氣井基礎知識林靜1第一頁，共68頁。氣井系統地面管線氣嘴分離器井筒氣層氣井示意圖2第二頁，共68頁。提綱一、采氣常見術語二、天然氣形成及理化性質三、采氣地質基礎知識四、氣井、氣井完井五、氣井井身結構六、氣井節點壓力關系七、氣井生產制度氣井基礎知識3第三頁，共68頁。氣井基礎知識一、采氣常見術語天然氣、氣藏、氣田、氣井4第四頁，共68頁。一、采氣常見術語天然氣：是指在不同地質條件下生成、運移，并以一定壓力儲集在地下構造中，以碳氫化合物為主的可燃性烴類氣體。它的通式為CnH2n+2。油氣藏：地下巖層中能夠聚集并儲藏石油和天然氣的場所，稱為油氣藏。油氣藏是油氣聚集的基本單元，是油氣在單一圈閉中的聚集，具有統一的壓力系統和油水界面。氣田：是指受局部構造（包括巖性因素、地層因素等）所控制的同一面積范圍的氣藏總合。氣井：是氣層通到地面的人工通道，在采氣中起著輸送天然氣由氣層到地面和控制氣層的作用。氣井基礎知識5第五頁，共68頁。

一、采氣常見術語氣井基礎知識地面管線氣嘴分離器井筒氣層幾個關于壓力的概念地層壓力輸壓井口壓力井底流動壓力6第六頁，共68頁。提綱一、采氣常見術語二、天然氣形成及理化性質三、采氣地質基礎知識四、氣井、氣井完井五、氣井井身結構六、氣井節點壓力關系七、氣井生產制度氣井基礎知識7第七頁，共68頁。二、天然氣形成及理化性質氣井基礎知識

關于油氣的成因曾有兩種不同的學說，即有機成因學說和無機成因學說兩大派別。無機成因學派認為：石油和天然氣是來自地球內部的無機物質，或者是來自宇宙中的碳氫元素，經過復雜的化學作用，首先形成了甲烷，并在地球形成初期就已存在地球內部，后來沿地殼的裂縫向上運移，在運移過程中聚合成高分子的烴類，并在巖層中聚集形成油氣藏。有機成因學派認為：人們在長期的開采和利用油氣的過程中已經發現絕大部分油氣田都分布于沉積巖中。油、氣的化學成分與沉積巖中有機質的化學成分有很多共同之處。而且在地質歷史時期中生物廣泛發展的階段，沉積巖中油、氣就越豐富。

事實證明了油、氣是由有機質生成的。石油、天然氣的成因8第八頁，共68頁。二、天然氣形成及理化性質氣井基礎知識天然氣是指在不同地質條件下生成、運移，并以一定壓力儲集在地下構造中，以碳氫化合物為主的可燃性烴類氣體。它的通式為CnH2n+2。天然氣的成分因地而異，大部分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷等，此外還含有少量其它氣體。天然氣分類：以含凝析油多少,分為干氣和濕氣(50g/m3)；含H2S和CO2，酸性天然氣（20mg/m3）和潔氣；以產出方式，氣田氣、石油伴生氣、凝析氣田氣天然氣的主要物理化學性：天然氣的密度、天然氣的相對密度、天然氣粘度、臨界溫度、臨界壓力、氣體狀態方程式、天然氣的含水量和溶解度、天然氣的可燃性限和爆炸限天然氣的性質9第九頁，共68頁。二、天然氣形成及理化性質氣井基礎知識天然氣的主要物理化學性質1、密度——單位體積的天然氣所具有的質量稱為天然氣的密度。式中：ρg——天然氣的密度，kg/m3；Mg——天然氣所具有的質量，kg；Vg——天然氣的體積，m3。10第十頁，共68頁。二、天然氣形成及理化性質氣井基礎知識天然氣的主要物理化學性質2、相對密度——在某一溫度、壓力下天然氣的密度與標準狀況下干燥空氣的密度之比。式中：G——天然氣的相對密度；ρg——天然氣的密度；ρ——干燥空氣的密度。11第十一頁，共68頁。二、天然氣形成及理化性質氣井基礎知識天然氣的主要物理化學性質3、粘度——當天然氣流動時，由于氣體內部分子間相對運動產生的摩擦力，稱為天然氣的粘度。式中：μ——流體的動力粘度，Pa·sF——兩層流體的內摩擦力，N；d——兩層流體見的距離，m；υ——兩層流體的相對運動速度，m/s；A——兩層流體間的面積，m2。12第十二頁，共68頁。二、天然氣形成及理化性質氣井基礎知識天然氣的主要物理化學性質4、臨界溫度和臨界壓力臨界溫度——使物質由氣相變為液相的最高溫度。在這個溫度以上，無論怎樣增大壓強，氣態物質不會液化。在臨界溫度時使氣體液化所需要的最小壓力稱臨界壓力。由于天然氣是混合氣體，其中各組分臨界溫度和臨界壓力的加權平均值稱為視臨界溫度（T’c）和視臨界壓力（P’c）。13第十三頁，共68頁。二、天然氣形成及理化性質氣井基礎知識天然氣的主要物理化學性質5、氣體狀態方程理想氣體天然氣與理想氣體偏差校正Z——偏差系數。決定于氣體的特性、溫度和壓力。14第十四頁，共68頁。二、天然氣形成及理化性質氣井基礎知識天然氣的主要物理化學性質6、天然氣的含水量

天然氣在地層中長期和水接觸，含有一定量的水蒸氣，把每立方米天然氣中含有水蒸氣的克數稱為天然氣的含水量或絕對濕度，用e表示。飽和含水量——一定壓力、溫度下，每立方米天然氣中含有最大水蒸氣的克數。相對濕度——在一定條件下，天然氣的含水量與飽和含水量之比。露點——在一定壓力下，天然氣剛被水飽和時對應的溫度。15第十五頁，共68頁。二、天然氣形成及理化性質氣井基礎知識天然氣的主要物理化學性質7、天然氣的溶解度

在地層壓力下，地層水中溶解有部分天然氣，每立方米地層水中含有標準狀態下天然氣的體積系數稱為天然氣的溶解度。式中：S1——天然氣在純水中的溶解度，m3/m3；S2——天然氣在地層水中的溶解度，m3/m3；X——校正系數；Y——地層水中含鹽量，mg/L。16第十六頁，共68頁。二、天然氣形成及理化性質氣井基礎知識天然氣的主要物理化學性質8、天然氣的可燃性限和爆炸限

可燃性限——天然氣與空氣的混合氣體能夠穩定燃燒時，天然氣的濃度范圍。（甲烷5-15%）爆炸限——天然氣與空氣的混合氣體，在密閉系統中遇明火發生爆炸時，天然氣的濃度范圍。17第十七頁，共68頁。提綱一、采氣常見術語二、天然氣形成及理化性質三、采氣地質基礎知識四、氣井、氣井完井五、氣井井身結構六、氣井節點壓力關系七、氣井生產制度氣井基礎知識18第十八頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識1.地殼

地殼是地球最外層的固體外殼，巖石圈的重要組成部分。大陸地殼厚度一般為35～45km。其中，高山、高原地區地殼較厚（可達60～70km），平原、盆地地殼相對較薄。大洋地殼則遠比大陸地殼薄，厚度一般小于10km。19第十九頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識地殼巖石礦物化學元素地殼分為上下兩層。

上層化學成分以氧、硅、鋁為主，稱為硅鋁層，由于和花崗巖成分相似，所以又叫花崗質層。此層在海洋底部很薄，甚至缺失，是不連續圈層。

下層富含硅和鎂，稱為硅鎂層，由于和玄武巖成分相似，所以又叫玄武質層。在大陸和海洋均有分布，是連續圈層。20第二十頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識地殼中主要元素的平均含量元素據克拉克和華盛頓（1924）%據泰勒（1964）%O49.5246.40Si25.7528.15Al7.518.23Fe4.704.63Ca3.294.15Na2.642.36K2.402.09Mg1.942.33H0.88--21第二十一頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識2.巖石巖石是由各種礦物組成的復雜結合體。

按其成因可將巖石分為巖漿巖、沉積巖、變質巖三大類。22第二十二頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識1）巖漿巖

由巖漿在一定地質作用的影響下，侵入地殼或噴出地表，經冷卻凝固、結晶而形成。花崗巖玄武巖噴出巖侵入巖23第二十三頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識2）沉積巖——油氣開發重點關注

早期形成的巖石經過物理、化學的破壞作用，在地質外力（如流水、風吹、日曬等）的作用下，在海洋、湖泊、河道或陸地表面某些地方沉積下來而形成的巖石。24第二十四頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識3）變質巖

原巖（如巖漿巖或沉積巖）受到高溫、高壓等條件的影響，改變了原來巖石的成分、結構，發生了變質作用而形成的巖石。大理巖25第二十五頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識A.重熔、再生B.風化、搬運、沉積、固結成巖C.高溫高壓變質巖漿巖巖漿沉積巖變質巖26第二十六頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識沉積巖沉積巖在地殼表層分布很廣，陸地面積的大約四分之三被沉積物(巖)所覆蓋，而海洋面積的全部被沉積物(巖)所覆蓋。

沉積巖的分類方案很多，從油氣地質的角度考度，可將其分為三類：

碎屑巖、粘土巖、碳酸鹽巖。27第二十七頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識

碎屑巖由碎屑顆粒和膠結物組成，碎屑成分占50%以上。碎屑顆粒以石英、長石為主。

粘土巖由粒徑小于0.1mm的粘土礦物所組成的巖石。按層理結構可分為頁巖和泥巖。碳酸鹽巖主要成分：方解石（CaCO3）→石灰巖白云石[CaMg(CO3)2]→

白云巖28第二十八頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識沉積相在一定沉積環境中所形成的巖石組合。沉積環境——指在沉積和成巖過程中所處的自然地理條件、氣候狀況、生物發育情況、沉積介質的物理-化學性質、地球化學條件及水體深淺等。巖石組合——指巖石的成分、顏色、結構、構造以及各種巖石的相互關系和分布情況等。29第二十九頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識沉積相分類表相組陸相組海相組海陸過渡相組相殘積相坡積-墜積相山麓-洪積相河流相湖泊相沼澤相沙漠相冰川相濱岸相淺海陸棚相半深海相深海相三角洲相瀉湖相障壁島相潮坪相河口灣相30第三十頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識沉積盆地

在漫長的地質歷史時期，由于地殼的不斷運動，使得地殼表面起伏不平，下降的地區形成洼陷，接受沉積的洼陷區域稱為沉積盆地。大多數石油、天然氣都分布在沉積盆地中。31第三十一頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識3.地層相關術語

1）地層指具有一定時間和空間涵義的層狀巖石的自然組合。巖石：反映地殼發展變化的情況。化石：反映生物發展史、巖層形成的年代和形成的沉積環境。32第三十二頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識2）地質時代：地層的年齡。地質時代單位：代、紀、世。地層單位：界、系、統及群、組、段、帶。例如：中生界侏羅系下統自流井組大安寨段中生界三疊系上統須家河組古生界二疊系上統長興組33第三十三頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識4.地質構造

地殼運動：又稱構造運動，是由于地殼的內部原因（重力、地內熱能等）和外部原因（行星引力）引起地殼形態的變化的運動。基本類型：1.水平運動：地殼以水平運動為主。2.升降運動：此起彼伏，相互補償（局部）。

34第三十四頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識4.地質構造1）褶皺構造

地殼中的巖層在褶皺運動的作用下，發生一系列向上或向下的波狀彎曲，并保持其連續完整性，這樣的變形結果，即為褶皺構造。向斜背斜35第三十五頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識4.地質構造2）斷裂構造

巖體受力的作用發生變形，當作用力的強度超過巖體的強度時，巖體就發生破裂，從而形成斷裂構造。36第三十六頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識斷層的分類根據兩盤的相對位移：

正斷層：上盤相對下降，下盤相對上升的斷層。

逆斷層：上盤相對上升，下盤相對下降的斷層。

平移斷層：兩盤順走向相對移動。（在垂直方向上沒有位移）37第三十七頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識4.地質構造3)地層間的接觸關系

巖層之間的接觸關系可分為整合接觸、假整合接觸和不整合接觸三種類型。a、整合接觸：

新老地層大致平行，沉積巖巖性與生物變化都呈漸變關系，它們是連續沉積的。38第三十八頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識4.地質構造b、假整合接觸：

新老地層大致平行，沉積巖巖性與生物變化都呈突變關系，呈不連續沉積。c、不整合接觸：

新老地層產狀完全不同，其間有地層缺失并有明顯的風化現象。巖層組1巖層組239第三十九頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識4.油氣藏形成的條件油氣藏的概念：

地下巖層中能夠聚集并儲藏石油和天然氣的場所，稱為油氣藏。油氣藏是油氣聚集的基本單元，是油氣在單一圈閉中的聚集，具有統一的壓力系統和油水界面。

油氣藏形成必須具備生、儲、蓋、運、圈這五個條件。40第四十頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識4.油氣藏形成的條件1）生油氣層

具備生油、氣條件，且能生成一定數量的石油、天然氣的地層。生油氣層是有機質堆積、保存，并轉化成油氣的巖層。2）儲層

具備能使石油、天然氣在孔隙（孔、洞、裂縫）中流動、聚積和儲存的巖層。41第四十一頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識4.油氣藏形成的條件儲層的分類a、碎屑巖儲層以砂巖、砂礫巖和礫巖等碎屑沉積巖為主。儲集空間以孔隙、裂縫孔隙為主。b、碳酸鹽巖儲層以白云巖、白云質灰巖、石灰巖、生物灰巖為主。儲集空間由孔隙、孔洞、裂縫三者組成。c、其他巖類儲層主要是巖漿巖、變質巖和泥質沉積巖的致密巖石。42第四十二頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識4.油氣藏形成的條件4)蓋層和圈閉蓋層——指位于儲集層之上能夠封隔儲集層使其中的油氣免于向上逸散的保護層。圈閉——能夠阻止油氣繼續運移并在其中聚集的場所。一個圈閉包括儲集層、蓋層和遮擋物。

43第四十三頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識4.油氣藏形成的條件44第四十四頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識5)氣田氣藏——具有獨立壓力系統和統一氣水界面，且只聚集有天然氣的單一圈閉。

氣田——指受局部構造（包括巖性、地層因素等）所控制的同一面積范圍的氣藏總和。含氣盆地:發現有工業價值油氣田的沉積盆地。4.油氣藏形成的條件45第四十五頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識4.油氣藏形成的條件

氣藏類型指氣藏的地質特征（構造、儲層、巖性、儲滲通道、驅動方式、邊底水等的特征）和天然氣特征。

氣藏類型的劃分方式多種多樣，目前國內廣泛采用的油氣藏分類方法是以圈閉成因進行分類，分為構造油氣藏、地層油氣藏和巖性油氣藏三大類。46第四十六頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識頁巖氣藏示意圖47第四十七頁，共68頁。三、采氣地質基礎知識氣井基礎知識4.油氣藏形成的條件油氣田的儲量分級油氣田的儲量是指儲藏在油氣田的油氣層孔隙中的油氣數量。三級儲量：預探階段，構造已獲工業油氣流。二級儲量：詳探、測試階段，有部分井投產，可作為開發方案的編制依據。一級儲量：第一批生產井投入開發后，制定生產計劃等依據。48第四十八頁，共68頁。提綱一、采氣常見術語二、天然氣形成及理化性質三、采氣地質基礎知識四、氣井、氣井完井五、氣井井身結構六、氣井節點壓力關系七、氣井生產制度氣井基礎知識49第四十九頁，共68頁。四、氣井、氣井完井氣井基礎知識氣井是連接氣層到地面的人工通道。地面管線氣嘴分離器井筒氣層氣井示意圖50第五十頁，共68頁。四、氣井、氣井完井氣井基礎知識氣井完井方法是指鉆開生產層和探井目的層部位的工藝方法以及該部位的井身結構。目前常用的完井方法主要有四種：裸眼完井襯管完井射孔完井尾管完井51第五十一頁，共68頁。四、氣井、氣井完井氣井基礎知識裸眼完井是指氣井產層井段不下任何管柱，使產層完全暴露的完井方法。（1）優點：不易漏掉產層、氣井完善系數高、油氣流動阻力小、完井周期短、采氣成本低。（2）缺點：氣水層不能分隔，易互相干擾；裸眼段地層易垮塌，掩埋產層；不能進行選擇性增產措施。（3）適應：堅硬不易垮塌的無夾層水的裂縫性石灰巖油氣層。52第五十二頁，共68頁。四、氣井、氣井完井氣井基礎知識襯管完井是改進了的裸眼完井，有裸眼完井的優點，又防止了巖石垮塌的缺點。其采用的是在目的層段加襯管的方法。襯管用割縫套管（縫寬5-8mm，長100mm）或鉆有圓孔（5-10mm）的套管制成。襯管完井應用鉆具，用丟手裝置，用襯管懸掛器把襯管懸掛在生產套管內壁上，使襯管在井內成吊伸狀態，避免襯管曲撓。對于過于疏松的砂層，或疏松砂層且產層傾角較大的，禁忌采用襯管完井方法。53第五十三頁，共68頁。四、氣井、氣井完井氣井基礎知識射孔完井是目前國內外廣泛采用的一種完井方法。其特點是鉆達預計產層深度之后，下入生產套管，注水泥固井，然后再下射孔槍對準產層射穿套管、水泥環完井。射孔完井使裸眼和襯管完井的缺陷得到克服，并適應于邊底水氣層以及需要分層開采的多產層氣層，是一種較為理想的完井方法。射孔完井的關鍵是固井質量必須得到保證，產層評價的測井技術必須過關，射孔深度必須可靠。54第五十四頁，共68頁。四、氣井、氣井完井氣井基礎知識尾管完井方法從產層部位的套管結構及孔眼打開的方法來講，與射孔完井方法完全相同。不同之處是管子頂部只延伸到生產套管內一部分。尾管完井特別適用于探井，因為探井對油氣層有無工業價值情況不明，下套管有時會造成浪費。55第五十五頁，共68頁。提綱一、采氣常見術語二、天然氣形成及理化性質三、采氣地質基礎知識四、氣井、氣井完井五、氣井井身結構六、氣井節點壓力關系七、氣井生產制度氣井基礎知識56第五十六頁，共68頁。五、氣井井身結構氣井基礎知識引導鉆頭入井開鉆和作為泥漿的出口。導管是在開鉆前由人工挖成的深2米左右的圓井中下入壁厚3-5mm的鋼管，外面灌上水泥制成。表層套管是下入井內的第一層套管，用來封隔地表附近不穩定的地層或水層，安裝井口防噴器和支撐技術套管的重量。一般下深幾十至幾百米。技術套管是下入井內的第二層套管，用來封隔表套以下至鉆開油氣層以前的易垮塌松散地層、水層、漏層，或非鉆探目的的中間油氣層，以保證順利鉆到目的層。要求水泥上返到需要封隔的最上部地層之上100m左右。對高壓氣井，為防止氣竄，上返至地面。油層套管是下入井內的最后一層套管，用來把油氣層和其他層隔開，在井內建立一條可靠的油氣通道。其上安裝采氣樹，油套的質量對采氣影響最大。57第五十七頁，共68頁。五、氣井井身結構氣井基礎知識58第五十八頁，共68頁。五、氣井井身結構氣井基礎知識油管掛（錐管掛、蘿卜頭）是金屬制成的帶有外密封圈的空心錐體，坐在大四通內，并將油、套管的環形空間密封起來。油管是鋼制空心管，長8-10米/根，由絲扣連接。篩管由油管鉆孔制成，長3-10米/根，鉆孔直徑10-12mm。要求鉆孔孔眼的總面積大于油管的橫截面積。油管鞋是一個內徑小于井底壓力計直徑的短節，防止壓力計落井。目前常用的油管鞋是一外徑100-110mm，內徑62mm的喇叭口，使射孔槍下出油管鞋容易返回。59第五十九頁，共68頁。五、氣井井身結構氣井基礎知識不同的完井工藝，要求不同的完井管柱。完井管柱選用的原則是：1、完井管柱既要滿足完井作業要求，又要滿足氣井開采的需要。2、完井管柱要盡量簡單適用，可下不可不下的井下工具，盡量不下。3、完井管柱應滿足節點分析要求，減少局部大壓力損失。4、油管柱應考慮H2S、CO2和地層水的影響。5、完井管柱應考慮套管質量，特別是深井和超深井。因為深井和超深井的鉆井和完井作業套管偏磨很厲害，大大降低了套管抗壓強度，為保護套管最好采用生產封隔器永久性完井油管柱。60第六十頁，共68頁。提綱一、采氣常見術語二、天然氣形成及理化性質三、采氣地質基礎知識四、氣井、氣井完井五、氣井井身結構六、氣井節點壓力關系七、氣井生產制度氣井基礎知識61第六十一頁，共68頁。

氣井基礎知識地面管線氣嘴分離器井筒氣層地層壓力pr原始地層壓力pi輸壓井口壓力pwh井底流動壓力pwf六、氣井節點壓力關系氣井生產系統過程包括氣液克服儲層的阻力在氣藏中的滲流、克服射孔段的阻力流入井底、克服管線摩阻和滑脫損失沿垂管（傾斜管）從井底向井口流動、克服地面設備和管線的阻力沿集輸氣管線的流動。流體在系統生產過程中的每一段都要損失壓能。氣液流態也在發生變化，壓力和產量之間呈現復雜的關系。62第六十二頁，共68頁。六、氣井節點壓力關系氣井基礎知識●氣井生產系統劃分為四個階段：（1）pr—pws：流入段（2）pws—pwf：完井段（3）pwf—pwh：垂管段（4）pwh—psep：地面流出段

●井口壓力（套壓、油壓）差值關系（1）油管生產：套壓大于油壓（2）套管生產：套壓小于油壓（3）套壓＝油壓：關井壓力平衡，近井口處油管穿孔，油管斷裂（4）氣水同產井油套壓差值增大：井筒積液63第六十三頁，共68頁。六、氣井節點壓力關系氣井基礎知識●井口壓力（套壓、油壓）壓力變化與氣井情況