第五章 采油工程

5.1.2 自喷采油 在原始条件下，油层岩石与孔隙空间内的流体处于压力平衡状态，一旦钻开油层，由于井中的压力低于油层内部的压力，在井筒与油层之间就造成了压差，油层压力就推动石油向压力低的井底流去。 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的举升到地面上来。这样的生产井，称为自喷井。用这种自喷的方式进行采油，称为自喷采油。

5.1.3 机械采油 由于油层天然能量不足或经自喷开采后能量逐渐下降，此时的地层能量不能保持油井自喷或产量过低时，就必须利用机械能量举升进行采油。其方法主要有抽油机深井泵采油、电动潜油离心泵采油、水力活塞泵采油和气举采油等四种。

5.1.3 机械采油 1.抽油机深井泵采油 主要部件： 抽油机、抽油杆、抽油泵（又叫深井泵） 抽油机按其外形结构和工作原理不同，可分为游梁式抽油机和无梁式抽油机。

5.1.3 机械采油 深井泵工作原理 图5-2 深井泵工作原理 深井泵由抽油泵筒、活塞、固定及游动凡尔所组成。 抽油杆 深井泵工作原理 深井泵由抽油泵筒、活塞、固定及游动凡尔所组成。 抽油活塞上行时，游动凡尔受活塞内以上液柱的压力而关闭，将液体排出地面，固定凡尔由于泵筒内压力降低，在油层和套管环形空间液柱的压力下被顶开，井内液体进入泵筒内，充满活塞上行泵筒中所空出的空间； 抽油活塞下行时，由于泵筒内液柱受压，压力增高，而使固定凡尔关闭，当泵筒压力超过油管内液柱压力时，游动凡尔被顶开，泵内液体进入油管。 在一个冲程过程中，深井泵完成一次进油和一次排油过程，活塞如此不断上下运动而将原油举升至地面 游动凡尔 活塞 泵筒 固定凡尔 图5-2 深井泵工作原理

5.1.3 机械采油 2.电动潜油离心泵采油 3.水力活塞泵采油 4.气举采油 电动潜油离心泵简称潜油电泵，是一种没有抽油杆的无杆泵，将动力机直接放在井下带动离心泵抽油。 离心泵的特征是排量大而且均匀，适合泵送低、中粘度的液体，可用于直井，也可用于定向井。在地面条件恶劣、海上平台上使用更有其优点。 3.水力活塞泵采油 水力活塞泵是另一种无杆抽油设备，其工作原理是利用井下的液压驱动机带动井下泵往复运动，代替抽油机和抽油杆带动深井泵抽油。 4.气举采油 气举采油也是无杆泵的机械采油方法。即从套管与油管的环形空间注入天然气，通过油管下部的凡尔进入油管，注入油管内的天然气降低井筒内液柱密度，从而降低对油层的回压，使原油有可能流入井内，并将原油举升到地面。

5.1.4 向油层内补充能量开发 随着油田开发的深入,油层能量不断下降,为了向油层内补充能量,往往采取向油层注水或注气的办法。注水开发油田分两类： ①早期注水开发：油田开发初期，或开发一阶段即开始注水，始终保持油层有足够的能量，延长自喷采油时间。 ②晚期注水开发：油田靠天然能量开采已无法维持生产时，采用注水来进行二次采油。 注水水质：为避免水中杂质堵住油层空隙和腐蚀设备,要求每公升注入水中不能超过两毫克的杂质和0.5毫克的铁。

5.1.4 向油层内补充能量开发 注水开发地面流程: 净化站 注水站 配水间 水源水 污水处 理站 采油污水 注 水 井

5.2 采油工艺技术 5.2.1 分层注水 多油层的油田由于各油层的渗透性是不同的,如果在一口注水井里不分好坏油层笼统注水,虽然也能达到保持压力的目的,但是注进去的水在渗透性好的油层跑的快,而在渗透性不好的油层内跑得很慢,采油井上见不到好的注水效果,而好油层已经大量出水。 为解决这个问题实行了分层注水,专门设计了能将好坏油层分开注水的工具,称其为封隔器。封隔器是一个细长的管状柱体,其外径要比油井或水井的套管小。

5.2.2 分层采油 油井仍采用多层合采存在问题： ①注水井在高渗透层控制注水, 可是在油井中的高渗透层产油得不到控制。结果, 在同一油井中高渗透油层是产油多,注入水少, 能量得不到及时补充, 造成地层压力下降, 影响了高渗透层的出油; ②低渗透层出油能力差又受高渗透油层的影响, 不能充分发挥它的产油能力。 为了解决这个矛盾, 人们采用新的技术措施, 实行分层定量采油。 它和分层注水用的封隔器相似, 是用配产器来实现分层定量采油的。

5.2.3 堵水和防砂 1.分层堵水 注水开发的油田, 开采一个阶段以后,注入油层的水量越来越高,而且会出现油水分布参差不齐的现象。这时光靠分层配注和分层配产已经解决不了这个生产问题, 必须配合分层堵水才能取得较好的开发效果。 分层堵水就是采取各种工艺技术措施, 封堵压力很高、产水量很多的见水层。因为这种见水油层对其它油层干扰很严重, 把高含水层堵住以后, 同时放大相邻的低含水或未见水层的采油压差, 就能提高产油量。 2.防砂 原因：油层岩石颗粒胶结疏松。如何防止油井出砂和怎样将井底的积砂清除干净, 是保证油井正常生产的重要技术措施。 油井防砂工艺技术分为机械方法防砂和化学方法防砂。

5.2.4 分层改造 1. 油井酸化 酸化是用高压泵将酸液注入地层，酸液与碳酸盐或油层中的矿物和胶结物起化学反应，从而扩大裂缝和油层的孔隙，或解除油层堵塞，提高油层渗透能力，起到增产的作用。 各油田广泛采用的酸化措施有盐酸处理和土酸处理两种。盐酸酸化主要用于碳酸盐岩油气层。 土酸是用盐酸和氢氟酸按一定比例配合成的酸液，它既可溶解碳酸钙盐类和铁铝化合物，也可以溶解岩石中的硅酸盐类和粘土，所以土酸是砂岩油田经常使用的酸液。

5.2.4 分层改造 2. 油井压裂 利用地面上的高压泵，将高粘度液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中, 随即在井底附近产生很高的压力。此压力将油井周围的油层压开裂缝，形成的裂缝带具有很高的渗透性，大大改善了油气层的导流能力。这种靠强大压力将油层压开裂缝的方法就叫油井压裂。 为了不让裂缝闭合，在压裂时要加入一定量的支撑剂（石英砂、核桃壳等），以支撑已形成的裂缝。 压裂主要用于低渗透油气层的改造。

5.2.5 稠油开采 有一些油田的石油是属于高粘度重质原油, 在常温常压条件下, 是不能流动的。为此, 针对稠油粘度高的特点, 创出了热力开采方法和化学开采方法。 蒸汽吞吐工艺技术是向稠油层注入高温、高压蒸汽, 使稠油的粘度降低, 这样石油就可以从油层中流入井筒而开采出来。 蒸汽驱也是这个道理, 是利用热蒸汽来驱动稠油, 这样来提高稠油油田的开采效果。 常规方法开采,采出率10％左右。蒸汽吞吐方法开采, 采出率25％左右, 再用蒸汽驱方法开采，采出率50～60％。

5.3 提高原油采收率技术 所谓采收率就是指油田累计采出的油量占地质储量的百分比。 累计采油量 油田采收率(％)= —————×100％

5.3 提高原油采收率技术 根据石油开采及油田开发的投资过程，可分为三个阶段：一次采油、二次采油和三次采油。 一次采油是指利用油藏天然能量开采的过程，如利用溶解气驱、气顶驱、天然水驱、岩石和流体弹性能驱及重力排驱等能量。通常这种方法开采的原油采收率都比较低，只有8%～15%。 二次采油是指利用外部补充地层能量（如注水、注气），以保持地层能量为目的的提高采收率的采油方法。经二次采油的采收率大致为25%～45%，个别条件好的油藏可达50%左右。 三次采油就是指通过注入其他流体，采用物理、化学、热量、生物等方法改变油藏岩石及流体性质，提高水驱后油藏采收率。经三次采油的最终采收率可达45%～70%。

5.3 提高原油采收率技术 蒸汽吞吐 注蒸汽 蒸汽驱 热力法 层内燃烧 注热水 高压注干气 富气驱 烃混相驱 注液化石油气 混相驱 CO2混相驱 惰性气体驱 氮气驱 烟氮气驱 混相驱 聚合物驱 表面活性剂驱 胶束/聚合驱 中相微乳液 活性水驱，泡沫驱 碱水驱 微生物驱 化学驱 提高采收率方法

5.3.1 混相驱 混相驱就是向油层中注入一种能完全溶解石油的溶剂来驱替原油，由于相界面消失，界面张力为零，从而使驱油效率大幅度提高。 化学药剂驱油就是在注入水中添加化学药剂来提高驱油效率, 目前应用最多的是聚合物驱油。 聚合物驱就是把高分子量水溶性聚合物加到注入井中以增加注入水的粘度，使油的流动能力相对提高。当前, 使用的聚合物主要是水解聚丙烯酰胺。 热力驱是通过热量传递, 使油层的原油温度升高, 体积膨胀, 降低粘度, 改善流动性, 从而达到提高采收率的目的。

5.3.4 微生物采油 大量的试验表明, 有很多种细菌能把石油当成营养而吃下去, 并合成各种各样的代谢产物，这些产物主要是生物气（甲烷、氢、二氧化碳、硫化氢）和表面活性剂，使原油与水结合出现乳化现象。原油的乳化降低了油水界面张力和原油的粘度，大大提高了原油的流动能力，从而提高原油采收率。 特点：成本低、操作简单，现场不需要大型设备，产出液不需要特殊处理，同时能耗低，不污染环境。

5.4 采油过程与环境污染 5.4.1 含油污水 1.含油污水的来源 在采油生产过程中，含油污水主要来自油田采出水和注水井的洗井水。 采出水是与原油和油田气一起自采油井产出，经沉降和电化学脱水后，脱出的含油污水。 注水井洗井水包括试注井及注水井洗井排出的含油污水。这部分含油污水，由于井位分散，往往现场排放。有的油田建设了洗井水回收流程，集中处理。

5.4.1 含油污水 2.含油污水的特性 ①油水密度差值小。有些油田稠油密度非常大, 与污水的密度相差甚微。 ②水中悬浮固体含量高、颗粒粒径小。 ③细菌含量高。细菌大量繁殖不仅腐蚀管线,而且还会造成地层的严重堵塞。 ④有机物含量高。油田采出水中存在多种有机物,如挥发酚、硫化物等。 ⑤矿化度高。

5.4.2 落地原油 1.落地原油的产生及来源 落地原油系指油井中生产的未进入集输管线而散落在地面的原油。原油落地的原因很多,其中落地原油量大而又经常发生的原因有以下几个方面: ①油井投产前。自喷油井投产前地面集输管线尚未建成，射空替喷时原油进入土油池; ②试油、试采。试油、试采作业主要是探井所产原油部分进土油池； ③井下作业。油井作业中,压井替喷,不压井作业的跑、冒油以及在起出油管,抽油杆在井场放置或者清洗而散落在井场的原油; ④生产过程。在原油生产中由于管理不善造成少量原油漏失落地; ⑤生产事故。如发生井喷、集输管线断裂造成的落地原油。

5.4.2 落地原油 2.落地原油的危害 原油落地后往往与水、砂、泥土形成混合物。在露天暴露时,其中的溶解气、轻烃会挥发进入大气,造成大气污染;渗入土壤会造成土壤污染;特别是有时由于土油池失修或大雨造成溢油,使原油流入水域造成水体污染。 5.4.3 采油噪声 采油生产噪声主要来自机械噪声和作业噪声。 机械噪声源重点是大型机械设备，如大型注水机泵组、通井机、压裂车、泵车、混砂车; 作业噪声源重点是井下大型压裂酸化作业中十几种设备同时开动而产生的噪声。

作业： 1.采油的方法有哪几种？ 2.为什么要分层注水？分层注水的工具是什么？ 3.什么油井酸化和油井压裂？ 4.什么是一次采油，二次采油和三次采油？它们的采收率各是多少？ 5.什么叫原油采收率？提高采收率的方法有哪些？ 6.稠油开采的方法有哪些？ 7.采油过程中存在哪些环境污染？