采油工程课件

采油工程5.1采油原理及工艺5.1.1采油原理

当通过钻井、完井射开油层时，由于井中的压力低于油层内部的压力，在井筒与油层之间就形成了一个指向井筒方向的压力降。在原始条件下，油层岩石与孔隙空间内的流体处于压力平衡状态，一旦钻开油层，这种平衡就被破坏。这时，由于压力降低引起岩石和流体的弹性膨胀，其相应体积的原油就被驱向井中。如果地层压力足够的话，就可将原油举升到井口以上，形成自喷采油；如果地层压力不能将原油举升到井口，那么就需要借助某些人工举升的办法采油（如下入机械抽油泵、电潜泵或采用气举办法等），或者向油层中注入某种流体（如水、天然气等）提高地层压力，使油井生产能量有所改善。

自喷采油方式

由于油层天然能量不足或经自喷开采后能量逐渐下降，此时的地层能量不能保持油井自喷或产量过低时，就必须利用机械能量举升进行采油。其方法主要有抽油机深井泵采油、电动潜油离心泵采油、螺杆泵采油、水力活塞泵采油和气举采油等。5.1.3机械采油其他机械采油水力射流泵采油螺杆泵采油气举采油1常规有杆泵采油2

电动潜油离心泵采油3机械采油方式456电动潜油离心泵采油5.1.3机械采油3.水力活塞泵采油水力活塞泵是另一种无杆抽油设备，其工作原理是利用井下的液压驱动机带动井下泵往复运动，代替抽油机和抽油杆带动深井泵抽油。水力活塞泵有两种生产方式，一种称开式流程（见图），广为现场采用。井下只需下一根油管，泵入的动力液经水力泵后与产出液从油套环空混合采出地面。地面流程也比较简单，只需建一条动力液管线，该流程的优点是工艺技术简单、管理方便、投资少，但其缺点是动力液与采出液混合在一起，采出液不能单独计量，也不易对采出液和井下动态进行直接分析。另一种称闭式流程，井下需下两根油管（同心或平行），动力液从一根油管泵入，再从另一根油管返出，采出的液体从油套管环形空间返出，动力液与采出液自成系统，互不混合。该流程的优点与缺点和开式流程正好相反，因而，要根据油井的实际情况选用不同的方式。但是，国内外大多采用开式流程。其原因是经济效益好，管理方便。马达泵5.1.3机械采油4.气举采油气举采油也是无杆泵的机械采油方法。即从套管与油管的环形空间注入天然气，通过油管下部的凡尔进入油管，注入油管内的天然气降低井筒内液柱密度，从而降低对油层的回压，使原油有可能流入井内，并将原油举升到地面。气举采油是一种简易的机械采油方法，气举采油选择原则首先是该地区有足够的天然气资源，气举采油必须采用天然气（或氮气），不能采用空气，以免空气中的氧气与井内天然气混合后引起爆炸。气举采油的总经济效益是好的，因井下气举凡尔结构简单，没有运动件，井下故障少，投资少，可用投捞更换气举凡尔，管理简便。但是气举采油基本投资大，气举采油井投产前，必须先建高压压缩机站和注气系统，但投产后生产维护投资费用却是低的，因而总经济效益是好的。气举采油可用于深井、低压井、高油气比井、出砂井和定向井等。可提供高扬程和较大的生产压差，排量范围较大，低产每日可采几吨，高产可达几百吨。在天然气丰富的地区，应选用此方法。5.2.1分层注水多油层的油田由于各油层的渗透性是不同的,如果在一口注水井里不分好坏油层笼统注水,虽然也能达到保持压力的目的,但是注进去的水在渗透性好的油层跑的快,而在渗透性不好的油层内跑得很慢,采油井上见不到好的注水效果,而好油层已经大量出水。为解决这个问题实行了分层注水,专门设计了能将好坏油层分开注水的工具,称其为封隔器。封隔器是一个细长的管状柱体,其外径要比油井或水井的套管小。注水井在实行分层注水以后,注入油层中的水推进速度,可以按照采油工作的需要,依据计划进行调整和控制。这样“单层突进”、“水淹过快”,甚至有的差油层见不到注水效果的问题就可以得到缓和。5.2.2分层采油一个油田实行分层注水以后,好油层见水过快,差油层见不到注水效果的问题得到缓解,注到油层中的水也发挥了一定作用。油井仍采用多层合采存在问题：①注水井在高渗透层控制注水,可是在油井中的高渗透层产油得不到控制。结果,在同一油井中高渗透油层是产油多,注入水少,能量得不到及时补充,造成地层压力下降,影响了高渗透层的出油;②低渗透层出油能力差又受高渗透油层的影响,不能充分发挥它的产油能力。为了解决这个矛盾,人们通过实践认识到,对高产层适当控制它的产量,既可以保持地层能量,又能使低渗透层充分发挥它的出油能力。于是采用新的技术措施,实行分层定量采油。近些年来,我国各油田,根据本油田的具体情况,设计制造了各种类型的油井封隔器。它和分层注水用的封隔器相似,是用配产器来实现分层定量采油的。5.2.4分层改造改造油层的主要任务是提高低渗透油气层的开发效果,增加低渗透油层的渗透能力和导流能力。另一方面是对在油田钻井、射孔、修井过程中,由于钻井液质量不好,或因浸泡时间过长,钻井液颗粒堵塞油层孔隙,降低了油层的渗透能力而进行处理。所以说分层改造是低渗透油气田投产完井措施和油田开发过程中的增产措施。分层改造油层通常采用化学和物理方法进行。化学方法是油井酸化;

物理方法是油层压裂。5.2.4分层改造1.油井酸化酸化是用高压泵将酸液注入地层，酸液与碳酸盐或油层中的矿物和胶结物起化学反应，从而扩大裂缝和油层的孔隙，或解除油层堵塞，提高油层渗透能力，起到增产的作用。石油主要储存在砂岩和石灰岩的孔隙和裂缝中。砂岩的主要化学成分是二氧化硅,它可以和氢氟酸起反应。石灰岩主要成分是碳酸钙,它可以和盐酸起反应。各油田广泛采用的酸化措施有盐酸处理和土酸处理两种。盐酸酸化主要用于碳酸盐岩油气层。土酸是用盐酸和氢氟酸按一定比例配合成的酸液，它既可溶解碳酸钙盐类和铁铝化合物，也可以溶解岩石中的硅酸盐类和粘土，所以土酸是砂岩油田经常使用的酸液。5.2.4分层改造油井酸化所用酸液要妥善放置在密闭的罐体中,并计算出用量。油井进行酸化是比较复杂的生产过程,要在井场使用高压泵车,联结井口的管线,将酸液注入油层。注入后关井一段时间,就可以见到较好效果。注入的酸液与地层作用后，已成为残酸不再起作用，而且随着pH值增高，金属离子会相继产生金属氢氧化物沉淀，会重新堵塞地层。因此，酸化反应后，要尽快将残酸排出，排酸可以用放喷、抽汲、气举或液氮等方法。5.2.4分层改造2.油井压裂利用地面上的高压泵，将高粘度液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中,随即在井底附近产生很高的压力。此压力将油井周围的油层压开裂缝，形成的裂缝带具有很高的渗透性，大大改善了油气层的导流能力。这种靠强大压力将油层压开裂缝的方法就叫油井压裂。为了不让裂缝闭合，在压裂时要加入一定量的支撑剂（石英砂、核桃壳等），以支撑已形成的裂缝。压裂主要用于低渗透油气层的改造。油管套管封隔器油层压裂施工过程示意图5.2.5稠油开采有一些油田的石油是属于高粘度重质原油,在常温常压条件下,是不能流动的。这样的油田,如果采用和一般油田一样的常规开采方式,是很难将地下石油开采出来的。为此,针对稠油粘度高的特点,创出了热力开采方法和化学开采方法。当前在生产实践中主要用的是热力方式开采。目前,世界上只有蒸汽吞吐和蒸汽驱的方法用于稠油工业性开采。在井深一千米左右,工艺上是配套的,经济上也是可行的。蒸汽吞吐工艺技术是向稠油层注入高温、高压蒸汽,使稠油的粘度降低,这样石油就可以从油层中流入井筒而开采出来。蒸汽驱也是这个道理,是利用热蒸汽来驱动稠油,这样来提高稠油油田的开采效果。5.3提高原油采收率技术所谓采收率就是指油田累计采出的油量占地质储量的百分比。

累计采油量

油田采收率(％)=—————×100％

地质储量5.3提高原油采收率技术根据石油开采及油田开发的投资过程，可分为三个阶段：一次采油、二次采油和三次采油。一次采油是指利用油藏天然能量开采的过程，如利用溶解气驱、气顶驱、天然水驱、岩石和流体弹性能驱及重力排驱等能量。通常这种方法开采的原油采收率都比较低，只有8%～15%。二次采油是指利用外部补充地层能量（如注水、注气），以保持地层能量为目的的提高采收率的采油方法。经二次采油的采收率大致为25%～45%，个别条件好的油藏可达50%左右。三次采油就是指通过注入其他流体，采用物理、化学、热量、生物等方法改变油藏岩石及流体性质，提高水驱后油藏采收率。经三次采油的最终采收率可达45%～70%。5.3提高原油采收率技术提高油田采收率技术主要有混相驱、化学药剂驱和热力驱以及微生物采油等几个方面。5.3提高原油采收率技术热力法注蒸汽层内燃烧注热水蒸汽吞吐蒸汽驱烃混相驱高压注干气富气驱注液化石油气CO2混相驱惰性气体驱氮气驱烟氮气驱混相驱聚合物驱表面活性剂驱胶束/聚合驱中相微乳液活性水驱，泡沫驱碱水驱微生物驱化学驱提高采收率方法5.4采油过程与环境污染5.4.1含油污水1.含油污水的来源在采油生产过程中，含油污水主要来自油田采出水和注水井的洗井水。采出水是与原油和油田气一起自采油井产出，经沉降和电化学脱水后，脱出的含油污水。注水井洗井水包括试注井及注水井洗井排出的含油污水。这部分含油污水，由于井位分散，往往现场排放。有的油田建设了洗井水回收流程，集中处理。5.4.1含油污水2.含油污水的特性各油田采出水的水质不同,在同一地区不同区块的水质有时也有较大差异,综合起来采出水的特性有以下几点:①油水密度差值小。有些油田稠油密度非常大,相对密度d420=0.9884,与污水的密度相差甚微。胜利油田采出水中污油相对密度在0.9以上的水量占50％,如孤二污水站采出水温50℃时密度为992kg/m3,而水中原油密度为963.6kg/m3,油水密度差只有28.4kg/m3。②水中悬浮固体含量高、颗粒粒径小。胜利油田孤岛某污水处理站,每日处理采出水20000m3，每年从除油罐清除泥砂达400m3；长庆马岭油田某污水处理站采出水中悬浮物含量高达1352～2491mg/L。5.4.1含油污水③细菌含量高。油田采出水中含有丰富的有机物,又有适宜的水温,是硫酸盐还原菌(SRB)、腐生菌(TGB)繁殖的场所。大部分采出水中细菌含量为100～10000个/mL,有的高达108个/mL。细菌大量繁殖不仅腐蚀管线,而且还会造成地层的严重堵塞。④有机物含量高。油田采出水中存在多种有机物,如挥发酚、硫化物等。⑤矿化度高。中原油田采出水总矿化度高达8×104

～14×104mg/L,最高可达30×104mg/L;胜利和长庆油田在5×104mg/L左右；吉林和大港等一些油田也在1×104mg/L左右;江汉油田为17×104mg/L。5.4.1含油污水油田采出水还溶解了一些气体,如O2

、H2S、CO2

等。O2

是很强的氧化剂,容易造成电化学腐蚀,酸性气体和氧的协同作用会使腐蚀速度成倍增长。高矿化度水中含有大量的HCO3-

、Ca2+

、Mg2+

、Ba2+

、Cr3+

离子,当水温、水压或pH值发生变化时,很容易生成碳酸盐沉淀。5.4.1含油污水3.含油污水的排放去向问题我国油田大面积注水是1960年从大庆油田开始的。随着油田建设和工艺技术的发展，绝大多数油田已形成了采出水处理回注工艺，采出水已成为油田有效可靠的注水水源。近年来采出水的处理率和回注率不断提高，处理后的水质不断改善，不仅减少了对环境的污染，而且由于含油污水的综合利用，减少了清水的用量，既节约了资金，也保护了环境。5.4.2落地原油1.落地原油的产生及来源落地原油系指油井中生产的未进入集输管线而散落在地面的原油。原油落地的原因很多,其中落地原油量大而又经常发生的原因有以下几个方面:①油井投产前。自喷油井投产前地面集输管线尚未建成，射空替喷时原油进入土油池;②试油、试采。试油、试采作业主要是探井所产原油部分进土油池；③井下作业。油井作业中,压井替喷,不压井作业的跑、冒油以及在起出油管,抽油杆在井场放置或者清洗而散落在井场的原油;5.4.2落地原油④生产过程。在原油生产中由于管理不善造成少量原油漏失落地(包括偷盗