如何用實驗裝置模擬氣舉過程

① 天然氣是怎樣開採的

1、自噴方式。這和自噴採油方式基本一樣。不過因為氣井壓力一般較高加上天然氣屬於易燃易爆氣體，對采氣井口裝置的承壓能力和密封性能比對採油井口裝置的要求要高的多。

2、小油管排水采氣法是利用在一定的產氣量下，油管直徑越小，則氣流速度越大，攜液能力越強的原理，如果油管直徑選擇合理，就不會形成井底積水。這種方法適應於產水初期，地層壓力高，產水量較少的氣井。

3、泡沫排水采氣方法就是將發泡劑通過油管或套管加入井中，發泡劑溶入井底積水與水作用形成氣泡，不但可以降低積液相對密度，還能將地層中產出的水隨氣流帶出地面。這種方法適應於地層壓力高，產水量相對較少的氣井。

4、柱塞氣舉排水采氣方法就是在油管內下入一個柱塞。下入時柱塞中的流道處於打開狀態，柱塞在其自重的作用下向下運動。當到達油管底部時柱塞中的流道自動關閉，由於作用在柱塞底部的壓力大於作用在其頂部的壓力，柱塞開始向上運動並將柱塞以上的積水排到地面。

當其到達油管頂部時柱塞中的流道又被自動打開，又轉為向下運動。通過柱塞的往復運動，就可不斷將積液排出。這種方法適用於地層壓力比較充足，產水量又較大的氣井。

5、深井泵排水采氣方法是利用下入井中的深井泵、抽油桿和地面抽油機，通過油管抽水，套管采氣的方式控制井底壓力。這種方法適用於地層壓力較低的氣井，特別是產水氣井的中後期開采，但是運行費用相對較高。

(1)如何用實驗裝置模擬氣舉過程擴展閱讀：

截至2017年，我國已探明天然氣地質儲量僅為14.4萬億方，占技術可采儲量的17%。

除去大量未探明天然氣儲量，《中國天然氣發展報告（2018）》數據顯示，2018年我國已探明天然氣儲量中未動用佔比超過44%，即使在當前的技術水平下，剩餘的經濟可采儲量仍有3.9萬億立方米，其中大部分資源的開發成本相對於中緬管道進口氣等仍具有明顯的價格優勢。

參考資料來源：網路-天然氣

② 增產措施

酸化主要是人工向地層注入酸液,依靠其化學溶蝕作用提高儲層滲透性能的一項增產措施,主要用於石油井開采和地熱資源開發中。酸化有兩種類型:一類是注酸壓力低於地層破裂壓力的常規酸化或孔隙酸化,這時酸液主要發揮其化學溶蝕作用,擴大與之接觸岩石的孔、縫、洞;另一類是注酸壓力高於儲層破裂壓力的酸化壓裂,這時酸液將發揮化學作用和水力作用來擴大、延伸、壓開和溝通主裂縫,形成延伸遠、流動能力強的滲流通道。

以下為酸化作業常用術語。

前置液:在酸化壓裂中有3個重要的作用:①注入非活性流體前置液,可保證後續的泵注在可接受的排量和壓力下進行;②可去除近井區域的油,並使礦物和傷害物表現為水潤濕性,這可增加酸的溶解速度;③增加酸化的有效性,減少酸化後產物對儲層引起的新傷害。在試驗室配方且注入狀況為地層可接受的條件下,即可注入壓裂液。

壓裂液:即酸化主體酸液。一般碳酸鹽岩儲層壓裂液以鹽酸為主;砂岩壓裂液以氫氟酸為主,主體酸液由後置液驅入地層。

後置液:主要作用是從管柱中去除活性和腐蝕性流體並使壓裂液與近井筒區域的接觸程度達到最大。是否注入後置液決定於增產措施類型。如果被溶解或分散的傷害物被徑向替入地層後可能會對地層造成傷害,則一般不採用後置液。如果是砂岩氫氟酸酸化,此時必須注入後置液。目的是減少二次沉澱或使二次沉澱發生在儲層的深部,因為深處產生的沉澱對產能的影響較小。

緩蝕劑:主要是減少金屬被腐蝕的化學物質,機理是緩蝕劑通過物理吸附或化學吸附而吸附在金屬表面,從而把金屬表面覆蓋,使其腐蝕得到抑制。常用的緩蝕劑中,有機緩蝕劑效能高於無機緩蝕劑。

穩定劑:是一種配合劑,能與酸液中的離子結合成能溶於水的六乙酸鐵絡離子,減少Fe(OH)3沉澱,避免堵塞地層現象發生。

助排劑:是一種降低表面張力的活性劑,改變地層濕潤性,加速返排,防止殘渣形成。根據其作用,主要成分有減阻劑、破乳劑、緩速劑、懸乳劑等。

防膨劑:主要成分有羥基鋁、氫氧化鋯、陽離子有機聚合物、聚胺、聚季胺等,添加在酸液中,防止粘土膨脹。

本節主要介紹在地熱資源開發中應用最廣的碳酸鹽儲層酸化壓裂技術。它的基本原理是:地面用高壓壓裂泵車,以高於儲層吸收的速度,從井的套管或油管向井下注入液體,使井筒內壓力增高,一直達到克服地層的地應力和岩石張力強度,使處理層段岩石開始出現破裂形成裂縫;而後泵入酸液,在處理層段將裂隙酸蝕成溝槽。壓裂酸化後,這些溝槽仍然保持張開具有足夠的導流能力及足夠長度的裂縫,擴大有效影響半徑,減小地熱流體匯入井底的阻力,從而達到增產目的。

地熱井碳酸鹽岩儲層的主要礦物成分為方解石(CaCO₃)、白雲石[(CaMgCO₃)₂],採用以鹽酸為壓裂液進行酸化壓裂時,酸岩化學反應方程式為

CaCO₃+2HCl=CaCl2+CO₂↑+H₂O

CaMgCO₆+4HCl=MgCl2+CaCl2+2CO₂↑+2H₂O

下面以天津地區 WR95井實例介紹壓裂酸化技術在地熱井中的應用。

(一)基本數據

WR95地熱井位於天津市河西區,為地熱開采井,完井目的層位為古生界奧陶系,設計井深2250m。該井基本數據見表4-7。

表4-7 WR95井基本數據

WR95井完井後對產層裸眼井段(1745.6～2101.04m)進行了地球物理測井,測得主要產層情況見表4-8。

表4-8 WR59地熱井產層基本數據表

(二)試采情況及結論

WR95井採用空氣壓縮機先後兩次進行氣舉洗井,總洗井時間60h,水清砂凈後進行了抽水試驗,井口水溫53℃,水量10.38m³/h。試采結果表明,WR95井產水量較小,分析是由於該井地層受到污染及儲層物性較差造成的。為了解決堵塞,改善儲層滲流能力,提高該井產能,決定採用鹽酸酸壓工藝技術對該井實施壓裂酸化增產措施。

(三)室內實驗數據及結論

在進行壓裂酸化之前,對處理層的錄井岩屑進行了室內物化性質實驗分析,根據分析結果模擬井下壓力、溫度來選擇與之相容性(又稱配伍性)好的壓裂酸化措施,對產層進行有效的改造,從而達到對產層傷害小,增加產量。WR95井室內實驗數據見表4-9。由表4-9數據可知,15%HCl和20%HCl溶液,在70℃下岩石的溶蝕率都比較高,但考慮到為了在地層深處形成一條較長的酸蝕裂縫,加強地層裂隙間的連通性,需要較高的酸液濃度,因此選用20%HCl溶液作為處理液。

表4-9 岩石溶蝕實驗結果

注:試驗溫度為70℃。

(四)酸壓模擬實驗

圖4-19和圖4-20為酸液有效距離模擬和總表皮系數變化模擬,根據模擬結果,泵入酸量達到110m³以後,隨著酸量的增大,裂隙總表皮溶蝕趨向零。因此選用110m³,20%HCL用於本次壓裂酸化作業。

圖4-19 酸液有效距離模擬結果

圖4-20 總表皮系數變化模擬結果

(五)主要施工工藝及參數

1)酸化工藝:鹽酸酸壓工藝;

2)擠注方式:正擠;

3)擠注壓力:≤20MPa;

4)排酸方式:汽化水排酸。

(六)施工用料

施工液配置及材料用量見表4-10和表4-11。

表4-10 施工液量配置表

表4-11 備料名稱及數量

(七)施工結果

本次酸化作業,井口安裝250型採油樹(圖4-21),2台700型壓裂泵車(施工用),1台300型泵車(配液、打平衡),注酸管道使用89mm油管,封隔器座封深度1642.70m,油管排酸出口深度1654.21m, S-10/150型空氣壓縮機(排酸用),目的酸化井段1776.9～1976.7m共6組碳酸鹽裂隙帶。待井口採油樹裝置正確安裝後,打入平衡壓力3MPa,地面管線試驗壓力28.6MPa,打入前置液15m³。然後採用雙泵車打酸,打入20%HCl120 m³,最高泵壓21.51 MPa,排量 1.36m³/min。壓酸過程中,泵壓表由平均20MPa瞬間降為9.53MPa,現場分析認為碳酸岩裂隙經過酸化溶蝕和壓裂,周圍裂隙產生了良好的溝通。上提風管至深度800m,連接空氣壓縮機氣舉引噴,連續氣舉18h至基本水清砂凈。經抽水試驗,該地熱井產能由酸化前的 10.38m³/h、53℃ 激增到水量95.67m³/h、水溫78℃,表明壓裂酸化措施在 WR95地熱井中起到了很好的增產效果。

圖4-21 250型採油樹常用組合結構圖