氮?dú)馀菽蘧夹g(shù)工藝

氮?dú)馀菽蘧夹g(shù)工藝中海油田服務(wù)股份有限公司中海石油有限公司采油工藝培訓(xùn)交流會(huì)（2004年9月）中海油服-有限公司聯(lián)合技術(shù)考察組二、泡沫流體的產(chǎn)生、特性及基本參數(shù)三、氮?dú)馀菽黧w的安全性四、氮?dú)馀菽瓑合淳到y(tǒng)五、氮?dú)馀菽蘧に囋诤Ｑ蟮膽?yīng)用內(nèi)容一、為什么選用氮?dú)馀菽鳛樾蘧h(huán)介質(zhì)？1、渤海在生產(chǎn)油田普遍存在壓力下降壓降幅度達(dá)3－6MPa2、壓力下降對生產(chǎn)及修井的影響1）整個(gè)油田壓力下降，加劇產(chǎn)量的遞減；2）油田壓力下降使近井地帶壓力虧空嚴(yán)重，直接導(dǎo)致修井過程中大量修井液的漏失，現(xiàn)象：油井自吸，建立循環(huán)時(shí)間延長等；3）修井液漏失導(dǎo)致油井產(chǎn)量恢復(fù)時(shí)間延長，起泵后排液長達(dá)3－10天，假定渤海年修井300井次，按單井平均恢復(fù)期為6天、恢復(fù)期間每天平均少產(chǎn)50方油計(jì)算，則當(dāng)年“損失”產(chǎn)量9x104方；4）由于某些地層對修井液的敏感，大量修井液的進(jìn)入傷害地層，導(dǎo)致油井產(chǎn)能的損失（不能恢復(fù)到故障前的正常產(chǎn)量），將增加措施費(fèi)用。3、防漏失的低密度泡沫修井液1）修井液漏失的根本原因：修井液密度大，液柱壓力高于油層壓力。2）解決辦法：低密度的泡沫修井液；3）空氣、天然氣泡沫在油井或井場中有爆炸的危險(xiǎn)，CO2泡沫對管柱有腐蝕性，且受氣源影響，在海上平臺(tái)不推薦使用；4）N2

易于制得，氣源方便，使用安全，泡沫產(chǎn)生簡單，密度易于調(diào)節(jié)控制（0.45－0.9可調(diào)），工藝成熟，推薦使用；5）根據(jù)油層壓力、井深等有關(guān)參數(shù)，自動(dòng)控制氮?dú)馀菽好芏龋行Х乐剐蘧旱穆┦?，是良好的修井循環(huán)介質(zhì)；6）泡沫液密度略高于地層壓力，不會(huì)井噴。一、為什么選用氮?dú)馀菽鳛樾蘧h(huán)介質(zhì)？三、氮?dú)馀菽黧w的安全性四、氮?dú)馀菽瓑合淳到y(tǒng)五、氮?dú)馀菽蘧に囋诤Ｑ蟮膽?yīng)用內(nèi)容二、泡沫流體的產(chǎn)生、特性及基本參數(shù)石油工程中應(yīng)用的泡沫流體是以水與空氣、氮?dú)狻⑻烊粴饣蚨趸嫉葰庖簝上喑浞只旌闲纬傻膬上嗔黧w。在有爆炸、燃燒等危險(xiǎn)的井場，多使用二氧化碳和惰性氣體為氣相。液相可以是淡水，也可以是海水或凈化后的油田廢水?？諝饣菽?、氮?dú)馀菽?、二氧化碳泡沫、其它泡沫流體（如煙道氣）1、泡沫流體的類型2、泡沫流體的產(chǎn)生泡沫流體是氣體在液體中充分分散形成，氣泡分散程度越高，泡沫流體的質(zhì)量越好。氣體在水基液體中的直徑是微米級或更小，氣泡在液體中分散后成乳化狀態(tài)，呈奶白色，不透明。在常溫常壓下氣體會(huì)分離上升，氣液分離。氣液混合的方式可以是機(jī)械攪拌，也可以是液力攪拌，在石油工程中后者居多。1）充氣方式：自然充氣或人工充氣自然充氣方式比較方便，接省設(shè)備和費(fèi)用，但氣體充入量比較少，密度一般不低于0.80g/cm3。例如早期的充氣泥漿用泥漿槍攪拌混氣方式。人工充氣一般是用高壓氣體壓縮機(jī)向液體中充氣，可以得到幾乎各種密度。充入氣體：油田現(xiàn)場廣泛使用N2

，采用膜分離技術(shù)制氮，隨制隨用。空氣經(jīng)過分離膜管，留下純度較高的氮?dú)猓?5％），經(jīng)過增壓，進(jìn)入泡沫發(fā)生器。2、泡沫流體的產(chǎn)生（續(xù)）2）液力攪拌氣體壓力高于水壓水中。利用高壓水的動(dòng)力，將氣液兩相通過一系列固定葉輪，劇烈改變流向，產(chǎn)生流體內(nèi)的攪動(dòng)，可以使氣泡粉碎，氣體成微小氣泡分布在水中。攪拌葉輪越多，越均勻。一般在液體中加入少量（千分之幾）的表面活性劑類物質(zhì)使氣泡的穩(wěn)定程度提高。2、泡沫流體的產(chǎn)生（續(xù)）泡沫發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖3、泡沫流體的特性氣體在液體中的氣泡直徑越小，泡沫流體的性能越好。主要用流體的密度、穩(wěn)定性、攜帶性能、粘度等指標(biāo)來衡量泡沫流體的性能：1）密度石油工程中的泡沫流體密度范圍一般為0.9~0.45g/cm3。密度可根據(jù)氣體充入量的大小調(diào)節(jié)，十分方便。泡沫流體的穩(wěn)定性與氣體在液相中的分散程度和環(huán)境壓力有關(guān)。氣泡直徑越小，環(huán)境壓力越高，泡沫流體越穩(wěn)定：常壓下，氣泡的密度極低，與液體脫離的速度比較快，因此穩(wěn)定時(shí)間較短，約為十幾分鐘到幾十分鐘之間。高壓下，氣泡不易膨脹和滑脫，泡沫流體的穩(wěn)定時(shí)間大大增加。曾有試驗(yàn)將泡沫流體注入2000米井下，停留7天后返排液仍然是泡沫狀態(tài)。3、泡沫流體的特性（續(xù)）加入穩(wěn)泡劑可增加泡沫的穩(wěn)定性（表面活性劑增加液膜的強(qiáng)度，但不利于消泡）泡沫在高、低壓下不同的穩(wěn)定性非常有利于修井作業(yè)：在井下穩(wěn)定時(shí)間長，可以維持壓井、洗井的液柱壓力；在地面穩(wěn)定時(shí)間短，有利于消泡和循環(huán)使用。2）穩(wěn)定性3）流體粘度泡沫流體是氣液兩相，流動(dòng)時(shí)外力要克服氣液兩種分子之間的摩擦力。由于兩種流體界面間的分子阻力和氣體的表面張力比純氣體和純液體大得多，因而泡沫的粘度很大（可高達(dá)100mPa.s以上），好似鉆井泥漿。泡沫流體的粘度也是可變化的。流動(dòng)類型是非牛頓流體，可以近似用冪律流體描述。3、泡沫流體的特性（續(xù)）4）攜帶和懸浮能力泡沫流體具有很強(qiáng)攜帶固體顆粒能力，攜帶直徑0.6mm或更大的礫石是十分容易：砂粒、巖屑等下沉?xí)r，要克服氣體分子與水分子之間的摩擦力（以擠開氣泡形成通道），迫使氣泡變形而受到反作用力，因而沉降困難，所以泡沫流體的攜帶和懸浮能力比純氣體或液體強(qiáng)很多。在洗井中，泡沫流體的攜砂性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過清水，用量比水少，并且循環(huán)時(shí)間短，縮短修井時(shí)間，節(jié)約修井成本。3、泡沫流體的特性（續(xù)）5）抗高溫性在石油工程領(lǐng)域內(nèi)，泡沫流體的抗高溫性幾乎沒有限制。在水基液體不產(chǎn)生沸騰的情況下，泡沫流體總是穩(wěn)定的。3、泡沫流體的特性（續(xù)）6）化學(xué)兼容性泡沫流體是水與氣體的混合體，具有水的一切兼容性，可以與幾乎一切能溶于水的化學(xué)處理劑相容。在石油工程中的幾乎各種化學(xué)藥品對泡沫基本無影響。7）防止產(chǎn)層污染泡沫流體對產(chǎn)層的污染極小。在各種作業(yè)中可以調(diào)節(jié)泡沫液密度與油層壓力十分接近，在低壓井可顯著降低修井液體的漏失程度。初期少量泡沫進(jìn)入巖石孔隙，產(chǎn)生氣阻效應(yīng)，阻止了流體的繼續(xù)進(jìn)入，從而防止修井液對油層的傷害。3、泡沫流體的特性（續(xù)）8）其它性質(zhì)泡沫流體中的氣泡直徑隨壓力和溫度的變化而改變，因而在井筒中是變密度流體，流動(dòng)阻力也隨深度而變化。一、為什么選用氮?dú)馀菽鳛樾蘧h(huán)介質(zhì)？二、泡沫流體的產(chǎn)生、特性及基本參數(shù)四、氮?dú)馀菽瓑合淳到y(tǒng)五、氮?dú)馀菽蘧に囋诤Ｑ蟮膽?yīng)用內(nèi)容三、氮?dú)馀菽黧w的安全性1、油藏中的天然氣與空氣混合有爆炸危險(xiǎn)不同壓力下的CH4爆炸極限壓力(大氣壓)爆炸極限濃度(％)14.9～15.4105.8～17.0505.7～29.51255.7～45.4

當(dāng)天然氣與惰性氣體（氮?dú)?、二氧化碳等）混合，惰性氣體濃度越高，氧氣含量越少，天然氣爆炸的可能性越小。天然氣與惰性氣體混合的爆炸極限圖2、惰性氣體含量越高，爆炸可能性越小圖示表明，各種混合氣體在增加惰性氣體濃度后，均減少爆炸危險(xiǎn)。事實(shí)上，當(dāng)氧氣含量小與12％，也就是氮?dú)夂砍^88％，天然氣沒有爆燃的可能。在應(yīng)用中使用95％的氮?dú)鉂舛瓤梢允蛊鋺?yīng)用范圍更廣。修井泡沫液用的氮?dú)?，其純度?5％以上，因而安全性得到可靠保證。3、氮?dú)夂砍^88％，天然氣沒有爆燃的可能4、泡沫流體的基本參數(shù)1）泡沫流體平均密度（液柱密度隨井深增加）2）泡沫質(zhì)量（單位體積泡沫中含有的氣體體積）泡沫流體的穩(wěn)定性、流變性及其懸浮、攜砂能力均取決于泡沫質(zhì)量。3）泡沫液柱壓力與泡沫密度、井底深度的關(guān)系4、泡沫流體的基本參數(shù)（續(xù)）液柱壓力與井深的微分方程：隨著的增加，發(fā)泡能力增加。但是，當(dāng)發(fā)泡劑濃度達(dá)到臨界膠束濃度后，發(fā)泡劑的發(fā)泡能力隨發(fā)泡劑濃度的提高而增加不大。4、泡沫流體的基本參數(shù)（續(xù)）4）發(fā)泡劑加量（實(shí)驗(yàn)測得）5）泡沫流體懸浮和攜砂能力油田現(xiàn)場用一般是穩(wěn)定泡沫，懸浮能力比水或凍膠液大10倍以上。由于泡沫流體粘度大，因此攜砂能力很強(qiáng)。直徑0.5～0.8mm壓裂砂在泡沫質(zhì)量為70%～80%的泡沫中，自然沉降速度0.3～0.610-5m/s。泡沫攜砂能力一般為清水的10倍?，F(xiàn)場填砂試驗(yàn)，用泡沫液體攜帶砂礫，排量為20～40m3/h，泡沫密度為0.3～0.8g/cm3時(shí)完全滿足攜砂要求，井下清洗情況良好。4、泡沫流體的基本參數(shù)（續(xù)）一、為什么選用氮?dú)馀菽鳛樾蘧h(huán)介質(zhì)？二、泡沫流體的產(chǎn)生、特性及基本參數(shù)三、氮?dú)馀菽黧w的安全性五、氮?dú)馀菽蘧に囋诤Ｑ蟮膽?yīng)用內(nèi)容四、氮?dú)馀菽瓑合淳到y(tǒng)1、氮?dú)馀菽鞒痰谝徊糠郑?.3X1.6X2.9m第二部分：3.2X1.5X2.0m第三部分：2.1X1.6X1.5m全部設(shè)備：9.6X1.6X2.9m空氣壓縮機(jī)膜分離制氮機(jī)（一）氮?dú)庠鰤簷C(jī)（二）泡沫發(fā)生撬塊加藥泵（三）井口閥組柱塞泵（平臺(tái)泥漿泵）2、氮?dú)馀菽O(shè)備測控系統(tǒng)采用中央計(jì)算機(jī)控制。計(jì)算機(jī)采集各傳感器數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算，檢查各參數(shù)是否在誤差范圍內(nèi)。超出誤差范圍，根據(jù)柱塞泵排量和井下壓力數(shù)據(jù)，軟件自動(dòng)計(jì)算所需氮?dú)饬?，并輸出指令，調(diào)整各變頻器或閘門運(yùn)行，調(diào)整氣、水比，使液體的密度符合現(xiàn)場使用要求。在顯示屏幕和儀表上實(shí)時(shí)顯示顯示各類參數(shù)。3、測控系統(tǒng)及壓井、洗井、沖砂工藝控制過程軟件的參數(shù)輸入界面進(jìn)水流量計(jì)顯示流量大于回水流量計(jì)顯示流量制氮?dú)鈾C(jī)組控制計(jì)算機(jī)水箱柱塞泵進(jìn)水流量計(jì)氣體流量計(jì)泡沫發(fā)生器壓力傳感器去套管頭去油管頭“大于”循環(huán)流程圖閘門組調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥注解進(jìn)水流量計(jì)，回水流量計(jì)向計(jì)算機(jī)發(fā)送信號計(jì)算機(jī)作出指示入井液密度偏大，造成該井漏失，需增大進(jìn)氣量，降低壓井液密度。控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)氣體流量計(jì)氣體流量計(jì)流量計(jì)壓力傳感器壓力傳感器密度計(jì)調(diào)節(jié)氣體調(diào)節(jié)閥增大進(jìn)氣量降低壓井液密度降低漏失進(jìn)水流量計(jì)進(jìn)水流量計(jì)進(jìn)水流量計(jì)密度計(jì)進(jìn)水流量計(jì)顯示流量小于回水流量計(jì)顯示流量制氮?dú)鈾C(jī)組控制計(jì)算機(jī)水箱柱塞泵進(jìn)水流量計(jì)氣體流量計(jì)

泡沫發(fā)生器回水流量計(jì)壓力傳感器去套管頭去油管頭“小于”循環(huán)流程圖閘門組調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥進(jìn)水流量計(jì)，回水流量計(jì)向計(jì)算機(jī)發(fā)送信號計(jì)算機(jī)作出指示入井液密度偏小，造成該井自溢，需減少進(jìn)氣量，增大壓井液密度。控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)氣體流量計(jì)氣體流量計(jì)流量計(jì)壓力傳感器壓力傳感器密度計(jì)調(diào)節(jié)氣體調(diào)節(jié)閥減少進(jìn)氣量增大壓井液密度防止自溢和井噴進(jìn)水流量計(jì)進(jìn)水流量計(jì)進(jìn)水流量計(jì)回水流量計(jì)回水流量計(jì)回水密度計(jì)注解打印機(jī)工控機(jī)顯示屏幕進(jìn)液流量、密度測量出液流量、密度測量泡沫流體壓力測量進(jìn)氣壓力測量進(jìn)水壓力測量氣體流量測量進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥排空調(diào)節(jié)閥控制原理圖一、為什么選用氮?dú)馀菽鳛樾蘧h(huán)介質(zhì)？二、泡沫流體的產(chǎn)生、特性及基本參數(shù)三、氮?dú)馀菽黧w的安全性四、氮?dú)馀菽瓑合淳到y(tǒng)內(nèi)容五、氮?dú)馀菽蘧に囋诤Ｑ蟮膽?yīng)用于2003年在勝利海洋油田的作業(yè)一號、三號、四號、勝利八號、修采1號等鉆井修井平臺(tái)使用。后經(jīng)海上20多口油井的實(shí)際應(yīng)用，作業(yè)效果顯著，原油產(chǎn)量大幅度提高，現(xiàn)已在勝利海洋埕島油田所有作業(yè)平臺(tái)配備該項(xiàng)技術(shù)，并全面推廣使用。1、勝利埕島油田應(yīng)用氮?dú)馀菽蘧那闆r序號井號措施前生產(chǎn)情況措施后生產(chǎn)情況產(chǎn)量對比日液t日油t含水%日液t日油t含水%日液t日油t含水%1CB11A-112812.590.255.455.10.3-72.642.6-89.92CB11A-2

114.88.392.8

8.3

3CB11D-45.33.8274016.85834.713314CB11F-66.53.94043.9384.537.335-35.55CB11G-461.630.25152.650.83.5-920.6-47.56CB12B-58.87.910.635.226.425.126.418.515.87CB22A-142.921.5505843.225.615.121.7-24.48CB22A-53313.55954.637.13221.623.6-279CB22D-32915.4476633.743.237.018.3-3.810CB251C-3525.29036.124.233-15.919-5711CB251D-440.231.42264.251.27.92419.814.112CB4B-123.316.13137.331.3161415.2-1513CB4B-324.216.93071.557.22047.340.3-1014CB4B-5109.611.49053.253.20-56.241.8-9015CB4C-2553516484128-7612勝利油田海洋開發(fā)公司試