采气工程基础知识

采气工程的主要任务是：
1、针对气藏的地质特征和储层特点，编制气田开发的 采气工程方案，对气藏实施高效开发。 2、研究、发展适合气藏特点的采气工程技术 ，并配套 形成生产能力。 3、对气井进行生产系统节点分析，优化采气工艺方式， 提高气井的采气速度。 4、推广、应用各种新技术、新装备，解决气田开发的 工程技术问题。 5、研究、制定、完善采气工程方面的有关标准、规程、 规范，使采气 工程技术、施工操作有章可循，实现标准化、 规范化作业，确保安全生产。
不同的完井工艺，要求不同的完井管柱。完井管柱
Hale Waihona Puke Baidu
第一部分
（三）气井井口装置
气井井口装置 由套管头 、 油管头和采气树组成。 主要作用是： A)悬挂下入井里的油管 B) 密 封 油 管 和 套 管 之 间 的环形空间 C) 通 过 油 管 或 环 形 空 间 进行采气、压井、洗井、酸 化、加缓蚀剂等作业 D) 操 纵 气 井 的 开 关 和 调 节气井的压力和产量大小
技术套管是下入井 内的第二层套管，用来 封隔表套以下至钻开油 气层以前的易垮塌松散 地层、水层、漏层，或 非钻探目的的中间油气 层，以保证顺利钻到目 的层。要求水泥上返到 需要封隔的最上部地层 之上 100m 左右。对高压 气井，为防止气窜，上 返至地面。
油层套管是下入井内的 最后一层套管，用来把油 气层和其他层隔开，在井 内建立一条可靠的油气通 道。其上安装采气树，油 套的质量对采气影响最大。
第一部分
（一）、气井完井方法
（二）、气井井身结构
（三）、气井井口装置
（四）、气井完井测试
第一部分
（一）气井完井方法
气井完井方法是指钻开生产层和探井目的层部位的工艺方法以及该部位 的井身结构。气井完井方法的选择取决于气层的地质情况、钻井技术水平和 采气工艺技术的需要。 目前常用的完井方法主要有四种：
采气树：KQS最大工作压力/公称通径-工厂代号-设计次数
KQ—抗硫化氢 KY—不抗硫化氢
采油树：KYS最大工作压力/公称通径-工厂代号-设计次数
常用采气树规格统计表
测压阀门： 不停产进行下压 力计测压、取样， 接油压表测油压。
油管闸门： 开关井（油 管采气） 针形阀（针 阀）：调节 气井压力和 产量
对于过于疏松的砂层，或疏松砂层且 产层倾角较大的，禁忌采用衬管完井方法。
射孔完井是目前国内外广泛采用的
一种完井方法。其特点是钻达预计产 层深度之后，下入生产套管，注水泥 固井，然后再下射孔枪对准产层射穿 套管、水泥环完井。 射孔完井使裸眼和衬管完井的缺陷 得到克服，并适应于边底水气层以及 需要分层开采的多产层气层，是一种 较为理想的完井方法。
衬管完井 是改进了的裸眼完井，有裸
眼完井的优点，又防止了岩石垮塌的缺点。 其采用的是在目的层段加衬管的方法。 衬 管 用 割 缝 套 管 （ 缝 宽 5-8mm ， 长 100mm ）或钻有圆孔（ 5-10mm ）的套管制 成。衬管完井应用钻具，用丢手装置，用 衬管悬挂器把衬管悬挂在生产套管内壁上， 使衬管在井内成吊伸状态，避免衬管曲挠。
小四通： 采气、放 喷或压井
总闸门： 一般2个， 处于开启 状态
套管阀门： 测套压、套管 采气、气举
套管头：套管下到井里，下部用水泥固定，上部的部分重 量就支撑在套管头上。井里下有几层套管时，套管头能把几层 套管互相隔开。套管头分正规套管头和简易套管头。
正规套管头悬 挂在悬挂器上， 套管受热膨胀或 遇冷收缩时可以 自由伸缩。 简易套管头两 端用丝扣连接， 不能自由伸缩， 因此容易在套管 本体和丝扣上形 成应力，使套管 破裂或造成密封 不严。
f (T Z q g ) 2 D
5
p wf p wh EXP( S ) 1.324*10 18
2
2
EXP(S ) 1
第二部分
（四）气井工作制度的选择
气井工作制度是指适应气井产层地质特征和满 足生产需要时产量和压力应遵循的关系。
1、定产量制度：
pr pro qg t qupr
筛管由油管钻孔制 成 ， 长 3-10 米 / 根 ， 钻 孔 直 径 10-12mm 。 要求钻孔孔眼的总面 积大于油管的横截面 积。
选用的原则是： 1 、完井管柱既要满足完井作业要求，又要满足气 井开采的需要。 2 、完井管柱要尽量简单适用，可下不可不下的井 下工具，尽量不下。 3 、完井管柱应满足节点分析要求，减少局部大压 力损失。 4、油管柱应考虑H2S、CO2和地层水的影响。 5 、完井管柱应考虑套管质量，特别是深井和超深 井。因为深井和超深井的钻井和完井作业套管偏磨很 厉害，大大降低了套管抗压强度，为保护套管最好采 用生产封隔器永久性完井油管柱。
若把解节点选在pwf处，pr—pwf段称为流入部分，而pwf—psep 段称为流出部分。分别由系统始点pr和末点psep进行模拟计算，求 得流入和流出动态关系。
在交点左侧，对 应的井底流压 p1 ＞ p1’，说明生产系统 内流入能力大于流 出能力。 表明油管或流出 部分的管线设备系 统的设计能力过小 或流出部分有阻碍 流动的因素存在， 限制了气井生产能 力的发挥。
H GV
Q 2.89d 2
H GV
（压差为汞柱）
（压差为水柱）
式中，Q—气体流量，m3/d d—孔板直径，mm H—U形管中汞柱压差，mm G—天然气相对密度 V—气流温度，K
第二部分
气井节点分析
第二部分
气井节点（NODAL ）分析法 是运用系统工程理论研
究气田开发系统的气藏工程、采气工程和气田集输工程 之间压力、流量关系的方法。 节点分析法是美国人吉尔伯特 （Gilbert）于1954年首先提出的， 但是由于运用这一方法涉及众多 较复杂的数学公式，因而应用收 到限制。直到 80 年初，计算机技 术在油气田的工程分析和设计中 开始广泛应用的时候，这一分析 方法才逐渐被应用于油气田生产 实际并很快见到了效果。
气井完井工程之所以重要，是因为它直接关系着气井 的质量，是气井生产的基础。气井是气层流体流向地面 的人工通道，在采气工程中起着输送天然气和控制地层 的重要作用，对地层进行各种研究以及进行压井、人工 举升、改造增产、生产测试等许多井下作业都将通过气 井，气井完井质量不好或不相适应，天然气的生产将无 从谈起。

讲 授 提 纲
一、气井完井
二、气井节点分析
三、气井增产措施
四、生产测井工艺技术
五、采气工程方案设计
第一部分
气井完井
第一部分
气井完井工程是指钻开生产层和探井目的层开始，直 到气井投入生产为止的全过程。它既是钻井工程的最后 一道工序，又是采气工程的开始，对钻井工程和采气工 程起着承上启下的重要作用。
p wf
pr (aqg bqg )
2
2
p wh
100 p wf q g 2
2
e
2s
* 10 1
2、定井口（井底）压力制度： 3、定井底压差制度：
q gp t 2 1 a a2 2 qg p wf ( pro ) * 2 10 q 4b upr b 2b
（3）平均地层压力pr—压力恢复曲线求得、静液面或临井地层压力估算 （4）井底流动压力pwf—实测或计算 （5）气体平均粘度μg—实验室求得 （6）供气面积系数x—一般取x=0.472rg/rw （7）表皮系数S—压力恢复曲线求得，S=S1+S2+S3+S4+S(q,t)+Dq
2、琼斯(Jones)公式：
采气工程是指天然气开采工程中有关气田开
发的完井投产作业、气井生产系统与采气工艺方
式选择、井下作业工艺技术、试井及生产测井工 艺技术、增产挖潜措施、天然气生产、井下作业 与修井、地面集输与处理等工艺技术和采气工程
方案设计的总称，是天然气开采工程中一个占有 主导地位的系统工程，对天然气气田的高效益、 高采收率开发具有举足轻重的作用。
协调生产 点
●
在交点右侧，情 况刚好相反。表明 气层生产能力达不 到设计流出管路系 统的能力，说明设 计的流出管路设计 能力过大，造成不 必要的浪费，或井 的某些参数控制不 合理，或气层伤害 降低了井的生产能 力，需要进行解堵、 改造等措施。
第二部分
（二）流入动态曲线
1、气井的达西（Darcy）公式：
第二部分
（一）节点分析原理
气井生产系统过程包括气液克服储层的阻力在 气藏中的渗流、克服射孔段的阻力流入井底、克服
管线摩阻和滑脱损失沿垂管（倾斜管）从井底向井 口流动、克服地面设备和管线的阻力沿集输气管线 的流动。
流体在系统生产过程中的每一段都要损失压能。 气液流态也在发生变化，压力和产量之间呈现复杂 的关系。节点分析就是在这样一个系统内设置节点， 对系统生产的全过程进行系统分析和整体研究。
3、测试流程：
常用测试流程主要由采气井口、放喷管线、气水分离器、 临界速度流量计和放喷出口的燃烧筒组成。
A、临界速度流量计测试 B、垫圈流量计测试
Q 10.64d
2
1870 d 2 p1 Q qZT
式中，Q—气体流量，m3/d d—孔板直径，mm p1—上流压力，Mpa T—上流温度，K q—天然气相对密度 Z—天然气偏差系数
3、费特柯维奇(Fetkovich)公式：
pr pwf aqg bqg
2
2
2
q g c( pr pwf ) n
2
2
第二部分
（三）流出动态特性
气井流出段流动特性是一个相当复杂的问题， 尤其是含有凝析油和地层水时更甚。
气液沿井内管柱垂直向上，在经过井口节流和 地面管线的流动中，依据压力沿程分布不同而呈现 不同的流态。 纯气井油管生产表达式：
裸眼完井是指气井产层井段不下任
何管柱，使产层完全暴露的完井方法。 （ 1 ）优点：不易漏掉产层、气井 完善系数高、油气流动阻力小、完井 周期短、采气成本低。 （ 2 ）缺点：气水层不能分隔，易 互相干扰；裸眼段地层易垮塌，掩埋 产层；不能进行选择性增产措施。 （ 3 ）适应：坚硬不易垮塌的无夹 层水的裂缝性石灰岩油气层。
第一部分
（二）气井井身结构
表层套管是下入井内的 第一层套管，用来封隔地 表附近不稳定的地层或水 层，安装井口防喷器和支 撑技术套管的重量 。一般 下深几十至几百米。
引导钻头入井开钻和作 为泥浆的出口。导管是在 开钻前由人工挖成的深 2 米 左右的圆井中下入壁厚 35mm 的钢管，外面灌上水泥 制成。
油管挂（锥管挂、萝卜 头）是金属制成的带有外 密封圈的空心锥体，坐在 大四通内，并将油、套管 的环形空间密封起来。 油管是钢制空 心管，长 8-10 米/根，由丝 扣连接。
油管鞋是一个内径小于 井底压力计直径的短节， 防止压力计落井。目前常 用过油管射孔井油管鞋是 一 外 径 100-110mm ， 内 径 62mm 的喇叭口，使炮弹下 出油管鞋容易。
第一部分
（三）气井完井测试
1、测试目的：完井测试是气井完井作业的最后一道工序。主
要目的是通过测试稳定的气产量，确定生产能力而进行定产生产。
2、测试特点：由于完井测试尚未建设集输管线，因此测试时
间一般都比较短。通常采取测试一个回压下的产量，即“一点法试 井”。为掌握更多的气藏参数，也可进行“稳定试井”。
qg 774 .6k g h( p r p wf )
2 2
g ZT ln( x) S
p r p wf
2
2
1.291 * 10 3 q g g ZT ln( x) S kg h
（1）气体有效渗透率kg—试井资料求得 （ 2 ）平均有效厚度 h— 气层垂直厚度（斜井）、产气厚度（气水同产 井）、射孔厚度（未完全射开井）、气层厚度（完全射开井）
●气井生产系统划分为四个阶段：
（1）pr—pws：流入段
（2） pws—pwf：完井段 （3） pwf—pwh：垂管段 （4） pwh—psep：地面流出段
●解节点的选择：
解节点的选择满足两个条件： （1）解节点处只有一个压力 （ 2 ）通过解节点只有一个与该压 力相对应的流量。 解节点的位置可以在生产系统内任 意选择，一般选在pwf处。
射孔完井的关键是固井质量必须得 到保证，产层评价的测井技术必须过 关，射孔深度必须可靠。
尾管完井 方法从产层部
位的套管结构及孔眼打开的 方法来讲，与射孔完井方法 完全相同。不同之处是管子 顶部只延伸到生产套管内一 部分。 尾管完井特别适用于探 井，因为探井对油气层有无 工业价值情况不明，下套管 有时会造成浪费。