国外采气工程技术现状及发展趋势_图文

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20 08年 l 月 1  
NO .2 o   V o 8

5 ? 2  

DRI LI L NG & P RODUC I   EC T ON T HNOL OGY 

国外 采 气工 程技 术现 状 及发 展趋势 
黄 艳  ,马辉 运  蔡 道 钢    欣  杨 航 , , ,刘 ,   罗 鹏  张华礼    , ,郭建华  王  宇 ,  
( 南油气 田分公 司采 气工程研 究 院 2川庆钻探 工程有 限公 司井下作业公 司) 西  
黄 摘 艳等.国外采气工程技术现状及发展趋势. 钻采工艺,0 8 3 ( )5 5  2 0 ,16 :2— 5 要 :随着世界各 国对能源的进一步需求和对环境 问题的 日益 关注, 天然 气受到 了普遍重视 , 发展 采 气工 

程技 术已成为 当代世界潮流。近年 来国外的采气工程技术 已有很 大进步( 在常规完井技 术基础上发展 了含酸 气井  的完井技术 , 大产量气井的完井技 术 , 水平井、 分支井和老井侧钻井的完井工艺技术 , 并向智能完井技 术方面发展 ,   完井工程逐渐和 气藏 管理逐步结合起 来, 完井工程理论先进、 其 完井设计方法 系统, 在天然 气藏勘探开发领域 中得 

到 了广泛的应用) 。重点介绍 了国外在 完井、 裂酸化、 工举升 、 井及 室 内实验技 术等各 方面的发 展现状和发  压 人 修
展趋 势, 对国内采气X程技术的发展 具有很好的借鉴意义。 -  

关键词 :采气工程 ;完井; 裂酸化 ; 压 人工举升 ; 修井 ;室内实验 
中图分 类号 :T  7  E35 文献标识码 :A   文章编号:10 0 6—78 20 )6— 02— 4 6 X(0 8 0 0 5 0 

一 、 井工 艺技 术  兀  完 上 乙仅 小 


有效的增产措施是水平井完井取得经济性成功的关  键。加拿大 Wi  i r l Rv 致密气藏从 20 年正式 大  d e 01
规模进行 开发 , 目前该 气 藏 的完井 工 艺共 经 历 了  到



近年 来 国外完 井工 艺技 术 发展 很 快 , 常规 完  在

井技术基础上发展 了含酸气井的完井技术 , 大产量  7个 重要 的阶段 。   气井的完井技术, 水平井、 分支井和老井侧钻井的完  第 1阶段是 初 始 完井 阶段 ; 2阶 段 是进 行 2 第   井工 艺技术 , 向智 能完井技术 方 面发展 。 并   个以上的产层同时开采 ; 3 第 个段是引入永久封隔 
1 含酸气 井的完 井技 术  .

器 以利 于完井后 的 压裂 增产 施 工 ; 4个 阶段 是 采  第 用复 合桥 塞 并 引入 连续 油 管钻 穿 桥塞 的工艺 ; 5 第  

在国外含 H S C     、O 酸性气体的气井 , 均采用带  井下安全阀的永久式封隔器完井管柱。井下防腐采  用材质防腐( 耐蚀合金钢) 以及缓蚀剂防腐 ( 碳钢 +  
化学剂注入 工 艺 ) 种 方 案 , 层 套 管 和 完井 管 柱  两 油
采用 金属密封 扣 。   2 大产 量气 井的完 井技术  .

个阶段是在压裂工艺上的改变 ; 6 阶段是采用 第 个   高能压裂液进行压裂; 7个阶段是设计出压裂液  第
返排 的新工艺 。   4 分支 井的完 井技术  .

2 纪9 0世 0年代 后 , 支井 技 术 进 入快 速 发 展  分 时期 。19 97年 , 苏 格 兰 阿伯 丁举 行 了“ 术 进 步  在 技


目前 , 国外 对 于大 产量 气 井 的完井 管柱 主要 遵 

循如下原则 : ①要实 现高压气井管柱 的有效密封。   ②降低气流冲蚀的影 响。③确保管柱安全可靠 , 满  足长期生产需要。④有利于简化施工程序和气藏保 
护, 节约施 工费用 , 提高单井 产能 。  
3 水平井 的完井技 术  .

多分 支井 ” 坛 , 多 分 支 井 完井 系统 分 为 6级  论 将 级别 l裸 眼/ 支撑 连接— — 主井眼 和水平 井  : 无

( 1, 图 ) 它们是 :   眼都 是裸 眼段或在两个 井 眼中用悬挂 器悬挂割缝 衬 
管。  

目前 , 平井 钻井 技术 已作为 常规 钻 井技 术得  水 到广泛应 用 , 乎应 用 于所 有类 型 的油 气 藏 。水平  几 井 应用 的主要 目的是 穿越裂缝 和 降低 水锥进 。  

级别 2 主井眼下套管并固井 , : 水平井眼或裸眼 
或 以悬挂方 式下割缝 衬管 。  

级别 3 主井眼下套管并固井 , : 水平井眼下套管  但不 固井。用悬挂器将水平尾管锚定在主井 眼上,  

在低渗油气藏 中( 含低渗碳 酸盐岩地层) 采取 
收 稿 日期 :20 0 0 8— 8—1 1  

作者简介:黄艳( 9 1 , , 17 一) 女 高级工程师 , 9 1 4年毕业于西南 石油学 院采油专业 , 9 现从事 油气开采研究工作 。地址 :6 80 ) ( 130 广汉市 中  
山大道南二段 , 电话 :88— 12 1 。 0 3 5 50 7 

第3卷 1
V0 . 1 I3 

第 6期 
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D I』 N R IJ G&P OD C N T C O O Y l I R U     E HN L G   ⅡO

但不 固井 。  

统 计分析 , 用 实 例 表 明 , 用 E S技 术 比 S S和  应 应 S A O G H P的井表 皮 系数 小 而 产 能 高得 多 , 且 E S保  并 S 持 低表皮 系数 的 时间更 长 。  

级别 4 主井 眼和水平井眼都下套管并注水泥。 :   主井 眼和水 平井 眼在联 接处 都注 水泥 。  
级 别 5 在 连 接 处 进 行 压 力 密 封 。在 不 能 固 井  :

的情况下 , 用完井方法达到密封。   级别 6 在 连 接 处 进 行 压 力 密 封 。在 不 能 固井  :
的情况下 用套 管进行 密封 。  

二、 酸化 技 术 
1 分 段压 裂技 术  .

对于多层直井或水平井压裂 , 通常使用机械或  化学 隔离技 术分 段 实 施 , 隔离 技 术 可结 合 使 用桥  其 塞、 膨胀式封隔器 、 凝胶塞或渐进脱砂法等。  
这 种 技 术对 于 直井 比较成 熟 , 水 平井 的使 用  在

方面也有成功的例子 , 但工艺复杂, 消耗 的人力物力  较多。对直井而言, 分层压裂要考虑分隔段的完井  方式 , 参数优选 ; 于水平井而言, 对 分段压裂工艺涉 

及到分段参数的优化 , 支撑剂沉降 , 起裂压力的预测 
以及裂缝 的延 伸情 况等 。  
2 限流 压裂 技术  .

限流法压裂是通过严格控制射孔炮眼数量 ,   以 尽可能大的排量施工 , 利用炮眼摩阻提高井底压力,   迫使压裂液分流 , 使破裂压力相近的地层依次压开。  
对 于水平 井 , 由于射孔 和完 井 的难度较 大 , 可能  造 成 目标 区域 的偏 离甚 至整段 没有 产量 。所 以该 工  艺应 用 于直井往 往 更 有 效 , 同 时进 行 多 区段 的压  可 裂处 理 , 现在发 展 成 为考 虑 各 层物 性 差 异进 行 作 业  参数 的优 化 。  
图1 T M 对分支井的分类    AE

3 水 力喷 射压 裂技 术  .

水力喷射压裂是一种将水力喷射与水力压裂相 
5 智能完 井技术  .

结合起来的工艺, 将专 门的喷射工具下人 常规油管 
或连 续油 管 中 , 沿着 水 平 井井 身可 以在 预定 的位 置  作业 。水 力喷射 压裂 技术 能够 精确控 制多级 压裂 的 

自 8 代后期 出现 了第 一 口智 能井 以来 , 0年 目前  已有 10多 口智能 井 。智 能完 井是通 过各 系统 在不  3

动井下设备 的情况下达 到实时连续监测、 采集、 处  理、 并反馈井下数据 、 实时优化生产 , 提高采收率。   智 能完 井技术 在北 海 、 西哥 湾 、 非 、 墨 西 阿曼 、 印 
尼 、 内瑞 拉 等地 区得 到 广 泛 应 用 , 括 海 下 油 气  委 包 井、 水井、 深 多分 支 井 、 大位 移 井 等 。贝克 石 油 工具  公 司、 伦 贝谢公 司 、 斯 哈里 伯 顿 能源 服务 公 司 、 oa R xr  

位置 , 与机械或化学 隔离技术 相 比, 功性要 高得  成 多。现在发展为使用连续油管进行水力喷射 , 紧接  着利 用连 续油管 进行 水力 压裂 。这种 工艺可 以有效 
降低完 井成 本 , 迟 下一步 射孔作 业 的决定 时机等 , 延  

同时, 由于不采用爆炸射孔方式 , 这种方法降低了产  生多裂 缝 和近井 扭 曲效应 的可 能性 。  
4 新型 酸 液体 系  .

有 限公司等拥有该项技术 。   6 膨胀 筛管 完井技 术  .
19 9 0年 初 , oa D thS el 司 就 开 始 了可  R yl uc  h l公  

针对以往采用常规酸化工艺方法实施增产处理 
收效甚 微 的 问题 , 种 新 型 的轻 伤 害 自转 向酸液 系  一

行 性研究 。膨 胀式 防砂筛 管 ( S ) E S 已显示 出强 大 的 

统一黏弹性转 向酸 ( D 系统能够极 大地提高产  V A)
量 。高效 的 V A系 统 会首 先 酸 蚀 处理 低 温 白云岩  D

生命力 , 正在逐渐取代应用广泛的裸 眼和砾石充填 
这 两种完 井技 术 。   20 0 2年 9月 第 一 次 成 功 地 将 可膨 胀 管 技 术 应  用 于单一 直径井 试验 ,0 5年 6月 Wetef d已经  20 ahr r o 对 30口井进行 了 E S系 统 的安 装 , 胀 总 量达 到  4 S 膨 6 0  500m。C Jns 人 对 已应 用 的 30 口井 进 行  .oe 等 4

地层 , 继而洁净酸液会 自动地转 向进入到未被酸蚀  处理的低渗透率层段 , 该系统 可以很好地消除钻井 
液导致 的地 层伤 害 。  
5 压 裂和 酸化技 术 的发展 趋势  .

水 力压 裂技术 是 一个 系统工 程 。由于裂缝 的起 

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裂与延伸 与就地应 力 、 远场应 力有着 直接 的关 系 , 钻  井方位 和完井方式 将 直接 决 定起 裂 压 力 , 缝 的转  裂 向 , 多裂缝 的发育 , 方面 的研 究现在 还局 限于  甚至 这

水气 井常用 的人工举升 工艺技术 有机抽 、 气举 、 电潜  泵 、 流 泵 、 塞气 举 、 射 柱 水力 活塞 泵 、 螺杆 泵等 , 其技 

术参数及适应性见表 2  。 经过近年的快速发展 , 国外的天然气开采工艺   技 术 已有很 大进 步 , 应用 已较 为成 熟 的工 艺技 术  在
方 面的发展 主要是新装 备 的配套研制 。如机抽工 艺  在抽油机方 面发展 了多种 新 型抽 油机 , 制 了新 型  研 抽 油杆 , 开发 了多种 抽油机 配套设备及 部件 ; 举  在气 采 气技术方 面 , 要是 在气 举 优化 设 计软 件 和气 举  主 井下工具 等方面 发展 较快 ; 制 成功 了高效 多级 电  研

补救性的工作 , 对于难度更大的水平井、 分支井压裂 
来说 , 裂技术将 在 钻 、 压 完井 工 作就 要 介入 , 涉 及  并 到裂缝 条数 的优 化 , 多个 裂缝大小 的预测研 究 。   酸化技 术 由于 新型 酸液 体 系 的发展 , 型工 具  新 的推广 应用 , 应 的模 拟 技 术及 产 能评 价 有待 进 一  相 步发 展。特别是 针对 水 平井 酸 化 , 伤 害 大小 及 分  其 布的确定决定 了工 艺技 术 的选 择 , 其产 能 特征 对 工  艺技术 的优化也 起着决 定性作用 。  

潜泵、 新型大排量多级电潜泵等新设备新工具 , 同时  在电压保护装置 、 电缆 、 气体处理等的研究方面也有  了很大进 展 ; 在螺 杆泵技术 方面 , 继推 出了井 下单  相
螺杆抽油 泵系列 产 品 , 螺杆 泵 的元 件 和配 套设 备  在 方面也推 陈 出新 。  

三 、 工举 升技 术  人
1成 熟人 工举升工艺技 术 的发 展现状  .

人工举 升工艺技术 是解决 气井筒 积液 的有 效方  法, 也是水驱气 田生产 中常见 的采气 工 艺 。国外 产 

表 2 国外常用人工举升工艺技术 的使用条件表    工艺  目前最大井深或泵挂深度 ( ) r  n 目前最大排液量 ( 。d  m/ ) 工作温度( ) ℃   海上应用  机抽  48   80 3 50 ~ 9  27 8  差  气举  4 7  52 6 5 7  7— 0 0 2 44 o .  极好  柱塞气举  4 6 .  27 2 20 6  无  射流泵  69  06 20 6  好 ~极好  电潜泵  4 7  52 2 44 0 .  极好 

7 9  3 .  4 . 28  3 . 47   .5 18 77~ 35 18— 7 0

2 新工艺 、 . 新技术 的应用 

人工举 升技术术 专 家 系统 , 使人 工 举升 技 术 向高度  自动化 、 智能化 发展 , 现集 中远 程智能控 制 。 实  

随着 各种 成熟 的排气 采气 工艺 技 术 的发展 , 针  对存在 的问题 , 又进 行 了一 些新 技 术 的研 究 。主要  开展 了井 下气液分 离 同井 回注技 术 、 喷射 泵 +有 杆  泵举升工 艺 、 电潜 泵再循 环系统 、 力驱动 柱塞泵 系  磁 统、 液压 气泵 、 同心 毛细 管及 其 改进 技术 、 续 油管  连 抽汲 系统 、 天然气 连 续循 环 采气 技术 等 排水 采 气 工 
艺 的试验 , 取得 了一定 的效 果 。   3 国外 人工举升 技术发展 趋势  .

四、 井 工 艺技 术  修
1 国外的修 井工具  .

目前 国外各 种井下 工具齐 全并形成 系列化 , : 如   打捞 工具 、 铣工具 、 、 管切割工具 、 磨 油 套 套管整形 工  具、 套管刮 削工具 、 管补接 和补贴 、 工具 、 击  套 倒扣 震 工具、 侧钻 工具 、 井下探 测工具 、 拆装 工具 、 各种辅 助 
工具 。  

目前 世界发 达 国家将 更加重 视采气工 艺技术 的  新理论 、 新工艺 、 新装 备 的研 究 开发 , 来天 然 气 开  未 采技术将 在下 面几个方 面取得 突破性 的进 展 。  

2 连续油 管修 井工艺 技术  . 目前 国外 连 续 油 管 实 现不 压 井 和 连续 起 下 管  柱, 最近连续 油管 实 现 了在 多分 支井 中修井 。有 一  种 新型底 部钻 具 组合 ( H 及 利 用 连 续 油管 进 行  B A)

() 1革新各种配套仪器 , 以完善各常规采气 技  术 ; 强气藏综合 治 理排 水 与单 井排 水 采 气技 术 研  加 究, 完善现有组合 人工举升技术 , 开发新的组合 技 
术。  

分支井修井作业技术 。B A的作用就是通过裸眼  H 井或下套管井的连接点进行智能导向。  
3 .国外 特殊压 井液体 系  3 1 高压 井修 井无 固相压 井液  .  目前 国外 主要通 过在 压井 液 中添加 加 重剂 、 增 

() 2 在常规人 工举 升技术 的基础 上 , 向高压 、 低 

渗、 高腐蚀 、 高气液 比井 、 深井小水产量井、 向井 、 定  
水平 井及多分 支井 的排 水采 气 技术 发 展 , 实现 既 能  高效 开发常规井 , 又能 高效开发特 殊气藏 、 气井 。   () 3 发展 各种 条 件 下 实 时现 场 监 测 技术 , 立  建

黏剂、 降滤 失剂 、 机盐结 晶抑制剂 等来 实现 高压 井  无
修 井无 固相压井 。  

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3 2 低 压 井修 井低 密度压 井液  .

混合物进行研究 。随后 出现了多种经典的计算井筒 
压力梯度 的方法 , :93年的 D n — o 方 法、 如 16 us R s  
16 95年 H gdm —Bo n方 法 、97年 的 Okse aeo r w 16 ri — z 
w k 方 法 ,9 2年 的 A i si 17 z z—G ve方 法 ,1 7 oi 9 3年 的 

目前 开 发 了低 密度 压 井液 和 暂堵 剂 , 中低 密  其

度压井液是通过降低压井液的密度实现压井和井筒  内的循环; 暂堵剂主要是修井过程中在井下形成暂  堵, 修井 完成 后注入 破胶剂 或 自行解 堵 。  
3 3 暂 堵剂 解堵  .

B gs Bi 方法 ,96 的 H sn K b 方法等。 eg — rl l 18 年 a — ai a r   近几年 两相 流模 型又 出现 了新 的进展 。   20 年 , a 等人把前人 的力学模型进行 了总  01 Kv a 结与修正 :02 , ln 20 年 Al 等提出一种计算井筒和管  a 道多相流参数 的新方法 ;03年 P b uat 20 .A d vv 等管  径 和压力 对管 中气 液流 动特征 的影 响进行 了深入 的  实验与理论研究 ;03年 ,T— ae  .Om n用  20 E SvdA s a
两个 二层 ( N S 的神 经 网络模 型 ( N 来 预测 水  B P) A N)

目前 国外 已开发 出了大量具 有不 同特 性 的堵 漏 

剂。在该方面的研究主要集中在研制不必进行复杂  的作业工序就能很好堵漏 , 又能 自行解堵 的新型暂 
堵 剂方 面 。   4 修 井软 件的应 用  .

国外重视计算机技术等高科技在修井方面的应  用, 主要包括 : 修井问题监测、 修井方案选择和施工  设计 , 以及修井成本控制。许多油气 田都建有修井 
数据库 , 部分修 井 公 司还 拥 有 修井 专 家 系 统并 用  一

平管柱中的液体滞留以及流型。  
2 两相流 实验检 测技术 的发 展趋 势  . 对 于两相 流体 系 , 要建 立 模 型并 进 行过 程 的 预  测 、 计 和控 制 , 须 要 解 决 两 相 流 的检 测 技 术 问  设 必 题 。对两 ( ) 流测试 这 样 一个 相对 难 度较 大 、 多 相 在 

于科学地分析修井问题和修井设计 。  
5 井下诊 断技术  . 5 1 井 下油套 管腐蚀检 测  . 

国内外都需急待研究和探索的领域 , 其发展趋势可 
归纳 为 以下 几个方 面 :  

井下油套管腐蚀检测仪器有 : 井径测量仪 、 磁性  测厚仪检测井下油管腐蚀 。  
5 2 井 下视 频技 术  .

() 1 采用成熟的单相流参数检测技术与测量仪 
表;   () 2 应用 近代新 技术 ;   () 3 应用 随机 过程理 论和信 号处 理技术 。  
参考文献 

鹰 眼 Ⅱ井 下视 像 系统 是 美 国 D V公 司开发 的  H

可见光井下视像系统之一 , 它主要 由井下仪器和地  面接收设备 2大部分组成 。两者间通过电缆连接和  传输信号。   6 过油 管桥塞 工艺技 术  .
过 油管桥塞 暂 闭技术 , 是一 种新 型 的实 用技术 ,  

[ ] Mc ail   1 D ne B W,Masal  .C   r l E J T—D poe  yrj  h   e l d H da t y e
P roa i g I   r o tl C mp ein   r vd s Ne   - e r t   n Hoi n a  o l t s P o ie   w Ap   f n z o p o c e   o Mu t tg   d a l   r cu i g Ap l ain   r a h s T   l s e Hy r ui F a trn   pi t s ia c c o

国外在 8 0年代 已开始研究 ,0年代初投入现场大  9 量应 用 , 近年来 有 了较 大 的发展 。  
过 油管 桥塞 技 术 在 国外 已经 得 到 了广 泛应 用 ,   在美 国、 威特 、 科 阿曼 、 内瑞 拉 、 大利 亚 、 日利  委 澳 尼

[ ] P 10 5 ,0 6 J .SE 0 17 20 .  
『 ] A. om iSnt c n   l nS ra v  o ia 2  B u a 。oa ah adWio  .CeteC mb — l r s i n 
t n O   w  o ld—T bn   e h oo is F rSi lt n i   fNe C i o e u i g T c n lge   o   t mu ai   o

Tet n 『 1 P  2 8 ,o 5 ra met J .S E90 12o . s  

亚、 挪威等 国的过油管桥塞应用井数已达 10多 口。 0  
过油 管桥塞 下入 最深 的井 在挪 威 为 5 1  承 受 压  8  m, 1 差最 大 的井 在美 国为 3  P , 5M a 承受 温度最 高 的井在  挪威 为 13C, 6  ̄ 这些 井 中应 用 过 油 管 桥 塞 的油 套 管 
内径在 6 . 2 8 7a 2 0~ 2 .  m之 间 。  

[] 钟 晓瑜. 3 连续油 管深井排水采气技术 []天然气工业 , J.  
20 ,5 ( ) 052 1.  

[ ] 黄艳. 4 国外排水采气 工艺技术 现状及发展 趋势 [ ] 钻  J.
采工艺 ,05  20.

[ ] M r wS , Wia   em,ad Rmr C nr , 5   o o  J r   l m Ha l i n  a i  i e s o s o 
W e t ef r . N w T c nq e  o   l n e  i  n C n e — ah ro d e   e h iu s fr P u g rl ti  o v n   f

五、 采气 工 艺 两 相 流 实 验 技 术 
两相流动体系在工业过程中广泛存在 , 特别是  随着石油化工、 核工业、 航天工业 的迅速发展, 使得  两相流领域研究工作迅速发展 , 前 已成为 国内外  目
极 为关 注 的前 沿学 科之 一 。  
1 两相 流模型 的发 展  .

t n  n  o cne tnl a{ .S E 14 5 . i a adN no vni a G sJI P  0 5 6 ol o    

[ ] Maoe  r  S E, n  ad  e r , P , r   6 hnyMakW, P adR n y We f S E Ha D f —
b s n—F s h r e   t o sa d E u p n   rDe  ̄e  i o i e .N w Me h d     q ime t   w — c n o f
rn   c n e t n l Ga   s u c s Usn   u k r—Ro   i g Un o v n i a  s Re o r e  ig S c e o d

P m igE up etJ .S E14 4 . u pn q im n[ ] P  0 57  
( 编辑 : 晓 川 ) 黄  

早在二 十世纪初 , 人们就已经开始对气液两相 


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