《采油工程》課件

第五章采油工程5.1概述5.2采油方法5.3增產措施5.4提高采收率5.5采油過程與環(huán)保興趣是最好的老師什么是油氣采收率？主要的采油方法有哪些？實現(xiàn)自噴采油的地層條件是什么？自噴采油經過哪幾個步驟從油層到集油站？4、注水的作用是什么？為什么需要分層注水？5、什么是水力壓裂？水力壓裂增產的原理是什么？什么是酸化？酸化和壓裂能否同時進行？6、何謂提高油氣采收率？提高采收率的主要方法有哪些？一次采油、二次采油、三次采油的概念？7、化學驅油法的原理及種類？什么是熱力采油法？熱力開采的蒸汽吞吐、蒸汽驅有何不同？8、采油過程中的主要環(huán)境問題有哪些？9、采油廢水的產生來源？采油廢水的特點有哪些？采油廢水中污染物種類有哪些？原油在水中有幾種存在狀態(tài)？10、采油過程會產生的固體廢物種類及其來源？11、采油過程產生的工藝廢氣中主要成分是什么？12、采油過程中主要的發(fā)聲設備有哪些？居住及文教區(qū)執(zhí)行的噪聲標準晝夜量值為多少？油層采油工程部分水井油井油藏工程部分人工補充能量人工舉升采油液氣集輸油氣脫水處理污水原油回注或排放液采油工程的定義5.1采油工程概述勘探發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)油氣流的含油氣構造制定合理的開發(fā)方案進行合理的鉆井設計和科學的鉆井施工5.1.2.采油工程的任務開發(fā)的動態(tài)監(jiān)測與開發(fā)調整采取有效措施，提高原油采收率5.1采油工程概述經濟有效地提高油田產量和原油采收率5.1.3.采油工程的目標5.1采油工程概述、采油工程系統(tǒng)的組成人工建造系統(tǒng)：井底、井筒、井口裝置、采油設備、注水設備以及地面集輸、別離和儲存設備等

油氣藏：具有一定儲存和流動特性的孔隙或裂縫介質系統(tǒng)5.1采油工程概述、采油工程的方法采油工程的方法通過對注水井和采油井采取的一系列措施，保持油田的穩(wěn)產、高產，實現(xiàn)油田的開發(fā)指標5.1采油工程概述采油方法有桿泵采油

無桿泵采油

機械采油自噴采油氣舉法采油

深井泵采油

5.1采油工程概述1、采油方法

采油方法是指將流入井底的原油采到地面所采用的工藝方法和方式。2、采油方法分類人工舉升采油自噴采油采油方法分類人工給井筒流體增加能量將井底原油舉升至地面的采油方式。利用油層自身能量將原油舉升到地面的采油方式。5.2、采油方法自噴采油

1、自噴采油的定義利用油層本身的能量將油舉升到地面的方式。2、自噴采油的特點井筒和地面設備簡單。油井自噴的條件、產量取決于地層中的石油所具有的能量是否大于自噴井中流動過程的能量損失之和。地層能量>能量損失之和自噴地層能量與能量損失之和的差值越大，產量越大井口裝置油層油管套管喇叭口噴出液量一、油井流入動態(tài)：〔1〕從油層到井底的地下滲流；〔2〕從井底到井口的垂直管流；〔3〕經油嘴流出井口的嘴流；〔4〕通過井口地面出油管線流至集油站別離器的水平管流。自噴采油

1、自噴井生成過程中，原油流至地面別離器一般要經過四個流動過程：計量站井口裝置油層自噴井、人工舉升采油：氣舉采油有桿泵采油無桿泵采油人工舉升〔機械采油〕有桿泵（桿柱傳遞能量）常規(guī)深井泵（抽油機抽油）地面驅動螺桿泵電泵（電纜傳遞能量）無桿泵水力泵（液體傳遞能量）氣舉（氣體傳遞能量）連續(xù)氣舉間歇氣舉氣舉采油利用從地面向井筒注入高壓氣體,將原油舉升至地面的一種人工舉升方式。氣舉定義：優(yōu)點：井口和井下設備比較簡單缺點：高產量的深井；氣油(液)比高的油井；定向井和水平井等。適用條件：一、氣舉采油原理

依靠從地面注入井內的高壓氣體與油層產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，將流到井內的原油舉升到地面。氣舉采油向井筒周期性地注入氣體，推動停注期間在井筒內聚集的油層流體段塞升至地面，從而排出井中液體。氣舉分類連續(xù)氣舉將高壓氣體連續(xù)地注入井內，排出井筒中液體。間歇氣舉適用條件：供液能力較好、產量較高的油井。適用條件：油層供給能力差，產量低的油井。氣舉采油a—停產時；b—環(huán)形液面到達管鞋；c—氣體進入油管連續(xù)氣舉間歇氣舉氣舉采油一、抽油裝置其它附件設備組成抽油機（地面）抽油桿（傳動動力）抽油泵（井筒內）有桿泵采油抽油機是有桿深井泵采油的主要地面設備，它將電能轉化為機械能，包括游梁式抽油機和無游梁式抽油機兩種。1、抽油機有桿泵采油抽油井井口裝置盤根盒光桿膠皮閘門工作時，動力設備將高速旋轉運動通過減速箱傳遞給曲柄，帶動曲柄作低速旋轉；曲柄通過連桿帶動游梁作上下擺動；掛在驢頭上的懸繩器通過抽油桿帶動井下深井泵作上下往復運動，把油抽到地面。工作原理有桿泵采油2、抽油泵工作筒(外筒和襯套)柱塞游動凡爾(排出閥)

固定凡爾(吸入閥)主要組成抽油泵是將機械能轉化為流體壓能的設備。柱塞游動凡爾工作筒固定凡爾有桿泵采油工作筒游動凡爾拉桿活塞固定凡爾潛油電機保護器分離器多級離心泵潛油電纜井下機組部分變壓器控制屏接線盒地面控制部分泄油閥單流閥電力傳輸部分電潛泵采油系統(tǒng)示意圖電潛泵無桿泵采油電潛泵它是將電動機和泵一起下入油井內液面以下進行抽油的井下采油設備。地面電源通過變壓器、控制屏和潛油電纜將電能輸送給井下潛油電機，使電機帶動多級離心泵旋轉，將電能轉換為機械能，把油井中的井液舉升到地面。無桿泵采油5.3增產措施：注水工藝水力壓裂酸化酸化壓裂注水開發(fā)〔1〕、提高采收率油田依靠地層能量采油，除少數(shù)有邊水補充能量外，一般采收率不到10%〔20％〕，而利用注水，采收率可達20%～30%〔35％～50％〕?！?〕、高產穩(wěn)產采用注水，能保持或提高油層壓力，保證油流在油層中有足夠的能量，維持油田的合理開采速度，使其長期穩(wěn)產高產?！?〕、改善油井生產條件對于高飽和壓力的溶解氣驅油田，使井下流動壓力高于天然氣溶解于原油中的飽和壓力，使天然氣在油井中的上升過程中攜油上升，延長自噴期?！?〕、變廢為利，保護環(huán)境隨著油田開發(fā)，含油污水日益增多，將其處理后回注地下，既防止了環(huán)境污染，又充分節(jié)省了水資源，變廢為利，利國利民。一、注水的作用注采系統(tǒng)簡易流程圖二、注水的方式水井油井注水井在油藏所處的部位和注水井與生產井之間的排列關系。二、注水方式油田的油層性質和構造條件確定注水方式的主要依據(jù)：目前國內外油田所采用的注水方式邊緣注水邊內切割注水面積注水不規(guī)則點狀注水二、注水的方式注水井分布在含油區(qū)上1、邊緣注水注水井部署在含水區(qū)內或油水過渡帶上或含油邊界以內不遠處。注水井分布在含水區(qū)邊〔緣〕外注水分類緣上注水注水井分布在油水過渡帶上邊〔緣〕內注水邊緣注水示意圖二、注水的方式緣內注水注水井緣外注水緣上注水生產井二、注水的方式利用注水井排將含油面積切割成許多塊〔切割區(qū)〕，每個切割區(qū)可以作為一個獨立的開發(fā)單元。2、切割注水切割注水示意圖將注水井和生產井按一定的幾何形狀和密度均勻地布置在整個含油面積進行開發(fā)。3、面積注水(a)正對式排狀注水(b)交錯式排狀注水線性注水示意圖注采井數(shù)比為1：1〔1〕線狀注水系統(tǒng)注水井和生產井都等距地沿著直線分布，一排注水井對應一排生產井。注水井與生產井即可以正對也可以交錯?！?〕強化面積注水系統(tǒng)根據(jù)油水井相互位置和所構成的井網形狀不同五點法七點法九點法反九點法四點法三、分層注水、分層調剖和分層增注三大矛盾—層與層之間由于滲透率差異達幾百上千倍，注水后，各層受效時間、地層壓力、產油速度、含水率都不一樣。層間矛盾三大矛盾—平面矛盾一口注水井要對應兩口以上的油井注水，由于沉積相的影響，各油井受效情況差異很大。三、分層注水、分層調剖和分層增注三大矛盾—層內矛盾在同一油層內，由于油層的非均勻質存在，影響該層的注水采收率。大厚油層層內矛盾巖性變壓的層內矛盾三、分層注水、分層調剖和分層增注三大矛盾三、分層注水、分層調剖和分層增注油層油層人工井底油層偏心配水器球座死堵封隔器封隔器偏心配水器尾管分層注水井井下工藝管柱篩管一、什么是壓裂？用壓力將地層壓開一條或幾條水平的或垂直的裂縫，并用支撐劑將裂縫支撐起來，減小油、氣、水的流動阻力，溝通油、氣、水的流動通道，從而到達增產增注的效果。水力壓裂油管套管封隔器油層水力壓裂增產增注的原理:〔1〕由于壓裂在井底附近形成了具有一定規(guī)模高導流能力的裂縫，改善了油層的導流能力，從而降低井底附近地層中流體的滲流阻力;〔2〕改變了流體的滲流狀態(tài)，由徑向流變成雙線性流〔地層線性流向裂縫，裂縫內流體線性流入井筒〕，消除了徑向節(jié)流損失，大大降低了能量消耗。水力壓裂支撐劑的類型：按其力學性質分為兩大類：脆性支撐劑如石英砂、玻璃球等特點是硬度大，變形小，在高閉合壓力下易破碎韌性支撐劑如核桃殼、鋁球等特點是變形大，承壓面積大，在高閉合壓力下不易破碎目前礦場上常用的支撐劑有兩種：一是天然砂；二是人造支撐劑〔陶?！场Ｋ毫阉毫咽┕がF(xiàn)場水力壓裂施工現(xiàn)場水力壓裂施工現(xiàn)場油層酸化處理是利用酸液能溶解巖石中所含鹽類物質〔巖石膠結物或地層孔隙(裂縫)內堵塞物等〕的特性，擴大近井地帶油層的孔隙度，提高地層滲透率，改善油、氣流動狀況，以增加油氣產量的一種增產措施。酸化酸壓與水力壓裂相比：相同點：〔根本原理和目的均相同〕不同點：實現(xiàn)其導流性的方式不同目標均是為了產生有足夠長度和導流能力的裂縫，減少油氣水滲流阻力。水力壓裂：裂縫內的支撐劑阻止停泵后裂縫閉合；酸壓：一般不適用支撐劑，而是依靠酸液對裂縫壁面的不均勻溶蝕產生一定的導流能力。酸化壓裂三次采油:也稱提高原油采收率(或“強化開采〞“EnhancedOilRecovery〞,即EOR或ImprovementOilRecovery，即IOR)。概述一次采油：原油是利用天然能量來開采的,其最終采收率一般只能到達15%左右。二次采油：當天然能量衰竭時,通過注水〔或注氣〕向油層提供補充能量，采收率遠比能量衰竭法高,最終采收率通常為30%～40%。概述、根本概念2、提高原油采收率——在我國各油田的潛力非常大。原油可采儲量的補充，越來越多地依賴于已探明地質儲量中采收率的提高。注水開采只是整個油田開發(fā)全過程度一個階段，而提高采收率那么是油田開發(fā)永恒的主題。新增原油可采儲量的方法1、新增地質儲量〔新油田、新油藏、油藏擴邊〕——原油增產和穩(wěn)產最直接、最有效的途徑越來越難，潛力越來越小。概述、根本概念一、提高石油采收率〔EOR〕——向地層中注入驅油劑，改善油藏及其流體的物理化學性質，提高宏觀與微觀驅油效率的采油方法統(tǒng)稱為提高石油采收率方法。概述、根本概念根本概念提高采收率方法可以包括除了利用天然能量開采和以補充地層能量、保持地層壓力為目的的注水〔注氣〕開采以外的各種采油方法。根本概念概述、根本概念目前，世界上已經開發(fā)的油氣田，其采收率高的已超過70%，低的缺乏10%。提高采收率的必要性我國東部油田平均采收率為30%，尚有2/3的原油滯留在地下沒有被開采出來。巨大的待開發(fā)的油氣資源！包括：聚合物驅、活性劑驅、堿驅和復合驅。原理化學驅油法通過向油藏注入化學劑，以改善流體和巖石間的物化特征，如降低界面張力、改善流度比等，從而提高原油采收率?！?〕注聚合物驅油聚合物分子特點〔1〕注聚合物驅油聚合物驅油的適用性注水的流度比較大〔2～20〕油層溫度不高于120～150℃油層不存在大裂縫和溶洞水驅尚未產水或產水不多的油層〔1〕注聚合物驅油我國注水開發(fā)油田的油藏條件研究得知，適合聚合物驅的油藏占相當大的比例。聚合物驅在一定條件下可提高采收率約為3-5％，個別條件更為適宜的可達10％?！?〕注聚合物驅油通過向油層中注入外表活性劑到達降低油水界面張力，使油水增溶解，改善巖石外表潤濕性，改善流度比而提高驅油效率的一種提高采收率方法?！?〕注外表活性劑溶液驅油外表活性劑的特性外表活性劑—用量很小就可顯著改變界面張力的物質。外表活性劑的分子結構—兩親結構〔2〕注外表活性劑溶液驅油外表活性劑的特性界面吸附降低界面張力形成膠束〔2〕注外表活性劑溶液驅油外表活性劑的特性形成膠束〔2〕注外表活性劑溶液驅油外表活性劑的作用潤濕作用乳化作用起泡作用增溶作用〔2〕注外表活性劑溶液驅油外表活性劑的驅油原理混相驅就是將兩種流體完全溶解在一起，它與非混相流體的區(qū)別在于兩種流體之間的界面張力很小。例如：水—酒精—油〔體系〕非混相驅由于現(xiàn)場通常采用注微乳液段塞，并非連續(xù)注微乳液，難免會因地下水稀釋等原因而喪失微乳液性質?！?〕注外表活性劑溶液驅油外表活性劑的驅油原理〔2〕注外表活性劑溶液驅油按照使用的混相注入劑，分為：烴類混相驅、非烴類混相驅

驅油機理：氣體與原油之間建立混相帶，消除界面張力，提高驅油效率。混相驅：指向油藏中注入一種能與原油在地層條件下完全或部分混相的流體驅替原油的開發(fā)方法?；煜囹層头N類混相驅高壓干氣驅油液化石油氣驅富氣驅油非烴類混相驅CO2驅油N2驅油注氣驅油原理—混相驅烴混相驅注液化石油氣注高壓注干氣富氣驅CO2驅惰性氣體驅氮氣驅煙道氣驅氣體混相驅油原理熱力采油是指向油層注入熱流體或使油層就地發(fā)生燃燒形成移動熱流，主要依靠熱能降低原油粘度，以增加原油流動能力的采油方法。熱力采油法熱力采油法主要用于對付稠油〔地層溫度下脫氣油粘度大于10000mPa.s或相對密度大于0.95的原油〕的開采，但也可以用于開采稀油。熱力采油工藝可分為兩類：注熱流體法－蒸汽油層就地燃燒法1、注熱流體法－蒸汽注蒸汽采油是以水蒸氣為介質，把地面產生的熱注入油層的一種熱力采油方法。分為：蒸汽吞吐和蒸汽驅兩種。在一口井完成注蒸汽、燜井、開井生產三個連續(xù)過程。從注蒸汽開始到油井不能生產為止，即完成一個過程，稱為一個周期。根據(jù)油藏實際情況，可吞吐假設干個周期。蒸汽吞吐過程熱力采油法蒸汽吞吐開采原理示意圖蒸汽 油 層油注汽燜井采油蒸汽驅開采方式蒸汽帶熱油水混合帶油層蒸汽注入火燒油層燃燒過程示意圖熱力采油法反向燃燒法正向燃燒微生物采油微生物采油〔MicrobialEnhancedOilRecovery—MEOR〕通過有選擇地向油層注入微生物基液和營養(yǎng)液，使得微生物就地繁殖生長，其代謝產物與原油產生物化作用。產生氣體或活性物質，可以降低油水界面張力，以提高石油采收率的方法。微生物采油驅油機理：⑴產生外表活性劑，降低油水界面張力，并乳化原油，改變巖石對原油的相對滲透率。(2)產生各種氣體〔CH4、H2、CO2、H2S等〕溶于石油，從而降低原油粘度。(3)產生有機酸酮類、醇類等有機溶劑，降低界面張力。(4)產生分解酶類，裂解重質烴和石臘組分，改善原油流動性，降低地層滲流阻力。存在問題①微生物吃石油，據(jù)報道世界原油儲量的10%損失于微生物吃油；②篩選高效分解原油各組分的細菌；③微生物堵塞油層；④其它問題：細菌地下新陳代謝的活性問題；注入菌與固有細菌的競爭問題；如何抑制不期望細菌的過度繁殖問題。微生物采油5.5、采油過程中的環(huán)境問題

采油過程中的主要的環(huán)境污染問題有：

廢水污染、固體廢棄物污染、廢氣污染和噪聲污染。在石油開采過程中，絕大局部時間是在中、高含水期下〔20%-70%〕進行的，無水采油期很短，油田生產后期，原油含水可達90%以上，這便產生了大量采油廢水。采油廢水主要來自采出水和注水井洗井水?！?〕采出水：從地層中隨原油一起開采出來的含油的廢水稱為采出水。經污水處理站處理后可回注油層?！?〕注水井洗井水：對注水井進行反沖洗，以去除濾網上沉積的固體和生物膜，從而產生了洗井廢水。1.采油廢水隨著油田開發(fā)，我國許多油田已進入高含水期，采出液綜合含水不斷上升，含油污水成為油田的第一大污染源。如勝利油田20世紀90年代末期污水產生量近70萬m3/d，污水外排近8萬m3/d，每年用于污水的處理投資達數(shù)億元，污水處理站已達100多座。高礦化度的廢水易腐蝕輸油管線，使外輸管線穿孔，污染土壤及地下水。采油廢水的特點：〔1〕產生量大油田經過多年的開發(fā)建設，其石油開采已處于“三高〞階段。隨著油田進入開發(fā)后期，采出液含水率將逐年上升，由此造成了污水量增加，注水難度增大，再加上低滲透區(qū)塊和特殊開采工藝〔注蒸汽開采〕無法實施污水回注、利用清水配注聚合物的“三次采油〞影響了污水回注等，使采油廢水排放量呈逐年增加趨勢。如勝利油田20世紀90年代末期采出液的含水率達90%以上，污水產生量近70萬m3/d，其中外排近8萬m3/d?！?〕水溫高一般在40-60℃之間。來源于地層深處?！?〕礦化度高，腐蝕和結構現(xiàn)象嚴重我國陸上幾個油田，如江漢、勝利、中原、長慶油田采出水的礦化度、硬度都很高，如江漢油田為17×104-20×104mg/l；勝利油田為2×104-5×104mg/l，中原油田為8×104-14×104mg/l，最高可達30×104mg/l。礦化度高的水導電率高，加速電化反響，使腐蝕速度加快。另外采油廢水中還溶解了一些氣體，如氧氣、硫化氫、二氧化碳等，其中氧氣是很強的氧化劑，容易造成電化學腐蝕，酸性氣體與氧氣共同作用會使腐蝕速度成倍增長。高礦化度廢水中的大量HCO3-、SO42-、Ca2+、Mg2+、Ba2+等離子，在一定條件下，極容易產生碳酸鹽沉淀和硫酸鹽沉淀〔結垢〕，影響生產?！?〕PH值高一般在之間?！?〕有機物含量高、種類多采出水本身含有多種有機物，如揮發(fā)酚、硫化物和石油類。為保證油水別離，紡織服飾、結構，還添加了大量化學藥劑，