石油工程概论综述PPT课件

石油工程概论(GeneralIntroductionofPetroleumEngineering),白金工学院216室,石油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并优选举升方法，经济有效地将深埋于地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称。,石油工程的定义,油气藏的形成及类型,石油的生成学说：有机成因说、无机成因说。油气藏形成的条件可归结为四个必要条件：即有生油层、储油层、盖层和保护层。按照圈闭条件的不同，油气藏可以分为：背斜构造油气藏、断层遮挡油气藏、岩性油气藏、不整合封闭油气藏。,油藏流体的特点,高温高压，且石油中溶解有大量的烃类气体；随温度、压力的变化，油藏流体的物理性质也会发生变化，同时会出现原油脱气、析蜡、地层水析盐或气体溶解等相态转化现象。烃类流体的密度小，比水轻。,天然气的组成与分类a、天然气的组成,石蜡族低分子饱和烷烃(alkane)（主要）,CH4,7098,非烃气体（少量）（nonhydrocarbongas）,H2S,H2O,N2,CO,CO2,C5,惰性气体(inertgas):,He、Ar,矿藏(mine),汽油蒸气含量(thecontentofgasolinestream),硫含量(thecontentofsulfur),凝析气(condensategas):具有反凝析作用能形成凝析油的气田气,油藏气(gasofoilreservoir):又叫油田气,伴生气,溶解或气顶中的气,气藏气(gasofgasreservoir):又叫气田气,单独聚集成气藏,b、天然气的分类,干气（CH498%）,湿气（富气）（C2+5%，汽油蒸气）,酸气1g/m3,净气1。,用接触脱气法得到的地层原油溶解气量的标准体积与地面脱气原油的体积之比，m3/m3。,Vg地层油在地面脱出的气量（标准状态）m3Vo地面脱气原油体积，m3。Rs在地层条件下的原油溶解气油比，,地层油的溶解气油比是用接触脱气的方法得到的。,溶解气油比（Rs）(solutiongas-oilratio,SGOR),压缩系数（Co）(coefficientofcompressibility),在温度一定的条件下，单位体积地层油随压力变化的体积变化率，1/MPa。,粘度（）(viscosity),当速度梯度为1时单位面积上流体的内摩擦力，单位：mPa.s。,地层水矿化度(formationwatersalinity),地层水是指处于油藏边部和底部的边水和底水、层间水及与油共存的束缚水等。,单位体积地层水中所含各种离子、分子、盐类、胶体的总含量，称为地层水矿化度，以mg/L或mol/L表示。,砂岩的孔隙和粒度组成,油藏岩石的孔隙度,岩石骨架,孔隙：砂粒间未被胶结物或固体物质充填的空间。,岩石,砂粒：性质不同、形状各异、大小不等。,胶结物：除砂粒以外的化学沉淀物质。,砂粒的大小、形状、排列方式、胶结物的数量、性质及其胶结方式都会影响岩石的孔渗特性。,(5)岩石的胶结物：,(6)胶结类型：,(1)基底胶结,(2)孔隙胶结,(3)接触胶结,(4)杂乱胶结,1.砂岩的孔隙和粒度组成,绝对孔隙度（）,总孔隙体积Va与岩石总体积Vb的比值,有效孔隙度（）,流动孔隙度（）,有效孔隙体积Ve与岩石总体积Vb的比值,可流动的孔隙体积Vf与岩石总体积Vb的比值,岩石孔隙度的分类,孔隙度是指岩石中孔隙体积与岩石总体积的比值。,储层岩石(砂岩)孔隙度评价,油藏岩石流体饱和度(saturation),油层孔隙里含油（水、气）的体积与孔隙体积的比值。是计算油田储量的重要数据。含油饱和度越大，说明地层中含油越多。,(同一油藏),1、油藏含油（水、气）饱和度,So、Sw、Sg分别为油、气、水的饱和度；Vo、Vw、Vg分别为油、气、水的体积；Vp、Vt分别为孔隙体积和岩石总体积；,是指分布和残存在岩石颗粒接触处角隅和微细孔隙中或吸附在岩石骨架颗粒表面，不可流动的水，称为束缚水。单位孔隙体积中束缚水所占的比例称为束缚水饱和度。,2、束缚水饱和度（Swi),Swi束缚水饱和度；Vwi束缚水体积；Vp孔隙体积；,束缚水饱和度影响因素分析：,岩石的孔隙结构,岩石中泥质含量,岩石的润湿性,岩石孔隙小，连通性差，束缚水饱和度大。,随岩石亲水性的增强，束缚水饱和度增加。,泥质含量增加，束缚水饱和度增大。,其大小用渗透率(permeability)表示。,适用条件：（1）流体必须为牛顿流体；（2）渗流速度必须在适当范围；（渗流阻力主要由粘滞力引起）,1、达西定律(Darcyslaw),达西定律(Darcyslaw),Q通过砂层的渗流流量，cm3/s；K砂层渗透率，它反映液体渗过砂层的通过能力，m2；A渗流横截面积，cm2；P两渗流面截间的折算压力差，大气压；液体粘度，mPas；L两渗流截面间的距离，cm。,2、绝对渗透率：指单相流体在多孔介质中流动，不与之发生物理化学作用的渗透率。绝对渗透率是油藏岩石本身固有的特性参数，其大小只取决于岩石本身，而与实验流体无关。,3、有效渗透率：当岩石中有两种以上流体共存时，岩石对某一相流体的通过能力，又称相渗透率。有效渗透率不仅与岩石本身性质有关，而且与流体性质及其数量比例有关。,4、相对渗透率：当岩石中有多种流体共存时，每一种流体的有效渗透率与绝对渗透率的比值，以小数或百分数表示。,多相流体共存时，各相流体相对渗透率之和总是小于1。,四、油藏岩石压缩系数(coefficientofcompressibility),1、油藏岩石压缩系数,油藏压力每变化单位压降时，油藏岩石内孔隙体积的变化率。通常用Cr来表示：,2、油藏综合压缩系数指油藏岩石压缩系数和油藏流体压缩系数之和。通常用C来表示：,1、润湿的定义,2、衡量润湿性的参数（润湿角）,过气液固或液液固三相交点对液滴表面所作的切线与液固表面所夹的角。,定义：,(从极性大的一端算起),指液体在分子力作用下在固体表面的流散现象。储层岩石成分、流体成分、矿物表面粗糙度以及孔隙结构的非均质性等因素都会影响储层的润湿性。油层润湿性与石油采收率密切相关。,五、润湿性(wettability),3、润湿性的判断,90,岩石表面亲油,0,岩石表面完全水湿,岩石表面完全油湿,=180,天然岩石的表面性质（矿物成份和粗糙度等）,大量实验表明：,岩石的润湿性主要取决于,原油中极性组分的含量,五、润湿性(wettability),注水开发油田,亲水岩石:,位于孔道中间的油很容易被驱替出,水驱结束后孔隙空间只剩下被分割的油滴,注水开发油田,亲油岩石:,位于岩石颗粒表面和微孔隙中的油很难驱替出来,亲水岩石的水驱采收率大于亲油岩石的水驱采收率。,同样条件下：,开发方案的调整和完善,一个油田的正规开发一般要经历三个阶段：,开发前的准备阶段,开发设计和投产（开发方案的制订和实施）,详探,开发试验,油层研究和评价,全面布置开发井,制订和实施完井方案、注采方案,工艺技术措施调整,井网层系调整,开发方式调整,第四章油田开发设计基础,油藏驱动能量：,1、天然能量边底水的压能流体和岩石的弹性膨胀能气顶气的弹性膨胀能溶解气的弹性膨胀能原油本身的位能2、人工补充能量人工向油藏注水、注气来增加油藏驱油能量,驱动石油流动的能量可以是几种能量的综合作用,1、弹性驱动(elasticdrive)主要依靠油藏岩石和流体的弹性膨胀能驱油的驱动。,原油被排挤到生产井中,油藏投入开发,油层压力开始下降,液体、岩石体积发生膨胀,储油层的孔隙体积缩小,天然能量开采的几种开采方式,第二节油藏驱动方式及其开采特征,2、溶解气驱动(solutiongasdrive)主要依靠原油中分离出天然气的弹性膨胀能量驱油的驱动方式。,油层压力低于饱和压力,溶解在原油中的天然气将从原油中分离出来,天然气体积发生膨胀,原油被排挤流入油井,第二节油藏驱动方式及其开采特征,3、水压驱动(waterdrive)依靠边底水和（或）注入水为主要驱油动力的驱动方式。,(1)刚性水压驱动(rigidwaterdrive)能量供给充分，水侵量完全补偿采出量。,第二节油藏驱动方式及其开采特征,(2)弹性水压驱动(elasticwaterdrive)能量供给不充分，水侵量不能补偿采出量。,4、气压驱动(gasdrive)主要靠气顶气的膨胀能或注入气驱油的驱动方式。,5、重力驱动(gravitydrive)依靠原油自身重力作为主要驱油能量的驱动方式。,溶解气驱采收率最低。,各种驱动方式的驱油能量来源不同,最终采收率(ultimaterecovery)也不同,水压驱动方式的驱油效率最高，采收率最大。,一般情况下,国内外许多油田都采用人工注水保持压力的开发方式。,第四节砂岩油田注水开发,在进行油田开发方案设计时，首先要确定油田开发方式(developmentmode)，且应当尽可能充分利用油藏本身的天然能量来开发油田。,我国现有油田绝大多数不具备充足的天然能量补给条件,世界油田开发的历史也表明，若只依靠油田本身的能量开发，采油速度低，采收率小，原油产量不能满足国民经济发展的要求,注好水、注够水和有效注水是注水工程的基本任务。,一、注水时间(waterfloodingtime),1、早期注水开发，一般比油田投入开发时间晚1-2年；2、油田开发后期，天然能量枯竭后作为二次采油方法。,注好水、注够水和有效注水是注水工程的基本任务。,注水井在油藏所处的部位和注水井与生产井之间的排列关系。,二、注水方式(waterfloodingmode),油层性质和构造条件,确定注水方式的主要依据：,目前国内外油田所采用的注水方式,切割注水,面积注水,点状注水,第四节砂岩油田注水开发,1、边缘注水(marginalflooding)注水井部署在含水区内或油水过渡带上或含油边界以内不远处。,注水井分布在含油区上,注水井分布在含水区,缘外注水,分类,缘上注水,注水井分布在油水过渡带上,缘内注水,边缘注水示意图,第四节砂岩油田注水开发,2、切割注水(Cuttingflooding)利用注水井排将含油面积切割成许多块（切割区），每个切割区可以作为一个独立的开发单元。,切割注水示意图,第四节砂岩油田注水开发,3、面积注水(patternflooding)将注水井和生产井按一定的几何形状和密度均匀地布置在整个含油面积进行开发。,注采井数比为1:1,（1）线状注水系统(Lineflooding)注水井和生产井都等距地沿着直线分布，一排注水井对应一排生产井。,注水井与生产井即可以正对也可以交错。,第四节砂岩油田注水开发,（2）强化面积注水系统根据油水井相互位置和所构成的井网形状不同,五点法,七点法,九点法,反九点法,四点法,由于面积注水井网的灵活性较大，因此具有较强的适应性。,第四节砂岩油田注水开发,1:2,1:1,2:1,3:1,开发方案的主要内容,油田地质情况,储量计算,开发原则,开发程序,开发层系、井网、开采方式和注采系统,钻井工程和完井方法,采油工艺技术,地面集输系统,开发指标,经济评价,方案实施要求,第五节油田开发方案的编制,HSE,油田开发综合调整的内容,3、开发方式调整。,1、立足现有井网层系的综合调整，主要为各种工艺措施调整；,2、井网层系调整；,第五章油藏动态分析方法,油田动态分析的目的：,认识油田开采过程中开发指标的变化规律,油田动态分析的方法：,试井分析方法、物质平衡方法、经验方法和数值模拟方法。,完善开发方案或对原方案进行调整,检验开发方案的合理性,一、基本概念,（1）无因次量（因次即量纲）把有因次的量无因次化，用下标D表示，一般来说，引进的物理量是原物理量的组合，并与原物理量本身成正比。,（2）表皮效应与表皮系数,表皮效应：,地层受到损害或改善，井筒附近地层渗透率发生变化的现象。,S值为正,S值为零,井底附近地层因污染渗透率下降,S值为负,采用增产措施后，井底附近的渗透率提高,不完善井,超完善井,理想状况,表皮系数：,完善井,（3）井筒存储效应与井筒存储系数,在压力恢复试井中，由于井筒内的气体和液体的可压缩性，油井关井时，地层中的液体继续流入井内，并压缩井筒流体的现象。,续流：,井筒存储：,在压降试井中，油井一开井，首先流出井筒的是原先压缩的流体，而地层流体不流入井筒的现象。,续流和井筒存储对压力曲线的影响是等效的，均表现为压力曲线直线段滞后,井筒存储系数(C,衡量井筒存储效应大小的物理量),第二节经验方法,油气田开发的基本模式,产量上升阶段,产量稳定阶段,产量递减阶段,二、油田含水规律及其预测,注水或天然水侵油田的开发，在无水采油期结束后，油田将长期处于含水期的开采，且采水率将逐步上升，这是影响油田稳产的重要因素。,1、水驱油田含水采油期的划分,(5)特高含水采油期：含水率90%。,(1)无水采油期：含水率2%。,(2)低含水采油期：含水率2%20%。,(3)中含水采油期：含水率20%75%。,(4)高含水采油期：含水率75%90%。,第三节物质平衡分析方法,物质平衡方法基本原理：,将油藏看成体积不变的容器，油藏开发到某一时刻，采出的流体量加上地下剩余的储存量，等于流体的原始储量。,基本假设条件：,油气水三相之间在任一压力下均能瞬间达到平衡；,油藏温度在开发过程中保持不变，油藏动态仅与压力有关。,二、旋转钻井法,1.转盘旋转钻井法,(1)工艺过程,钻头,吃入地层,破碎岩石,清洗井底,设计井深,图6-2转盘旋转钻井法,动画！,第二节钻井类型,井的类型：由于钻井的目的、要求不同而产生的,1.探井,通过钻井而达到探明地质情况，获取地下地层油气资源分布及相应性质等方面资料的井,地质浅井,地质探井,预探井,详探井,资料井,为配合地面地质和地球物理工作，以了解区域地质构造，地层剖面和局部构造为目的的浅井,以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理解释提供各种参数为目的而钻的井,在地震详查和地质综合研究所确定的有利构造上以发现油气藏为目的所钻的探井,在已发现油气的构造上，以探明含油气的面积和储量，了解油气层结构变化和产能为目的所钻的井,为编制油气田开发方案，或在开发过程中为某些专题研究取得第一手资料数据而钻的井,2.开发井,以开发为目的，为了给已探明的地下油气提供通道，或为了采用各种措施使油气被开采出来所钻的井,油气井,注入井,观察井,为开发油气田，用大中型钻机所钻的采油、采气井，也叫生产井。,为合理开发油气田，提高采收率及开发速度，用以对油气田进行注气、注水以补充和合理利用地层能量所钻的井。,在已开发的油气田内，为了研究开发过程中地下情况的变化所钻的井。,第三节钻井设备,钻机：石油钻井的地面配套设备，由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组，可以满足完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井及特殊作业和处理井下事故等要求。,图64大庆I130型钻机,二、钻机的组成及功能,1、起升系统,(1)组成,(2)功能,起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。,下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；,井架、天车、游动滑车、大绳、大钩及绞车,水龙头、转盘,2、旋转系统,(1)组成,(2)功能,保证在洗井液高压循环的情况下给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下其它要求,保证在洗井液循环时钻柱能够旋转,带动整个钻柱及钻头旋转的设备,泥浆泵、泥浆净化装置(固相控制设备)和泥浆槽、罐等,3、循环系统,(1)组成,(2)功能,从井底清除岩屑；,冷却钻头和润滑钻具。,图65洗井液循环系统示意图,动力机、传动部分,4、驱动与传动系统,(1)组成,(2)功能,产生动力，并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。,柴油机或电动机,联轴器、离合器、变速箱、皮带传动及链条传动等装置,5、气控系统,控制面板(控制机构)、传输管线和阀门、执行机构以及压气机等。,(1)组成：,(2)功能：,确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使整机协调一致的工作。,6、井控系统,(1)组成：,防喷器组、钻井四通、节流管汇、压井管线以及液、气压控制机构组成。,(2)功能：,控制井内的压力，防止地层流体无控制地流入井中。,钻井现场,井架,十大件,天车,游动滑车,大钩,水龙头,转盘,绞车,泥浆泵,柴油机,传动装置,第四节钻井工具,一、井下工具,水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。,主要包括钻头和钻柱。,1、钻头,影响钻井速度最直接的因素之一,用钻头的进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻进时间的钻头进尺，表示钻头破碎岩石的能力和效率，单位为m/h。,衡量钻头破岩效率高低的主要指标有钻头进尺和机械钻速。,钻头寿命：,在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间(包括划眼、在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的过程)，单位为h；,钻头进尺：,在钻头寿命内，其钻进的井段长度，单位为m；,机械钻速：,一、井下工具,钻头的分类,按照结构特点和破岩机理的不同：,刮刀钻头,牙轮钻头,金刚石钻头,(1)刮刀钻头,切削型钻头,适用地层：松软地层,工作原理：工作时其刀翼在钻压作用下吃入岩石，并在扭矩作用下剪切破碎岩石。,破岩方式：以刮削、挤压和剪切为主的方式,刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命,(2)牙轮钻头,图67牙轮钻头,破岩形式：具有冲击、压碎和剪切等多种形式。,适用地层：从软到坚硬的各种地层。,组成：钻头体、水眼、巴掌、轴承和牙轮等。,工作原理：牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层，这个作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石，使井底岩石全面破碎，井眼得以延伸。,(3)金刚石钻头,图69金刚石钻头,图610PDC钻头,金刚石作切削刃的钻头,破岩形式：破磨和铣削。,适用地层：坚硬地层。,钻头体、切削齿、水眼、水槽等。,组成：,分类：,金刚石的来源,天然金刚石钻头,人造金刚石钻头,钻头的结构形状,金刚石钻头,金刚石刮刀钻头,聚晶金刚石复合片钻头(PDC钻头),金刚石镶装特点,表镶金刚石钻头,孕镶金刚石钻头,如用钻柱挤注水泥、中途测试、处理事故等。,2钻柱,(1)定义,钻柱是用各种接头将方钻杆、钻杆和钻铤等部件连接起来组成的入井管柱，通常指钻头以上的钻具。,(2)功能,传递扭矩,通过钻柱将地面动力机的能量传给钻头，使钻头旋转破碎井底岩石，加深井眼。,施加钻压,依靠钻柱中钻铤部分在洗井液中的自重对钻头施加钻压，使钻头工作刃不断吃入地层，破碎岩石。,输送洗井液,通过钻柱的中心孔腔将洗井液输送到钻头，由水眼喷射出，冲击到井底，携带岩屑后由环空返回地面。,延伸井眼,在钻进中通过不断地增加钻柱长度(接单根)以达到延伸井眼的目的。通常井眼的深度用下入井内的钻柱长度测量。,起下钻头,钻头在井下工作是靠钻柱连接并传递扭矩和压力的。起出已磨损的钻头和下入新钻头都必须由钻柱完成。另外，针对不同的目的，还可以起下其它井下工具。,特殊作业,二、井口工具,指在起下钻过程中井口所用的工具。,主要有吊钳、吊卡、吊环、卡瓦、安全卡瓦、提升短节等。,(1)吊钳,指用手动卡紧机构来上、卸钻杆、钻铤丝扣和套管丝扣的专用工具。,(2)吊卡和吊环,吊卡用来卡住钻杆接头，提升钻柱或悬吊钻柱。吊环是悬挂在大钩上，用以悬挂吊卡的专用工具。,第五节基本钻井工艺过程,钻井工艺三个阶段：即钻前准备、钻进以及固井与完井,1钻前准备,修公路、平井场及打水泥基础、钻井设备的搬运和安排、井口准备（打导管和钻鼠洞）、备足钻井所需要的各种工具、器材等。,2钻进,其基本工艺过程有：,第一次开钻(一开),第二次开钻(二开),第三次开钻(三开),从地面钻出一个大井眼，然后下表层套管。,用较小一些的钻头继续钻进，若遇到复杂地层，用洗井液难以控制时，便要下技术套管(中间套管)。,再用小一些的钻头往下钻进，直到设计井深，下油层套管，进行固井、完井作业。,每改变一次钻头尺寸，开始钻一新的井段的工艺叫开钻,钻进的任务是破碎岩石,3、固井与完井,固井即是在已钻成的井眼内下入套管，而后在套管与井眼间的环形空间内注入水泥浆，将套管和地层固结成一体的工艺过程。,只有通过下套管、固井，才能防止井眼的坍塌，形成永久的油气通道，并防止地下各层流体的互窜，达到开采油气的目的。,完井包括用特定的方法连通油、气层和井筒，替喷或抽汲等方法诱导油、气流进入井筒，然后进行油气生产。,图615固井后井眼状况示意图,（完）,第一节影响钻进的主要因素,影响钻进的因素按其本身可否改变可分为两大类：,指已经客观存在、无法改变的因素，如所要钻进地层的岩石物理机械性质、地质构造、地下压力分布及地层中的流体性质等。,不可变因素,可变因素,指可以人为的选择和改变的因素，如钻头和钻具、钻压、转速、水力参数、洗井液性能及洗井技术等。,三、水力因素,在钻进过程中，从钻头上的喷嘴中喷射出的洗井液(射流)，对钻进过程发挥着三种作用：,清洁、净化井底，避免重复切削；,保持和扩大预破碎带裂缝；,直接水力破岩。,最主要的作用,保持井底清洁要经过三个过程：,首先是使破碎的岩屑离开岩石母体；,然后是岩屑在井底被移动；,最后由上返的洗井液将其从环空举升到地面。,压持效应：由于井内洗井液柱所形成的静液压力大于地层压力，使得岩屑被压持在井底不易脱离的现象。,克服压持效应依靠射流的冲击压力和漫流的横向推力。,三、水力因素,四、洗井液性能,洗井液密度、粘度、固相含量及其分散性等性能指标对钻速都有明显的影响。,(1)洗井液密度对钻速的影响,洗井液密度，压持效应，钻头的破碎效率，钻速。,(2)洗井液粘度对钻速的影响,洗井液粘度，循环系统的压耗，钻头喷嘴的压降，射流对井底的冲击作用，改善清岩效果，钻进速度。,(3)洗井液固相含量及其分散性对钻速的影响,固相含量增加会降低钻进速度和钻头、泥浆泵寿命；小于lm的胶体颗粒越多，对钻速的影响越大。,为了提高钻速，应尽可能采用低固相不分散体系洗井液。,4钻进成本模式,Ct每米钻进成本，元米；Cb钻头成本，元只；Cr钻机作业费，元时；Tt、Ts、Td分别为起下钻时间，接单根时间和纯钻进时间，小时；H钻头总进尺，米。,确定最优的钻进技术参数配合，始终应以每米进尺成本最低为标准。,一、井斜的基本概念,井斜：井眼轴线和铅垂线之间的偏离。,井斜角：,井眼轴线的切线与铅垂线之间的夹角。,图7-4井身轴线的垂直投影和水平投影图,方位角：,井眼轴线在水平面上投影的切线与正北方向的夹角(顺时针方向)。,井底水平位移S：,指井眼轨道上某点至井口的距离在水平面上的投影。,井斜变化率：,指单位井眼长度井斜角变化值。,指单位井眼长度方位角变化值。,指单位井眼长度内井眼全角的变化值，通常也叫狗腿度。,方位变化率：,井眼曲率：,二、井斜的危害,井深会被歪曲，地质资料不真实，甚至会漏掉油、气层；,由于实际钻开点和设计点偏离较远，可能会打乱油、气田的开发方案，降低原油采收率。,起下钻困难，钻柱工作条件恶化，还会造成粘附卡钻、键槽卡钻等复杂情况。,固井时，下套管遇阻，套管不能居中，固井质量难以保证。,会对以后的采油、修井等作业带来困难。,我国已规定了井斜变化率要小于3/100米的标准。,第四节洗井与洗井液,一、洗井,清洗井底、运移岩屑出井的工艺过程。,洗井的循环流程：,洗井循环流程,洗井的主要任务：,保证井眼清洁,循环过程中能够将岩屑冲离井底，从环空中携带岩屑上返到地面。,循环中断时将岩屑悬浮在洗井液中不让其下沉。,二、洗井液功能及类型,洗井液：在钻井过程中，能够完成洗井循环而达到清洗井眼目的的流体。包括泥浆、清水、空气和天然气。,最常用,固相颗粒悬浮在水或油中所形成的一种分散体系,1洗井液功能,(1)清洗井底携带岩屑,(2)悬浮岩屑,(3)阻止地层中油、气、水流入井内,(4)保护井壁，防止井壁坍塌,(5)冷却、润滑钻头和钻柱,(6)向井底传递水功率,(7)了解地层,(8)减轻钻柱或套管柱的悬重,2洗井液类型,水基体系、油基体系和空气一天然气体系,用的最多,用的最少,取出岩心,取芯过程三个环节：,钻出岩心,保护岩心,井身剖面一般包括垂直段、增斜段、稳斜段、降斜段。,第一节固井,固井：在钻出的井眼内下入套管柱，并在套管柱与井壁之间注入水泥浆，使套管与井壁固结在一起的工艺过程。主要包括：下套管和注水泥两个过程。,一、固井的目的,一般要求水泥环在最上部油层50100m以上。,水泥返高指固井时套管与井壁之间水泥环上升的高度，常指水泥环上端到井口方补心的距离。,二、井身结构,保护井口附近的表土地层，防止被经常流出的洗井液体冲垮；,巩固上部比较疏松易塌的不稳定岩层；安装防喷器等井口设备，控制钻开高压层时可能发生的井喷现象；,封隔某些难以控制的复杂地层，以便能顺利地钻达预定的生产目的层；,封隔油、气、水层，保证油井的正常生产。,生产套管,技术套管,表层套管,导管,指井内所下套管层数、尺寸、深度、水泥返高等。,完井工程：,是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程，是从钻开油层到固井、完井、下生产管柱、排液、诱导油流，直至投产的工艺过程组成的系统工程。,第二节油气井完成,二、储层敏感性,指储层对可能造成损害的各种因素的敏感程度。,油气层敏感性评价实验,速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏“五敏实验”,一、油气层损害,入井流体与储层及其流体不配伍时造成近井地带油层渗透率下降的现象。,1、采油方法采油方法是指将流入井底的原油采到地面所采用的工艺方法和方式。,概述,2、采油方法分类,人工举升采油,自喷采油,采油方法分类,人工给井筒流体增加能量将井底原油举升至地面的采油方式。,利用油层自身能量将原油举升到地面的采油方式。,第一节油井自喷原理,1、自喷采油的定义,利用油层本身的能量将油举升到地面的方式。,2、自喷采油的特点,井筒和地面设备简单。,油井自喷的条件、产量,取决于地层中的石油所具有的能量是否大于自喷井中流动过程的能量损失之和。,地层能量与能量损失之和的差值越大，产量越大,一、油井流入动态：,（1）从油层到井底的地下渗流；（2）从井底到井口的垂直管流；（3）经油嘴流出井口的嘴流；（4）通过井口地面出油管线流至集油站分离器的水平管流。,1、自喷井生产过程中，原油流至地面分离器一般要经过四个流动过程：,第一节油井自喷原理,2、油井流入动态油井产量与井底流动压力的关系。它反映了油藏向油井的供油能力，反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响，是采油工程与油藏工程的衔接点。通过油井流入动态研究，可以为油藏工程提供检验资料；为采油工程的下一步工作提供依据。,3、油井流入动态曲线（Inflowperformancerelationshipcurve,IPR曲线）表示产量与井底流压关系的曲线。,第一节油井自喷原理,4、采油(液)指数（J),单位生产压差下的油井日产油(液)量，反映油层性质、厚度、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量关系的综合指标。,第一节油井自喷原理,第四节气举采油原理,从地面向井筒注入高压气体,将原油举升至地面的一种人工举升方式。,气举定义：,依靠从地面注入井内的高压气体与油层产出流体在井筒中混合，利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低，将流到井内的原油举升到地面。,气举采油原理：,向井筒周期性地注入气体，推动停注期间在井筒内聚集的油层流体段塞升至地面，从而排出井中液体。,气举分类（按注气方式分）,连续气举,将高压气体连续地注入井内，排出井筒中液体。,间歇气举,第四节气举采油原理,适用条件：供液能力较好、产量较高的油井。,适用条件：油层供给能力差，产量低的油井。,有杆泵采油典型特点：地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体。,(1)常规有杆泵采油：抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。,(2)地面驱动螺杆泵采油：井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。,有杆泵采油分类：,常规有杆泵采油是目前我国最广泛应用的采油方式，大约有80%以上的油井采油采用该举升方式。,第一节有杆泵采油基础,一、抽油装置,其它附件,第一节有杆泵采油基础,抽油机是有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械能，包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。,1、抽油机,第一节有杆泵采油基础,2、抽油泵,工作筒(外筒和衬套)柱塞游动凡尔(排出阀)固定凡尔(吸入阀),主要组成,抽油泵是将机械能转化为流体压能的设备。,柱塞,游动凡尔,工作筒,固定凡尔,第一节有杆泵采油基础,工作原理动画*2,电潜泵采油系统示意图,第二节无杆泵采油基础,一、电潜泵,工作原理动画,第一节水源、水质及注水系统,一、水源选择,水源选择要求：水量充足、水质稳定。,水源类型,地面水源,地面淡水水源,海水水源,来自河床等冲积层水源,地层水水源,油层采出水,1.粘土膨胀2.机械杂质3.微粒运移4.细菌堵塞5.反应沉淀物6.原油,1.溶解氧2.CO、CO23.H2S4.细菌,1.无机垢2.有机垢,二、水质要求,注水引起的油层损害主要类型：,基本水质指标：,机械杂质浓度、粒径、膜滤系数；,铁离子含量；,细菌含量：腐生菌、硫酸还原菌、铁菌；,溶解氧含量；,硫化物含量；,含油量；,pH值；,堵塞、腐蚀、结垢。,矿化度。,三、注入水处理技术,（1）沉淀,悬浮的固体颗粒借自身的重力而沉淀下来。,常用的聚凝剂,反应沉淀池结构示意图,硫酸铝，,硫酸铁,三氯化铁,偏铝酸钠,（2）过滤,压力式滤罐示意图,重力式滤池：滤池中的水面与大气接触，利用滤池与底部水管出口，或水管相连的清水池水位标高差进行过滤。,压力滤罐：滤池完全密封，水在一定压力下通过滤池。,常用的杀菌剂,（3）杀菌,（4）脱氧,除去水中的氧气、碳酸气和硫化氢气体。,脱氧方法,氯及其化合物如次氯酸、次氯酸盐等；,甲醛既有杀菌又有防腐作用。,化学脱氧法；,天然气逆流冲刷法（气提脱氧）；,真空脱氧法。,（5）曝晒,处理过饱和碳酸盐。,含油污水处理的措施。,污水回注的优点：,污水中含表面活性物质，能提高洗油能力；,高矿化度污水回注后，不会使粘土颗粒膨胀而降低渗透率；,污水回注保护了环境，提高了水的利用率。,（6）除油,四、注水系统,注水系统是指从水源至注水井的全套设备和流程，包括水源泵站、水处理站、注水站、配水间和注水井。,1.注水站,主要作用：将来水升压，以满足注水井对注入压力的要求,工艺流程：来水进站计量水质处理储水罐泵出,储水罐：具有储备作用、缓冲作用、分离作用,高压泵组：给注入水增压,流量计：计量水量,分水器：将高压水分配给各配水间,主要设施：,2.配水间,主要作用：用来调节、控制和计量各注水井的注水量,主要设施：,分类：配水间一般分为单井配水间和多井配水间两种,3.注水井,主要作用：注入水从地面进入地层的通道,主要设施：井口装置和井下注水管柱,正常注水和旁通备用管汇,压力表和流量计,分水器,五、注水井投注程序,投注程序：注水井从完钻到正常注水之间所需进行的工作。它包括排液、洗井、预处理、试注、正常注水等几个方面。,1.排液,清除油层内的堵塞物；,在井底附近造成低压带，为注水创造有利条件；,采出部分弹性储量，减少注水井排或注水井附近的能量损失，有利于注水井排拉成水线。,2.洗井,洗井目的：把井筒内的腐蚀物、杂质等污物冲洗出来，避免油层被污物堵塞影响注水。,洗井方式：一种是正洗，水从油管进井，从油套环形空间返回地面；另一种是反洗，水从油套环形空间进井，从油管返回地面。,3.预处理,预处理目的：为防止粘土颗粒的膨胀和运移，在注水井投注或油井转注前需进行防膨处理。,4.试注,试注目的：确定能否将水注入油层并取得油层吸水启动压力和吸水指数等资料，根据要求注入量选定注入压力。,5.正常注水,注水井通过排液、洗井、试注，取全取准试注的资料，再经过配水就可以转为正常注水。,第二节注水井吸水能力分析,一、注水井吸水能力,注水井指示曲线：,在稳定流动条件下，注入压力与日注水量之间的关系曲线。,图11-1注水井指示曲线,吸水指数：,单位注水压差下的日注水量，表示地层吸水能力的强弱。,三、注水井调剖,注水井存在的问题,（1）出砂（2）吸水剖面不均匀（3）水注不进去,为了调整注水井的吸水剖面、提高注入水的波及系数，改善水驱效果，可向地层中的高渗透层注入化学药剂，药剂凝固或膨胀后，降低油层的渗透率，迫使注入水增加对低含水部位的驱油作用。,1、什么叫注水井调剖,（1）单液法,常用堵剂：石灰乳、硅酸溶胶、铬冻胶、水包稠油、硫酸,流体,流动性降低,溶液、乳状液、溶胶、悬浮体,凝胶、冻胶、沉淀、固化物,注入过程中,进入地层后,基本原理：,定义：向油层注人一种工作液，这种工作液所带的物质或随后变成的物质可封堵高渗透层。,（2）双液法,向地层注入相遇后可产生封堵物质的两种工作液（或工作流体）。,定义：,注水,注水,基本原理：,调节封堵位置,隔离液作用：,处理层吸水指数较调剖前下降50%以上；吸水剖面发生明显合理的变化，高吸水层降低吸水量，低吸水层增加吸水量10%以上；压降曲线明显变缓。,3、调剖有效的判断标准,（1）砂、（2）蜡、（3）水、（4）稠、（5）低。,（1）出砂（2）吸水剖面不均匀（3）水注不进去,油井问题,水井问题,第四节油水井措施,一、水力压裂技术,用压力将地层压开一条或几条水平的或垂直的裂缝，并用支撑剂将裂缝支撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果。,1.水力压裂的工艺过程：,憋压,造缝,裂缝延伸,充填支撑剂,裂缝闭合,(2)降低了井底附近地层中流体的渗流阻力。,2.水力压裂增产增注的原理:,(1)改变流体的渗流状态；,3.压裂液,压裂液任务：,破裂地层、造缝、降温作用。一般用未交联的溶胶。,携带支撑剂、充填裂缝、造缝及冷却地层作用。必须使用交联的压裂液(如冻胶等)。,末尾顶替液：替液入缝，提高携砂液效率和防止井筒沉砂。,前置液,携砂液,顶替液,中间顶替液：携砂液、防砂卡；,压裂液的性能要求：,滤失少：,悬砂能力强：,摩阻低：,稳定性好：,配伍性好：,低残渣：,易返排：,货源广、便于配制、价钱便宜。,造长缝、宽缝,取决于它的粘度与造壁性,取决于粘度,摩阻愈小，用于造缝的有效功率愈大,热稳定性和抗机械剪切稳定性,不应引起粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层,以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率,减少压裂液的损害,二、油层酸化工艺技术,通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙(裂缝)内堵塞物等的溶解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。,酸洗酸化,基质酸化,压裂酸化,将少量酸液注入井筒内，清除井筒孔眼中酸溶性颗粒和钻屑及结垢等，并疏通射孔孔眼。,在低于岩石破裂压力下将酸注入地层，依靠酸液的溶蚀作用恢复或提高井筒附近较大范围内油层的渗透性。,在高于岩石破裂压力下将酸注入地层，在地层内形成裂缝，通过酸液对裂缝壁面物质的不均匀溶蚀形成高导流能力的裂缝。（酸液同时起溶蚀作用和水力压裂作用）,（常规酸化、解堵酸化）,三次采油:除了利用天然能量开采和注水（注气）开采以外，采用其他方法进行的采油阶段。,概述,一次采油：原油是利用天然能量来开采的,其最终采收率一般只能达到15%左右。,二次采油：当天然能量衰竭时,通过注水（或注气）向油层提供补充能量，采收率远比能量衰竭法高,最终采收率通常为30%40%。,第一节基本概念,“提高采收率”作为一个术语，已被广泛普遍接受和使用。近几年在国际上，“提高采收率”逐渐取代了“三次采油”。,提高采收率方法包括除了利用天然能量开采和以补充地层能量、保持地层压力为目的的注水（注气）开采以外的各种采油方法。,二、驱油剂及驱油效率,驱油剂泛指由地面注入到油层中用于驱油的所有液体、气体和复合体系。,波及系数：驱油剂波及的油藏体积与油藏总体积的比值。也常被称为宏观波及效率。,影响波及系数的主要因素：流度比、储层的非均质性、注采井网对非均质性的适应程度等。,二、驱油剂及驱油效率,流度比：指注入工作剂的流度与油藏内未波及区域中油的流度之比。,流度：流体的渗透率与其粘度之比，,M1,工作液出现粘滞指进现象，波及系数降低。,剩余油：驱油剂未波及到的区域内所剩下的原油。残余油：驱油剂波及到的区域中没有被驱出的原油。,驱油效率：在驱油剂的波及范围内，所驱替出的原油体积与地层总含油体积的比值，也称为微观波及效率。,原油采收率（ER）=采出储量（NR）/地质储量（N）100水驱采收率（ER）=波及系数（EV）X洗油效率（ED）100,二、驱油剂及驱油效率,一、化学驱,凡是以化学剂为驱油介质，以改善流体的流动特性，改善驱油剂、原油、油藏孔隙之间的界面特性，提高原油开采效果与效益的所有采油方法统称为化学驱。（ChemicalFlooding）,分类：表面活性剂驱、聚合物驱、碱水驱和复合驱,复合驱又可分为：表面活性剂聚合物驱碱表面活性剂驱（二元复合驱）碱表面活性剂聚合物驱（ASP三元复合驱）,1、聚合物驱,在注入水中加入水溶性高分子聚合物，增加水的粘度，降低水相渗透率，减小流度比M，提高波及系数。此外可以减小粘度指进，提高驱油效率。在微观上，聚合物由于其固有的粘弹性，在流动过程中产生对油膜或油滴的拉伸作用，增加了携带力，提高了微观洗油效率。,驱油机理,药剂,聚丙烯酰胺,部分水解聚丙烯酰胺,黄原胶,存在问题,聚合物：热降解、盐降解、剪切降解、地层吸附,2活性剂驱,药剂,磺酸盐型,羧酸盐型,非离子阴离子型,降低油水界面张力；,改变亲油岩石表面的润湿性；,使原油乳化，产生迭加的液阻系数（贾敏效应），增加高渗层的流动阻力，减小粘度指进现象。,微乳状液驱、活性水驱、胶束溶液驱和泡沫驱等。,活性剂驱主要以提高驱油效率为主。,聚醚型,类型,驱油机理,存在问题,活性剂在岩石表面大量吸附；活性水与普通水的粘度差很小。,3、碱驱,药剂,氢氧化钠(NaOH),硅酸钠（Na2SiO3）,原硅酸钠（由NaOH和水玻璃配置而成）,在注入水中加入碱，与原油中的有机酸反应，生成表面活性剂，降低油水界面张力，形成乳状液和改变岩石润湿性，提高波及系数和驱油效率。,碳酸钠（Na2CO3）,驱油机理,存在问题,碱耗；流度控制。,4、化学复合驱,化学复合驱是由聚合物、活性剂、碱以各种形式组合驱动。,驱油机理,降低界面张力：碱与原油中的酸性成份反应就地产生表面活性剂，降低相间界面张力和残余油饱和度，添加的表面活性剂与聚合物间的协同效应产生超低界面张力，并扩大低界面张力的碱浓度范围；,聚合物的流度控制作用：聚合物可以使水相粘度增加，渗透率降低，扩大驱替相的波及体积；,降低化学剂的吸附损失：碱的存在可降低注入的表面活性剂、聚合物等的吸附，提高洗油效率；,另外：复合驱还具有碱驱所具有的乳化携带、捕集、聚并、润湿反转等机理。,包括：二元驱和三元驱。,二、气驱,凡是以气体作为主要驱油介质的采油方法统称为气驱（GasFlooding）。,按照相态特性分类：混相驱和非混相驱,按照驱替介质分类：二氧化碳驱氮气驱轻烃驱烟道气驱,包括：注液化石油气驱油法、富气驱油法、高压干气驱油法和二氧化碳驱油法。,驱油机理：气体与原油之间建立混相带，消除界面张力，提高驱油效率。,混相驱：指向油藏中注入一种能与原油在地层条件下完全或部分混相的流体驱替原油的开发方法。,图127混相流体驱油过程的相段分布图,向油藏注入以丙烷为主的液化石油气，与原油形成混相段塞，然后用天然气驱动段塞。液化石油气段塞前缘可与地层油混相，后面与天然气混溶，形成良好的混相带。,1.液化石油气驱动法,图128注液化石油气混相驱油过程,对于地层油中轻质组分（C2-6）较