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第十三章 油气水井维护性修井作业
13.1 清蜡
13.1.1 油井结蜡的原因
油井在生产过程中之所以结蜡,根本的原因是油井产出的原油中含有蜡。油井结蜡有两个
过程,首先是蜡从原油中析出,然后聚集、粘附在管壁上。原来溶解在原油中的蜡,在开采过
程中凝析出来是由于原油对蜡的溶解能力下降所致。当原油的组分、温度、压力发生变化,使
其溶解能力下降时,将一部分蜡从原油中析出。
13.1.2 油井结蜡的因素
1、原油的组分和温度
在同一温度条件下,轻质油对蜡的溶解能力大于重质油的溶解能力,原油中所含轻质组分
越多,蜡的结晶温度越低,即蜡不易析出,保持溶解状态的蜡量就越多。任何一种石油对蜡的
溶解量随着温度的下降而减少。因此,在高温时溶解的蜡量,在温度下降时将有一部分要凝析
出来。在同一含蜡量下,重油的蜡结晶温度高于轻质油的结晶温度,可见轻质组分少的石油,
蜡容易凝析出来。
2、压力和溶解气
在压力高于饱和压力的条件下,压力降低时原油不会脱气,蜡的初始结晶温度随压力的降
低而升高。由于压力降低时油中的气体不断分离出来,降低了对蜡的溶解能力,因而使初始结
晶温度升高,压力越低,分离气体越多,结晶增加得越高,这是由于初期分离出的是轻组分气
体甲烷、乙烷等,后期分出的是丁烷等重组分气体,后者对蜡的溶解能力影响较大,因而使结
晶温度明显增高。此外,溶解气从油中分出时还要膨胀吸热,促使油流温度降低,有利于蜡晶
体的析出。
3、原油中的胶质和沥青质
实验结果表明,随着石油中胶质含量的增加,可使结晶温度降低。因为胶质为表面活性物
质,可吸附于石蜡结晶表面上来阻止结晶的发展,沥青是胶质的进一步聚合物,它不溶于油,
而是以极小的微粒分散在油中,对石蜡晶体有分散作用。但是,当沉积在管壁的蜡中含有胶质 、
沥青质时将形成硬蜡,不易被油流冲走。
4、原油中的机械杂质和水
油中的细小颗粒和机械杂质将成为石蜡析出的结晶核心,使蜡晶体易于聚集长大,加速了
结蜡的过程。油中含水量增高时,由于水的热溶量大于油,可减少液流温度的降低,另外,由
于含水量的增加,容易在油管壁形成连续水膜,使蜡不容易沉积在管壁上。因此,随着油井含
水的增加,结蜡程度有所减轻。但是含水量低时结蜡就比较严重,因为水中盐类析出沉积于管
壁,有利于蜡晶体的聚集。
5、液流速度、管子表面粗糙程度
油井生产实际表明,高产井结蜡没有低产井严重,因为高产井的压力高,脱气少,初始结
晶温度低,同时液流速度大,井筒中热损失小,油流温度高,蜡不易析出。即使有蜡晶体析出
也被高速油流带走不易沉积在管壁上。如果管壁粗糙,蜡晶体容易粘附在上面形成结蜡,反之
不容易结蜡。管壁表面亲水性愈强,愈不容易结蜡,反之,容易结蜡。
13.1.3 油井结蜡的危害
油井结蜡不仅造成大量的日常管理清蜡与修井清蜡工作量,还会对油井生产,甚至油田开
发带来严重的影响。油井结蜡主要危害有以下几个方面:
1、油井结蜡给日常管理带来大量工作,增加了井下事故发生的可能性。
2、油井结蜡后,使出油通道内径逐渐缩小,增大油流阻力,降低了油井产能,甚至将油流
通道堵死,造成油井减产或者停产。
3、机械采油井结蜡后,不仅使油流通道减小,还会使抽油泵失灵,降低抽油效率。严重者
会将深井泵卡死,损坏设备等。
4、油层结蜡,将堵塞油层孔隙,阻碍油流进入井内,会缩小出油面积,减少油流来源从而
使油井减产。
5、油井结蜡严重时,给清蜡带来困难,并容易发生顶钻、卡钻及井下落物事故。同时,有
些油井用一般清蜡方法难以处理,必须采取作业清蜡,给修井带来大量的工作。
6、油井结蜡严重时,增加了日常清蜡或作业清蜡时间,影响了油井出油时间,降低了油井
开采时率,影响油井产量和油田开发速度。
7、油井结蜡给油气集输,油田开发带来许多困难,需要采取许多工艺技术措施,使开发成
本增高,影响油田开发的经济效益。
13.1.4 油井清蜡的方法
清蜡就是将粘附在油井管壁、抽油泵、抽油杆等设备上的蜡清除掉,常用的方法有机械清
蜡和热力清蜡。
1、机械清蜡
1)刮蜡片清蜡
利用井场电动绞车将刮蜡片下入油井中,在油管结蜡井段上、下活动,将管壁上的蜡刮下
来被油流带出井口,该方法适用自喷井和结蜡不严重的井。
2)套管刮蜡
套管刮蜡的主要工具是螺旋式刮蜡器。将螺旋式刮蜡器接在油管下面,利用油管的上下活
动将套管壁上的蜡清理掉,也可以利用转盘带动刮刀钻头刮削;同时利用液体循环把清理下的
蜡带到地面。
2、热力清蜡
1)电热清蜡
电热清蜡是以油井加热电缆,让电能转化为热能供给油流加热,使其温度升高达到清蜡、
防蜡目的。
2)热化学清蜡
利用化学反应产生的热能来清蜡。
3)热油循环清蜡
利用本井生产的原油,经加热后注入井内不断循环,使井内温度达到蜡的熔点,蜡被逐渐
熔化并随同油流到地面。
4)蒸气清蜡
将井内油管起出来,摆放整齐,然后利用蒸气车的高压蒸气熔化并刺洗管内外的结蜡。
13.2 冲砂
由于油层胶结疏松或油井工作制度不合理,以及措施不当造成油井出砂,油井出砂后如果
井内的液流不能将出砂全部带至地面,井内砂子逐渐沉淀,砂柱增高,堵塞出油通道,增加流
动阻力,使油井减产甚至停产,同时会损坏井下设备造成井下砂卡事故。因此,必须采取措施
清除积砂,通常采取水力冲砂和机械捞砂。目前常用的是水力冲砂。
13.2.1 冲砂概述
冲砂就是用高速流动的液体将井底砂子冲散,并利用循环上返的液流将冲散的砂子带至地
面的工艺过程。
1、冲砂液的要求
1)具有一定的粘度,保证有良好的携带能力。
2)具有一定的密度,防止井喷和漏失。
3)配伍性好,不伤害油藏。
2、冲砂方式
1)正冲:冲砂液沿管柱流向井底,由环形空间返出地面。
2)反冲:与正冲相反。
3)旋转冲砂:利用动力源带动工具旋转,同时用泵循环携砂,大修冲砂常用此方法。
13.2.2 冲砂步骤
1、准备工作。
检查泵及储液罐,连接好地面管线,准备好足够量的冲砂液。
2、探砂面用冲砂管柱探砂面,冲砂工具距油层 20m 时,应放慢下放速度,当悬重下降则
表明遇到砂面。
3、冲砂。
探得砂面后,上提冲砂工具离砂面 3m 以上开泵循环,正常后下放管柱冲砂至设计深度。
出口含砂量小于 0.1%,视为冲砂合格。
4、观察砂面。
上提管柱至砂面 30m 以上,停泵 4h,下放管柱探砂面,观察是否出砂。
13.2.3 注意事项
1、不准带泵、封隔器等其它井下工具探砂面和冲砂。
2、冲砂工具距预计砂面 20m 时,下放速度应小于 0.3m/min,防堵死冲砂工具水眼。
3、冲砂前油管提至离砂面 3m 以上,开泵循环正常后,方可下放管柱。
4、接单根前充分循环,操作速度要快,开泵循环正常后,方可再下放管柱。
5、冲砂过程中应注意中途不可停泵,避免沉砂将管柱卡住或堵塞。
6、对于出砂严重的井,加单根前必须充分洗井,加深速度不应过快,防止堵卡及憋泵。
7、连续冲砂 5 个单根后要洗井一周,防止井筒悬浮砂过多。
8、循环系统发生故障,停泵时应将管柱上提至原砂面以上,并反复活动。
9、提升系统出现故障,必须保持正常循环。
10、泵压不得超过管线的安全压力,泵排量与出口排量保持平衡,防止井喷或漏失。
11、水龙带必须拴保险绳。
13.2.4 水平井沉砂、冲砂特点
1、在已完成试产的水平井中,沉积物是钻屑、油砂、钻井液和完井液中的固相,以及其他
措施后的固相沉积。
2、地层砂随原油运动到井筒内并重新沉降形成新的沉砂床,同时在压差作用下,沉砂床发
生“固化”。
3、对已下打孔管完井的井,沉积物主要是地层砂及钻井液、完井液中的固相、暂堵剂等残
留物,由于固相颗粒很细且有部分高分子物质,因此沉积物很“顽固”。
4、沉积时间较长,必须要有大于钻井过程中的液体能量才能冲起沉砂。
5、同一口井中,不同井段的作业参数不同。
6、冲起的砂粒在造斜段和水平井段容易再次沉积,形成砂桥,造成卡钻。
7、修井的水平井冲砂作业往往与解卡打捞工作同时进行,作业难度增加。
13.2.5 水平井冲砂工艺
1、洗井液
洗井液的功能与常规井有所不同,受多种影响因素制约,应全面考虑其特殊需要。应以安
全快速、不损害油气层、有利于钻屑运移及低成本为目标。必须具有高携砂能力、抗剪切、低
摩阻和低伤害的特性。因此洗井液的选择是冲砂作业的技术关键。
1)洗井液体系的选择
石油矿场在水平井中已试验使用过多种不同类型的洗井液体系,获得了不同程度的成功,
如流变性相似的油基和水基洗井液,井眼净化能力相似。因此在地质因素和设备条件达到要求
后,成本就是选择洗井液类型的决定因素。目前首选的洗井液是优质聚合物洗井液。这是因为:
(1)性能易控制。使用固相控制设备等措施后,能有效地清除洗井液中的固相,保证洗井
液性能的稳定;
(2)与油基洗井液相比,其成本价格较低且环境污染程度低;
(3)由于是单一体系的洗井液,性能可以按要求及时调整,以满足现场需要;
(4)使用防卡润滑剂等添加剂后,其抑制性和润滑性都有大幅度改善,可满足工艺要求;
(5)与油基物质的敏感性低,保护油层能力强,不易污染油层。
2)密度
密度是洗井液性能的重要参数。它应永远在一狭窄的特定的界限之内,以便保持井眼稳定
并防止压裂地层。一些研究人员表明与井眼稳定的关系是随着井深及井斜角的增大,井眼对坍
塌更敏感;随井斜角的增大,地层破裂梯度下降。在相同条件下,当密度低于 1.6g/cm
3
时,与
井眼冲洗、井眼膨胀、扭矩、摩阻、管柱粘附有关的复杂情况会更普遍更严重,然而提高密度
后,这些复杂情况大大减少。通常增加上返速度和密度在一定程度上可改善井眼净化能力。
3)粘度
在使用大排量冲砂时,洗井液的粘度应低一些,以发挥更大的水力效率;使用层流冲砂时,
洗井液的粘度应相对高一点,以保证洗井液的悬浮能力。
4)失水控制
加强洗井液失水控制是防止产层损害的主要措施之一。失水大时,粘附卡钻的可能性增大,
这是由于:
(1)钻柱靠在井壁;
(2)为稳定井壁而提高洗井液密度;
(3)产层可能已经排空耗损。因此,要采取一些措施:
① 要比直井和常规定向井更严格地、小心地控制和防止动流体漏失,使温度与压力都低于
钻井时的高峰值。
② 滤饼应是薄的、坚韧的和可压实的,这不仅可降低失水,而且可有助于提高渗透井段的
破裂梯度。
5)润滑性
改善洗井液的润滑性可减少不利的摩擦效应,常用方法是在洗井液中加入原油或柴油以形
成水包油乳化液,一般加 5~10%体积百分比的油就可以起到润滑作用,低固相洗井液加 15%的
油,加入乳化剂、清洗剂和超高压润滑剂也可减少管柱摩擦力和扭矩。
2、冲砂方法
在斜井、水平井中,各井段受井径、井斜及井内结构的影响,在同一口井中,一个井段的
最佳施工参数不一定适合另一井段,一口井的工作方法和施工参数同样也不完全适应另一口井 。
根据井况应把握 0~10º,10~30º,30~60º,60~90º 四个井斜段,选择最关键的井段作为施工方法
和洗井液性能选择的依据。着重点是 30~60º 井段和水平井段的冲洗。其它井段的施工方法和洗
井液性能要做进一步调整,以适应全井冲砂解堵的要求。应采用水力冲洗和机械冲洗结合的综
合措施。
1)机械冲洗
(1)在接单根及起下管柱时边循环边转动,机械冲洗与水力冲洗联合作业破坏钻屑沉积床。
这是十分有效的冲洗井眼措施;
(2)转动及上下活动管柱,利用钻具接箍破坏钻屑沉积床;
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handsome‘sboy
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