油气田开发工程采油工程方案设计课程大作业

采油工程方案设计大作业所在院系：石油工程学院学生姓名：赵胜绪学号：2015212184专业年级：开发15-4班任课教师：张红玲完成日期：2016年5月6日一、存在的主要问题（1）作业环境恶劣。

台风、波浪、海流等导致自然海况环境恶劣，风向和风速以及水文条件（水温、波浪、海流）对深水油气田开发工作以及工作人员的生命安全影响非常大。

（2）储层伤害问题。

该区块存在储层伤害类型包括：五种敏感性造成的伤害，各种外源固体侵入地层造成的物理堵塞，有机垢（沥青质、胶质和蜡）沉淀堵塞，无机垢（各种无机盐）沉淀堵塞，油层润湿性改变引起的采油能力下降，水堵和乳化物堵塞，应力敏感性伤害，细菌堵塞。

（3）天然气水合物的生成与防治问题。

碳氢化合物和水在深海底部的高压低温条件下容易生成天然气水合物，堵塞井筒，损害生产作业管件，导致油气井产量下降甚至无法生产。

（4）出砂问题。

本区块储层具有胶结程度低，易出砂，地层不稳定的地质特征。

（5）注水开发的水源及水质问题。

海水由于矿化度较高，通常不能直接用作开发注水，所以需要对海水进行净化处理之后才能进行使用。

（6）海上作业费用高昂。

与浅水以及陆上油气田相比，深水区域的作业平台及采油工程装备的成本高昂，租金昂贵。

二、相应的专题研究（1）针对储层伤害问题，需要开展以下分析：①储层敏感性分析；②岩石和流体物性分析；③油井结蜡及清防蜡；（2）针对出砂问题，需要进行以下研究：①出砂规律与出砂预测；②防砂方法优选；（3）天然气水合物的生成与防治；（4）采油方式选择；（5）针对深海油气开发自然环境恶劣的现实，必须根据油气田的开发需要设计不同风险等级（5年，10年，20年等）的采油工程方案，严格执行HSE管理体系的要求。

（6）考虑到海上油气开采成本高昂的特点，必须充分做好采油工程方案设计的经济评价，尽可能以较低的开采成本，以较短的开采时间，获取更高的经济效益。

三、主要的研究方法及思路1 储层敏感性分析储层的敏感性分析通常包含：速敏，水敏，盐敏，酸敏，碱敏及压力敏感分析。

1.1 速敏在钻井、采油、增产作业和注水等作业或生产过程中，流体与底层无任何物理和化学作用的条件下，当流体在油气层中流动时引起油气层中微粒运移并堵塞喉道造成油气层渗透率下降的现象。

用不同的流速对目的层的岩心进行岩心驱替实验，做出渗透率K和流量Q的关系曲线（如下图1），计算出不同流速下的渗透率损害程度，以评价敏感程度。

图1 岩心速度敏感性评价示意图损害程度=K max −K minmax×100%速敏评价实验的目的与应用：① 确定其他几种敏感性实验（水敏、盐敏、酸敏、碱敏）的实验流速； ② 确定油气井不发生速敏损害的临界产量；③ 确定注水井不发生速敏损害的临界注入速率，若该值太小，不满足配注要求，应考虑增产措施；④ 确定各类工作液允许的最大注入速度。

1.2 水敏油气层中的粘土矿物在原始条件下处于一定的矿化度的环境中，当淡水进入储层时，某些粘土矿物就会发生膨胀、分散、运移，从而减小或堵塞地层孔隙和喉道，造成地层渗透率的降低，这种现象称之为水敏现象。

首先用初始盐度地层水测定CPEDC2和CPEDC3层岩心的渗透率；然后再用盐度减半的次地层水测定岩心的渗透率； 最后用淡水（一般为去离子水）测定岩心的渗透率； 水敏评价示意图如下图2所示，其中若K i /K max <0.3，地层则为为强水敏；若K i /K max >0.7，则地层为弱水敏。

图2 水敏评价示意图K(10-3μm 2)K i /K max地层水次地层水去离子水水敏评价实验的应用：① 如无水敏，则进入地层的工作液矿化度只要小于地层水矿化度即可； ② 如果有水敏，则必须工作液的矿化度大于Cc1；③ 如果水敏性较强，在工作液中要考虑使用粘土稳定剂。

1.3 盐敏降低矿化度的盐敏评价实验：第一级盐水为地层水，将盐水按一定的浓度差逐级降低矿化度，直至注入液的矿化度接近零为止，确定最低临界矿化度Cc1。

升高矿化度的盐敏评价实验：第一级盐水为地层水，将盐水按一定的浓度差逐级升高矿化度，直至找出最高临界矿化度Cc2或达到工作液最高矿化度为止。

盐敏评价示意图如下图3所示。

对进入地层的各类工作液都必须控制其矿化度在两个临界矿化度之间，即：Cc1<工作液矿化度<Cc2图3 盐敏评价示意图1.4 碱敏通过注入不同pH 的地层水并测定其渗透率，根据渗透率的变化来评价碱敏损害程度找出碱敏损害发生的条件。

碱敏评价实验曲线如下图4所示。

碱敏评价的应用：① 对于进入地层的各类工作液都必须控制其pH 值在临界pH 值以下； ② 对于存在碱敏性的地层，要避免实用强碱性工作液；③ 如果是强碱敏地层，由于无法控制其pH 值在临界pH 值以下，为了防止油气层损害，建议使用屏蔽式暂堵技术。

图4 碱敏评价实验曲线K i /K maxpH矿化度降低（升高）实验 矿化度恢复实验K i /K ∞1.5 酸敏包括原酸（一定浓度的盐酸、氢氟酸、土酸）和残酸（可用原酸和另外一块岩心反应制备）的敏感实验，有现行的部颁标准。

酸敏评价实验曲线如下图5所示。

酸敏评价实验是为了研究酸液与油气层的配伍性，为油气层基质酸化时确定合理的酸液配方提供依据，为提供合理的解堵方法和增产措施提供依据。

图5 酸敏评价实验曲线1.6 应力敏感性通常采用无因次渗透率的立方根，即（K i /K 1000）1/3与应力的对数lg σ建立关系曲线。

K i =K 1000[1−S s lg σ]3S s =1−(KK 1000)13lgσi1000式中：K i —不同应力σi 下的岩心渗透率，10-3μm 2； K 1000—应力1000Psi 下的岩心渗透率； S s —曲线斜率。

根据综合组给出的有关储层的五敏分析结果可知：两个储层均无速敏；但有较强的水敏性（粘土矿物以高岭石和伊蒙混层为主）；对盐酸和土酸都有中等偏强的敏感性；均无碱敏；有弱应力敏感性。

2 岩石和流体物性分析岩石和流体物性分析的主要项目及分析手段主要包括： （1） 孔隙结构分析通过常规的孔隙度、渗透率分析获得地层孔隙度及渗透率的范围及均值等。

通过压汞实验得到毛管力曲线（歪度、排驱压力、饱和度中值压力、平均孔喉半径），并与薄片扫描相结合可以分析得出储层的孔隙结构及分布情况。

K i /K 敏感敏感 不敏感（2）粘土矿物分析采用X衍射测得粘土矿物的组成。

（3）储层流体全分析脱水原油经过索氏抽提，色谱柱分离，进而通过气相色谱-质谱（GC-MS）联用仪进行组分组成分析，从而获得原油组成；凝析气也可通过GC-MS测得其组成；分析水的组成可以获得其组成及矿化度。

（4）高压物性实验分析通过PVT测试可以获得岩石及流体的体积系数、压缩系数、气油比、密度、粘度等参数随压力和温度的变化情况。

3 油井结蜡与清防蜡由于地层原油含蜡质较高，且随着地层压力降低井筒结蜡的问题会越来越严重。

而井筒结蜡很有可能造成井筒的堵塞，产量的下降，甚至停产，从而造成巨大的经济效益损失。

因此，非常有必要分析油井的结蜡特点，制定适时的清防蜡计划，保证油井正常生产不受影响。

油田常用的清防蜡技术有：机械清蜡、热力清防蜡、表面能防蜡（内衬和涂料油管）、化学药剂清防蜡、磁防蜡、微生物防蜡技术等6大类。

值得注意的是，清防蜡措施往往不是单一的，而是复合的。

通过PIPESIM 对油井结蜡进行模拟，得到结蜡量随压力、时间的变化关系以及结蜡量在井筒不同深度的分布情况，从而根据生产情况、压力变化以及各类清防蜡技术的优缺点选取适合的清防蜡措施。

4 出砂预测与防砂对于砂岩油藏，储层是否出砂，除了储层本身的影响外，很大程度上决定于选取的完井方式，所以做好出砂预测，选取合适的防砂方法就显得尤为重要。

地层出砂预测要基于测井数据、储层岩性、泥质含量和油气藏特点以及采油工作制度综合进行分析。

地层出砂的预测方法主要有现场观测法，经验法，数值计算法和实验室模拟法。

4.1 出砂预测方法（1）现场观测法①岩心观察：容易出砂地层，取出岩心用手一触即碎或停放数日后自行破裂，将岩心浸入淡水或盐水中，容易破碎。

②若油井测试期间出砂；或者未见明显出砂，但在接箍台阶处附有砂粒；或者探井底时发现沙面上升，则该井都可能出砂。

③与本油田同一地质年代的相邻油田对比：若相邻油田有出砂情况，则该区块出砂的可能性较大。

（2）经验法①模量法：储层岩石的强度与剪切模量、体积模量有很好的相关性。

因此，可以通过组合模量大小判断是否容易出砂。

②用声波测井数据确定出砂门限值。

较小的声波时差值代表低孔隙度、坚硬、高密度的岩石；较大的声波时差值代表高孔隙度、疏松、低密度的岩石。

③孔隙度法：孔隙度大于30%，出砂的可能性较大。

（3）数值计算法阿科公司和斯伦贝谢公司都已提出了出砂预测数值计算公式与方法，并已在油田应用。

（4）实验室模拟法在同类型的岩心条件下，流速是影响出砂的主要因素。

对于原油和水，当射孔孔眼的流体流速超过0.2m/s时就可能出砂。

4.2 防砂方法分类及优选防砂方法分为：机械防砂法（机械防砂管柱，防砂管柱砾石充填）、化学防砂法（人工胶结地层法，人工井壁法）、焦化防砂法、复合防砂法（如机械防砂法+化学防砂法）、其他防砂方法（降低流速法、增大油层径向应力法）。

（1）防砂方法的选择原则应根据油藏地质研究和试油试采资料，结合出砂预测，综合考虑工艺、技术以及费用，立足于先期防砂，保护油气层，减少储层损害，以保证油井获得最高产能，获取最高开采效益为目标。

（2）优选防砂方法必须考虑的因素防砂方法的优选必须考虑完井类型，完井段的长度，油层物性，产能损失，成本费用等因素。

（3）优选防砂方法的步骤优选防砂方法主要考虑防砂方法的技术可行性和经济可行性两个方面。

首先进行技术可行性评价；根据技术可行性评价结果选出若干种技术进行产能预测；然后比较各种技术的经济可行性；最后选出满足技术可行性和经济可行性的最佳防砂方法。

5 天然气水合物的生成与防治天然气水合物又称天然气水化物，是一种碳氢化合物和水所形成的疏松结晶化合物，为白色的结晶体，外观类似于冰或致密的雪块。

其结构有两种：①低分子量气体(如CH4、C2H6)的水合物为体心立方晶系结构；②较大分子量的气体(C3H8、iC4H10)，则形成类似于金刚石晶体的结构。

C4以上的烃类一般不生成水合物。

含有足够水蒸气的天然气形成水合物的主要条件是较高的压力和足够低的温度；次要条件是气流脉动、搅拌、混合的影响。

因此，在海底井口管线、压缩机出口和节流阀等处容易形成水合物，造成冰堵，堵塞油气管道，增大管线的压差，损坏管件，甚至导致严重生产事故。

如果水合物是在井筒中形成，则可能造成井筒堵塞，减少油气产量，损坏井筒内部的部件，甚至造成油气井停产。