油氣開采的方法

【專家解說】：油氣的開采方法有兩種（陸地）開采和（海上）開采.兩者的方法大同小異！石油開采   石油開采技術(shù)的發(fā)展  石油和天然氣的大規(guī)模開采和應(yīng)用，是近百年的事。美國和俄國在19世紀50年代開始了他們各自的近代油、氣開采工業(yè)。其他國家稍晚一些。石油開采技術(shù)的發(fā)展與數(shù)學、力學、地質(zhì)學、物理學、機械工程、電子學等學科發(fā)展有密切聯(lián)系。大致可分三個階段：   初期階段  從19世紀末到20世紀30年代。隨著內(nèi)燃機的出現(xiàn)，對油料提出了迫切的要求。這個階段技術(shù)上的主要標志是以利用天然能量開采為主。石油的采收率平均只有15～20％，鉆井深度不大，觀察油藏的手段只有簡單的溫度計、壓力計等。   第二階段  從30年代末到50年代末，以建立油田開發(fā)的理論體系為標志。主要內(nèi)容是：①形成了作為鉆井工程理論基礎(chǔ)的巖石力學；②基本確立了油藏物理和滲流力學體系，普遍采用人工增補油藏能量的注水開采技術(shù)。在蘇聯(lián)廣泛采用了早期注水保持地層壓力的技術(shù)，使石油的最終采收率從30年代的15～20％，提高到30％以上，發(fā)展了以電測方法為中心的測井技術(shù)和鉆4500米以上的超深井的鉆井技術(shù)。在礦場集輸工藝中廣泛地應(yīng)用了以油氣相平衡理論為基礎(chǔ)的石油穩(wěn)定技術(shù)?；窘⒘伺c油氣田開發(fā)和開采有關(guān)的應(yīng)用科學和工程技術(shù)體系。   第三階段  從60年代開始，以電子計算機和現(xiàn)代科學技術(shù)廣泛用于油、氣田開發(fā)為標志，開發(fā)技術(shù)迅速發(fā)展。主要方面有：①建立的各種油層的沉積相模型，提高了預(yù)測儲油砂體的非均質(zhì)性及其連續(xù)性的能力，從而能更經(jīng)濟有效地布置井位和開發(fā)工作；②把現(xiàn)代物理中的核技術(shù)應(yīng)用到測井中，形成放射性測井技術(shù)，與原有的電測技術(shù), 加上新的生產(chǎn)測井系列,可以用來直接測定油藏中油、氣、水的分布情況，在不同開發(fā)階段能采取更為有效的措施；③對油氣藏內(nèi)部在采油氣過程中起作用的表面現(xiàn)象及在多孔介質(zhì)中的多相滲流的規(guī)律等，有了更深刻的理解，并根據(jù)物理模型和數(shù)學模型對這些現(xiàn)象由定性進入定量解釋（見油藏數(shù)值模擬），試驗和開發(fā)了除注水以外提高石油采收率的新技術(shù)；④以噴射鉆井和平衡鉆井為基礎(chǔ)的優(yōu)化鉆井技術(shù)迅速發(fā)展。鉆井速度有很大的提高?？梢源蚋鞣N特殊類型的井，包括叢式井，定向井，甚至水平井，加上優(yōu)質(zhì)泥漿，使鉆井過程中油層的污染降到最低限度；⑤大型酸化壓裂技術(shù)的應(yīng)用使很多過去沒有經(jīng)濟價值的油、氣藏，特別是致密氣藏,可以投入開發(fā),大大增加了天然資源的利用程度。對油井的出砂、結(jié)蠟和高含水所造成的困難，在很大程度上得到了解決（見稠油開采，油井防蠟和清蠟，油井防砂和清砂，水油比控制）；⑥向油層注蒸汽，熱采技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)使很多稠油油藏投入開發(fā)；⑦油、氣分離技術(shù)和氣體處理技術(shù)的自動化和電子監(jiān)控，使礦場油、氣集輸中的損耗降到很低，并能提供質(zhì)量更高的產(chǎn)品。   靠油藏本身或用人工補給的能量把石油從井底舉升到地面的方法。19世紀50年代末出現(xiàn)了專門開采石油的油井。早期油井很淺，用吊桶汲取。后來井深增加，采油方法逐漸復雜，分為自噴采油法和人工舉升采油法兩類，后者有氣舉采油法和泵抽采油法（又稱深井泵采油法）兩種。 自噴采油法：  當油藏壓力高于井內(nèi)流體柱的壓力，油藏中的石油通過油管和采油樹自行舉升至井外的采油方法。石油中大量的伴生天然氣能降低井內(nèi)流體的比重，降低流體柱壓力，使油井更易自噴。油層壓力和氣油比（中國石油礦場習稱油氣比）是油井自噴能力的兩個主要指標。   油、氣同時在井內(nèi)沿油管向上流動，其能量主要消耗于重力和摩擦力。在一定的油層壓力和油氣比的條件下，每口井中的油管尺寸和深度不變時，有一個充分利用能量的最優(yōu)流速范圍，即最優(yōu)日產(chǎn)量范圍。必須選用合理的油管尺寸，調(diào)節(jié)井口節(jié)流器（常稱油嘴）的大小，使自噴井的產(chǎn)量與油層的供油能力相匹配，以保證自噴井在最優(yōu)產(chǎn)量范圍內(nèi)生產(chǎn)。   為使井口密封并便于修井和更換損壞的部件，自噴井井口裝有專門的采油裝置，稱采油樹（見彩圖）。自噴井的井身結(jié)構(gòu)見圖。自噴井管理方便，生產(chǎn)能力高,耗費小,是一種比較理想的采油方法。很多油田都采取早期注水、注氣（見注水開采）保持油藏壓力的措施，延長油井的自噴期。 人工舉升采油法：  人為地向油井井底增補能量，將油藏中的石油舉升至井口的方法。隨著采出石油總量的不斷增加，油層壓力日益降低；注水開發(fā)的油田，油井產(chǎn)水百分比逐漸增大，使流體的比重增加，這兩種情況都使油井自噴能力逐步減弱。為提高產(chǎn)量，需采取人工舉升法采油（又稱機械采油），是油田開采的主要方式，特別在油田開發(fā)后期，有泵抽采油法和氣舉采油法兩種。 氣舉采油法：  將天然氣從套管環(huán)隙或油管中注入井內(nèi)，降低井中流體的比重，使井內(nèi)流體柱的壓力低于已降低了的油層壓力，從而把流體從油管或套管環(huán)隙中導出井外。有連續(xù)氣舉和間歇氣舉兩類。多數(shù)情況下，采用從套管環(huán)隙注氣、油管出油的方式。氣舉采油要求有比較充足的天然氣源；不能用空氣，以免爆炸。氣舉的啟動壓力和工作壓力差別較大。在井下常需安裝特制的氣舉閥以降低啟動壓力，使壓縮機在較低壓力下工作,提高其效率,結(jié)構(gòu)和工作原理見圖。在油管外的液面被壓到氣舉閥以下時，氣從A孔進入油管,使管內(nèi)液體與氣混合,噴出至地面。管內(nèi)壓力下降到一定程度時,油管內(nèi)外壓差使該閥關(guān)閉。管外液面可繼續(xù)下降。油井較深時，可裝幾個氣舉閥，把液面降至油管鞋，使啟動壓力大為降低。 氣舉采油法：   氣舉井中產(chǎn)出的油、氣經(jīng)分離后，氣體集中到礦場壓縮機站,經(jīng)過壓縮送回井口。對于某些低產(chǎn)油井,可使用間歇氣舉法以節(jié)約氣量，有時還循環(huán)使用活塞氣舉法。   氣舉法有較高的生產(chǎn)能力。井下裝置簡單，沒有運動部件，井下設(shè)備使用壽命長，管理方便。雖然壓縮機建站和敷設(shè)地面管線的一次投資高，但總的投資和管理費用與抽油機、電動潛油泵或水力活塞泵比較是最低的。氣舉法應(yīng)用時間較短，一般為15～30％左右；單位產(chǎn)量能耗較高，又需要大量天然氣；只適用于有天然氣氣源和具備以上條件的地區(qū)內(nèi)有一定油層壓力的高產(chǎn)油井和定向井,當油層壓力降到某一最低值時,便不宜采用；效率較低。 泵抽采油法：  人工舉升采油法的一種（見人工舉升采油法）。在油井中下入抽油泵，把油藏中產(chǎn)出的液體泵送到地面的方法，簡稱抽油法。此法所用的抽油泵按動力傳動方式分為有桿和無桿兩類。   有桿泵  是最常用的單缸單作用抽油泵（圖1），其排油量取決于泵徑和泵的沖程、沖數(shù)。有桿泵分桿式泵、管式泵兩類。一套完整的有桿泵機組包括抽油機、抽油桿柱和抽油泵（圖2）。 泵抽采油法 泵抽采油法   抽油機主要是把動力機(一般是電動機)的圓周運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑椭本€運動，帶動抽油桿和泵，抽油機有游梁式和無游梁式兩種。前者使用最普遍，中國一些礦場使用的鏈條抽油機屬后一種（見彩圖）。抽油桿柱是連接抽油機和抽油泵的長桿柱,長逾千米,因交變載荷所引起的振動和彈性變形，使抽油桿懸點的沖程和泵的柱塞沖程有較大差別。抽油泵的直徑和沖程、沖數(shù)要根據(jù)每口油井的生產(chǎn)特征，進行設(shè)計計算來優(yōu)選。在泵的入口處安裝氣體分離裝置——氣錨，或者增加泵的下入深度，以降低流體中的含氣量對抽油泵充滿程度（即體積效率）的影響。 泵抽采油法   有桿泵是一個自重系統(tǒng),抽油桿的截面增加時,其載荷也隨著增大。各種材質(zhì)制成的抽油桿的下入深度，都是有極限的，要增加泵的下入深度，主要須改變抽油桿的材質(zhì)、熱處理工藝和級次。根據(jù)抽油桿的彈性和地層流體的特征，在選擇工作制度時，要選用沖程、沖數(shù)的有利組合。有桿泵的工作深度在國外已超過 3000m,抽油機的載荷已超過25t，泵的排量與井深有關(guān),有些淺井日排量可以高達400m3,一般中深井可達200m3,但抽油井的產(chǎn)量主要根據(jù)油層的生產(chǎn)能力。有桿抽油機泵組的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,維修管理方便,在中深井中泵的效率為50％左右，適用于中、低產(chǎn)量的井。目前世界上有85％以上的油井用機械采油法生產(chǎn)，其中絕大部分用有桿泵。   無桿泵  適用于大產(chǎn)量的中深井或深井和斜井。在工業(yè)上應(yīng)用的是電動潛油泵、水力活塞泵和水力噴射泵。