油气开采工程思维导图
U446155865
2023-11-03
抽油杆
采油原理
采油设备
油气开采工程详解
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思维导图大纲
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油气开采工程思维导图模板大纲
概况
油田开采过程中根据开发目标通过生产井和注入井所采取的工程技术措
施的总称
目的
经济有效举升
实现入井油气等流体向地面的流动
提高生产系统运行效率和经济效益
油气畅流入井
技术措施：通过各种物理、化学、生物等方法作用于油气层
采油方法
采油方法分类
自喷采油
利用油层流体自身能量将原油举升到地面的采油方式
人工举升采油
人工给井筒流体增加能将井底原油举升至地面的采油方式
气举采油
利用气举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
连续气举采油
间歇气举采油
深井泵采油
有杆泵采油
地面能量通过抽油杆提供给抽油泵，将井底原油举升至地面的采油方式
抽油机﹣深井泵采油
地面驱动螺杆泵采油
无杆泵采油
地面能量不通过抽油杆提供给抽油泵◇将井底原油举升至地面的采油方式
电动潜油离心泵采油
水力射流泵采油
水力活塞泵采油
地下驱动螺杆泵采油
自喷采油
依靠油层自身的能量（压力）将原油举
升至地面的采油方式
最简单、最经济的采油方式
油井生产系统组成
油层子系统：地层渗流
井筒流动子系统：井筒多相管流
地面管网流动子系统：地面水平或倾斜管流
采油设备子系统：流体通过油嘴（节流器、井下阀）的流动
自喷井生产系统设计与动态预测的内容
最大产量预测、油管和油嘴直径优化
停喷转抽时机的预测
设计与动态预测方法
节点系统分析法
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，降低井筒流体密度将流到井内的原油举升到地面
设备
压缩机站、高压注气管线、气举阀、油管柱、井下附件等
气举方式分类（按注气方式分类）
连续气举
将高压气体连续地注入井内，排出井筒中液体。适应于供液能力较好、产量较高的油井
间歇气举
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。主要用于油层供给能力差，产量低的油井
为了降低压缩机的启动压力与工作压力之差，必须降低启动压力
安装气举阀
气举阀的作用
逐步排除油套环形空间的液体
降低启动压力
气举阀实质
一种用于井下的压力调节器
气举井生产设计
优化油井产量，设计对应注气量、井口注气压力、和注气点深度
确定气举阀的安装位置
计算功率、效率及能耗等工况指标
气举采油在我国没有形成应有规模的原因
国产压缩机等主要气举设备质量不够好，主要设备需依赖于进口，大大提高了设备投资和操作费用
缺少足够的气源保证
难以形成高效的规模化生产
常规有杆泵采油
采油设备
抽油机、抽油杆、抽油泵、其他附件
采油原理
地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体，流体增压后被举升到地面
抽油机
游梁式抽油机
游梁式抽油机最主要的一个特点就是有一个能绕支架轴承上下摆动的游梁
游梁式抽油机主要组成
电动机、皮带﹣减速箱、
曲柄-连杆-游梁机
构（四连杆机构）、
辅助部件。
无游梁式抽油机
无游梁式抽油机的明显特点就是没有一个能绕支架轴承上下摆动的游梁
抽油杆
将抽油机的运动和能量传递给井下抽油泵
普通抽油杆的缺点
适应不了深井采油、大泵强采需要
适应不了斜井开采的需要
适应不了高粘油井开采需要
适应不了高腐蚀性油井开采需要
适应不了严重结蜡油井的开采需要
特种抽油杆的种类
超高强度抽油杆
、玻璃钢抽油杆
、空心抽油杆
、电加热抽油杆
、连续抽油杆
、碳纤维抽油杆
抽油泵
机械能转化为流体压能的设备
结构组成
游动阀
（排出阀）
柱塞
工作筒
（外筒和衬套）
固定阀
（吸入阀)
泵效
在抽油井生产过程中，实际产量与理论产量的比值
有杆抽油系统生产分析
日常生产分析
每口井的产量、载荷、应力、平衡、扭矩、功率、泵效、系统效率等指标的测试、计算◇随时间变化规律的对比，以及油田区块整体指标的汇总等
压力分析
压力反映地层能量的大小，动液面的测试-回声仪，根据声波在环形空间流体介质中的传播速度和测得的反射时间来计算其位置
有杆抽油系统设计内容
油井流入动态计算
采油设备（机、杆、泵等）选择
抽汲参数（冲程、冲次、泵径和下泵深度等）优化
工况指标（产量、载荷、应力、平衡、扭矩、功率、泵效、系统效率等）的预测
基于优化目标的实施方案的优选
地面驱动螺杆泵采油
设备组成
地面驱动装置抽油杆螺杆
工作特点
井口结构简单、占地面积小，利于海上平台和从式井组采油
泵运动部件少，吸入性能好，且连续排油，适用于出砂油井
泵内没有吸入和排出阀以及复杂的流道，水力损失小，适用于稠油井
体积小，耗能低，投资少
安全、可靠，安装、使用、维护、监控等方便
电动潜油离心泵采油
设备组成
地面控制部分
电力传输部分
井下机组部分
工作原理
潜油电机带动离心泵叶轮旋转
主要优点
排量大
地面管理方便
能够较好地运用于斜井与水平井
以及海上采油
在防蜡方面有一定的作用
主要缺点
下入深度受电机功率、油套管直径、井筒高温等的限制
比较昂贵，初期投资高
作业费用高和停产时间过长
电机、电缆易出现故障
日常维护要求高
水力射流泵采油
设备组成
地面流程
动力液处理装置
高压泵机组
高压控制与计量装置
地面高压管线
井下装置
井下管柱
射流泵
工作原理
动力液地面加压，通过地面管线和油管或专用动力液管输送至井下喷嘴
通过喷嘴将压能转换动能
嘴后形成低压区
动力液与油层产出液在喉管中混合
经扩散管动能转换成压能
混合液的压力提高后被举升到地面
优点
没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大
可利用动力液的热力及化学特性◇适用于高凝油、稠油、高含蜡油井
对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性
水力活塞泵采油
设备组成
地面流程
动力液处理装置
高压泵机组
高压控制与计量装置
地面高压管线
井下装置
水力活塞泵井下机组
井下管柱
液马达
滑阀控制机构
抽油泵
工作原理
动力液地面加压
地面管线、油管或专用动力液管输送
动力液被传至井下液马达处
滑阀控制机构换向
动力液驱动液马达做往复运动
液马达通过活塞杆带动抽油泵做往复运动
原油被抽油泵增压，举升至地面
按动力液循环分类
开式循环方式：乏动力液与产出液混合
闭式循环方式：乏动力液不与产出液混合
优缺点
举升高度与排量范围大
适用于斜井、含蜡、稠油的开采
机组结构复杂，加工精度要求高
地面流程高压，投资高（规模效益）
注水工程
原因
补充地层能量、保持地层压力，提供驱油动力﹣提高产量、提高采收率
注水生产系统
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、注水井以及地面管线
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
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
来水进站一计量一水质处理一储水罐一泵出
主要设施
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
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
分水器、正常注水和旁通备用管汇、压力表和流量计
分类
配水间一般分为单井配水间和多井配水间两种
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
水源要求
注水引起的油层损害主要类型
注入水处理
沉淀
、过滤
常用的聚凝剂
硫酸铝
、硫酸铁
、三氯化铁、偏铝酸钠
杀菌
常用
的杀
菌剂
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
脱氧
除去水中的氧气、碳酸气和硫化氢气体
脱氧方法
化学脱氧法
天然气逆流冲刷法（气提脱氧）
真空脱氧法
除油
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
注水井投注程序
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
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
正洗、反洗
地层预处理
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
试注
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
注水井吸水能力
注水井指示曲线
稳定流动条件下，注入压力与注水量之间的关系曲线
吸水指数
单位注水压差下的日注水量
影响吸水能力的因素
与注水井井下作业及注水井管理操作等有关的因素
与水质有关的因素
组成油层的粘土矿物遇水后发生膨胀
注水井地层压力上升
提高吸水能力的措施
加强注水井日常管理
压裂增注
酸化增注
粘土防膨
注水管柱
注水类型
笼统注水（混注)
分层注水(分注)
油、套管分层注水
单管分层注水
多管分层注水
用指示曲线分析油层吸水能力的变化
曲线平行上移、吸水能力不变
曲线平行下移、吸水能力不变
曲线右移、斜率变小，吸水能力增强
曲线左移、斜率变大，吸水能力下降
检查配注准确程度的方法
配注误差为"正"说明未达到注入量，称欠注
配注误差为"负"则说明注入量超过配注量，称超注
注水工艺方案设计内容
注入水水源选择与水质要求
根据储层的润湿性、孔隙结构和非均质状况等资料，参照石油行业标准，优选注入水水源和制定水质标准
注水井吸水能力预测
利用油藏工程设计的数值模拟结果进行预测
根据油水相对渗透率曲线，利用油水两相径向流的公式进行预测
根据试注资料或井底处理措施中挤处理液时所获得的资料预测
注水系统压力分析
注水压力优化设计是根据配注量、吸水指数、管柱尺寸和油藏压力，利用注水井的节点系统分析方法，确定注水井的井口、井底注水压力；
从防止套管损坏的角度出发，对注水压力作必要的限制
高压注水时，井底注水压力应小于地层破裂压力的90%
设计的井口压力应考虑地面管网和设备的技术经济可行性
注水管柱设计
注水管柱结构设计是根据油藏工程方案的注水要求，确定注水井合注或分注管柱及管柱的组成
注水管柱强度设计主要是进行抗内压和抗拉极限载荷校核计算
配水嘴的优化
根据各注水层需要的嘴损和配注量，选用的水嘴大小和个数
油水井增产增注技术
水力压裂技术
水力压裂的工艺过程
利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压；当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝；继续注入带有支撑剂的携砂液◇裂缝向前延伸并填以支撑剂◇关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注目的工艺措施
水力压裂增产增注的原理
改变流体的渗流状态
使原来径向流动改变为油层与裂缝近似的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，降低了能量消耗
降低了井底附近地层中流体的渗流
阻力
裂缝内流体流动阻力小
压裂液及其任务
前置液
破裂地层、造缝、降温作用。一般用未交联的溶胶
携砂液
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）
顶替液
中间顶替液
送携送砂液、防砂卡
末尾顶替液
替液入缝，提高携砂液效率和防止井筒沉砂
压裂液类型
水基压裂液
用水溶胀性聚合物经交链剂交链后形成冻胶。施工结束后，为了使冻胶破胶需要加入破胶剂。不适用于水敏性地层
油基压裂液
多用稠化油，遇地层水后自动破胶。缺点是悬砂能力差、性能达不到要求、价格昂贵、施工困难和易燃等
泡沫压裂液
基液多用淡水、盐水、聚合物水溶液；气相为二氧化碳、氮气、天然气；发泡剂用非离子型活性剂。特点是易于返排、滤失少以及摩阻低等。缺点是砂比不能过高、井深不能过大
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
支撑剂
按其力学性质分为两大类
脆性支撑剂：如石英砂、陶粒、玻璃球等
特点：硬度大，变形小，在高闭合压力下易破碎
韧性支撑剂：如核桃壳、铝球等
特点：变形大，承压面积大，在高闭合压力下不易破碎
目前矿场常用支撑剂：天然石英砂、陶粒
支撑剂的性能要求
粒径均匀,密度小、强度大,破碎率小、园度和球度高、杂质含量少、来源广,价廉
压裂设计方案的内容
裂缝几何参数优选及设计
压裂液类型、配方选择及注液程序
支撑剂选择及加砂方案设计
压裂效果预测和经济分析等
区块整体压裂设计还应包括采收率和开采动态分析等
酸化（酸处理）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
酸处理技术的类型
酸洗
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
基质酸化
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
酸化压裂
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
常用的酸液
盐酸：多用于处理碳酸盐类物质，反应速度快，不利于酸化效果，对井筒有腐蚀
甲酸和乙酸：有机弱酸，反应速度慢，有利于提高酸处理范围
多组分酸：有机酸与盐酸的混合物；缓速、得到较大酸处理范围
乳化酸：油包酸型乳状液，酸滴不会立即与岩石接触，扩大酸处理的范围
稠化酸：盐酸＋增稠剂；降低氢离子向岩石壁面的传递速度
土酸：对砂岩、泥质含量高的地层，用氢氟酸处理硅酸盐类物质
常用的添加剂
缓蚀剂：减缓酸对设备与井筒的腐蚀
表面活性剂：降低酸液的表面张力，有利于酸进入地层和残酸返排
稳定剂：防止氢氧化铁沉淀，避免发生地层堵塞现象
增粘剂：延缓酸岩反应速度，增大活性酸的有效作用范围
减阻剂：降低稠化酸的摩阻损失，有利于注酸
暂时堵塞剂：堵塞高渗透层段孔道，溶蚀低渗透层段
碳酸盐岩地层的盐酸处理
碳酸盐岩地层主要成分：方解石和白云石
盐酸处理的目的：解除孔隙、裂缝中的堵塞物质，或扩大沟通油气岩层原有的孔隙和裂缝，提高油气层的渗流性
生成物状态：氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中；二氧化碳气体大部分呈游离状态的微小气泡，分散在残酸溶液中，有助于残酸溶液的返排
砂岩油气层的土酸处理
通过酸液溶解砂粒之间的胶结物和部分砂粒，或孔隙中的泥质堵塞物，或其它酸溶性堵塞物以恢复、提高井底附近地层的渗透率
土酸酸化原理
氢氟酸与硅酸盐类以及碳酸盐类反应时，其生成物中有气态物质和可溶性物质，也会生成不溶于残酸液的沉淀
氢氟酸与碳酸盐的反应速度最快，其次是硅酸盐（粘土），最慢是石英。盐酸和碳酸盐的反应速度比氢氟酸与碳酸盐的反应速度还要快，因此土酸中的盐酸成分可先把碳酸盐类溶解掉，从而能充分发挥氢氟酸溶蚀粘土和石英成分的作用
盐酸预处理：提高土酸处理效果
酸处理井的残酸返排：提高酸处理效果
剩余压力（井底压力）大于井筒液柱压力
自喷方式
剩余压力（井底压力）小于井筒液柱压力
人工排液法
以降低液柱高度或密度的抽汲、气举法
以助喷为主的增注液体二氧化碳或液氮法
其他地层处理技术
高能气体压裂技术
利用火药或火箭推进剂燃烧，瞬产生高温、高压气体，压开多条径向裂缝，同时裂缝面会产生轻微的错动，当裂缝闭合后仍能保持一定的导流能力，从而到增产增注目的的工艺措施
增产机理
形成多条径向裂缝
突破井周污染带，这种措施由于总能量不大，故裂缝不长；为后续水力压裂或酸化压裂提供有利条件，如降低破裂压力；改善地应力差异，诱导形成多条径向裂缝
高温热作用
燃烧产物最高温度可达2500℃，储层温度可上升20-50℃，持续时间1-2h，处理近井地带的蜡质、胶质、沥青质等有机垢的堵塞
机械冲击波作用
产生高能气体的同时也产生了冲击波、超声波、强声场，作用于油层可疏通油流通道，降低毛细孔表面张力使原油降粘、除垢、清蜡防蜡，抑制地层细菌的生长和聚集，从而提高油层的泄油能力
化学作用
燃烧产物（CO、CO2、HCI、H2S)遇水形成酸液起到降粘、降低油水界面张力、酸化近井地带的作用
水力振荡解堵技术
利用水力脉冲振荡器，地面供液源按一定排量将工作液注入振动器内，产生自激振荡形成的脉冲射流作用于油层，产生疲劳裂隙。由于振动波具有强的穿透能力，油层中流体快速往复振动，从而解除了油层中的机械堵塞物，增加产量
增产机理
流体和地层的振动
油-岩界面相对运动，原油脱离；毛细管直径变化，渗流速度增加；机械堵塞物松动，易被流体携带；解堵
地层岩石应力的变化
疲劳裂缝
电脉冲井底处理技术
通过井下液体中电容电极的高压放电◇在油层中造成定向传播的压力脉冲和强电磁场，产生空化作用解除油层污染，对油层造成微裂缝从而达到增产增注目的的工艺措施
增产机理
冲击波破裂储层
冲击波的幅值大于储层的抗压强度区域，以破裂模式致裂储层
压缩应力波撕裂储层
初始冲击波的对储层做功衰减成压缩应力波，在还大于储层的抗张、抗剪强度的区域，就会撕裂储层形成新的裂隙
高强声波解堵储层
初始冲击波的幅值低于储层的抗张、抗剪强度后，衰减为高强弹性声波，在储层不同介质中的速度、加速度因声阻抗差异，产生剪切力，可剥离储层表面的附着堵塞物，改善毛管力、偶电层的吸附滞留效应，减小表面张力，促进渗流，实现解堵
多次冲击波对储层的疲劳效应
导致岩体的破裂
超声波井底处理技术
利用超声波的振动、空化作用等作用于油层，解除近井地带的污染和堵塞，以达到增产增注目的的工艺措施
增产机理
机械振动作用
封堵松动；振动产生的冲击破坏力使岩石中产生微裂缝；粒子振动速度存在差异，导致边界摩擦，产生热量
空化作用
消除气阻、产生热、减小原油的相对分子质量
人工地震处理技术
利用地面人工震源产生强大的波动场作用于油层进行振动处理，从而提高油层中油相渗透性及毛管渗流和重力渗流速度，促使石油中的原始溶解气及吸附在油层中的天然气进一步分离，以达到提高原油产量及采收率的目的
增产机理
交变人工振动使岩心亲水性加强
振动可对多孔介质中原油产生机械扰动，从而有效降低其运动粘度
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