与燃烧 燃烧是物质进行的剧烈氧化还原反应，并伴随发热和发光的现象。 通常所称燃烧指物
3、质与空气中的氧气化合引起剧烈氧化现象，而火药燃烧是一个复杂的物理化学过程。火药表面受到点火作用加热后，开始分解、气化，气化后产物在气相中继续进行化学反应，将火药中储存的化学能释放出来。 按反应速度分完全燃烧和不完全燃烧；按燃烧稳定性分稳态燃烧和非稳态燃烧。,高能气体压裂增产技术,爆燃：燃速很快，伴有火焰、火花，并且燃烧着的粒子四面飞散、不需要外界氧的燃烧。 爆炸：极短时间内发生能量转变或气体体积急剧膨胀的现象，是由迅速的物理或化学变化所引起的。 爆炸一般分为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。 炸药爆炸属于化学爆炸，有三特征： 反应的放热性36MJ/kg； 反应的高速性10-6s； 生成大量高温高压气
4、体产物6001000L/kg。,高能气体压裂增产技术,火工材料 火药：是在无外界供氧条件下，可由火花、火焰等外界能源正常引燃，并迅速进行有规律的燃烧，同时生成大量热和气体产物的混合物。 广义上，火药属于炸药。通常由氧化剂、粘结剂、可燃剂及附加剂等组成。 火药能量性质主要由爆热、比容、火药力或比冲等表征。,高能气体压裂增产技术,发射药单基火药双基火药三基火药固体火箭推进剂气体发生剂黑火药起爆药炸药猛性炸药黑索金奥克托今混合炸药油气井射孔弹用耐热混合炸药,高能气体压裂增产技术,国外高能气体压裂技术发展现状 美国高能气体压裂发展情况 1858年，美国德瑞凯首创性发现了改造油层从而使油净增产。1860
5、年，丹尼斯第一次成功使用步枪火药改造油层。1864年11月，罗伯茨申请了第一个油井爆炸增产专利。之后80多年，人们利用井筒爆炸技术使油井增产，其中有步枪火药爆炸器、黑火药爆炸器、硝化甘油爆炸器。70年代，出现种种高爆产品，如浓硝基甲烷炸药、可压缩液体炸药、散装固体推进剂、液体推进剂等，同时试验室研究及理论研究有了新的突破，油田试验逐渐扩大规模。,高能气体压裂增产技术,所研究的爆燃压裂技术有动力压裂、运动压裂、辐射压裂、炸药及火药爆燃压裂、压档诱生爆燃压裂、液体推进剂多层段高能气体压裂及套管井燃烧压裂等。技术特点是对井筒危害小、成本低、清井快、增产效果明显。 采用的实验方法及测试手段比较先进，其
6、技术有爆燃时压力时间相关曲线测定技术、实验室物理模拟及裂缝设计和控制技术、爆燃压裂井段裂缝几何形态照相技术、裂缝形态井下电视录像技术。,高能气体压裂增产技术,应力压裂气体发生器的应用 应力压裂技术是美国Servo-Dynamics公司研制的高能气体压裂工具，已有近30年历史，施工井次已达4000口以上，应用也最广。其中95%在套管井中进行，5%在裸眼井中进行，处理深度904268m，缝长可达10m以上。可适应的压力范围伟1.72541.4MPa，一般可增产69%279%。 应力压裂技术可应用于新井的油气层增产处理，包括多次处理，也可在水力压裂等工艺措施前或工艺措施后进行处理，还可应用于不宜进行
7、水力压裂及酸化处理的油层，如水敏性油气层。,高能气体压裂增产技术,应用实例 东得克萨斯油田某注水井： 岩性：细砂岩，孔隙度14%，渗透率510-3m2。 井况：该井第一次酸化处理未成功，用水泥封固后射孔，再次酸化处理仍未成功，又用水泥封固、射孔。 应用压裂前，该井注水量1.98m3/h，注入压力为6.9MPa；应力压裂后，注入量上升到2.64m3/h，而注入压力下降到1.38MPa。 中阿但特戴维油田某油井： 岩性：砂岩，孔隙度7%，渗透率1010-3m2。 井况：该井由于细砂堵塞了射孔孔眼，因而产量很低。 应力压裂前，该井的原油产量为1.5m3/d，压裂后上升到4.0m3/d，一年后产量仍有
8、3.5m3/d。,高能气体压裂增产技术,前苏联高能气体压裂技术发展情况 60年代末，大量使用由军工厂生产的带壳体气体发生器（AC），并形成成套的技术规范。 70年代开始，主要使用无壳气体发生器（AC-5型、 AC-6型和BK-150 ）。 目前主要使用的是 BK-100型和 BK-150型，施工井深10006500m，最高井温达200 ，最大装药量可达140kg。 OC（氧化燃烧混合物）进行高能气体压裂是一项新研制的具有较大发展前途的方法，装药的燃烧速度更为缓慢，最大装药可达1t左右，常用药量为400500kg，施工井深已达2500m。,高能气体压裂增产技术,油田应用效果 杜玛兹油田：自198
9、0年开始应用，到1984年共施工66井次，累计增油2.04万t，施工成功率60%，一次施工平均增油309t。 含水2040%，施工一次平均增油223t； 含水4060%，施工一次平均增油176t； 含水6080%，施工一次平均增油591t； 含水 80 %，处理效果变差，且不经济。 乌津油田：19721977年共处理214井次，42口井无法估算效果，按172口井计算，有效井次101，占58.8%，有效井的平均有效期为120天，共增油18万t。 总体看，前苏联在现场应用规模、技术成熟性、压裂效果等方面均优于美国，值得借鉴。,高能气体压裂增产技术,美国与前苏联在高能气体压裂理论研究及设计方法方面的
10、比较 前苏联：基于理论分析及由室内模拟实验得到的装药不能在窄裂缝中燃烧的结论，认为在高能气体压裂过程中，裂缝的起裂、扩展及延伸机理与水力压裂相同。通过研究，形成了一套包括描述火药的燃烧、热交换，流体向地层的流动，流体在井筒中的流动，燃气的泄流规律，裂缝的起裂及其延伸、扩展等在内的19个方程组成的设计计算方法。 美国方面：通过室内模拟实验及现场试验，证实了高能气体压裂在恰当的加载速率下形成多条径向裂缝的事实，因而对多条径向裂缝的起裂及延伸、扩展、闭合，套管保护及高能气体压裂的设计、控制做了大量研究，并进行了多缝网络增产效果分析，形成初步设计方法，但有待进一步完善。,高能气体压裂增产技术,高能气体
11、压裂的增产机理及理论研究 高能气体压裂的特点 压力时间过程：,剧烈反应过程，在几毫秒或几百毫秒内完成，能在地层中形成多条随机裂缝而又不伤害地层。,高能气体压裂增产技术,不论哪种类型高能气体压裂，均有成本低廉、工艺简便、动用设备少、对施工场地无特别要求、工艺时间短、增产增注效果好、经济效益好、对油层伤害小，对环境无污染等优点，因此具有广泛应用前景。,高能气体压裂增产技术,高能气体压裂的增产机理 增产原理 气体发生器内的发射药和固体推进剂点火后，在几毫秒内迅速爆燃，产生压力近100MPa，温度2500 的高速气流，使井壁地层产生井径50100倍或200倍的径向裂缝，与天然裂缝相沟通。 裂缝方向随机
12、，基本都不垂直于最小主应力方向，地层应力控制下，对裂缝造成剪切、错动效应，形成不闭合的自行支撑的裂缝。 高温、高压、高频冲击气流使多条裂缝缝面处岩石产生少量崩垮、剥落的碎屑，其硬度与岩石完全一致，他们也会变成自行支撑裂缝的支撑物。,高能气体压裂增产技术,解堵原理 产生径向多条裂缝穿过井筒附近的污染带，形成新的油气流动通道； 发射药或固体推进剂爆燃时，产生的爆燃气流温度在2500 以上，压力近100MPa，会向一切孔隙冲击，随反应进行，冲击不断产生，形成高温、高压、高频冲击气流波，将孔隙中堵塞物冲刷、清扫干净； 产生高能气体同时产生冲击波、超声波、强声场，穿透性能极强，作用于油层，可疏通油流通道
13、，降低毛细孔道表面张力，使原油降粘、除垢并解堵、清防蜡，抑制细菌生长和聚集，提高泄油能力； 处理后2h，井底还维持足够高的温度异常。高温场可以溶解蜡质、胶质和沥青质沉积物，同时，温度升高使原油粘度降低； 燃烧生成的CO 、CO2、N2、NO、HCl的生成物进入油层，前二者易溶于原油，降低原油粘度，提高溶解蜡及胶质、沥青的能力。后二种均易溶于水而产生腐蚀性强的硝酸和盐酸，对地层进行酸处理。,高能气体压裂增产技术,高能气体压裂的理论研究 研究结果表明： 可压出多于2条径向裂缝，裂缝条数取决于升压速度； 增产倍数一般为1.52.5倍，但设备少、工艺简单、成本低廉； 已经有了接近实测结果的设计方法，可
14、有效避免套管和水泥环的损坏； 设计的基本原则是采用低燃速、大药量的装药，压出35条较长的径向裂缝； 适用于不同井别的的油气井，如探井、生产井和注水井等，对沙漠油田超深井和滩海油气井有特殊适应性。,高能气体压裂增产技术,高能气体发生器的研制,高能气体压裂增产技术,高能气体压裂增产技术,高能气体压裂的压力监测及施工工艺 高能气体压力监测 铜柱法测峰值压力 铜柱测压器的敏感元件是铜柱。当承受到巨大压力时，铜柱就会被活塞压挤变形，由变形后的尺寸，直接按工厂给出的表格计算出铜柱承受的最大压力压力峰值。,高能气体压裂增产技术,高能气体压裂增产技术,P-t测试仪器测压力变化过程 高能气体压裂动态监测仪主要用
15、于监测井下爆燃瞬间压力变化过程。 功能构成： 由地面仪器和井下仪器两部分组成。地面仪器包括微型计算机和专用接口面板；井下仪器包括撞击上电机构、电子线路、电池组、点火系统、压力传感器及机械外壳等。,高能气体压裂增产技术,工作原理 井下仪器上电后，控制模块使点火头与点火源相连，同时启动采集与记录模块，将火药点燃后造成的井筒压力变化过程记录下来。压裂结束后，将监测仪提出井筒与专用连接口面板连接，读出电子记录模型中的P-t过程。,高能气体压裂增产技术,高能气体压裂施工工艺 电缆起下、液柱压档、地面引燃施工工艺 用射孔电缆将气体发生器下到目的层段，采用液柱压档，地面通电引燃。（压档液高度不得小于500m ）。 该工艺适用于各种气体发生器，可用于中深裸眼井及套管井，具有设备少、施工周期短、安全可靠等优点。,
