如何用实验装置模拟气举过程

① 天然气是怎样开采的

1、自喷方式。这和自喷采油方式基本一样。不过因为气井压力一般较高加上天然气属于易燃易爆气体，对采气井口装置的承压能力和密封性能比对采油井口装置的要求要高的多。

2、小油管排水采气法是利用在一定的产气量下，油管直径越小，则气流速度越大，携液能力越强的原理，如果油管直径选择合理，就不会形成井底积水。这种方法适应于产水初期，地层压力高，产水量较少的气井。

3、泡沫排水采气方法就是将发泡剂通过油管或套管加入井中，发泡剂溶入井底积水与水作用形成气泡，不但可以降低积液相对密度，还能将地层中产出的水随气流带出地面。这种方法适应于地层压力高，产水量相对较少的气井。

4、柱塞气举排水采气方法就是在油管内下入一个柱塞。下入时柱塞中的流道处于打开状态，柱塞在其自重的作用下向下运动。当到达油管底部时柱塞中的流道自动关闭，由于作用在柱塞底部的压力大于作用在其顶部的压力，柱塞开始向上运动并将柱塞以上的积水排到地面。

当其到达油管顶部时柱塞中的流道又被自动打开，又转为向下运动。通过柱塞的往复运动，就可不断将积液排出。这种方法适用于地层压力比较充足，产水量又较大的气井。

5、深井泵排水采气方法是利用下入井中的深井泵、抽油杆和地面抽油机，通过油管抽水，套管采气的方式控制井底压力。这种方法适用于地层压力较低的气井，特别是产水气井的中后期开采，但是运行费用相对较高。

(1)如何用实验装置模拟气举过程扩展阅读：

截至2017年，我国已探明天然气地质储量仅为14.4万亿方，占技术可采储量的17%。

除去大量未探明天然气储量，《中国天然气发展报告（2018）》数据显示，2018年我国已探明天然气储量中未动用占比超过44%，即使在当前的技术水平下，剩余的经济可采储量仍有3.9万亿立方米，其中大部分资源的开发成本相对于中缅管道进口气等仍具有明显的价格优势。

参考资料来源：网络-天然气

② 增产措施

酸化主要是人工向地层注入酸液,依靠其化学溶蚀作用提高储层渗透性能的一项增产措施,主要用于石油井开采和地热资源开发中。酸化有两种类型:一类是注酸压力低于地层破裂压力的常规酸化或孔隙酸化,这时酸液主要发挥其化学溶蚀作用,扩大与之接触岩石的孔、缝、洞;另一类是注酸压力高于储层破裂压力的酸化压裂,这时酸液将发挥化学作用和水力作用来扩大、延伸、压开和沟通主裂缝,形成延伸远、流动能力强的渗流通道。

以下为酸化作业常用术语。

前置液:在酸化压裂中有3个重要的作用:①注入非活性流体前置液,可保证后续的泵注在可接受的排量和压力下进行;②可去除近井区域的油,并使矿物和伤害物表现为水润湿性,这可增加酸的溶解速度;③增加酸化的有效性,减少酸化后产物对储层引起的新伤害。在试验室配方且注入状况为地层可接受的条件下,即可注入压裂液。

压裂液:即酸化主体酸液。一般碳酸盐岩储层压裂液以盐酸为主;砂岩压裂液以氢氟酸为主,主体酸液由后置液驱入地层。

后置液:主要作用是从管柱中去除活性和腐蚀性流体并使压裂液与近井筒区域的接触程度达到最大。是否注入后置液决定于增产措施类型。如果被溶解或分散的伤害物被径向替入地层后可能会对地层造成伤害,则一般不采用后置液。如果是砂岩氢氟酸酸化,此时必须注入后置液。目的是减少二次沉淀或使二次沉淀发生在储层的深部,因为深处产生的沉淀对产能的影响较小。

缓蚀剂:主要是减少金属被腐蚀的化学物质,机理是缓蚀剂通过物理吸附或化学吸附而吸附在金属表面,从而把金属表面覆盖,使其腐蚀得到抑制。常用的缓蚀剂中,有机缓蚀剂效能高于无机缓蚀剂。

稳定剂:是一种配合剂,能与酸液中的离子结合成能溶于水的六乙酸铁络离子,减少Fe(OH)3沉淀,避免堵塞地层现象发生。

助排剂:是一种降低表面张力的活性剂,改变地层湿润性,加速返排,防止残渣形成。根据其作用,主要成分有减阻剂、破乳剂、缓速剂、悬乳剂等。

防膨剂:主要成分有羟基铝、氢氧化锆、阳离子有机聚合物、聚胺、聚季胺等,添加在酸液中,防止粘土膨胀。

本节主要介绍在地热资源开发中应用最广的碳酸盐储层酸化压裂技术。它的基本原理是:地面用高压压裂泵车,以高于储层吸收的速度,从井的套管或油管向井下注入液体,使井筒内压力增高,一直达到克服地层的地应力和岩石张力强度,使处理层段岩石开始出现破裂形成裂缝;而后泵入酸液,在处理层段将裂隙酸蚀成沟槽。压裂酸化后,这些沟槽仍然保持张开具有足够的导流能力及足够长度的裂缝,扩大有效影响半径,减小地热流体汇入井底的阻力,从而达到增产目的。

地热井碳酸盐岩储层的主要矿物成分为方解石(CaCO₃)、白云石[(CaMgCO₃)₂],采用以盐酸为压裂液进行酸化压裂时,酸岩化学反应方程式为

CaCO₃+2HCl=CaCl2+CO₂↑+H₂O

CaMgCO₆+4HCl=MgCl2+CaCl2+2CO₂↑+2H₂O

下面以天津地区 WR95井实例介绍压裂酸化技术在地热井中的应用。

(一)基本数据

WR95地热井位于天津市河西区,为地热开采井,完井目的层位为古生界奥陶系,设计井深2250m。该井基本数据见表4-7。

表4-7 WR95井基本数据

WR95井完井后对产层裸眼井段(1745.6～2101.04m)进行了地球物理测井,测得主要产层情况见表4-8。

表4-8 WR59地热井产层基本数据表

(二)试采情况及结论

WR95井采用空气压缩机先后两次进行气举洗井,总洗井时间60h,水清砂净后进行了抽水试验,井口水温53℃,水量10.38m³/h。试采结果表明,WR95井产水量较小,分析是由于该井地层受到污染及储层物性较差造成的。为了解决堵塞,改善储层渗流能力,提高该井产能,决定采用盐酸酸压工艺技术对该井实施压裂酸化增产措施。

(三)室内实验数据及结论

在进行压裂酸化之前,对处理层的录井岩屑进行了室内物化性质实验分析,根据分析结果模拟井下压力、温度来选择与之相容性(又称配伍性)好的压裂酸化措施,对产层进行有效的改造,从而达到对产层伤害小,增加产量。WR95井室内实验数据见表4-9。由表4-9数据可知,15%HCl和20%HCl溶液,在70℃下岩石的溶蚀率都比较高,但考虑到为了在地层深处形成一条较长的酸蚀裂缝,加强地层裂隙间的连通性,需要较高的酸液浓度,因此选用20%HCl溶液作为处理液。

表4-9 岩石溶蚀实验结果

注:试验温度为70℃。

(四)酸压模拟实验

图4-19和图4-20为酸液有效距离模拟和总表皮系数变化模拟,根据模拟结果,泵入酸量达到110m³以后,随着酸量的增大,裂隙总表皮溶蚀趋向零。因此选用110m³,20%HCL用于本次压裂酸化作业。

图4-19 酸液有效距离模拟结果

图4-20 总表皮系数变化模拟结果

(五)主要施工工艺及参数

1)酸化工艺:盐酸酸压工艺;

2)挤注方式:正挤;

3)挤注压力:≤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见表4-10和表4-11。

表4-10 施工液量配置表

表4-11 备料名称及数量

(七)施工结果

本次酸化作业,井口安装250型采油树(图4-21),2台700型压裂泵车(施工用),1台300型泵车(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型空气压缩机(排酸用),目的酸化井段1776.9～1976.7m共6组碳酸盐裂隙带。待井口采油树装置正确安装后,打入平衡压力3MPa,地面管线试验压力28.6MPa,打入前置液15m³。然后采用双泵车打酸,打入20%HCl120 m³,最高泵压21.51 MPa,排量 1.36m³/min。压酸过程中,泵压表由平均20MPa瞬间降为9.53MPa,现场分析认为碳酸岩裂隙经过酸化溶蚀和压裂,周围裂隙产生了良好的沟通。上提风管至深度800m,连接空气压缩机气举引喷,连续气举18h至基本水清砂净。经抽水试验,该地热井产能由酸化前的 10.38m³/h、53℃ 激增到水量95.67m³/h、水温78℃,表明压裂酸化措施在 WR95地热井中起到了很好的增产效果。

图4-21 250型采油树常用组合结构图