石油工程采油

組員：任凡，鮮棋詩，秦思，何梓筠，關(guān)雨晴，栗霖渭，周俊，韋丹旭采油完井§8.1概述§8.2常見完井方法§8.3完井方法分析完井§8.1概述8.1.1完井的概念廣義的完井指從鉆開產(chǎn)層、實施完井方法、安裝井口裝置、到測試油氣的整個過程。狹義的完井通常是指實施完井方法時的油氣井完成階段。完井§8.1概述8.1.2選擇完井方法的要求盡量保證井眼與儲層的聯(lián)通性及盡可能大的滲流面積；能有效封隔油、氣、水層，防止層間干擾，有利于分層開采；能有效地控制油層出砂，防止井壁垮塌，確保油井長期生產(chǎn)；稠油油藏開采能滿足注蒸汽熱采的要求；施工工藝簡便，成本較低。完井§8.2常見完井方法8.2.1裸眼完井產(chǎn)層直接裸露，滲流面積大，產(chǎn)量高；可分為先期裸眼完井和后期裸眼完井兩種；只適用于巖性穩(wěn)定的單一產(chǎn)層。完井§8.2常見完井方法8.2.2射孔完井鉆開產(chǎn)層，下套管后射孔完成；能有效分隔油、氣、水層，防止層間干擾，可實施分層開采；連通性有限，存在固井和射孔過程的損害?！斐Ｒ娡昃椒?.2.3防砂完井地層出砂的危害設(shè)備磨損加劇，增加維護(hù)成本；造成油井堵塞，導(dǎo)致停產(chǎn)；引起井壁坍塌、套管擠毀、油井報廢?！?常見完井方法3防砂完井最常見的有篩管防砂和襯管礫石充填防砂兩種；可用于膠結(jié)疏松、易出砂的砂巖油藏。完井§8.2常見完井方法8.2.3防砂完井篩管防砂完井§8.2常見完井方法8.2.3防砂完井篩管防砂完井§8.2常見完井方法8.2.3防砂完井襯管礫石充填防砂；完井§8.2常見完井方法8.2.3防砂完井襯管礫石充填防砂；預(yù)充填篩管完井§8.3完井方法分析8.3.1選擇完井方法應(yīng)考慮的因素油氣藏類型（有無層間差異、氣頂、底水等）；油氣層特性（巖層穩(wěn)定性、出砂與否、層間壓差、原油性質(zhì)等）；工程技術(shù)及措施要求（是否分層開采、是否壓裂、是否注蒸汽等）。完井§8.3完井方法分析8.3.2射孔完井方法分析為了盡量提高井筒與地層的聯(lián)通性，需優(yōu)選射孔相位角、孔徑、孔密等參數(shù)。同時還需優(yōu)選射孔壓差、射孔方式和射孔液；射孔方式分正壓射孔和負(fù)壓射孔兩種；負(fù)壓射孔負(fù)壓差過大的風(fēng)險。完井§8.4試油（氣）工藝8.4.1井口裝置套管頭與油管頭；采油（氣）樹；管匯等。完井§8.4試油（氣）工藝8.4.2誘導(dǎo)油氣流清水替噴；氣舉替噴。完井§8.4試油（氣）工藝8.4.3油氣測試主要參數(shù)測定：壓力、流量、溫度；油氣組分及物化性能測定。主要內(nèi)容：油藏驅(qū)動能量自噴井采油機(jī)械采油采氣工藝§1油藏驅(qū)動能量采油是指將流到井底的原油采到地面所用的方法。采油的兩大主題：如何使地層中的原油流向井底？

——油藏驅(qū)動能量如何將井下的原油提升到地面并向外輸送？

——采油方法§1油藏驅(qū)動能量在地下某一深處，取一巖石單元。如果將巖石單元分為兩部分：骨架和骨架所包含的流體。一、油藏壓力骨架所受的的壓力流體中的壓力1.有關(guān)“地層壓力”的概念——上覆巖層壓力——油層壓力地靜壓力：指上覆巖石骨架和孔隙空間流體的總重量所產(chǎn)生的壓力。①上覆巖層壓力（地靜壓力）隨上覆巖層骨架的增厚而加大，也與巖層及其孔隙空間流體的密度大小有關(guān)。②靜水柱壓力靜水柱壓力：指由靜水柱造成的壓力。與水柱的高度有關(guān)，而與液柱形狀無關(guān)。其計算公式為：式中：pH—靜水柱壓力，Mpa；ρw—流體密度，Kg/m3

h—靜水柱高度，m。如，1000m深處的靜水柱壓力為：9.8MPa≈100大氣壓。③

地層壓力指地層巖石孔隙空中流體所承受的壓力，常用Pi（Pe）表示。在含油、氣區(qū)域內(nèi)的“地層壓力”又叫“油（氣）層壓力”。地層壓力指作用在流體上的壓力，又稱“孔隙流體壓力”。“油層壓力”或“孔隙流體壓力”是地層流體流動的驅(qū)動能量，直接關(guān)系到油藏的開發(fā)與開采。在油氣藏未開發(fā)之前，油氣層內(nèi)各處的壓力保持相對平衡狀態(tài)，一旦油氣層被鉆開并投入開采，原油、氣層內(nèi)壓力的相對平衡狀態(tài)就被打破。當(dāng)在油、氣層的壓力大于井筒的液柱壓力時，油氣層內(nèi)的流體就會噴出地面。清楚認(rèn)識油藏壓力的分布及變化特征對油藏的合理、高效開發(fā)至關(guān)重要。原始油層壓力：指油氣層尚未鉆開時（原始狀態(tài)下）所具有的壓力。通?？梢杂玫谝豢诰虻谝慌膶崪y壓力來表示。目前油層壓力：指油藏投入開發(fā)后某一時期的地層壓力。根據(jù)每一時期油層內(nèi)部的壓力分布及其變化，可以對油田地下的許多重大問題作出判斷。井底流動壓力（井底流壓）：油井生產(chǎn)時測得的井底壓力稱為井底流壓。它代表井口剩余壓力與井筒內(nèi)液柱重量對井底產(chǎn)生的回壓。在正常壓實條件下，或者地層中孔隙流體與地表水處于連通狀況地狀況下，地層壓力（作于孔隙流體的壓力）等于或相當(dāng)于其埋深的靜水柱壓力。但是，漫長地史過程中各種因素的影響，常常使作用于地層孔隙流體的壓力發(fā)生變化而不等于靜水柱壓力。2.壓力梯度和壓力系數(shù)通常把偏離靜水柱壓力的地層孔隙流體壓力稱之為“異常地層壓力”，或稱為“壓力異?！薄Ｔ谘芯慨惓５貙訅毫r，常用壓力系數(shù)或壓力梯度來表示異常地層壓力的大小。壓力梯度：壓力梯度是指每增加單位高度所增加的壓力值，（MPa／ｍ）。壓力系數(shù)(ap)：指實測地層壓力（Pi）與同一深度靜水柱壓力（PH）的之比。ap

＝1時，實測地層壓力與靜水柱壓力相等，稱其為

“正常地層壓力”；ap≠１時，則為“異常地層壓力”。ap

＞1時，稱為高異常地層壓力，或稱異常高壓；ap

＜1時，稱低異常地層壓力，或稱異常低壓。異常高壓油藏：壓力系數(shù)＞1.2的油氣藏；異常低壓油氣藏：壓力系數(shù)＜0.8的油氣藏；異常高壓氣藏：壓力系數(shù)＞1.5的油氣藏；一般情況下，油氣藏的壓力系數(shù)在0.9～1.1之間，這樣的油氣藏稱為正常油氣藏；

國內(nèi)外研究表明，從新生界到古生界的地層中，碎屑巖和碳酸鹽巖地層中都存在異常壓力油氣藏。異常地層壓力是普遍存在的。在自然界中，異常高壓油藏常見，但異常低壓力油藏不多。

油氣井完井之后，就可以進(jìn)行油氣生產(chǎn)。油氣藏一旦投入開發(fā)生產(chǎn)，油氣藏中的油氣就會發(fā)生流動，從油層中流至井底，再從井底流到地面。促使油氣發(fā)生流動的動力是什么呢？二、油氣藏驅(qū)動能量和驅(qū)動方式油氣藏驅(qū)動能量：在油氣藏或油氣井生產(chǎn)過程中，促使油氣流體流動的能量。天然能量：油氣藏自身天然具有的能量.人工能量：人為向油氣藏中注入流體提高油氣藏壓力而補(bǔ)充的油藏能量。1.油氣藏驅(qū)動能量天然驅(qū)動能量：靜水壓頭氣頂膨脹油層彈性溶解氣的膨脹力：指油藏中溶解天然氣膨脹所釋放的能量。原油重力：指原油自身重量產(chǎn)生的勢能。

靜水壓頭

即與油層相連的地層水所具有的靜水柱壓力。根據(jù)地層水與油層的連通情況，有邊水驅(qū)動與底水驅(qū)動之分。

邊水驅(qū)動底水驅(qū)動1-油井2-供水區(qū)3-邊/底水4-不滲透層氣頂壓縮氣體的膨脹力

在油井生產(chǎn)時，隨著油層壓力的降低，處于高度壓縮狀態(tài)的頂部氣體膨脹，推動原油流向井筒并噴出，氣頂驅(qū)油能量的大小與氣頂?shù)捏w積和氣體的壓縮性等有關(guān)。注水：從油藏某些部位的注水井中人為地向油藏中注入一定數(shù)量的水體，維持油藏能量或減緩油藏壓降速度。注氣：從油藏頂部注入一定數(shù)量的氣體，補(bǔ)充氣頂能量。人工補(bǔ)充能量自噴采油機(jī)械采油有桿泵采油方法常規(guī)（抽油機(jī)）螺桿泵無桿泵潛油電泵水力泵水力活塞泵水力射流泵氣舉連續(xù)氣舉間歇氣舉潛油電動離心泵潛油電動螺桿泵采油方法自噴采油：油層具有的能量足以自噴。自噴井的地面設(shè)備簡單、容易管理、產(chǎn)量較高?！?2自噴井采油§.2自噴井采油5.2.1自噴原理：驅(qū)動力—地層中的各種壓力。驅(qū)動過程－先將原油從地層內(nèi)推向井筒，若還有剩余的能量，再將原油舉升到地面。自噴采油前的誘噴作業(yè)

完井時井內(nèi)液柱壓力一般大于油、氣層壓力，加上鉆井和射孔過程中污染物的堵塞和阻礙，油、氣一般不能流入井筒內(nèi)，更不能自動噴到地面。因此，采油之前一般要降低井簡內(nèi)的液性壓力，清除堵塞油層的污物，使油、氣能夠暢流到地面。這種誘導(dǎo)作業(yè)過程稱作誘噴或誘流?！?2自噴采油誘噴的方法

清水替噴法抽汲提撈法氣舉法井下泵排法

§2自噴采油垂直管流地層滲流嘴流水平管流自噴采油的四種流動過程：§5.2自噴采油地層滲流垂直管流嘴流水平管流流動方式：在遠(yuǎn)離井底的地方，一般情況下為單相流；井底附近：Pf＞Pb→單相流（液或氣）；

Pf＜Pb→多相流（氣、液）；能量耗損：占總壓降的10－15％。

地層滲流：指原油從油層→井底的流動過程；（從地層到分離器壓力之差）影響壓力損耗的因素：地層特性：K；流體性質(zhì)：μ；井底附近有無污染等。流動方式：一般情況下，垂直管流大多為多相流。能量耗損：最大，可達(dá)總壓降30－80％。流動結(jié)構(gòu)：垂直管柱中流體流動時氣、液的流動狀態(tài)和分布形式。純液流、泡流、段塞流、環(huán)狀流、霧流

管流是自噴采油的研究重點。自噴井工作制度的確定主要取決于流體在井筒中的流動情況。垂直管流流動方式：一般情況下，井口的Pt＜Pb，呈多相流。能量耗損：一般為總壓降5－30％。油嘴的作用：有不同的大小，可控制油井產(chǎn)量，調(diào)整壓力，保證油井穩(wěn)定生產(chǎn)。流動方式：一般為多相水平管流，或多相傾斜管流。能量耗損：最小，一般為總壓降5－10％。出油管線流動（水平管流）嘴流自噴井采油裝置

5.2.2井下管柱§二、自噴采油(1)—油層；(2)—活動油管頭；(3)—油管堵塞器；(4)—偏心配產(chǎn)器；(5)—封隔器；(6)—支撐卡瓦；(7)—撞擊筒；(8)—絲堵自噴并分層采油管柱結(jié)構(gòu)示意圖§1、

自噴采油自噴井采油裝置

5.2.2井下管柱(4)配產(chǎn)器

用于控制各油層的回壓，適當(dāng)降低高滲透油層的采油量，相對加大中低滲透層的采油量，實現(xiàn)分層配產(chǎn)或不壓井起下作業(yè)。

(5)油井分隔器

作用是分隔油層，是實行分層開采的主要工具。

自噴并分層采油管柱結(jié)構(gòu)示意圖自噴井采油裝置

5.2.2井下管柱(6)錨類或支撐卡瓦

連接在封隔器的下部作為管柱的支點。用于座封封隔器，克服封隔器因受上部壓力所產(chǎn)生的向下推力，防止管柱向下移動。自噴并分層采油管柱結(jié)構(gòu)示意圖5.2.3井口裝置§自噴采油套管頭油管頭采油樹§自噴采油套管頭作用：連接井下各層套管柱，使各層套管間的環(huán)形空間相互密封。

安裝井口裝置。5.2.3井口裝置§自噴采油5.2.3井口裝置油管頭安裝在套管頭之上。

作用：懸掛油管柱；

密封油管與生產(chǎn)套管之間的環(huán)形空間；并可通過油、套管空間進(jìn)行各種工藝作業(yè)。

§自噴采油5.2.3井口裝置采油樹安裝在套管頭之上。

作用：引導(dǎo)油井噴出的油氣通向地面的輸油管線，控制和調(diào)節(jié)油井的流量和井口壓力，必要時可關(guān)閉油井。

機(jī)械采油用專門的抽油裝置，將油井中的油液舉升到地面，以便保持井底和油層之間油液流動的壓力差，保證油氣源源不斷地流向井底。這種采油方式稱作機(jī)械采油或人工舉升采油。用于在低滲透、低壓力油層地區(qū)的采油。目前，我國的機(jī)械采油量占總采油量的80％以上?！?機(jī)械采油§3機(jī)械采油分類潛油電動離心泵潛油電動螺桿泵機(jī)械采油有桿泵常規(guī)（抽油機(jī)）螺桿泵無桿泵潛油電泵水力泵水力活塞泵水力射流泵氣舉連續(xù)氣舉間歇氣舉（1）常規(guī)抽油機(jī)——深井泵采油（2）地面驅(qū)動井下螺桿泵采油§3機(jī)械采油.1有桿泵采油.2無桿泵采油（1）水力活塞泵采油（2）電動潛油離心泵采油（3）電動潛油螺桿泵采油5.3氣舉采油

有桿泵抽油或稱泵抽法是目前世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣的一種采油方法.當(dāng)今,世界上有80%以上的油井用抽油方式進(jìn)行生產(chǎn);在國內(nèi)也有60-70%的生產(chǎn)井為抽油井.

適用范圍廣：它能適應(yīng)任何油藏壓力,既能適應(yīng)日產(chǎn)千噸以上的高產(chǎn)井,也能適應(yīng)日產(chǎn)幾噸的低產(chǎn)井.而且傳統(tǒng)的桿式抽油裝置結(jié)構(gòu)簡單,維修工作量小,因而得到了廣泛的應(yīng)用.

5.3.1有桿泵采油有桿泵采油占主導(dǎo)地位，占人工舉升方式的90％發(fā)展時間長技術(shù)較成熟工藝比較配套設(shè)備裝置耐用，故障率低抽深和排量能夠覆蓋大多數(shù)井目前油田上采用的有游梁式抽油機(jī)和無游梁式抽油機(jī)（鏈條式抽油機(jī)和塔架式抽油機(jī)）。典型桿驅(qū)往復(fù)泵抽油系統(tǒng)典型桿驅(qū)螺桿泵抽油系統(tǒng)地面部分抽油機(jī)：提供動力。地面主要設(shè)備；井下部分抽油泵(又稱深井泵)；井下設(shè)備。主要部件：泵筒、活塞、游動凡爾、固定凡爾。抽油桿。傳遞動力。連接地面、井下設(shè)備的部件。

有桿泵采油(1)常規(guī)抽油機(jī)—深井泵采油有桿泵采油工作原理(1)常規(guī)抽油機(jī)—深井泵采油工作原理：在抽油的過程中，抽油機(jī)驢頭將帶動抽油桿及活塞上下運動，每上下運動一次，稱為“一個沖程”,也稱“一個抽汲周期”。在一個沖程中，深井泵完成一次井筒進(jìn)油和井口排油的全過程。在上沖程中：抽油桿帶動活塞上行時，游動凡爾關(guān)閉（活塞上部液柱壓力作用），固定凡爾打開（泵筒內(nèi)部壓力降低的作用），泵內(nèi)吸液（井筒中），井口排液；

在下沖程中：抽油桿帶動活塞下行時，固定凡爾關(guān)閉（泵筒內(nèi)液柱受壓，壓力增高），游動凡爾打開（泵筒內(nèi)液柱壓力＞泵外油管中液柱壓力），泵排液（泵內(nèi)液體進(jìn)入油管）。如此，抽油機(jī)帶動活塞不斷的上下運動，深井泵就完成了將油從井下舉升到地面的抽油工作。有桿泵采油常規(guī)游梁式抽油機(jī)(1)常規(guī)抽油機(jī)—深井泵采油有桿泵采油曲柄連桿式抽油機(jī)鏈條式抽油機(jī)(1)常規(guī)抽油機(jī)—深井泵采油有桿泵采油抽油泵(1)常規(guī)抽油機(jī)—深井泵采油抽油桿有桿泵采油(2)地面驅(qū)動井下螺桿泵采油地面設(shè)備部分防爆電動機(jī)、皮帶輪、減速箱和光桿密封等；井下設(shè)備部分抽油桿、接頭、轉(zhuǎn)子、定子、定位襯套、扶正器、封隔器或油管錨等；有桿泵采油(2)地面驅(qū)動井下螺桿泵采油螺桿泵采油技術(shù)防轉(zhuǎn)裝置(1)水力活塞泵采油水力活塞泵能用于稠油井、高含蠟井、深井和定向井，且效率較高。裝置包括3大部分：井下部分地面部分中間部分§機(jī)械采油5.3.2無桿泵采油無桿泵采油(1)水力活塞泵采油井下部分

是水力活塞泵系統(tǒng)的主要機(jī)組，由井下液馬達(dá)、往復(fù)容積式抽油泵、控制滑閥等組成，完成抽油的主要動作。無桿泵采油(1)水力活塞泵采油地面部分

由柱塞泵組、井口裝置、井口四通、控制閥及動力液系統(tǒng)，起著向井下機(jī)組供給高壓動力液及處理動力液的作用。

無桿泵采油(1)水力活塞泵采油中間部分

各種專用管道及油管。起著將動力液從地面送至井下機(jī)組，以及將抽出的地層液和工作過的乏動力液排出地面的作用。無桿泵采油(1)水力活塞泵采油工作原理

地面動力液→中心油管→井下液馬達(dá)→帶動抽油泵的柱塞作往復(fù)運動→固定閥和游動閥交替打開和關(guān)閉，實現(xiàn)吸油和排油動作→廢動力液和抽吸的原油，一起從油、套管環(huán)形空間排到地面，通過井口四通閥進(jìn)入地面輸油管道?！鞕C(jī)械采油2無桿泵采油

(2)電動潛油離心泵采油

是一種比較經(jīng)濟(jì)有效、特別適用于海上油井和高產(chǎn)油井的機(jī)械采油方法，可以從較深的不同狀況的油井中大量提取地層液?！鞕C(jī)械采油2無桿泵采油

(2)

電動潛油離心泵采油主要設(shè)備

由電動機(jī)、保護(hù)器、吸入口(或氣體分離器)、多級沉沒式離心泵、電纜、控制柜和變壓器等組成。潛油電動機(jī)為離心泵提供動力；

無桿泵采油(2)電動潛油離心泵采油多級離心泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液能，提高油井液的壓頭，并將其舉升到地面；無桿泵采油(2)電動潛油離心泵采油無桿泵采油保護(hù)器起著補(bǔ)償漏油和電機(jī)平衡室的作用；無桿泵采油油氣分離器用于分離井液中的游離氣體，并使游離氣體進(jìn)入油、套管環(huán)形空間?！鞕C(jī)械采油無桿泵采油

(3)

潛油電動螺桿泵采油主要設(shè)備

螺桿泵、保護(hù)器和潛油電機(jī)等。

適用于含砂、含蠟、稠油的油井開采。無桿泵采油(3)潛油電動螺桿泵采油結(jié)構(gòu)原理§機(jī)械采油氣舉采油

氣舉法采油是應(yīng)用壓縮機(jī)等機(jī)械手段，將經(jīng)脫氧的空氣、氮氣或二氧化碳?xì)獾茸⑷胗凸芑蛴?、套管環(huán)形空間，并經(jīng)過油管將井液舉升到地面的一種采油方法。氣舉采油系統(tǒng)示意圖

依靠從地面注入井內(nèi)的高壓氣體與油層產(chǎn)出流體在井筒中混合，利用氣體的膨脹使井筒中的混合液密度降低，將流到井內(nèi)的原油舉升到地面。氣舉采油原理向井筒周期性地注入氣體，推動停注期間在井筒內(nèi)聚集的油層流體段塞升至地面，從而排出井中液體。主要用于油層供給能力差，產(chǎn)量低的油井。氣舉分類（按注氣方式分）氣舉連續(xù)氣舉將高壓氣體連續(xù)地注入井內(nèi)，排出井筒中液體。適應(yīng)于供液能力較好、產(chǎn)量較高的油井。間歇氣舉

氣舉方式示意圖

(a)單層管環(huán)空進(jìn)氣方式；

(b)單層管中心進(jìn)氣方式；

環(huán)形空間進(jìn)氣方式和中心進(jìn)氣方式§4采氣工程1

采氣工程內(nèi)容采氣工程是從氣井完井投產(chǎn)到集輸處理的整個氣田開發(fā)的采氣工藝方案設(shè)計和工藝技術(shù)的總稱。主要任務(wù)是：完井及試油作業(yè)天然氣生產(chǎn)增產(chǎn)措施及作業(yè)井下作業(yè)與修井地面集輸與處理采氣工