石油工程采油

組員：任凡，鮮棋詩，秦思，何梓筠，關雨晴，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。§常見完井方法8.2.3防砂完井地層出砂的危害設備磨損加劇，增加維護成本；造成油井堵塞，導致停產(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；預充填篩管完井§8.3完井方法分析8.3.1選擇完井方法應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壓射孔兩種；負壓射孔負壓差過大的風險。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“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。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，而與液柱形狀無關。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。通常可以用第一口井或第一批井的實測壓力來表示。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“壓力異常”。在研究異常地層壓力時，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。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，補充氣頂能量。人工補充能量自噴采油機械采油有桿泵采油方法常規(guī)（抽油機）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，可達總壓降30－80％。流動結構：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構示意圖§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構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構示意圖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，必要時可關閉油井。

機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，我國的機械采油量占總采油量的80％以上?！?機械采油§3機械采油分類潛油電動離心泵潛油電動螺桿泵機械采油有桿泵常規(guī)（抽油機）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——深井泵采油（2）地面驅(qū)動井下螺桿泵采油§3機械采油.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)應用最廣的一種采油方法.當今,世界上有80%以上的油井用抽油方式進行生產(chǎn);在國內(nèi)也有60-70%的生產(chǎn)井為抽油井.

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

5.3.1有桿泵采油有桿泵采油占主導地位，占人工舉升方式的90％發(fā)展時間長技術較成熟工藝比較配套設備裝置耐用，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和無游梁式抽油機（鏈條式抽油機和塔架式抽油機）。典型桿驅(qū)往復泵抽油系統(tǒng)典型桿驅(qū)螺桿泵抽油系統(tǒng)地面部分抽油機：提供動力。地面主要設備；井下部分抽油泵(又稱深井泵)；井下設備。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、井下設備的部件。

有桿泵采油(1)常規(guī)抽油機—深井泵采油有桿泵采油工作原理(1)常規(guī)抽油機—深井泵采油工作原理：在抽油的過程中，抽油機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)液體進入油管）。如此，抽油機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(1)常規(guī)抽油機—深井泵采油有桿泵采油曲柄連桿式抽油機鏈條式抽油機(1)常規(guī)抽油機—深井泵采油有桿泵采油抽油泵(1)常規(guī)抽油機—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備部分防爆電動機、皮帶輪、減速箱和光桿密封等；井下設備部分抽油桿、接頭、轉子、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防轉裝置(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)的主要機組，由井下液馬達、往復容積式抽油泵、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→帶動抽油泵的柱塞作往復運動→固定閥和游動閥交替打開和關閉，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，通過井口四通閥進入地面輸油管道?！鞕C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)濟有效、特別適用于海上油井和高產(chǎn)油井的機械采油方法，可以從較深的不同狀況的油井中大量提取地層液?！鞕C械采油2無桿泵采油

(2)

電動潛油離心泵采油主要設備

由電動機、保護器、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械能轉換為液能，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器起著補償漏油和電機平衡室的作用；無桿泵采油油氣分離器用于分離井液中的游離氣體，并使游離氣體進入油、套管環(huán)形空間。§機械采油無桿泵采油

(3)

潛油電動螺桿泵采油主要設備

螺桿泵、保護器和潛油電機等。

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構原理§機械采油氣舉采油

氣舉法采油是應用壓縮機等機械手段，將經(jīng)脫氧的空氣、氮氣或二氧化碳氣等注入油管或油、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)空進氣方式；

(b)單層管中心進氣方式；

環(huán)形空間進氣方式和中心進氣方式§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)的采氣工藝方案設計和工藝技術的總稱。主要任務是：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