[科普中国]-油气开采

概述

油气由地下开采到地面的方式，可以按是否需给井筒流体人工补充能量分为：自喷和人工举升。自喷是油层能量充足，利用油层本身能量就能将油举升到地面的方式；若油层能量较低，必须人工给井筒流体增加能量才能将原油从井底举升到地面上来的方式，叫人工举升。一般情况下，天然能量不足的油田，有的没有自喷能力，有的即使有自喷能力，但自喷期限较短，只有一年左右的时间，最多的也不过3~5年，而一个油田的生产年限要延续20年至30年以上，因此，油层中的原油大部分是靠人工举升方式釆出来的。人工举升采油包括：气举采油、抽油机有杆泵采油、潜油电动离心泵采油、水力活塞泵采油和射流泵采油等。1

自喷采油自喷采油的能量来源是：

①井底油流所具有的压力，这个井底压力来源于油层压力；

②随同原油一起进入井底的溶解气所具有的弹性膨胀能量。就是这些能量把原油从井底连续不断地举升到地面。

油井自喷生产，一般要经过四种流动过程：

①原油从油层流到井底的流动——油层渗流；

②从井底沿着井筒上升到井口的流动一井筒流动；

③原油到井口之后通过油嘴的流动——油嘴节流；

④沿着地面管线流到分离器、计量站的流动——地面管线流动。

自喷井的四种流动过程如右图所示

自喷采油设施自喷采油的设施相对比较简单。主要有井下管柱、井口装置、地面油气分离与计量系统等。

（1）井身结构：一口井开钻前根据该井的钻探目的、本地区地质条件及钻井工艺技术水平所确定的套管层次、尺寸、各层套管的下人深度、管外水泥返高及每层套管相对应的钻头尺寸等，称之为该井的井身结构。

（2）井口装置：自喷井的井口装置主要是采油树。采油树的作用是控制和调节油井的生产，引导从井中喷出的油气进入出油管线等。2

自喷井生产管理（1）管好生产压差。即静压与流压之差，才能管到油层中去，以达到控制地层中油、水流动和控制注采（油井方面）平衡，才能真正挖掘油层的生产潜力。

（2）取全取准资料。也就是油井生产资料，它是油井分析、管理的依据，也是判断静态资料可靠性的依据。

（3）合理工作制度。是指在目前的静压下，油井以多大的流压和产量进行工作才能获得理想的效果。它包括：

①保证较髙的采油速度；

②保持注、采压力平衡，使油井有充分的自喷能力；

③保持持采油指数稳定，并不断改善油层的流动系数；

④合理生产压差应保持水平均匀推进，采油期长，见水后含水上升速度慢；

⑤合理生产压差，应既能充分利用地层能量又不破坏油层结构。不动产差过大，井底附近流速增加，过分的冲刷油层使油层出砂甚至坍塌；

⑥对于饱和压力较髙的油田，应使流饱压差控制合理。3

人工举升采油气举采油气举釆油就是当油井停喷以后，为了使油井能够继续出油，利用高压压缩机，人为地把天然气压入井下，使原油喷出地面。气举采油是基于U形管的原理，从油管与套管的环形空间，通过装在油管上的气举阀，将天然气连续不断地注入油管内，使油管内的液体与注入的高压天然气混合，降低液柱的密度，减少液柱对井底的回压，从而使油层与井底之间形成足够的生产压差，油层内的原油不断地流入井底，并被举升到地面。气举采油一般在油管管柱上安装5×6个气举阀，从井下一定的深度开始，每隔一定距离安装一个气举阀,一直安装到接近井底，气举采油井下管柱示意图如右图。

泵式采油人工举升采油目前广泛使用的有：游梁式抽油机一深井泵采油、地面驱动螺杆泵采油、电动潜油离心泵采油、水力活塞泵采油采油及气举采油等。

①有杆泵采油:利用从地面下入井内的抽油杆作为传递地面动力的手段，带动井下抽油泵，将原油抽至地面。它是世界石油工业传统的采油方式之一，也是迄今为止采油工程中一直占主导地位的人工举升方式。这是西部地区尤其是陕北地区最常见的釆油方式。

②无杆泵采油:用电缆或高压液体将地面能量传输到井下设备，带动井下机组把原油抽至地面。3

注水开发通过注水井向油层注水补充能量，保持油层压力，是在依靠天然能量进行采油之后，或油田开发早期为了提高采收率和采油速度而广泛采用的一项重要的开发技术。我国大部分油田采用早期注水开发。注水过程中确保注水水质合格，减少注水过程中的油层损害及降低注水的能耗等是实现有效注水的重要工作。

水源油田注水要求水源的水量充足。水源的选择既要考虑到水质处理工艺简便，又要满足油田注水量的要求及设计年限内所需的总水量。

在注水的选择中，注重经济效益是企业的普遍行为，但地面水源过度使用、地下水源过度开采，尤其是地下淡水资源过度开采，都会带来一系列环境问题。

在依靠天然能量进行采油之后或油田开发早期为了提高采收率和采油速度而被广泛采用的一项重要的开发措施。

注水系统水源泵站→水处理站→注水站→配水间→注水井

注入水质处理技术水源不同水处理工艺也就不同，工程现场上常用水质处理措施如下：

沉淀：去除水中的可沉降固体及悬浮固体颗粒。

过滤：去除水中悬浮固体颗粒及体积较大的细菌。

杀菌：除掉水中的藻类、粪类、铁菌或硫酸还原菌等，以防止堵塞油层和腐蚀管柱。

脱氧：氧是造成注水系统腐蚀的最主要最直接原因，脱氧是降低水中含氧量使达到使用标准的关键。

曝晒：通过曝晒去除水源中含有的大童过饱和碳酸盐，使之沉淀下来。以防止人注在地层后在地层高温作用下沉淀而堵塞油层。

油田常用的过滤装置，其反冲洗污泥是固体废物，应根据污泥性质，进行干化填埋或堆肥处理。油田开发中后期，采出水越来越多，采用油田采出污水回注是目前我

国油田采用的经济、环保的注水工艺。

其可达到如下目的：

① 污水中含表面活性物质，能提高洗油能力，提髙最终采收率

② 高矿化度污水回注后，防止黏土膨胀；

③ 污水回注保护了环境，提高了水的利用率。3

油气开采基本生产工艺流程油藏从勘探开始，到确定油藏类型和储量，然后进行钻井作业、固井，再到射孔钻开油气层、地面设施建设，最后到安装井口装置才能完成石油开采的基础条件。这不仅仅标志着采油过程的开始，为了经济有效地把地下的原油采集上来并送到计量站，还需要完成以下几个工艺过程，油气开采才能真正得到实现。

驱油由于原油汇集于地下含油岩层的孔隙中，而含油岩层作为一种特殊岩石，其构造比较致密，如要将其中的原油驱赶到井底位置，则需要采取一定的措施。这些驱赶原油的措施主要有以下几种:利用油井底部较低的压力形成压力差，自喷驱油；当油藏的压力降低时，可以采取注水、注蒸汽等方式补充外部能量，促使原油流动;通过注汽等措施提高原油温度，降低原油粘度，从而增强流动性，利于油气汇集;通过注聚等措施提髙注入水的粘度和降低油层的水相渗透率，改善水油流度比，调整注人剖面而扩大波及体积，进而促进原油流动。

采油原油混合液汇集到油井底部以后，还要将它们提升到地面上来，这个过程叫做采油。油田的生产井按照生产方式的不同可以分为自喷采油和机械采油两大类型。

如果油层具有足够的能量，不仅能将原油从油层中驱入井底，而且还能将其由井底连续不断地升到地面上来。这样的生产井称之为自喷井。用这种方式进行的采油称为自喷采油。

机械采油是指借助于机械动力将原油提升到地面的采油方式。常用的机械采油方式有:有杆泵采油、电潜泵采油和其他方式采油（如水力活塞泵采油和气举采油、射流泵采油和链条式抽油机采油等)。

集输采油过程中，油井的采出物实际上是油、气、水及泥砂和其他杂质的混合物，难以直接加工利用，因此需要将油井采出物进行集中处理和外输，这一过程称为油气集输。油气集输一般由联合站来完成，其主要任务是:将油井采出物集中进行气液分离;将原油脱水、稳定、储存、加热、计量、外输;天然气干燥、净化、初加工、外输;污水除油、除砂、脱氧、防腐处理后回注或外排。经过处理处输的原油，便是采油企业的主要产成品。

井下作业为了经济髙效的开采原油，油气开采过程中有时会对油井、水井等实施一些较为复杂的施工。这些施工称为井下作业，也有称修井作业。井下作业贯穿油田开发的全过程，是原油生产的重要手段。常规的井下作业包括:新建油水井投产时的下管柱、下泵;保证正常生产进行的检泵、换泵等施工;处理事故进行的修井;油田挖潜改造措施的实施，如分层配产、配注、堵水、调整注水井吸水剖面配合压裂、酸化等。在采油企业的管理实践中,一般按照作业目的和工艺复杂程度，将井下作业分为维护作业和措施作业两类。4