《采油工艺及设备》

《采油机械》主要内容第一部分油气基本知识 (2)第二部分完井与测试 (4)第三部分自喷采油和气举采油 (8)第四部分有杆抽油设备 (14)第五部分无杆抽油设备 (31)第六部分修井设备 (40)第七部分压裂和酸化设备 (43)第一部分油气基本知识一、石油的物理性质分析地层原油的物理性质，一般要取得以下几项基本参数。

1)饱和压力：地层原油在压力降低到开始脱气时的压力称饱和压力。

原始饱和压力是指油田开采初期，地层保持在原始状况下测得的饱和压力。

一般所说的饱和压力即指原始饱和压力。

2)原始溶解气油比：在地层原始状况下，单位重量(或体积)原油所溶解的天然气量称为原始气油比，单位是“立方米每吨或立方米每立方米”。

油井生产时，每采出一吨原油伴随采出的天然气量称生产气液比，单位是“立方米每吨”。

3)原油密度和相对密度：原油密度是指单位体积原油的质量。

单位是“千克每立方米”。

原油的相对密度是指原油在温度为20℃时的密度与温度为4℃时同样体积纯水密度之比值。

4)原油粘度：石油在流动时，其内部分子之间产生的摩擦阻力称为原油粘度。

单位是“毫帕秒”。

5)原油凝固点：原油冷却到失去流动性时的温度，叫做原油的凝固点。

6)原油体积系数：地层条件下单位体积原油与其在地面条件下脱气后的体积之比值，称为体积系数。

7)原油收缩率：地层原油取到地面后，天然气逸出使体积缩小，收缩的体积占原体积的百分数称为收缩率。

8)原油压缩系数(又称压缩率)：单位体积的地层原油，压力每增加或减小1帕时体积的变化称为压缩率，单位是“每帕或每兆帕”。

9)溶解系数：在一定压力范围内，每增加单位压力时，在单位重量原油中所溶解的天然气量。

单位是“立方米每吨兆帕”。

二、石油的化学性质石油主要由碳、氢元素组成，碳占83～87%，氢占10～14%，还有氧、氮和硫，但含量都不超过1％，个别油田含硫量可达3～4％。

蜡：烷烃的碳原子个数为15—42左右时呈固态的碳氢化合物称为蜡。

原油中含蜡的百分数称为含蜡量。

胶质是原油中分子量较大的烃类，并含有氧、氮、硫等杂质。

它溶解性较差，只能溶解于石油醚、苯等。

石油蒸发或氧化后，胶质成分增加。

密度较小的石油一般含胶质4％一5％，而较重的石油胶质含量可达20％或更多。

原油中所含胶质的百分数称为胶质含量。

沥青质为暗褐色至黑色的脆性物质，含有碳、氢、氧、氮、硫等元素的高分子多环有机化合物，其分子量比胶质大许多倍，不溶于石油醚或酒精，可溶于苯、三氯甲烷及二硫化碳，也可被硅胶吸附。

原油中所含沥青质的百分数称为沥青质含量。

三、天然气的物理性质天然气是以气态碳氢化合物为主的各种气体组成的混合气体。

有的从独立的气藏中采出，有的是伴生在石油中被采出。

天然气一般无色，有汽油味和硫化氢味，可以燃烧。

描述天然气物理性质主要有以下几项参数：1）体积系数气体在油层条件下所占的体积与在标准状况(20℃和0．101MPa)下所占体积的比值。

单位是“立方米每立方米”。

2) 弹性压缩系数压力每变化1兆帕，气体体积的变化率。

3）天然气粘度天然气流动时气体内部分子间的摩擦力。

4) 天然气密度和相对密度单位体积气体的质量称天然气密度，单位是“千克每立方米”。

相对密度则是指在某一压力和温度下的天然气密度，与在标准状况下同体积干燥空气的密度之比值。

四、天然气的化学性质天然气的主要成分有甲烷(CH4)，乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)，还有二氧化碳(C02)、一氧化碳(CO)、氢(H2)、硫(S)和氮(N2)等。

甲烷在天然气中含量最多，占42％一98％。

当其含量超过95％时，则称为干气；而乙烷以上的重烃含量超过5％时，称为湿气。

干气多产自纯气藏，而湿气则多与石油伴生。

天然气分析一般要进行常见的以下几个组分含量的分析，即甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、二氧化碳、硫化氢、氮气和一氧化碳等。

五、油气藏地下岩层中能够聚集并储藏石油或天然气的场所，称为油气藏。

形成油气藏必须具备生、储、盖、运、圈等条件。

1）盖层是紧邻储集层的不渗透岩层，起阻止油气向上逸散的作用的岩、石膏等不渗透岩层都可作为良好的盖层。

2）圈闭能阻挡油气继续运移，并能使油气聚集起来形成油气藏的地质场所称为圈闭。

圈闭是由储集层、盖层、遮挡物三部分组成，三者缺一不可。

3）油气田是指受局部构造(或岩性、地层) 所控制的某一面积范围内的油、气藏的总和。

4）气顶油藏中的石油和天然气是按密度分布的，天然气最轻，充满油层的最顶部，故称为气顶。

由于各油藏的油层压力和油、气的组成不同，有的油藏有气顶，而有的油藏则没有气顶。

没有气顶的油藏，是因为油层压力大于饱和压力，气体全部溶解于石油之中的原因。

5）含油边界、含水边界、含气边界油、气、水在储油构造中，顶部是天然气，中间是石油，下面是水。

在气与油接触处和油与水接触处，分别叫油气界面和油水界面，如图1-2。

含油边界：在这边界以外没有含油区。

含水边界：在这个边界以内就没有水。

含气边界：在这个边界以外就没有游离的天然气。

如图1- 3。

第二部分完井与测试2.1完井方式2.1.1 垂直井完井方式1. 射孔完井方式射孔完井是目前国内外使用最为广泛的一种完井方式，其中包括套管射孔完井和尾管射孔完井。

2．裸眼完井方式3. 割缝衬管完井方式4．砾石充填完井方式（1）裸眼砾石充填完井方式（2）套管砾石充填完井方式2.1.2 水平井完井方式（1）裸眼完井方式（2）割缝衬管完井方式（3）射孔完井方式（4）管外封隔器完井方式2.1.3 完井井口装置在油气井进行测试和生产过程中，都必须有一套安全可靠的井口装置，以便能有控制、有计划地进行井内作业和生产。

完井井口装置是装在地面用以悬吊和安放各种井内管柱及控制和导引井内油气流出或地面流体注入的井口设备。

完井井口装置通常包括套管头、油管头和采油树三大主要部件。

（1）套管头套管头在井口装置的下端，其作用是将表层套管与油层套管连接起来，并使管外空间严密不漏，表层套管外用水泥封固。

（2）油管头油管头装在套管头和釆油树之间。

包括：大四通(套管四通)油管悬挂器油管悬挂器用来悬挂井下自喷油管柱，封隔油管和套管间的环形空间。

大四通左、右端与井口闸门(套管闸门)连接，可用于观测套管压力和进行各项修井、测试作业。

（3）采油树采油树是指自喷井口装置的地上部分，它用法兰盘坐于油管头之上。

采油树用于控制和调节升举到井口的油气流向，与大四通配合形成修井液和压井液的正、反循环及进行测井作业以及关闭井口。

采油树主要由油管四通(小四通)、四个井口闸阀和节流器组成。

工厂制造的井口装置是将油管头、采油树及套管头法兰装配成一个整体。

常将这种成套的自喷井口装置简称为采油树。

（4）采气树釆气树和采油树结构相似，但考虑到天然气的特点，对采气树要求更为严格：1)所有部件均采用法兰连接；2)套管闸阀和总闸阀均成对配置，其中一个为备用；3)节流器采用针形阀，而不是固定孔径的油嘴；4)全部部件均经抗硫化氢处理。

2.2 试油对可能出油（气）的生产层，在降低井内液柱压力的情况下诱导油气入井，然后对生产层的油、气、水产量，地层压力及油、气的物理化学性质等进行测定。

这一整套工艺技术称为试油。

试油的目的是：为了认识和鉴别油气层，为油、气田的正常生产和开发提供可靠的依据。

2.2.1 诱导油、气流油、气井因其地层能量不同，在钻开生产层或射孔后，可遇到两种情况：１）在一定的液柱压力下，油、气井能自喷；２）不能自喷。

对于自喷井，可进行放喷测试；对于不能自喷的井，则必须进行诱导油、气流的工作。

油、气入井不畅的原因一般是：1)油、气层原始渗透率低；2)油、气层地层压力偏低；3)油、气流动性差或井内液柱压力过高；4)油、气层受污染堵塞等。

对于因井筒内液柱压力大，不能自喷的井，应采取降低井筒内液柱压力的办法诱导油、气入井。

常用方法:气举法抽汲提捞法2.2.2 增大油、气流通道人工强化措施_____水力压裂和酸化处理。

原因:1) 油、气井生产层严重地受到钻井液和水泥浆的污染，导致孔隙或裂缝通道被严重堵塞；2) 油、气井生产层的原始渗透率很低，目的:扩大油、气层的孔隙和原始裂缝，形成新的人工裂缝，增大油、气层渗透率，增大油、气通道。

2.2.3 完井测试★完井测试的主要任务：通过地下资料的收集和分析，确定油、气层的工业价值，为油、气井正常生产和制订合理的开发方案提供可靠的依据。

★测试要取全取准下述几方面的资料：1) 油、气、水产量2) 原始地层压力，井口油管压力和套管压力；3) 油、气层中部温度及地热增温率；4) 油、气、水样。

★油、气、水产量测量方法:1)常用大罐量油法及分离器量油法。

大罐量油法一般采用立式罐，并装有直径不小于76.2mm，直插至油罐底部的量油管。

分离器量油法又称为玻璃管量油法该方法的理论根据是连通管压力平衡的原理。

2)用节流式流量计测量天然气的产量★油、气、水取样方法:油、气、水样有井口样和井下样之分。

井口样在井口取样闸门处取得，供一般分析用。

井下样下入专门的井底取样器，在井底条件下取得样品，并加以封存，供进行保持地层压力和温度的高压物性分析用。

★原始地层压力、井口油管压力和套管压力获取:原始地层压力:井底流动压力:油、气井生产过程中井筒中油气层中部或生产层处的压力。

井底流动压力=井内液柱压力+井口压力+流体从井底至井口的流动阻力。

井底静压：油、气井在关井停产后，待井筒中的压力恢复到稳定时，所测得的油。

层中部压力井底压力测量设备：井底压力计实际测量。

井口油管压力、套管压力测量设备：压力表。

2.2.4 中途测试每钻穿一油、气层，即停钻对油、气层进行测试。

测试完后，视情况而定，或者恢复钻进，或者在获得高产油、气流的情况下，就此完井投产。

这种自上而下逐层钻穿、逐层测试的方法称为中途测试。

中途测试优点：１）能迅速发现油、气流，并可初步确定油、气层压力和生产能力。

２）避免了钻井液对油、气层的长期污染，有助于取得可靠的油、气、水资料。

３）有助于提高探井的成功率，加快油、气田的勘探和开发速度。

中途测试工艺有两个主要环节：１）诱导油、气流２）取得测试资料。

中途测试除了准确取得被测试层基本的油、气、水资料外，还必须考虑钻井工艺的一些要求。

第三部分自喷采油和气举采油3.1 自喷采油油田上的生产井，按其生产方式的不同，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内驱入井底，而且还能够将其由井底连续不断地举升到地面上来。

这样的生产井，我们称它为自喷井。

用这种自喷的方式进行采油，称其为自喷采油。

★四种流动过程原油从油层流到计量站，一般要经过四种流动过程：原油沿油层流人井底；从井底沿井筒流到井口；通过油嘴；沿地面管道流至计量站。

★四种流动过程各自遵循不同的规律:•沿油层流动为渗流；•沿井筒的流动为垂直多相或单相管流；•通过油嘴的流动为嘴流；•沿地面管道的流动一般为多相水平管流。