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采油工程

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采油 工程
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油田开发总体方案• 一般采油工艺和增产措施• 先进采油技术• 石油开发中的几个问题• 开采技术发展展望目 录• 开发总体方案是在油田评价研究(或称开发可行性研究)的基础上进行的。而油田评价研究是由地质和油藏工程人员,在评价并取得足够资料的基础上,进行综合研究的结果。• 主要内容地质、储量、油藏开发研究、油藏模拟和产量预测等。在开发评价研究的同时,有关工程人员也对开发工程进行概念研究。编制开发总体方案编制开发总体方案• 油田开发应遵守的原则• 方案的基本内容• 方案编制编制开发总体方案• 油田开发应遵守的原则1、在油田地质和油藏允许的条件下,力争高速地开发油田。2、要充分利用天然资源,保证油田获得较高的采收率和较长的稳产期。3、具有最好的经济效益,也就是用最少的人力、物力和财力,采出最多的原油。4、尽可能采用符合油田特点的先进技术和设备。编制开发总体方案方案的基本内容1、概况:包括自然地理条件,区域地质背景,油田勘探及评价程度。2、油田地质特征:包括构造特征,地层程序和油层对比,储层特征,压力和温度系统,原始驱动能量及驱动类型。3、储量计算:包括储量计算方法,主要参数的确定,储量计算的分级、结果及评价。4、油藏工程:包括开发方式,层系划分,井网布署,采油速度分析,采用油藏数值模拟,对不同方案进行产量预测,并优选出最佳方案。5、钻井、完井:包括直井、定向井、水平井的钻井技术和井身结构,完井方式及完井管柱。编制开发总体方案方案的基本内容6、采油工艺:包括人工举升采油方式的选择,以及相应的技术设备。7、地面工程:包括油气集输和储运系统、注水系统、供水、供电、通讯、道路工程等。如果是海上油田,还应包括海上平台、单点系泊 (生产储油轮的海上系泊点 )及生产储油轮的设计。8、经济分析:包括勘探、开发投资估算,油、气单位成本,价格预测,不同方案经济评价结果及最佳经济效益方案。9、安全环保:包括生产安全措施,对污油、污水的环保要求、排放标准和处理措施。编制开发总体方案• 方案编制1、地质油藏部分2、工程设计3、经济分析1) 勘探投资:包括探井、评价井费用,地震费用,以及勘探期间评价研究费用等。2) 开发投资:包括开发前期研究费用,钻井、测井、完井和采油齐备费用,以及地面工程建设费用。3) 生产操作费:包括生产过程中的修井、检泵及其他井下作业费用,设备维修及材料消耗费用,保险费及人员费用,都应分年作出预测。4) 油气产量销售收入:按方案所预测的分年油气产量和分年油气价格预测,测算出分年销售收入。• 油田开发总体方案• 一般采油工艺和增产措施• 先进采油技术• 石油开发中的几个问题• 开采技术发展展望目 录一般采油工艺和增产措施• 一采• 二采• 增产措施采油法 所利用能量 举 例 一次采油 天然能量 弹性驱动、水压驱动、溶气驱动、重力驱动 二次采油 人工能量 注水驱油、注气驱油、注水气驱油 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。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。采油方法自喷采油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 > 能量损失之和 自喷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。自喷采油1、自喷井生成过程中,原油流至地面分离器一般要经过四个流动过程:油藏压力油藏压力井底流压井底流压油油 压压油油 压压回回 压压回回 压压套套 压压套套 压压石油天然气工程学院油井生产中 可能出现的 流型自下而上依次为:纯油 (液 )流、泡流、段塞流、环流和雾流。实际上,在同一口井内,一般不会出现完整的流型变化。油气沿井筒喷出时的流型变化示意图Ⅰ —纯油流; Ⅱ —泡流;Ⅲ —段塞流; Ⅳ —环流; Ⅴ —雾流自喷采油人工举升采油:气举采油有杆泵采油无杆泵采油气举采油① 必须有足够的气源;②需要压缩机组和地面高压气管线,地面设备系统复杂;③一次性投资较大;④系统效率较低。利用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:优点: 井口和井下设备比较简单缺点:高产量的深井;气油 (液 )比高的油井;定向井和水平井等。适用条件:石油天然气工程一、气举采油原理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。气举采油 a—停产时; b—环形液面到达管鞋; c—气体进入油管连续气举 间歇气举气举采油一、抽油装置其它附件设备组成抽油机(地面)抽油杆(传动动力)抽油泵(井筒内)有杆泵采油石油天然气工程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、抽油机有杆泵采油石油天然气工程学院工作时, 动力设备 将高速旋转运动 通过减速箱 传递给曲柄,带动曲柄作低速旋转;曲柄通过 连杆 带动 游梁 作上下摆动;挂在驴头 上的 悬绳器 通过 抽油杆 带动井下 深井泵 作上下往复运动,把油抽到地面。工作原理有杆泵采油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有杆泵采油机械采油配套工艺技术抽油生产系统优化设计技术分层采油工艺管柱及配套井下工具分层注水工艺管柱及配套井下工具特 种 抽 油 泵 系 列链 条 式 抽 油 机 系 列机械采油配套工艺技术1、抽油生产系统优化设计采用节点分析方法对生产系统进行综合分析建立了一套完整的优化设计数学模型形成了一套生产系统优化设计软件适用于直井、水平井、侧钻井生产系统的设计和测试自喷井生产管柱及配套技术有杆泵生产管柱及配套技术电泵生产管柱及配套技术实现分层生产及分层测试分层酸化 ——压裂工艺管柱及配套工具各类井下工具,满足不同生产工艺要求2、分层采油工艺管柱及配套井下工具打捞头丢手工具层注水工艺管柱及配套井下工具实现分层多级注水实现分层测试及调配各类注水井工具、满足不同注水工艺要求4、特种抽油泵系列长柱塞式防砂抽油泵解决常规泵经常发生砂卡、砂磨、砂埋和腐蚀的问题油井免修期延长 均泵效提高 串联式抽稠泵运用浸入式进油原理,并同液力反馈相结合用于稠油、高凝油井开采等径柱塞抽油泵采用等径刮砂柱塞结构,提高泵效和工作寿命5、链条式抽油机系列长冲程、大负荷、工作稳定可靠,节能显著适用于深抽、稠油、高凝油开采获国家发明二等奖取得中国发明、实用新型和美国专利增产措施:水力压裂酸化酸化压裂针对各种油藏井深 、 层系多 、 岩性差异大的特点 , 目前常用的有水基压裂液 、 油基压裂液系列 , 同时开发了薄油层压裂 、 深井限流压裂 、 酸压裂 、 裂缝及地应力测试等工艺技术 ,提高了工艺措施的有效率和成功率 。压裂酸化配套工艺技术压裂改造工艺技术限流压裂工艺技术分层压裂工艺技术转 向 压 裂 技 术端部脱砂压裂技术疏 松 砂 岩 压 裂 增 产 技 术稠油油层压裂技术低压油气藏压后增能助排技术注水井酸化解堵增注技术氟 硼 酸 深 部 酸 化 技 术潜 在 复 合 酸 酸 化 技 术低伤害酸酸化技术灰 岩 酸 压 技 术非离子硝酸粉末液酸化技术酸化负压转向解堵工艺技术高压旋转射流酸化解堵技术酸化(压)工艺技术砂岩深部酸化技术一、什么是压裂?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。水力压裂水力压裂增产增注的原理 :( 1)由于压裂在井底附近形成了具有一定规模高导流能力的裂缝,改善了油层的导流能力,从而降低井底附近地层 中流体的 渗流阻力 ; ( 2)改变了 流体的渗流状态 ,由径向流变成双线性流(地层线性流向裂缝,裂缝内流体线性流入井筒),消除了径向节流损失,大大降低了能量消耗。水力压裂 水力压裂施工现场水力压裂施工现场石油天然气工程学院水力压裂施工现场油层酸化处理是利用酸液能溶解岩石中所含盐类物质( 岩石胶结物或地层孔隙 (裂缝 )内堵塞物等 )的特性,扩大近井地带油层的孔隙度,提高地层渗透率,改善油、气流动状况,以增加油气产量的一种增产措施。酸 化酸压与水力压裂相比:相同点 : (基本原理和目的均相同)不同点 : 实现其导流性的方式不同目标均是为了产生有足够长度和导流能力的裂缝,减少油气水渗流阻力。水力压裂: 裂缝内的支撑剂阻止停泵后裂缝闭合;酸压: 一般不适用支撑剂,而是依靠酸液对裂缝壁面的不均匀溶蚀产生一定的导流能力。酸化压裂• 油田开发总体方案• 一般采油工艺和增产措施• 先进采油技术• 石油开发中的几个问题• 开采技术发展展望目 录先进采油技术采油法 所利用能量 举 例 三次采油 物理化学能 化学驱油法(聚合物驱、碱驱、活性剂驱) 混相驱油法(烃类混相驱、非烃类混相驱) 热力采油法(注热法、油层就地燃烧法) 四次采油 核能、生物能及其他能 地层的核加热与核爆炸法 细菌采油法 油层坑道开采法 重油的井下气化法 提高采收率技术:化学驱油法混相驱油法热力采油法微生物采油法概 论随着我国经济的快速发展,对石油的需求迅速增长,预计 2020年,我国的石油最大需求将达 但是我们最大产量仅为 因此,我们必须增加原油的可采储量。主要途径有:第一增加地质储量。 就是 发现新油田、老油田扩边、扩层。 这对我国石油工业而言,潜力越来越小。第二提高原油采收率。 注水开发的油田,其原油采收率通常只有 20%~ 40%;因此,提高原油采收率,对我国各油田潜力非常大。× 100采 出 的 油 气 总 量油 气 采 收 率 = %地 质 储 量目前,世界上已经开发的油气田,其采收率高的已超过 70%,低的不足 10%。我国东部油田平均采收率为 30%,尚有 2/3的原油滞留在地下没有被开采出来。巨大的待开发的油气资源!提高采收率包括: 聚合物驱 、 活性剂驱 、 碱驱和复合驱 。原理一、化学驱油法通过向油藏注入化学剂,以改善流体和岩石间的物化特征, 如降低界面张力、改善流度比等,从而提高原油采收率。 石油天然气工程学院按照使用的混相注入剂,分为:烃类混相驱、非烃类混相驱驱油机理: 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。二、混相驱油法烃类混相驱高压干气驱油液化石油气驱富气驱油非烃类混相驱 油油热力采油 是指向油层 注入热流体 或使 油层就地发生燃 烧 形成移动热流 , 主要依靠热能降低原油粘度 , 以增加原油流动能力的采油方法 。三、热力采油法热力采油法主要用于对付 稠油 (地层温度下脱气油粘度大于 的开采, 但也可以用于开采稀油。热力采油工艺可分为两类:注热流体法-蒸汽油层就地燃烧法 1、注热流体法 -蒸汽注蒸汽采油 是以水蒸气为介质,把地面产生的热注入油层的一种热力采油方法。分为: 蒸汽吞吐 和 蒸汽驱 两种。在一口井完成 注蒸汽 、焖井 、 开井生产 三个连续过程。 从注蒸汽开始到油井不能生产为止,即完成一个过程,称为一个 周期 。根据油藏实际情况,可吞吐若干个周期。蒸汽吞吐过程三、热力采油法火烧油层 :采用适当的井网 , 将氧气或空气注入井中并用点火器将油层点燃 , 燃烧前缘的高温不断使原油蒸馏 、 裂解 、 并驱替原油到生产井 。2、火烧油层火烧油层燃烧过程示意图三、热力采油法四、微生物采油微生物采油 ( 过有 选择地 向油层注入微生物基液和营养液,使得微生物就地繁殖生长,其代谢产物与原油产生物化作用。产生气体或活性物质,可以降低油水界面张力,以提高石油采收率的方法。四、微生物采油驱油机理:⑴ 产生表面活性剂, 降低油水界面张力 ,并乳化原油,改变岩石对原油的相对渗透率。(2)产生各种气体( 于石油,从而 降低原油粘度 。(3)产生有机酸酮类、醇类等有机溶剂, 降低界面张力 。(4)产生分解酶类,裂解重质烃和石腊组分,改善原油流动性, 降低地层渗流阻力 。存在问题① 微生物吃石油,据报道世界原油储量的 10%损失于微生物吃油 ;② 筛选 高效分解原油各组分的细菌;③ 微生物 堵塞油层 ;④ 其它问题:细菌地下新陈代谢的 活性问题;注入菌与固有细菌的 竞争问题;如何抑制不期望细菌的 过度繁殖问题。四、微生物采油防砂技术研究中心针对不同油藏类型、地层砂特性,研究开发了多种防砂工艺技术,主要有:绕丝筛管砾石充填防砂工艺滤砂管防砂工艺化学防砂工艺压裂防砂工艺水平井防砂工艺侧钻水平井防砂工艺油气井防砂工艺技术低渗透油田整体改造开发配套技术油藏精细描述应力优化匹配注采井网与地地层能量保持整体压裂改造储层保护技术供采平衡开采深抽优化设计压裂油井流入特征水力压裂油藏模拟水力压裂设计技术整体改造方案优化设计地应力测量及应用天然裂缝数值模拟压裂完井与管柱保护压裂液优化储层敏感性试验稠油开采工艺技术 注汽动态监测技术高效井筒隔热技术火烧油层技术蒸 汽 驱 采 油 技 术蒸汽吞吐采油技术稠油开采工艺技术1、蒸汽吞吐采油工艺技术隔热油管井下热胀补偿器注汽封隔器注汽封隔器井下汽水分离器隔热油管井下补偿器井下汽水分离器注汽封隔器隔热油管井下补偿器热采封隔器井下汽水分离器热采封隔器油 层蒸汽发生器井口补偿器加热带 蒸汽凝结带 蒸汽带汽水分离装置油和水顶部热损失注入井 生产井热油带冷油带油层热量蒸汽2、蒸汽驱采油工艺3、火烧油层驱油工艺生产井注入井已燃区燃烧前缘结焦区蒸汽区富油区原始油区火烧驱油技术研究成果室内研究 工 艺 配 套油藏地质数值模拟点火工艺监测工艺注气工程采油工艺物理模拟 4、高效井筒隔热技术研制出高真空和防氢害隔热油管,视导热系数 ≤ m.℃ )。5、热采动态测试技术适合浅海开发的六套工艺技术:油井自喷采油工艺技术螺杆泵采油工艺技术电泵采油工艺技术防砂工艺技术油井毛细管测压技术油层保护技术浅海采油工艺技术针对不同类型油藏的不同开发阶段 , 通过科技攻关 , 研究并形成了适合不同油藏的堵调工艺方法和堵调剂系列 。已 。堵水调剖工艺技术 317 466646 689 639580687 7390100200300400500600700800ÊÊʤÊÊÊÊ91 92 93 94 95 96 97 98Êê ·Ê»»»§»»»»»÷»»»§»»»»»»±í2 1 . 8 32 8 . 9 83 3 . 9 0 3 6 . 3 8 3 6 . 2 6 3 3 . 3 03 8 . 7 04 6 . 8 401020304050ʱÊêÊÊÊÊ(ÊòÊÊ)91 92 93 94 95 96 97 98Êê ·Ê»»»§»»»»»÷»»»§»»»»»»±í针对高含水 、 油层非均质性严重等油藏特征 ,自 “ 八五 ” 以来 , 重点开展了注交联聚合物驱油 、 完成了交联聚合物调驱工程设计数模软件应用研究 、 交联机理研究等 , 并在胜利油田六个试验区上应用 , 累计技术增油 40余万吨 。三次采油技术主要化学驱方法的经济潜力聚合物驱 化学复合驱一类潜力 0608106t“九五 ” 以来 , 通过攻关 , 已形成了系列配套技术:•菌液筛选 、 性能评价和生产•细菌作用机理模拟实验•微生物单井处理技术•微生物驱油技术•外排含油污水生化处理技术微生物采油技术发展微生物技术的关键有以下几点目前微生物的研究方法不规范,应区分微生物驱油,注发酵液和吞吐等方法的差别真正的微生物驱是利用能够在地下以石油饱和烃为营养源发酵的细菌在油藏深部在代谢,驱油过程目前发酵液注入的做法是一种生物表面活性剂驱,如果对发酵液进行适当的复配,可以提高驱油效率大规模的微生物驱油技术需要微生物工程技术支持• 油田开发总体方案• 一般采油工艺和增产措施• 先进采油技术• 石油开发中的几个问题• 开采技术发展展望目 录石油开发中的几个问题• 开发层系划分• 井网的部署• 油气层保护技术• 提高采收率开发层系划分• 如何合理地划分开发层系,是影响油田开发效果的一个重要问题。一个油田的油层,很少是均质单一的,我国是以陆相沉积的油田为主,其特点是油层层数多,油层的岩性及物性变化大,分布很不均匀,如果笼统地用一套井网开采,有的油层无法出油。如果对所有油层同时注水,高渗透油层进水多,油层压力显著上升,且产量高,见水早;低渗透油层情况与此相反。反映在一口油井中,高渗透油层明显干扰低渗透油层出油,油井产量递减很快。开发层系划分• 为了充分发挥每一个油层的作用,常把一些性质相近的油层组合在一起,采用适当的注水方式、井网和工作制度、分别开发。• 用同一套井网同时开发的若干油层的组合称之为一个开发层系。• 在组合开发油层开发时,要注意层系间有良好的隔层,以免在注水开发时层系间发生水串;一个层系应有一定数量的储量,以保证油井一定的生产年限,提高井网的利用率,还应考虑到现有的开采工艺水平,一般在组合层系时,不宜划分过细。井网的部署• 井网的部署,就是在一定含油面积上,布置多少进中,以多大的井距钻井采油,即一口采油井所控制的面积,通常用公顷 /井,平方公里 /井表示。若一口井控制面积大,就说明井网稀;若一口井控制面积小,则说明井网密。从世界情况看,井网总的发展趋势是由密向稀发展。我国采用的油井井距,大多数是 500~1000米之间。• 在部署油田开发井网时,首先要考虑满足开发设计对采油速度的要求。大面积连通、渗透率高、产能高的油藏可采用较稀井网。连通差 、渗透率低、稠油油藏一般采用较密井网。根据油气藏储层岩性、物性、流体性质及渗流特征的不同 ,对 中、低渗透油藏、高渗疏松砂岩油藏、强水敏油藏以及稠油油藏 进行储层伤害机理与评价技术研究,形成了油气层配套保护技术。油气层敏感性评价及伤害诊断技术防膨稳定技术屏蔽暂堵技术保护油层入井液技术油气层解堵技术油气层保护技术提高采收率• 目前国外、国内都采取各种方法进行强化开采。• 强化采油的原理是:向储油层注入一种气体或液体,经过几年以后,这种气体或液体,把石油冲出岩石的细小缝隙,并能与原油相混合,使之更易于流动。提高采收率目前最有前途的强化开采方法:• 混合相驱油提高采收率这种方法是向储油层注入一种气体,气体溶入石油,使油量增加,并驱使石油流向生产井。• 注入水中添加化学药剂以提高采收率化学剂在井下,起类似于肥皂的作用,把石油从孔隙中驱替出来。有的把高分子聚合物加到注入水中,增加水的粘度,从而挤出更多的石油。• 热力驱油以提高采收率热力的作用,是使石油粘度降低更加易于流动,冷凝水蒸气可以把石油驱向油井 (这种方法主要适用于重油和稠油,而且一般只用于浅层油田 )。 另外还有向油层注入空气,使一部分石油点燃,产生气体膨胀,驱使原油流向采油井。 提高采收率方法 年代 化 学 驱 油 混 相 驱 油 热 力 采 油 十年代 提出碱驱 提出注蒸气采油 二十年代 提出活性剂驱 进行注蒸气的矿场试验 三十年代 进行碱驱的矿场试验 提出 提出火烧油层 四十年代 提出用透明乳状液驱油 提出用聚合物驱油 进行 五十年代 提出泡沫驱油 做注 P A M 矿场试验 进行 进行火烧油层试验 六十年代 提出用水包油乳状液和混相型微乳驱油,进行泡沫驱油试验 进行 2驱的先导试验并开始烃类混相驱研究工作 在油井做蒸气吞吐试验 七十年代 进行混相型微乳驱,低浓度活性剂驱,自动波及流体驱试验,提出不混相型微乳驱 进行 2驱的工业试验和烃类混相驱的先导试验 设计深井地下蒸气发生器,发展管线绝热技术 八十年代 研究各种驱油法的组合及各方法选择条件的优化 烃类混相驱进行工业试验,并进行混相驱流度控制研究 研究注蒸气的流度控制和湿式火烧油层 提高采收率技术可增加 相驱8%热采11%聚合物驱24%二元复合驱2%三元复合驱50%• 油田开发总体方案• 一般采油工艺和增产措施• 先进采油技术• 石油开发中的几个问题• 开采技术发展展望目 录开采技术发展展望• 油气田开采面临的课题如何将每年新发现的各种不同类型的油田,更为有效地开发好。对于已经进入高含水期的一批老油田,如何进一步作好调整挖潜、控水稳油工作和提高油田采收率。对于埋藏较深的特稠稠油油田和低产、低渗透率油田,如何进一步开发动用其资源。对于一批已经探明但尚未开发的气田,如何高水平、高效益地进行开发。开采技术发展展望• 油气田开采技术发展方向提高新油田的数值模拟预测技术。提高老油田调整挖潜和控水稳油的工作水平。研究提高采收率的新技术和新方法。发展稠油热采技术和开发低渗透油田的技术。发展完井和采油新工艺、新技术。
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