第四章 试油与试气.docx
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第四章试油与试气
课前复习：
1．简答射孔的现场施工工序？
2．在水平井中射孔，为什么只能用油管传输式射孔?
第四章试油
§4—1试油概述
一、试油工作的目和任务
1．试油概念：
试油是指利用一套专用的设备和工具，对井下油、气进行直接测试，以取得有关目的层的油气产能、压力、温度和油、气、水样物性资料的工艺过程。
2．试油工作的目和任务
油田勘探开发的阶段不同，所钻井的种类不同，试油的工艺、目的和任务也不同。
常见的有：
参数井（区域探井）试油；预探井试油；详探井试油；开发井试油。
。
（1）参数井（区域探井）试油
参数井是在区域普查阶段，为了了解地层区域构造，提供岩石物性参数所钻的井。
试油目的任务：
了解地层层序、厚度、岩性及生、储、盖层发育情况；验证盆地勘探确定的区域构造形态、位置及发育情况；了解区域油、气、水性质；确定基底起伏、埋深、结构和性质；进行含油气远景评价。
（2）预探井试油
预探井是在地震详查基础上确定的某个有利圈闭上部署的第一口探井。
试油目的任务：
是探明圈闭的含油、气性，查明含油、气层位及其工业价值。
系统了解整个剖面纵向油、气、水的分布状况及产能，搞清岩性、物性及电性关系。
（3）详探井试油
详探井是在经预探井钻探已证实的油气藏上进一步部署的井。
试油目的任务：
是探明含油、气边界，圈定含油、气面积。
试油工作的目和任务归纳如下：
（1）探明新区、新构造是否有工业性油气流；
（2）查明油气田含油面积及油水或气水边界以及油气藏的产油气能力、驱动类型；
（3）验证对储集层产油、气能力的认识和利用测井资料解释的可靠程度；
（4）获取各层测试资料，为制定油田开发方案，确定合理工作制度提供重要依据；
（5）评价油气藏，对油、气、水层做出正确结论。
二、常规试油工序
（一）施工前的准备
1．仔细阅读施工设计书，掌握有关数据
包括井的基本数据、油层基本情况、施工目的及要求、下井管柱的结构及要求等试油施工必须的数据。
2．开工准备
了解井场和进入井场的道路情况；准备设备、工具和材料；搬迁，立井架，调试设备；装井口，实测油补距、套补距。
（二）试油施工的工序
1．通井、洗井、冲砂（具体内容请参阅第六章的相关内容）。
2．井筒试压
井筒试压的目的：
检验固井质量；检查套管密封情况；检查联顶节、井口和环型铁板的密封情况。
根据井身条件进行增压试压。
采用清水增压试压，按目前试油规程，试压合格标准如表3—1所示。
表3—1清水增压试压标准
套管外径，mm
增压压力，MPa
观察时间，min
压力降落，MPa
127
15
30
0.2
139.7
15
30
0.2
177.8
12
30
0.2
244.5
10
30
0.2
3．射孔（专业射孔队射孔）
射孔就是用专门的设备和工艺来射穿井下封闭油气层的套管、水泥环并深入油气层，形成沟通井筒与油气层的流体通道。
4．诱导油、气流
1）目的：
诱导出油、气流进行测试；清除井底砂粒和泥浆等污物，降低井底及其周围地层对油流的阻力。
2）要求：
（1）缓慢而均匀的降低井底压力，防止油层出砂及油、气层坍塌；
（2）要排出井底和井底周围的脏物，解除近井地带污染，以利于排液；
（3）最大掏空深度，应小于套管的抗外挤强度；
（4）能建立起足够大的井底压差。
5．求产、测试
所录取的资料是试油施工的主要目的，施工设计要求录取的资料必须取全取准，应获取的资料及获取的方法将在中途测试中介绍。
6．选择完井管柱和井口装置，完井交井
井内油、气层位全部测试完成后，有生产能力的井，应按设计要求下入生产管柱，安装井口，交井投产。
§4—2诱导油流方法
一．诱导油流概念：
钻井完井后，井内充满泥浆，且泥浆柱造成的压力大于油藏压力。
设法降低井底压力且低于油藏压力，让油气流入井内的工作。
二．诱导油流（诱喷）原理：
要想使地层流体流入井筒或喷到地面，必须使
>
。
由于
，因此，通过降低井内液柱高度或井内液体相对密度来实现诱喷。
三．诱喷遵循的基本原则：
（1）排出井底周围地层赃物，保证油层孔隙畅通；
（2）能建立起足够大的井底压差；
（3）缓慢而均匀的降低井底压力，不破坏油层结构。
四．诱导油流方法
（一）替喷法
1．概念：
替喷法（替喷原理）是用密度较小的液体替出井内密度较大的液体，使井内液柱压力小于油藏压力，达到诱导油流的目的。
2．替喷类型：
1）一次替喷法：
就是把油管下到人工井底以上1m左右，用替喷液一次把井内钻井液全部替出。
然后上提油管到油层中部或上部而完井。
它只限于用在自喷能力不强、替完替喷液到油井喷油之间有一段间歇，来得及上提油管的油井，如图3—3所示。
图3－4二次替喷示意图1－替喷液；2－油管；3－油层；4－压井液；5－套管
图3-3一次替喷示意图1—油管；2—套管；3—压井液；4—油层；5—替喷液
2）二次替喷法：
就是把油管下到人工井底以上1m左右，替入一段替喷液，将钻井液替置到油层部位。
然后上提油管至油层中部完井位置，坐好井口。
最后用替喷液替出油层顶部以上的全部压井液。
这样既替出井内的全部压井液又把油管提到了预定位置，如图3—4所示。
适合地层压力高，自喷能力强的井。
3）替喷注意事项
（1）替喷法只能应用于油层压力高、产量大、堵塞不严重的油层；
（2）在替喷过程中要注意观察记录压力、溢出量、返出液性质等；
（3）替通时出口管线易飞起，因此，进出口必须连接硬管线并固定牢靠；
（4）替通显示：
出口压力逐渐升高，出口排量逐渐增大，返出液伴有气泡、油花，停泵后仍有溢流，喷势逐渐增大等。
（二）抽汲法经过替喷诱导仍不能自喷时采用抽汲法
1．概念：
抽汲法（抽吸原理）：
是利用专用工具把井内液体抽到地面，以降低液面高度，减小液柱对油层所造成的回压，达到诱导油流的目的。
图1－24气举法诱流示意图
1－高压注气泵；2－注入气体；3－混气液柱；
4－油层；5－原油出口；6－油管；7－套管
图1－23抽吸法原理图
a－上提抽子；b－下提抽子
2．抽汲工具：
油管抽子。
常用的是有阀抽子（如图1—23所示）、无阀抽子和水力式抽子几种。
现场最常用的是水力式抽子，结构如图3—1所示。
3．水力式抽子抽吸原理：
抽子接在钢丝绳上，用修井机、钻机或电动绞车作动力，通过地滑车、井架天车下入井中，在油管中上下活动。
原理：
当抽子靠自身重量和加重杆的重量下行时，液体顶开球阀，通过阀座、中心管、排液孔进入抽子上部。
当抽子上行时，球阀坐落于阀座上，抽子上的液体重力作用在抽子上，从而产生一定的压力，液体压力通过中心管小孔传到胶皮筒内，使胶皮筒涨大，从而更好地密封油管，同时把抽子以上的液体抽出井口。
4．附件
（1）加重杆：
为保证抽子顺利下人，常常在抽子以上连接2～4m长的加重杆，加重杆可以是直径32～40mm钢管，钢管内根据加重的需要灌铅；加重杆也可以是圆钢，两端车有螺纹，下端接有关节母接头，加重杆可根据需要的长度自由连接。
（2）绳帽：
枣核式绳帽，使用时钢丝绳通过绳帽，然后分开6股，让绳股穿过带有6个凹槽的枣核芯并旋紧顶杆，枣核芯紧紧地把钢丝绳股卡在绳帽上，实现可靠的连接。
结构见图3—2所示
（3）抽汲绳：
目前使用的抽汲绳大多数是直径16mm钢丝绳。
5．抽汲作业使用的范围和要求
（1）用于油质不太稠，能使抽子顺利起下的井；
（2）动液面应在1600～1700m以上，供液较充足的地层；
（3）抽汲时要适当控制井底回压，既要解除地层堵塞，又不能使油层大量出砂。
（三）提捞法：
对低渗、低产的浅井也常用提捞法排液诱流。
即用提捞筒一筒一筒地将井内液体捞出地面，以降低液柱对油层的回压。
缺点是费时费工，效率低。
作业思考题：
1.什么叫试油？
2．诱导油流方法有哪几种？
简答诱喷原理？
课前复习1.试油工作的目的和任务是什么？
2.简述常规试油工序？
四．气举法
（一）概念：
气举法是利用压缩机向油管或套管内注入压缩气体，使井中液体从套管或油管中排出的方法。
（二）特点：
优点：
比抽汲法效率高，可以大大提高试油速度。
缺点：
井内液柱急速下降，破坏油层结构引起出砂。
由于压缩空气含有21％的氧气，若射孔后，井内天然气与氧气充分混合，在一定条件下会发生爆炸，现场多用氮气作气源。
（三）气举排液的方式
1．常规气举排液：
是在井内下入光油管管柱。
分为正举与反举。
正举是从油管注入高压压缩空气，套管闸门返出，压力变化比较缓慢。
反举与正举相反，压力下降十分剧烈，容易引起油井出砂。
图3—3所示。
2．多级气举阀气举排液
多级气举阀气举：
根据排液需要设计多个气举阀管柱进行气举。
特点：
井筒液柱回压是逐级降低的，在油井与油层之间逐步建立压差，不致破坏油层岩石结构而引起出砂。
同时，可降低气举阀启动压力，增加举升深度。
见图3—4所示。
以弹簧式波纹管气举阀气举为例：
1）结构：
结构见图3—5所示，主要由尾堵、气门心、充气腔室、波纹管、阀杆、阀头、阀座、单流阀、阀体等组成。
尾堵的作用是保护气门心；气门心是向波纹管充气和调整压力的部件，单流阀是停止注气时阻止油管内的液体流人环套空间。
2）原理：
工作原理如图3—5（a）所示。
注入气压力
作用在波纹管有效面积Ab—Av上，油管流动压力
作用在阀球有效面积Av上，当这两个合力大于波纹管内的充气压力
时，阀球被顶开，注入气通过阀座进入油管。
阀开启时的受力平衡方程如下：
（3—6）
式中
——气举阀在井温条件下的波纹管内充气压力，MPa；
——在阀深度处的注气压力，MPa；
——阀深度处的油管流动压力，MPa；
Ab——波纹管有效面积，mm2；
Av——阀孔的有效面积，mm2。
3）气举阀管柱结构设计
就是设计各级气举阀的深度和气举孔径的大小。
第一级气举阀深度要考虑气压所能达到深度，一般下至800～900m，气举孔径1～2mm；最后一级下入深度应考虑套管结构和地层的产液状况，一般下人深度1200～2000m；深井、超深井可下入更深位置，气举孔径以3～4mm为宜。
气举阀管柱结构设计
原则：
下入气举阀之间的间隔距离从上至下应逐渐减小，气举孔尺寸从上至下应逐渐增大。
4）弹簧气举阀下入深度的计算：
确定气举阀的下入深度应遵循两个原则：
必须充分利用压
缩机具有的工作能力；必须在最大可能的深度上安装，力求下
井阀数最少、下人深度最大。
（1）第一个阀的下人深度HⅠ，分两种情况计算：
①井中液面在井口附近，在注气过程中途即溢出井口时，
可由下式计算阀I的下人深度：
DgvⅠ=
（3—1）
式中DgvⅠ——第一个阀的安装深度，m；
——压缩机的最大工作压力，Pa；
g——重力加速度，m／s2；
——井内液体密度，kg／m3。
减去20m是为了在第一个阀内外建立0.2MPa的压差，以保证气体进入阀I。
②井中液面较深，中途未溢出井口时，可由下式计算阀I的下人深度：
Pmax
DgvⅠ=
（3—2）
式中Ds1——气举前井筒中静液面的深度，m；
——油、套管内径，m。
（∵
∴
∵
∴
参考采油工程）
（2）其余各阀的下人深度
当第二个阀进气时，第一个阀关闭。
此时，阀Ⅱ处的环空压力为
，阀I处的油压为由
由图3—6A可得
则
式中DgvⅡ——阀Ⅱ的安装深度，m；
——阀Ⅰ的最大关闭压差，Pa；
——阀Ⅱ处的环空压力，Pa；
——阀I关闭时油管内能达到的最小压力，Pa；
——阀Ⅱ进气后，环空液面下降的距离，m。
减去10m是为了在阀Ⅱ内外建立0.1MPa压差，以保证气体能进入阀Ⅱ。
同理，第i个阀的安装深度Dgvi应为
Dgvi=
（3—4）
（3—5）
式中Dgvi——第i个阀的安装深度，m;
Dgv（i—1）——第（i—1）个阀的安装深度，m；
——第（i—1）个阀的最大关闭压差，Pa。
——压缩机（气源）的最高排出压力，Pa；
——第（i—1）个阀处油管内可能达到的最小压力，Pa。
图3--8混气水排液法示意图
（a）环形空间注入密度ρ1的混气水；
（b）继续注入密度为ρ2的混气水ρ2<ρ1
5）气举阀气举过程
图3--7气举阀排液过程示意图
3．混气水气举排液混气水气举排液：
是用气水混合物替出井中的压井液。
由于混合物密度小于压井液的密度，因此可降低井里液柱对油层的回压。
该方法适用于那些既不能用替喷法排液，也不宜于直接用气举法排液的油井。
对于油套环空截面积较大的井混气水排液时存在水的滑脱问题。
4．连续油管气举排液
连续油管：
指等直径、可挠曲、连续盘绕在油管滚筒上装载到连续油管车上的油管。
连续油管气举排液是用连续油管车把连续油管下人生产管柱中，然后把连续油管再与液氮泵车或制氮车连通。
液氮泵车把低压液氮升至高压，再使高压液氮蒸发，从连续油管注入生产管柱中。
蒸发了的高压氮气就把油管柱中的压井液从连续油管和生产管柱的环形空间举升到地面，这样则减小了压井液对油层的回压，达到诱导油流的目的。
5．泡沫排液法：
泡沫流体是指由不溶性或微溶性气体分散于液体中所形成的分散体系。
由于其独特的结构，使它具有静液柱压力低、滤失量小、携砂性能好、摩阻损失小、助排能力强、对油层损害小等特点。
其主要成分是气体、液体和起泡剂。
五．井口驱动单螺杆泵排液法
单螺杆泵是一种容积泵，它的运动部件少，没有阀件和复杂的流道，油流扰动小，排量均匀。
主要用于稠油井。
作业思考题：
1.简答多级气举阀气举排液的特点？
课前复习1.什么是常规气举排液？
什么是多级气举阀气举排液？
2.气举阀管柱结构设计主要设计什么？
§4—3试油工艺
试油井中有两个以上的油层，就必需分层试油。
根据试油时所用的工具和材料的不同，可分为水泥塞、桥塞、封隔器等分层试油的方法。
一．水泥塞分层试油
1．方法：
从最下层开始，每射开—个油层，就对该层进行试油求取资料。
试完之后打水泥塞将该层封死，然后射开第二个油层进行试油。
依此类推。
2．缺点：
速度慢，打、钻水泥塞都会伤害底层。
目前用得很少。
二．桥塞分层试油
1．方法：
它的实质是用桥塞代替水泥塞。
其工序与水泥塞试油基本一样。
桥塞分为可钻式桥塞和可取式桥塞（或称丢手封隔器）两种。
2．特点：
方法简单、使用方便、对油层伤害小。
三．封隔器分层试油
封隔器分层试油：
在试油井中一次同时射开多个油层，下入封隔器，按照试油的目的和要求，取得各项试油资料的方法叫封隔器分层试油。
按管柱所用封隔器数目的不同，分为单级封隔器和多级封隔器分层试油。
（一）单级封隔器分层试油
1．用封隔器代替桥塞，实现分层试油。
原理与桥塞相同。
2．下入一级封隔器。
（1）试油管柱：
下入一级封隔器，封隔器下部带有一个滑套，一个堵塞器工作筒，上部带一个滑套。
如图3—9。
（2）试油原理：
封隔器座封后，打开下滑套，对下部油层进行测试，资料录取结束后，投入堵塞器，打开上部滑套，测试上部油层。
（二）双级封隔器分层试油
图3—11多级封隔器试油管柱
1．试油管柱：
由双级封隔器加一～三级配产器（常规）及配套工具组成，将井筒封隔成三个互不相关的区间，如图3—10。
图3—9单级试油管柱图3—10双级试油管柱
2．试油方法：
（1）求测某一层，则可以用双封隔器卡在该层上、下部位。
（2）求两层或三层的资料，用双封隔器分隔成三个层段，先求出三层合试的产液量及油量，然后分别测试。
某一层下人压力计求压力恢复曲线的同时，对其它一层或两层求产量。
或者，对某一层求压力恢复曲线，另一层下入取样器进行取样。
或对某两层下人压力计求油层压力，另外一层求产量。
（3）某一层是出水层，则可以对该层投人带死嘴子的配产器堵住该层，求其它层的产油情况。
测试中油井不能自喷，则可采用抽汲法求产，或预先在管柱装一气举阀，气举求产。
（三）多级封隔器分层试油
1．试油管柱：
多级封隔器加偏心配产器及配套工具组成。
2．工艺原理：
井内有四个以上的油层需分层试油时，可用多级封隔器，如图3—11。
将井筒封隔成需要的互不相关区间。
其工艺原理与双级封隔器分层试油相似。
可以不动管柱，通过投捞堵塞器来实现分层测试的目的。
§4—4试油资料的测试与录取
一．试油取得的基本资料
1．产能资料。
自喷层试油：
油嘴直径、油压、套压、油层及流体温度、日产油、气、水量，油层静压等资料。
非自喷层试油：
记录求产深度、恢复时间、求产时间、周期时间、周期产油、气、水量等，油层静压、温度。
2．测试数据：
录取资料：
封隔器、压力计的下入深度、井温与井下压力曲线、关井时间、回收流体数量等。
通过测试，要求出地层的有效渗透率、流动系数、测试半径、异常点距离、堵塞比等。
3．样品资料：
获取油、气、水的相对密度、地面原油和地下原油粘度，原油中硫、蜡、胶等的含量，凝固点、初馏点、原油含水及地层中的各种离子含量、总矿化度、pH值等。
二．试油资料测试内容及方法：
（一）测量压力
1．静止压力
（1）打开试油层后，不排液或排出少量的液体既关井测压，测得的油层中部静止压力（简称静压），代表地层原始状态的压力，称原始地层压力。
（2）试油后期，经过诱喷、排液求产，地层有一定产出的情况下关井测得的静止压力。
自喷层：
用压力恢复曲线推算；非自喷层：
需关井很长时间才能使地层压力稳定。
测分层原始地层压力（用井下压力计）方法：
对带有压力计的配产器，直接测试。
对不带压力计的偏心配产器，用投捞工具将压力计脱接器下入各层配产器内，各层压力在同一时间进行测试。
2．流动压力
流动压力是在自喷求产过程中特定的工作制度下所测得的油层中部压力（简称流压）。
流压与静压之间的差值成为生产压差。
生产压差与地层流体产出量的关系明确地反映出地层中和井筒内流体的流动阻力和生产状态。
在生产稳定情况下测量。
3．压力恢复曲线
当自喷井试油求产结束后，在正常生产状态下将压力计下至油层中部深度，停放30～120min关井，测出地层压力由生产状态到静止状态的变化过程。
压力随关井时间的变化关系曲线，称为压力恢复曲线。
4．压力降落曲线
测压降与测压力恢复方法相反，在测定静压后，将压力计下至油层中部深度，停放30～60min，以固定的工作制度开井求产，测出由静止到稳定生产全过程的地层压力变化情况。
生产时间越长，产液量越多，压力在地层中波及范围越大，测量时间长。
5．压力梯度
等深测量井筒内不同深度的压力值，一般以每100m深度的压力差称为压力梯度。
在流动状态下测得的为流压梯度，静止状态下测得的为静压梯度。
主要反映在流动或静止时井筒内流体密度的变化和分布，作为生产分析的参考依据。
（二）测分层产油量（用井下浮子流量计）
1．全井产量在井口测出。
2．分层产量：
用井下浮子流量计测量。
将产量计与堵塞器密封段连接在一起，下入配产器内进行测量。
根据测试记录卡片，用流量计校正曲线换算成产量。
（三）测量温度
试油过程中应获取井下流动温度，油层静止温度及温度梯度等。
温度资料对于地质研究、生产分析及施工设计的制定有重要意义。
测压和测温一般同时进行。
（四）录取油、气、水样品
试油求产结果为产液的层段，不论产量高低，一律要录取油气水样及库存样。
1．井下高压物性取样（用取样器取样）
注意两点：
①用小有嘴测试，目的是尽量保持流体原有的流动压力，已取得合格的高压物性样品。
②取样时要求流动压力大于饱和压力，目的是准确的计算储量，保持油层原始状态。
2．地面取油样
试油井需将井内地面水及混合油排完后取样。
若地层出水，每隔8h取一次直至稳定。
3．地面取水样
为确定地层水的水型、矿化度及各种离子含量而取水样。
不允许用金属容器取样。
三．测试要求
1．试油施工过程中，要求每步工序都要记录数据，作为资料保存。
2．资料录取常用的油气计量的设备及仪表有：
分离器，刮板流量计，临界速度流量计，垫圈流量计等。
3．录取的方法及标准可参考《试采地质》、《油田开发地质》及各油田的相关规定。
课后小结：
通过学习本次课程，了解试油的目的和任务，弄懂试油的工序，了解射孔的目的意义，掌握诱喷原理及方法，熟练掌握试油工艺。
作业：
1.试油工艺有哪几种？
2．什么是封隔器分层试油？
F1井试油施工设计书
1．基本数据
井别
油井
完井日期
1979-04-27
完钻井深/m
2700.0
人工井底/m
2650．0
油补距/m
2.36
水泥返高/m
1315
射开层位
沙河街组，东营组，东营组
射开井段/m
2018.0～2618.5，1666.0～1669.0,1558.5～1590.5
油层套管/mm
Ф127
套管壁厚/mm
7.52
下入深度/m
2620.21
2.施工前井况简介
该井生产沙河街组2018.0～2618.5m，抽吸排液求产，抽深500m，共48次，日产液38m3，日产油1.9t，经研究决定封掉沙河组街，封堵井段2018.0～2618.5m，对东营组，井段1666.0～1669.0m补孔试油。
3．井下管柱结构示意图
4．施工目的、要求
本次试油属老井试油，要求注灰封掉已射孔层沙河街组，井段2018.0～2619.5m，设计灰面1989.0m，然后对射孔井段1663.0～1664.0m进行挤水泥封堵，钻塞试压合格后，再对东营组1666.0～1669.0m，由层厚度3.0m/1层补射孔后重新试油。
5．施工准备
（1）准备250型采油树一套。
（2）400型水泥车2台（带刺枪）。
（3）4m3自动拌灰池1个，15m3铁池子1个，铁锨6把，密度计1支。
（4）清水40m3、油田地层水120m3、G级水泥60袋（3t）。
（5）放炮阀门1个，Ф73mm笔尖1个。
（6）Ф105mm×1.2m通井规1个。
（7）试油工具仪器1套。
6．施工程序
（1）卸井口，起原井管柱。
下Ф73mm油管，底带Ф73mm笔尖，探冲砂至2020m，油田地层水大排量洗井后起出管柱，下Ф73mm油管带Ф105mm×1250mm通井规通井至2020m，起出通井管柱。
（2）下入注灰管柱，进行注灰施工，套管试压20Mpa，合格后起出注灰管柱。
（3）封堵：
封堵井段1663.0～1664.0m，钻塞，清水试压12Mpa，30min压力不降为合格，起出钻塞管柱。
（4）射孔：
电缆输送射孔，井段1666.0～1669.0m。
（5）放喷：
放喷管线连接至计量罐，按设计要求装油嘴，放喷排液，取全取准各项原始资料。
7．施工效果
该井经封堵、补孔，用Ф4mm油嘴放喷，油压11.7Mpa，套压12Mpa，日产气16073m3。
8．结论与评价
该井经封堵后，对东营组重新试油，获得日产天然气16073m3的重大突破，为今后在该区块东营组试气，寻找更大的气田，提供了重要依据。
课前复习：
1．试油取得的基本资料由哪些？
2．简答原始地层压力、流动压力、压力梯度的概念？
§4—5中途测试
1．中途测试的概念：
在钻井过程中发现油气显示后，立即停止钻进、起出钻头，利用钻杆将地层测验器下到目的层顶部，封隔目的层以上的地层，利用钻杆进行试油求取各项资料。
又叫钻杆测试或裸眼测试。
2．特点：
能及时发现油气层，
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