《采油工程》PPT课件.ppt

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1、第五章 采油工程 5.1概述 5.2采油方法 5.3增产措施 5.4提高采收率 5.5采油过程与环保,兴趣是最好的老师,什么是油气采收率？ 主要的采油方法有哪些？ 实现自喷采油的地层条件是什么？自喷采油经过哪几个步骤从油层到集油站？ 4、注水的作用是什么？为什么需要分层注水？ 5、什么是水力压裂？水力压裂增产的原理是什么？什么是酸化？酸化和压裂能否同时进行？ 6、何谓提高油气采收率？提高采收率的主要方法有哪些？一次采油、二次采油、三次采油的概念？ 7、化学驱油法的原理及种类？什么是热力采油法？热力开采的蒸汽吞吐、蒸汽驱有何不同？ 8、采油过程中的主要环境问题有哪些？ 9、采油废水的产生来源？采

2、油废水的特点有哪些？采油废水中污染物种类有哪些？原油在水中有几种存在状态？ 10、采油过程会产生的固体废物种类及其来源？ 11、采油过程产生的工艺废气中主要成分是什么？ 12、采油过程中主要的发声设备有哪些？居住及文教区执行的噪声标准昼夜量值为多少？,采油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并优选举升方法，经济有效地将深埋于地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称。包括油藏、钻井、采油和采油地面工程等。,采油工程是集多种工艺技术和工程措施于一体，多种工艺技术相互配合、相互渗透、相互促进和发展的综合工程。,5.1.1采油工程的定义,5.1采油工程概述,勘探发现具有工业

3、油气流的含油气构造,制定合理的开发方案,进行合理的钻井设计和科学的钻井施工,5.1.2. 采油工 程的任务,制定采油工程方案，确定采油工艺技术,开发的动态监测与开发调整,采取有效措施，提高原油采收率,5.1采油工程概述,经济有效地提高油田产量 和原油采收率,5.1.3. 采油工 程的目标,5.1采油工程概述,5.1.4、采油工程系统的组成,人工建造系统：井底、井筒、井口装置、采油设备、注水设备以及地面集输、分离和储存设备等,油气藏：具有一定储存和流动特性的孔隙或裂缝介质系统,5.1采油工程概述,5.1.5、采油工程的方法,采油工程的方法,通过对注水井和采油井采取的一系列措施，保持油田的稳产、高

4、产，实现油田的开发指标,5.1采油工程概述,采油方法,5.1采油工程概述,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。,5.2、采油方法,5.2.1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。,地层能量与能量损失之和的差值越大，产量越大,一、油井流入

5、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。,5.2.1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：,井口装置,油层,自喷井,5.2.2、人工举升采油： 气举采油 有杆泵采油 无杆泵采油,人工举升（机械采油）,5.2.1.1气举采油,必须有足够的气源； 需要压缩机组和地面高压气管线，地面设备系统复杂； 一次性投资较大； 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

6、：,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：,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。,5.2.1.1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。,5.2.1.1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,5.2.1.1气举采

7、油,一、抽油装置,其它附件,5.2.1.2有杆泵采油,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,5.2.1.2有杆泵采油,抽油井井口装置,盘根盒,光杆,胶皮闸门,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,5.2.1.2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

8、作筒,固定凡尔,5.2.1.2有杆泵采油,工作筒,游动凡尔,拉杆,活塞,固定凡尔,电 潜 泵 采 油 系 统 示 意 图,电潜泵,5.2.1.3无杆泵采油,电潜泵它是将电动机和泵一起下入油井内液面以下进行抽油的井下采油设备。地面电源通过变压器、控制屏和潜油电缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液举升到地面。,5.2.1.3无杆泵采油,5.3增产措施： 5.3.1注水工艺 5.3.2水力压裂 5.3.3酸化 5.3.4酸化压裂,5.3.1注水开发,（1）、提高采收率 油田依靠地层能量采油，除少数有边水补充能量外，一般采收率不到10%（20），而利

9、用注水，采收率可达20%30%（3550）。 （2）、高产稳产 采用注水，能保持或提高油层压力，保证油流在油层中有足够的能量，维持油田的合理开采速度，使其长期稳产高产。 （3）、改善油井生产条件 对于高饱和压力的溶解气驱油田，使井下流动压力高于天然气溶解于原油中的饱和压力，使天然气在油井中的上升过程中携油上升，延长自喷期。 （4）、变废为利，保护环境 随着油田开发，含油污水日益增多，将其处理后回注地下，既防止了环境污染，又充分节省了水资源，变废为利，利国利民。,一、注水的作用,注采系统简易流程图,二、注水的方式,水井,油井,注水井在油藏所处的部位和注水井与生产井之间的排列关系。,二、注水方式,

10、油田的油层性质和构造条件,确定注水方式的主要依据：,目前国内外油田所采用的注水方式,二、注水的方式,注水井分布在含油区上,1、边缘注水,注水井部署在含水区内或油水过渡带上或含油边界以内不远处。,注水井分布在含水区,边（缘）外注水,分类,缘上注水,注水井分布在油水过渡带上,边（缘）内注水,边缘注水示意图,二、注水的方式,二、注水的方式,利用注水井排将含油面积切割成许多块（切割区），每个切割区可以作为一个独立的开发单元。,2、切割注水,切割注水示意图,将注水井和生产井按一定的几何形状和密度均匀地布置在整个含油面积进行开发。,3、面积注水,注采井数比为1：1,（1）线状注水系统,注水井和生产井都等距

11、地沿着直线分布，一排注水井对应一排生产井。,注水井与生产井即可以正对也可以交错。,（2）强化面积注水系统,根据油水井相互位置和所构成的井网形状不同,五点法,七点法,九点法,反九点法,四点法,三、分层注水、分层调剖和分层增注,三大矛盾,层与层之间由于渗透率差异达几百上千倍，注水后，各层受效时间、地层压力、产油速度、含水率都不一样。,层间矛盾,三大矛盾,平面矛盾,一口注水井要对应两口以上的油井注水，由于沉积相的影响，各油井受效情况差异很大。,三、分层注水、分层调剖和分层增注,三大矛盾,层内矛盾,在同一油层内，由于油层的非均匀质存在，影响该层的注水采收率。,大厚油层层内矛盾,岩性变压的层内矛盾,三、

12、分层注水、分层调剖和分层增注,这三大矛盾，使所有注水开发的油田都是躲不过绕不开的问题。因此，地质家和工程师都在忙此事。解决这三大矛盾的关键是：就如何改善出油剖面和调整吸水剖面，以达到稳产、增产、提高采收率的目的。 因此在注水井中，对各油层要进行分层定量注水，即分层注水；对完不成配注的个别层要进行分层改造（压裂或酸化）；对特高渗透层除实行分层配注手段外，还要进行单独注调剖剂，限制水的推进进度，同时达到提高存水率和扩大波及体积的目的。 为解决三大矛盾，也要同时在油井上采取分层堵水、分层压裂、分层酸化、分层采油等技术措施。,三大矛盾,三、分层注水、分层调剖和分层增注,一、什么是压裂？,用压力将地层压

13、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。,5.3.2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。,5.3.2水力压裂,支撑剂的类型：,按其力学性质分为两大类：,脆性支撑剂,如石英砂、玻璃球等,特点是硬度大，变形小，在高闭合压力下易破碎,韧性支撑剂,如

14、核桃壳、铝球等,特点是变形大，承压面积大，在高闭合压力下不易破碎,目前矿场上常用的支撑剂有两种：一是天然砂；二是人造支撑剂（陶粒）。,5.3.2水力压裂,水力压裂施工现场,水力压裂施工现场,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。,5.3.3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

15、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。,5.3.3酸化压裂,5.4提高采收率技术： 5.4.1概述、基本概念 5.4.2化学驱油法 5.4.3混相驱油法 5.4.3热力采油法 5.4.5微生物采油法,三次采油:也称提高原油采收率(或“强化开采”“Enhanced Oil Recovery”,即EOR或Improvement Oil Recovery，即IOR)。,概 述,一次采油：原油是利用天然能量来开采的,其最终采收率一般只能达到15%左右。,二次采油：当天然能量衰竭时,通过注水（或注气）向油层提供补充能量，采收率远比能量衰竭法高,最终

16、采收率通常为30%40%。,5.4.1概述、基本概念,2、提高原油采收率 在我国各油田的潜力非常大。 原油可采储量的补充，越来越多地依赖于已探明地质储量中采收率的提高。 注水开采只是整个油田开发全过程度一个阶段，而提高采收率则是油田开发永恒的主题。,新增原油可采储量的方法,1、新增地质储量（新油田、新油藏、油藏扩边） 原油增产和稳产最直接、最有效的途径越来越难，潜力越来越小。,5.4.1概述、基本概念,一、提高石油采收率（EOR）,向地层中注入驱油剂，改善油藏及其流体的物理化学性质，提高宏观与微观驱油效率的采油方法统称为提高石油采收率方法。,5.4.1概述、基本概念,基本概念,“提高采收率”作

17、为一个术语，已被广泛普遍接受和使用。近几年在国际上，“提高采收率”逐渐取代了“三次采油”。,提高采收率方法可以包括除了利用天然能量开采和以补充地层能量、保持地层压力为目的的注水（注气）开采以外的各种采油方法。,基本概念,5.4.1概述、基本概念,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%。,提高采收率的必要性,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！,包括：聚合物驱、活性剂驱、碱驱和复合驱。,原 理,5.4.2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

18、高原油采收率。,定义：实际上是一种把水溶性聚合物（如聚丙烯酰胺）加到注入水中。以增加注入水黏度的方法，它是一种改善的水驱方法。,（1） 注聚合物驱油,聚合物分子特点,（1） 注聚合物驱油,聚合物驱油的适用性 注水的流度比较大（220） 油层温度不高于120150 油层不存在大裂缝和溶洞 水驱尚未产水或产水不多的油层,（1） 注聚合物驱油,我国注水开发油田的油藏条件研究得知，适合聚合物驱的油藏占相当大的比例。 聚合物驱在一定条件下可提高采收率约为3-5，个别条件更为合适的可达10。,（1） 注聚合物驱油,通过向油层中注入表面活性剂达到降低油水界面张力，使油水增溶解，改善岩石表面润湿性，改善流度比

19、而提高驱油效率的一种提高采收率方法。,（2） 注表面活性剂溶液驱油,表面活性剂的特性 表面活性剂 用量很小就可显著改变界面张力的物质。 表面活性剂的分子结构 两亲结构,（2） 注表面活性剂溶液驱油,表面活性剂的特性 界面吸附 降低界面张力 形成胶束,（2） 注表面活性剂溶液驱油,表面活性剂的特性 形成胶束,（2） 注表面活性剂溶液驱油,表面活性剂的作用 润湿作用 乳化作用,起泡作用 增溶作用,（2） 注表面活性剂溶液驱油,表面活性剂的驱油原理 混相驱 就是将两种流体完全溶解在一起，它与非混相流体的区别在于两种流体之间的界面张力很小。 例如：水 酒精 油 （体系） 非混相驱 由于现场通常采用注微

20、乳液段塞，并非连续注微乳液，难免会因地下水稀释等原因而丧失微乳液性质。,（2） 注表面活性剂溶液驱油,表面活性剂的驱油原理,（2）注表面活性剂溶液驱油,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。,5.4.3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,CO2 驱油,N2 驱油,注气驱油原理 混相驱 烃混相驱 注液化石油气 注高压注干气 富气驱 CO2驱 惰性气体驱 氮气驱 烟道气驱,气体混相驱油原理

21、,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。,5.4.3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10000mPa.s或相对密度大于0.95的原油）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

22、期。,蒸汽吞吐过程,5.4.3热力采油法,蒸汽吞吐开采原理示意图,蒸汽 油 层,油,注汽,焖井,采油,蒸汽驱开采方式,蒸汽带,热油水混合带,油层,蒸汽注入,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,5.4.3热力采油法,反向燃烧法,正向燃烧,5.4.5微生物采油,微生物采油（Microbial Enhanced Oil RecoveryMEOR） 通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

23、油水界面张力，以提高石油采收率的方法。,5.4.5微生物采油,驱油机理：, 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（CH4、H2、CO2、H2S等）溶于石油，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, 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； 筛选高效分解原油各组分的细菌； 微生物堵塞油层； 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。

24、,5.4.5微生物采油,我国提高采收率技术的发展概况,聚合物技术发展 目前：大庆油田聚合物驱产量已超过1000104t/y，已成为世界上聚合物驱规模最大、增产效果最好的国家。 化学复合驱技术发展 我国在化学驱方面取得了长足的发展，目前我国的化学驱不论理论研究水平、应用规模、年增产原油量、技术配套等方面，均属国际领先。 2010年化学驱增产油量占全国陆上油田总产量的15%。,5.5、采油过程中的环境问题,采油过程中的主要的环境污染问题有： 废水污染、固体废弃物污染、废气污染和噪声污染 。,在石油开采过程中，绝大部分时间是在中、高含水期下（20%-70%）进行的，无水采油期很短，油田生产后期，原油

25、含水可达90%以上，这便产生了大量采油废水。采油废水主要来自采出水和注水井洗井水。 （1）采出水：从地层中随原油一起开采出来的含油的废水称为采出水。经污水处理站处理后可回注油层。 （2）注水井洗井水：对注水井进行反冲洗，以清除滤网上沉积的固体和生物膜，从而产生了洗井废水。,1.采油废水,采油废水的特点： （1）产生量大 油田经过多年的开发建设，其石油开采已处于“三高”阶段。随着油田进入开发后期，采出液含水率将逐年上升，由此造成了污水量增加，注水难度增大，再加上低渗透区块和特殊开采工艺（注蒸汽开采）无法实施污水回注、利用清水配注聚合物的“三次采油”影响了污水回注等，使采油废水排放量呈逐年增加趋势

26、。如胜利油田20世纪90年代末期采出液的含水率达90%以上，污水产生量近70万m3/d，其中外排近8万m3/d。 （2）水温高 一般在40-60之间。来源于地层深处。,（3）矿化度高，腐蚀和结构现象严重 我国陆上几个油田，如江汉、胜利、中原、长庆油田采出水的矿化度、硬度都很高，如江汉油田为17104-20104mg/l；胜利油田为2104 -5104mg/l，中原油田为8104 -14104mg/l，最高可达30104mg/l。 矿化度高的水导电率高，加速电化反应，使腐蚀速度加快。另外采油废水中还溶解了一些气体，如氧气、硫化氢、二氧化碳等，其中氧气是很强的氧化剂，容易造成电化学腐蚀，酸性气体与

27、氧气共同作用会使腐蚀速度成倍增长。 高矿化度废水中的大量HCO3-、SO42-、Ca2+、Mg2+、Ba2+等离子，在一定条件下，极容易产生碳酸盐沉淀和硫酸盐沉淀（结垢），影响生产。,（4）PH值高 一般在7.5-8.5之间。 （5）有机物含量高、种类多 采出水本身含有多种有机物，如挥发酚、硫化物和石油类。为保证油水分离，纺织服饰、结构，还添加了大量化学药剂，造成采出水成分复杂。 （6）细菌含量高 油田采出水中含有丰富的有机物，又有诗意的水温，是硫酸盐还原菌、腐生菌繁殖的场所。大部分采出水中细菌含量为100-1000个/ml，有的高达1亿个/ml。 细菌大量繁殖可腐蚀管线。,溶解物质：主要包括

28、溶解盐类、溶解气体、溶解氧、二氧化碳、硫化氢、烃类气体等。,表 原水中油的状态,2.固体废物污染落地原油及油泥砂,（1）落地原油 采油生产过程中未进入集输管线而散落在地面的原油。 采油过程中落地原油的来源： 管线、阀门发生故障而跑、冒、滴、漏的原油；井喷、管线穿孔或断裂等事故，造成的落地原油。 （2）油泥砂 油泥砂是沉淀于储油罐、沉降灌等底部的含油污泥，产生量与采出液含砂率密切相关，其组成成分是油泥和水。,3.废气污染,（1）燃料废气 原油开采及集输过程中，要建许多加热炉和锅炉，采用蒸汽吞吐或蒸汽驱动开发方式的稠油开采，还必须建立高压蒸汽炉以适应生产需要。上述加热炉、锅炉、高压蒸汽炉每年多哦要

29、消耗大量的原油、渣油、天然气和各种煤。这些燃料燃烧过程中必然产生许多废气和烟尘，对大气构成污染。 （2）工艺废气 源自采油井场、联合站和油气集输系统轻烃的挥发。产生原因在于产能系统不配套、油气分离不彻底、工艺流程密封性差等。如储油温度偏高造成烃类蒸发损失；有的油田伴生气没有集气系统；开式流程油罐呼吸气的排放等。 排放挥发出来的轻烃主要成分为甲烷烃和非甲烷烃，其中毒性较大的非甲烷烃所占比例较大是油田大气污染的主要原因。,4.噪声污染 主要是机械噪声。主要由大型机械设备，如，大型注水泵组、通井机、压裂车、压风机等产生，其近处噪声强度多在90-110分贝之间，给长期生活在其附近的人带来危害。,0类：适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静 的区域，位于城郊和乡村的这一类区域分别按严于0类标 准5dB执行。 1类：适用于以居住、文教机关为主的区域。乡村居住环境可参 照执行该类标准。 2类：适用于居住、商业、工业混杂区。 3类：适用于工业区。 4类：适用于城市中的道路交通干线道路两侧区域，穿越城区的 内河航道两侧区域。穿越城区的铁路主、次干线两侧区 域的背景噪声(指不通过列车时的噪声水平)限值也执行 该类标准。,学习进步，生活愉快,本章结束,