石油工程概论采油部分.ppt

,,课程内容,第一章绪论第二章油气藏的流体和岩石的物理性质第三章采油工程方案设计和油藏的动态分析第四章油井流入动态与井筒多相流第五章自喷与气举采油技术第六章机械采油技术第七章注水工艺技术第八章增产工艺技术第九章提高采收率技术,,采油方法,第一章绪论,1.石油工程的定义2.石油工程的任务3.石油工程的目标4.采油工程系统的组成5.采油工程的方法6.油气藏的形成与类型,石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、采油和石油地面工程等。,石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。,油田开采过程中根据开发目标通过产油井和注入井对油藏采取的各项工程技术措施的总称。,1.石油工程的定义,确定钻井方法和钻进工艺技术，建立起一条开采油气的通道，保护油气层。,油气的分离、储存、输送等,研究油气田地质资料，掌握地下油气的分布状况，掌握储层及其流体的性质与特点，制定合理的开发方案。,勘探发现具有工业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,2.石油工程的任务,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,经济有效地提高油田产量和原油采收率,3.石油工程的目标,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、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、高产，实现油田的开发指标,,采油方法,绪论完,5、采油工程特点,1、涉及的技术面广、综合性强而又复杂；,2、与油藏工程、地面工程和钻井工程等紧密联系；,3、工作对象是条件随油藏动态不断变化的采、注井；,4、涉及油田开发的重要决策和经济效益；,5、难度大。,6、油气藏的形成与类型,油气藏运移着的油气，由于遮挡物的作用，阻止了它们继续运移，而在储集层富集起来就形成了油气藏。因此，科学地开发油气藏，需要首先对油气的产生、运移、储集过程及油气藏形成的条件和规律有一个基本的了解。,石油工程研究对象油气藏。,第二章油气藏流体和岩石的物理性质,第一部分油气藏流体的物理性质,第一节油气的化学组成第二节油气的相态第三节地层原油的高压物性第四节天然气的高压物性第五节地层水的高压物性,（1）高温高压，且石油中溶解有大量的烃类气体；,油气藏流体,,石油,天然气,地层水,油气藏流体的特点,,储层烃类C、H,（2）随温度、压力的变化，油藏流体的物理性质也会发生变化。同时会出现原油脱气、析蜡、地层水析盐或气体溶解等相态转化现象。,第一节油气的化学组成,一、天然气的组成,石蜡族低分子饱和烷烃（主要）,CH4,70－98％,非烃气体（少量）,C5,,矿藏,气油蒸汽含量,硫含量,,凝析气,油藏气,气藏气,,,天然气的分类,环烷烃,芳香烃,其它化合物,,含氧化合物,含硫化合物,含氮化合物,高分子杂环化合物,苯酚、脂肪酸,硫醇、硫醚、噻吩,吡咯、吡啶、喹啉、吲哚,胶质、沥青质,二、石油的组成,原油性质指标,馏分组成,含硫量,沥青质,胶质,含蜡量,凝固点,粘度,相对密度,第二节油气的相态,相态物质在一定条件（温度和压力）下所处的状态。,油藏烃类的相态通常用P－T图研究。,相某一体系或系统中具有相同成分，相同物理、化学性质的均匀物质部分。,油藏烃类一般有气、液、固三种相态,相图,多组分烃类系统相图,四区,三线,五点,各类油气藏的开发特点,,四区,液相区,反常凝析区,气液两相区,气相区,,PCT线包围的阴影部分,三线,,泡点线,AC线，液相区与两相区的分界线,露点线,BC线，气相区与两相区的分界线,等液相线,虚线，线上的液量的含量相等,AC线以上,BC线右下方,ACB线包围的区域,五点,,泡点,AC线上的点，也称饱和压力点,露点,BC线上的点,临界点,C点，泡点线与露点线的交点,临界凝析压力点,P点，两相共存的最高压力点,临界凝析温度点,T点，两相共存的最高温度点,油藏,气藏,油气藏,凝析气藏,各类油气藏的开发特点,1点－油藏,液态,,压力下降,泡点线饱和压力,,压力下降,气液两相,4点－凝析气藏,气态,,压力下降,气液两相,,压力下降,气态,2点－饱和油藏,液态,,压力稍微下降,气液两相,3点－气藏,气态,,压力下降,气态,第三节地层原油的高压物性,地层原油,高温高压，溶解有大量的天然气,一、地层原油的溶解气油比－Rs,定义,①在油藏温度和压力下地层油中溶解的气量，标m3/m3。,②单位体积地面油在油藏条件下所溶解的标准状况下的气体体积，标m3/m3。,其中Vg－－地层原油在地面脱出的气量，标m3VO－－地面脱气原油或储油罐，m3地层油的溶解气油比是用接触脱气的方法得到的。,二、地层原油的密度和相对密度,1.地层原油的密度－ρo,地层油的密度是指单位体积地层原油的质量，kg/m3。,一般，地层原油的密度小于地面原油的密度。,2.地面原油的相对密度－γo,20℃时的地面原油密度与4℃时水密度之比。,,三、地层原油的体积系数－Bo,又称原油地下体积系数，是指原油在地下体积即地层原油体积与其在地面脱气后的体积之比。,一般地，Bo1。,四、地层原油的等温压缩系数－CO,在温度一定的条件下，单位体积地层原油随压力变化的体积变化率，1/MPa,原油压缩系数主要取决于原油中的溶解气量的大小，以及原油所处的温度和压力。地层温度越高，石油越轻、密度越小，弹性越大，其压缩系数也越大。压力增加，原油密度增大，其弹性压缩系数越小。,五、地层原油的粘度－μ,地层原油的粘度是又称为粘滞系数，地下原油粘度主要受油藏温度和压力的影响，还受构成原油的组分和天然气在原油中的溶解量的影响。地层油随着温度增加而降低。,地层原油的溶解气油比、体积系数、压缩系数以及地层油的粘度等高压物性，与地层油的高温、高压特别是其中溶解有大量天然气有密切的关系。,一、天然气的压缩因子方程,理想气体的假设条件,1.气体分子无体积，是个质点；,2.气体分子间无作用力；,3.气体分子间是弹性碰撞；,理想气体状态方程,天然气处于高温、高压状态多组分混合物，不是理想气体,第四节天然气的高压物性,体积系数,压缩系数,粘度,,压缩因子,压缩因子,二、天然气的体积系数,地面标准状态下单位体积天然气在地层条件下的体积。,三、天然气的等温压缩系数,在等温条件下，单位体积气体随压力变化的体积变化率。,,,,四、天然气的粘度,1.低压下,①气体的粘度随温度的增加而增加；,②气体的粘度随气体分子量的增大而减小；,③低压范围内，气体的粘度几乎与压力无关。,它是表征气体或液体流动时分子之间内摩擦力大小的物性参数。,2.高压下,①气体的粘度随压力的增加而增加；,在高压下，气体密度变大，气体分子间的相互作用力起主要作用，气体层间产生单位速度梯度所需的层面剪切应力很大。,②气体的粘度随温度的增加而减小；,③气体的粘度随气体分子量的增加而增加。,高压下，气体的粘度具有类似于液态粘度的特点。,第五节地层水的高压物性,地层水,是指油气层边部、底部、层间和层内的各种边水、低水、层内水及束缚水的总称。,油层水,,底水,边水,层间水,束缚水,外部水,,上层水,下层水,构造水,地层水长期与岩石和地层油接触,地层水中含有大量的无机盐,,一、地层水的矿化度,1、地层水中的离子,2、矿化度,水中矿物盐的质量浓度，通常用mg/l表示,地层水的总矿化度表示水中正负离子的总和,不同油藏的地层水矿化度差别很大,氯化镁MgCl2水型,重碳酸钠NaHCO3水型,硫酸钠Na2SO4水型,氯化钙CaCl2水型,三、地层水的高压物性,1.溶解气,地层水溶解盐类是影响地层水高压物性的根本原因,压力在10MPa下，1m3地层水中溶解天然气不超过2m3,2.地层水的体积系数,3.等温压缩系数,地层水的压缩系数是指单位体积地层水在单位压力改变时的体积变化值。,①随压力上升,地层水压缩系数下降；,②随温度上升地层水压缩系数先下降后上升；,③随溶解气量的增加,地层水压缩系数显著上升；,④地层水的压缩系数随水的矿化度升高而降低。,Cw的变化规律,4.地层水的粘度,地层水的粘度与油气一样，都表示了流体内的摩擦阻力的大小。地层油、水粘度比越大，对驱油越不利，会引起油井过早见水而被水淹。地层水的粘度随温度的增高而大大较低，但随着压力的增加却几乎不变。含盐量对地层水的粘度也影响不大。,第二部分油气藏岩石的物理性质,第一节砂岩的骨架性质第二节砂岩的孔隙结构及孔隙性第三节油藏流体饱和度第四节油藏岩石的压缩系数第五节油藏岩石的渗透性第六节油藏岩石润湿性第七节油藏岩石的其他物理性质,岩石,孔隙,裂缝,溶洞,,储集空间,渗流通道,油气储集层（油气藏）,储集油气的岩石,储集其中的流体,,第一节砂岩的骨架性质,砂粒的大小、形状、排列方式、胶结物的数量、性质及其胶结方式都将影响到岩石的孔渗特性。,性质不同、形状各异、大小不等,岩石的骨架,砂粒,胶结物,孔隙砂粒间未被胶结物或固体物质充填的空间,,除构成岩石骨架的碎屑颗粒以外的化学沉淀物质,岩石的胶结物,胶结类型,1基底胶结,2孔隙胶结,3接触胶结,4杂乱胶结,第二节岩石的孔隙结构及孔隙性,一、储层岩石的孔隙和孔隙结构,1、孔隙,岩石中未被碎屑颗粒、胶结物或其它固体物质充填的空间。,,裂隙缝,孔隙,孔洞,空隙,砂岩的孔隙大小和形态取决于砂粒的相互接触关系、后来的成岩后生作用引起的变化以及胶结状况。,孔隙,孔隙结构对岩石储集性能和渗透能力有影响。,岩石的孔隙结构与颗粒的大小、分选性质、颗粒接触方式等密切相关。,二、储层岩石的孔隙度,或单位岩石体积中孔隙体积所占的比例。,1.定义岩石中孔隙体积与岩石总体积的比值；,其中Vp－－孔隙体积，Vf－－岩石总体积Vs－－固体颗粒体积,2.孔隙度的分类,1绝对孔隙度,2有效孔隙度,岩石流动孔隙度与作用压差大小有关,压差越大,岩石孔隙中发生流动的流体体积越大,则流动孔隙度越大。,3流动孔隙度,三种孔隙度的关系,矿场资料和文献上不特别标明的孔隙度均指有效孔隙度。,三、碳酸盐岩储层孔隙度,储层岩石砂岩孔隙度评价,第三节油气藏流体饱和度,一、流体饱和度,单位孔隙体积中流体所占的比例。,同一油藏,二、束缚水饱和度－Swc,3、束缚水饱和度影响因素分析,①岩石的孔隙结构,②岩石中泥质含量,③岩石的润湿性,岩石孔隙小，连通性差，束缚水饱和度大。,随岩石亲水性的增强，束缚水饱和度增加。,泥质含量增加，束缚水饱和度增大。,油藏的原始含油饱和度,4、储量计算,油藏的地质储量,三、残余油饱和度－Sor,第四节油藏岩石的压缩系数,一、油藏岩石的压缩系数,矿场常用,油藏压力每变化单位压降时岩石孔隙体积的变化率。,二、油藏的综合压缩系数,计算油藏的弹性采油量,第五节油藏岩石的渗透性,其大小用渗透率K表示。,一、达西定律,1856年、法国人、享利达西,未胶结砂充填模型,水流渗滤试验,四、油藏岩石渗透率的评价,六、有效渗透率和相对渗透率,1、有效渗透率相渗透率,1定义多相流体共存和流动时，其中某一相流体在岩石中的通过的能力大小。,2有效渗透率与绝对渗透率之间的关系,,如果岩石孔隙中只有一种流体存在，而且这种流体不与岩石起任何物理和化学反应，这种条件下所反应的渗透率。,2、相对渗透率,2相对渗透率的大小,1定义多相流体共存时，每一相的有效渗透率与岩石绝对渗透率的比值。,多相流体共存时，各相流体相对渗透率之和总是小于1。,3、相对渗透率曲线,1定义相对渗透率与流体饱和度关系曲线,2典型的相对渗透率曲线,油水相对渗透率,A区Sw≤Swi；,B区SwiSw1-Sor；,C区Sw≥1-Sor；,第六节油藏岩石润湿性,润湿现象,干净的玻璃板上滴一滴水,水迅速散成薄薄的一层,,干净的玻璃板上滴一滴水银,水银聚拢形成球状,,在铜片上滴一滴水银,水银呈馒头状,,1、润湿的定义,液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象。,3、润湿性的判断,4、油水的微观分布,1、亲水岩石中的油水分布,2、亲油岩石中的油水分布,注水开发油田,亲水岩石,亲油岩石,位于孔道中间的油很容易被驱替出,位于岩石颗粒表面和微孔隙中的油很难驱替出来,水驱结束后孔隙空间只剩下被分割的油滴,第三章采油工程方案设计和动态分析,第一节油田开发准备,第二节油藏驱动方式及其开采特征,第三节油田开发层系的划分与组合,第四节砂岩油田的注水开发,第五节井网部署和油井工作制度确定,第六节油田开发方案的编制第七节油田开发调整,第一部分采油工程方案设计,对于具有工业开采价值的油田，,依据详探成果和必要的生产性开发试验，,在综合研究的基础上，,按照国民经济发展对原油生产的要求，,从油田的实际情况和生产规律出发，,制订出合理的开发方案并对油田进行建设和投产，,使油田按预定的生产能力和经济效果长期生产，,第一部分采油工程方案设计,油田开发,直至开发结束的全过程。,开发方案的调整和完善,一个油田的正规开发一般要经历三个阶段,开发前的准备阶段,开发设计和投产,,详探,开发试验,,油层研究和评价,全面布置开发井,制订和实施完井方案、注采方案,,,开发方案的制订和实施,,工艺技术措施调整,井网层系调整,开发方式调整,第一节油田开发准备,通过油田详探和开辟开发先导试验区认识油藏,油田开发准备阶段的主要目的,落实地质储量,掌握一定的油田生产规律,为编制正式开发方案提供切实可行的依据,一、油田详探,,含油层系岩石和流体物性研究、工艺技术实施的模拟试验等。,地质研究工作,以含油层系为基础的地质研究、储油层的构造特征研究、油水分布关系分析、分区分层组的储量计算等,开发工程技术研究,包括油井生产能力和动态研究、油层边界的性质研究以及油层天然能量、驱动类型和压力系统确定、合理工艺技术和油层改造措施研究等。,室内试验研究,详探阶段的主要任务,详探方法,地震细测,详探资料井,取芯资料井,测井,试油和试采,分析化验及室内试验研究,详探目的,对油藏地质情况和生产动态的认识，是编制开发方案的必备基础,落实构造形态、断层状况等。,直接认识油层。,取得岩心与流体的样品。,各油层及其中流体的物性。,生产试验。,二、油田生产试验区和开发试验,②验证正式开发过程中所采取措施和决策的正确性与完善性。,目的,①选择应具有代表性的试验区，通过生产实践和综合研究，充分认识油藏地质情况，掌握其生产的动态规律。,第二节油藏驱动方式及其开采特征,一、油藏驱油能量,人工向油层注水、注气来增加油层驱油能量,①边水压头所具有的驱油能量,②原油中的溶解气析出并发生膨胀所产生的驱油能量,③气顶中压缩气体膨胀所产生的驱油能量,④油层中的流体和岩石发生膨胀而产生的驱油能量,⑤原油在油层内由于位差而具有的重力驱油能量,天然能量,人工能量,驱动石油流动的能量可以是几种能量的综合作用,二、油藏的驱动类型,不同油田，甚至同一油田的不同油藏之间，驱动方式是不同的,油层的地质条件和油气性质上的差异,,开发过程中油田的产量、压力、气油比等有着不同的变化特征,,1、弹性驱动,依靠油藏流体和岩石的弹性能量为主要驱油能量的驱动方式。,原油被排挤到生产井中,油藏投入开发,油层压力开始下降,液体、岩石体积发生膨胀,储油层的孔隙体积缩小,,,,,弹性驱油藏开采特征曲线,2、溶解气驱动,主要依靠原油中分离出天然气的弹性膨胀能量驱油的驱动方式。,溶解气驱油藏开采特征曲线,油层压力低于饱和压力,溶解在原油中的天然气将从原油中分离出来,天然气体积发生膨胀,原油被排挤流入井,,,,3、水压驱动,依靠边底水和（或）注入水为主要驱油动力的驱动方式。,刚性水压驱动油藏开采特征曲线,地层压力高于饱和压力,边底水和（或）注入水,将原油驱入油井,,,1刚性水压驱动,能量供给充分，水侵量完全补偿采出量。,弹性水驱油藏开采特征曲线,2弹性水压驱动,能量供给不充分，水侵量不能补偿采出量。,4、气压驱动,主要靠气顶气的膨胀能或注入气驱油的驱动方式。,注入气量足以保持油藏压力稳定，或气顶体积比含油区体积大得多能够保持油藏压力基本保持不变。,1刚性气驱,刚性气压驱动可采特征曲线,2弹性气压驱动,弹性气压驱动开采特征曲线,气顶体积体积小，不能够保持油藏压力基本不变。,5、重力驱动,重力驱动油藏开采特征曲线,依靠原油在油层内存在位差而具有的重力驱油能量驱油的方式。,当一个油藏的油层倾角比较大或油层厚度大时，重力驱动才能发挥作用。,溶解气驱采收率最低。,各种驱动方式的驱油能量来源不同,最终采收率也不同,水压驱动方式的驱油效率最高，采收率最大。,一般情况下,,油藏的驱动方式并不是一成不变的,国内外许多油田都采用人工注水保持压力的开发方式。,第三节油田开发层系的划分与组合,不同油藏的驱油机理、开采特点有很大区别，它们对油田开发的部署、开采条件的控制、采油工艺技术、开采方式、甚至对地面油气集输流程都有不同的要求。,在制订开发方案时，需要将油田的各层进行划分和组合，缓解层间差异,一个油田往往是由几个油藏组成，而组成油田的各个油藏在油层性质、圈闭条件、驱动类型、油水分布、压力系统、埋藏深度等方面都不同，有时差别很大。,一、划分开发层系的意义,,把特征相近的油层组合在一起，用单独一套开发系统进行开发，并以此为基础进行生产规划、动态分析和调整。,划分开发层系,（4）划分开发层系，能更好地发挥采油工艺手段的作用，进行分层注水、分层采油和分层控制的措施。,（1）合理划分开发层系，有利于充分发挥各类油层的作用，从而缓和层间矛盾，改善油田开发效果。,（2）划分开发层系后，可以针对不同层系的特殊要求设计井网和进行地面生产设施规划和建设。,（3）划分开发层系，可以提高采油速度，加速油田生产，缩短开发时间，并提高投资回收期。,二、划分开发层系的原则,（1）多油层油田，如具有以下地质特征时，原则上不能合并到同一开发层系中,①储油层岩石和物性差异较大；,②油气水的物理化学性质不同；,③油层压力系统和驱动类型不同；,④油层层数太多，含油井段的深度差别过大；,（2）每套层系应具有一定的厚度和储量，保证每口井具有一定的生产能力，并达到较好的经济指标。,（3）一个开发层系上下必须具有良好的隔层，保证在注水开发过程中层系间不会串通和干扰。,（5）在采油工艺所能解决的范围内，开发层系不宜划分过细，以减少建设工作量，提高经济效益。,（4）同一开发层系内各油层的构造形态、油水边界、压力系统和原油物性应基本一致。,在开发非均质多油层油田时，划分开发层系后，一套开发层系中仍然包括几个到十几个油层。层间差异仍是不可避免的。为进一步改善油田开发效果，对它们实施分层注水和分层采油工艺，缓解层间矛盾。,第五节井网部署和油井工作制度的确定,井网部署在确定了独立的开发层系以后，就要在油藏上布井。井网部署就是在一个含油面积上确定一口采油井能控制多大的面积，通常以“KM2/井”表示。换句话说，井网部署就是确定井网和井距。井网部署是油田开发中的一项重要技术问题。它不仅关系到油田开发效果，而且关系到油田的投资、建设速度和经济效益。,井网可以分成两大类一类是排状（行列）井网，即把井按直线一排一排地分布，或者按换状一圈一圈地分布。另一类是网状（面积）井网，就是把井按一定的几何图形均匀地布置在油田面积上。,井网的分类,对于靠自然能量开采的油田，在选择布井方式时，要考虑油田的形状、大小、能量来源以及油层性质参数等因素，充分利用油层能量。,井网的分类,根据生产井数和开发方式所要求的注水井数得到总井数，总井数除以含油面积得井网密度。,井网密度,为了确定油田的产量水平和开发时间，在确定井数以后，还要确定油田的工作制度。所谓油井的工作制度，就是确定油井供给边缘上的压力和生产井井底压力之差，即生产压差。在水驱油田中，一般控制井底压力，使它不低于饱和压力，以便在油层中保持单项流动。,油井的工作制度,第六节油田开发方案的编制,油田开发方案是指在深入认识油田情况的基础上，正确制定油田开发方针与原则，科学地进行油藏工程、钻井工程、采油工程、地面建设工程及投资的设计，有计划地将油气田投入开发的全部部署和工作安排。它是指导油田开发工作的重要技术文件。,油田开发方案,在行进开发方案设计时，应力争做到“五个合理”，即合理化分开发层系、合理井网部署（布井行式和井排距）、合理的油井工作制度、合理的注水方式和注水强度以及留有合理的后备储量面积。,合理开发方案,一、开发方案编制的基本原则,1在油田客观条件允许的条件下，满足国民经济对原油生产的要求；,2充分利用油田天然能量资源，保证获得原油采收率；,3油田要长期稳产、高产；,4经济效益好。,二、开发方案的主要内容,油田地质情况,储量计算,开发原则,开发程序,开发层系、井网、开采方式和注采系统,钻井工程和完井方法,采油工艺技术,地面集输系统,开发指标,经济评价,方案实施要求,３．油田开发常用的技术指标,日产能力油田内所有油井每天应该生产的油量总和，t/d；日产水平油田实际日产量的大小，t/d；日产能力与日产水平的差别是日产能力是应该生产的石油数量，日产水平是实际生产的石油数量。二者差别越小，说明油田开发工作做得越好。平均单井产量油田实际产量除以生产井数，ｔ/（ｄ井）；综合气油比实际总日产天然气量与实际总日产石油量之比，ｍ3/ｔ（或ｍ3/ｍ3）；累计气油比油田投入开发以来累计生产天然气量与累计生产石油量之比，ｍ3/ｔ（或ｍ3/ｍ3）；,采油速度年采出油量与地质储量之比，它是衡量油田开采快慢的指标，；采油指数采油井在单位生产压差下的日产油量，m3/MPad；采出程度油田某一时期累计采油量与地质储量之比，它反映油田储量的采出情况，；最终采收率油田开发结束时累计采油量与地质储量之比，是衡量油田开发效果的指标，；日产水量油田每天产出的水量，ｍ3/ｄ；综合含水率产水量与产液（油水混合）量之比，它反映油田的水淹程度，；日注入量每天向油层注入的水量，ｍ3/ｄ；注入程度累计注入量与油层总孔隙体积之比，；注采比注入量与采出量之比，小数；,目前地层压力油田投入开发以后，某一时期测得的油层中部压力，MPa；井底流动压力原油从油层流到井底时所剩余的压力，简称流压，MPa；饱和压力在油层温度下，随地层压力下降，第一批气泡从油中分离出来时的压力，MPa；总压差原始地层压力与目前地层压力之差，MPa；地饱压差目前地层压力与饱和压力之差，MPa；流饱压差流动压力与饱和压力之差，MPa；采油压差目前地层压力与油井井底流动压力之差，MPa；注水压差注水井井底流动压力与注水井目前地层压力之差，MPa。,第七节油田开发调整,油田开发过程中地下状况始终在不断变化，为了改善油田的开发效果，适应地下变化的状况，必须不断地对油层施加人为作用，各种人为作用统称为油田开发调整。,满足国民经济发展的要求，充分而合理地利用天然资源，并具有较好的经济效益。,油田开发调整的原则,一、油田开发综合调整的任务,不同油田或同一油田的不同开发时期，调整的任务和目的是不相同的,二、油田开发综合调整的内容,③开发方式调整。,①立足现有井网层系的综合调整，主要为各种工艺措施调整；,②井网层系调整；,1、工艺技术措施综合调整,1分层注水、分层采油；,2采取水井调剖、油井堵水措施；,3采取压裂、酸化等油层改造措施,提高较差油层的吸水能力和产油能力；,4改变油水井的工作制度包括关井，调整注采压差，以改变液流方向，提高水驱波及体积。,5改变采油方式，对自喷能力低的井转化为机械采油方式，通过提高排液量来减缓产量递减。,2、井网层系调整,1钻加密调整井,,补充开发井,层系调整井,加密调整井,更新调整井,2注水方式调整,3层系调整,在开采过程中，一个层系中的各单层之间，由于注采不均衡产生了新的不均衡，需要进行层系调整。,细分开发层系,在原开发层系内进一步划出若干开发层系,层系再组合,把开发较差的单层组合在一起，形成独立的开发层系,,在进行层系调整时，仍然遵循开发设计中的原则。,3、开发方式调整,人工注水、注气开发方式,三次采油开发方式,天然能量开采方式,,,油井流入动态与井筒多相流动,第四章,石油工程概论采油工程,第一节油井流入动态（IPR曲线）第二节井筒气液两相流基本概念第三节嘴流规律,,四种流动,油嘴内流动Pt→PB,地面管道内流动PB→Psep,垂直管内流动Pwf→Pt,第一节油井流入动态（IPR曲线）,,基本概念,1、油井流入动态油井产量与井底流动压力的关系。它反映了油藏向井的供油能力，反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响，是采油工程与油藏工程的衔接点。,基本概念,2、油井流入动态曲线（IPR曲线）（InflowPeranceRelationshipCurve表示产量与井底流压关系的曲线，简称IPR曲线。,,3、采油液指数（J,J的确定,改变油井工作制度，当油井稳定生产后，测定一系列流压与产量值绘成一条直线，该直线斜率的负倒数即为采油指数J。,基本概念,单位生产压差下的油井产油液量，反映油层性质、厚度、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量有关的综合指标。,4）求解地层参数Kh值（由采油指数J确定）,3）油田最大可能产量qmax,2）预测地层平均压力Pr,1）预测不同流压下油井日产量,选择抽油方式、地面设施、油田配产,,IPR曲线的应用,第二节井筒气液两相流基本概念,井筒多相流理论研究各种举升方式油井生产规律基本理论,研究特点流动复杂性、无严格数学解,研究途径基本流动方程实验资料相关因次分析近似关系,流动型态（流动结构、流型）流动过程中油、气的分布状态。,①纯液流当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，产液呈单相液流。,影响流型的因素气液体积比、流速、气液界面性质等。,气液混合物在垂直管中的流动结构,滑脱现象混合流体流动过程中，由于流体间的密度差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体流速的现象。如油气滑脱、油水滑脱等。,特点气体是分散相，液体是连续相；气体主要影响混合物密度，不影响摩擦阻力；滑脱现象比较严重。,井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。,②泡流,当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到能够占据整个油管断面时，井筒内将形成一段液一段气的结构。,特点气体呈分散相，液体呈连续相；一段气一段液交替出现；气体膨胀能得到较好的利用；滑脱损失变小,摩擦损失变大。,③段塞流,油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。,特点气液两相都是连续相；摩擦损失变大；滑脱损失变小；气体举油作用主要是靠摩擦携带。,④环流,气体的体积流量增加到足够大时，油管中内流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，绝大部分油以小油滴分散在气流中。,特点气体是连续相，液体是分散相；气体以很高的速度携带液滴喷出井口；气、液之间的相对运动速度很小；气相是整个流动的控制因素。,⑤雾流,油井生产中可能出现的流型自下而上依次为纯油液流、泡流、段塞流、环流和雾流。实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流型变化。,油气沿井筒喷出时的流型变化示意图Ⅰ纯油流；Ⅱ泡流；Ⅲ段塞流；Ⅳ环流；Ⅴ雾流,二章完,小结,第一节自喷井生产系统分析第二节气举采油原理,第五章自喷与气举采油技术,气举（气体传递能量）,有杆泵（杆柱传递能量）,人工举升（机械采油）,连续气举,电泵（电缆传递能量）,,,常规深井泵（抽油机抽油）,地面驱动螺杆泵,无杆泵,,水力泵（液体传递能量）,,间歇气举,1、自喷井系统组成井筒设备和地面设备,,油管、封隔器和配产器等,,井口装置（内有油嘴）,,,,油管在油井的套管中下入一根直径较小的钢管，是油气从井底流动到井口的通道。,,封隔器是用来封堵油套环形空间，对油田进行分层开采及进行特殊作业的一种井下工具。,,配产器用于油井分层开采工艺的工具，与油管相连接，装有油嘴与封隔器配套使用。,,采油树,1、自喷井系统组成井筒设备和地面设备,油层到井底的流动地层渗流,井底到井口的流动井筒多相管流,井口到分离器地面水平或倾斜管流,嘴流,生产流体通过油嘴节流器的流动,节点系统分析对象整个油井生产系统,节点系统分析实质协调理论在采油应用方面的发展,协调条件,能量压力守恒,热量守恒,自喷井生产系统组成,,油藏渗流子系统,井筒流动子系统,油嘴节流器流动子系统,地面管流子系统,小结,1自喷井生产系统一般包括四个基本流动过程，每一过程遵循各自的流动规律。,2自喷井生产系统设计与分析采用节点系统分析方法，求解点的选择取决于需要解决的问题。,3为了保证自喷井生产的稳定性，对有油嘴系统的设计要求嘴流达到临界流动条件。,4自喷井生产系统设计的内容主要包括产量的预测、油嘴的选择、生产管柱的选择、出油管线的选择、停喷条件的预测等。,第二节气举采油原理,①必须有足够的气源；②需要压缩机组和地面高压气管线，地面设备系统复杂；③一次性投资较大；④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,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。,气举采油系统示意图,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。,气举分类（按注气方式分）,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,完,小结,1气举是利用气体膨胀使井筒流体密度降低的机理采油。,2气举的类型可按注气方式和装置类型进行分类。,3气举阀的作用是降低气举启动压力，从而选择小功率的压缩机，节约投资。,4气举阀的类型很多，可根据油井的具体情况进行选择。,5气举生产系统的设计内容主要包括气举方式和气举装置类型；气举点深度、气液比和产量；阀位置、类型、尺寸及装配要求等。,第六章机械采油,,,石油工程概论采油工程,第一节抽油装置及泵的工作原理第二节抽油机悬点运动规律第三节影响泵效的因素及提高泵效的措施,有杆泵采油,,第四节无杆泵采油基础,第一节抽油装置及泵的工作原理,一、抽油装置,其它附件,工作时，动力（电动机）设备的高速旋转运动通过减速箱和游梁－连杆－曲柄转化成抽油机驴头的低速往复运动，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。,1、抽油机,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。,工作原理,分类,后置式和前置式,后置式,前置式,③运动规律不同后置式上、下冲程的时间基本相等；前置式上冲程较下冲程慢。,后置式抽油机结构简图,前置式气动平衡抽油机结构简图,①游梁和连杆的连接位置不同。,不同点,②平衡方式不同后置式多采用机械平衡；前置式多采用气动平衡。,2、抽油杆能量传递工具,普通抽油杆、玻璃纤维抽油杆和空心抽油杆,用于连接驴头与井下抽油泵，对强度有一定的要求。,作用,种类,普通抽油杆由普通碳钢或合金钢制造，特点结构简单、制造容易、成本低；直径小，有利于在油管中上下运行。---主要用与常规有杆泵抽油方式,玻璃纤维抽油杆耐腐蚀，有利于延长寿命；重量轻，有利于降低抽油机悬点载荷和节约能量；弹性模量小，可实现超冲程，有利于提高泵效。,空心抽油杆由空心园钢管组成，成本较高，适用于高含蜡、高凝固点的稠油井。可用于热油循环、热电缆加热、或向井内加化学添加剂。,3、抽油泵,主要组成,分类,抽油泵是机械能转化为流体压能的设备,管式泵,A-管式泵,1油管；3柱塞；4游动凡尔；5工作筒；6固定凡尔,管式泵外筒和衬套在地面组装好接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后再把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。,管式抽油泵,,缺点,特点,优点,杆式泵,B-杆式泵,1油管；2锁紧卡；3柱塞4游动凡尔；5工作筒；6固定凡尔,杆式泵整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端整体通过油管下入井内，由预先装在油管预定深度下泵深度上的卡簧固定在油管上，检泵时不需要起油管。,杆式抽油泵－下泵深度较大的低产油井,缺点,特点,优点,二、泵的工作原理,（一）泵的抽汲过程,抽油杆柱带活柱塞一起向上运动，由于油管内活塞以上的液柱压力作用在柱塞上，游动阀受管内液柱压力而关闭，液体排出井口。,泵内进液的条件泵内压力吸入压力低于沉没压力。,1、上冲程,泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力沉没压力与泵内压力之差的作用下被打开,液体进入泵内。,,,2、下冲程,柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵向油管排出液体。,泵排出的条件泵内压力高于柱塞以上的液柱压力。,,二、泵的工作原理,,二、泵的工作原理,柱塞上、下抽汲一次为一个冲程，可分为上冲程和下冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。冲程是描述抽油泵工作的参数。一分钟内完成的冲程次数叫冲数（N）,第三节影响泵效的因素及提高泵效的措施,3漏失影响,1抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩,2气体和充不满的影响,4体积系数的影响,一、泵效及其影响因素,泵效,其影响因素从泵的三个基本环节（活塞让出体积、原油进泵和泵内排液）可归纳为,1选择合理的工作方式,①选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别是稠油的井。,②连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。,③深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。,2确定合理沉没度。,3改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。,4使用油管锚减少冲程损失,5合理利用气体能量及减少气体影响,二、提高泵效的措施,动液面是指油井生产时油套环形空间的油气界面深度。可以折算井底压力。,示功图是反映抽油机悬点做功大小的测试图。是用示功仪在抽油机悬点上测得的。反映深井泵的工作情况。,三、抽油机的设计与管理,静液面深度是指油井关井时油套环形空间的油气界面深度。可以折算地层压力。,第七章注水工艺技术,石油工程概论采油工程,第一节注水方案设计第二节水源及水处理第三节分层注水技术第四节注水指示曲线的分析和应用第五节防止吸水能力下降及改善水剖面方法,概述,通过注水井向油层注水补充能量，保持油层压力，是在依靠天然能量进行采油之后，或油田开发早期为了提高采收率和采油速度而被广泛采用的一项重要的开发措施。在我国大部分油田采用早期注水开发。经过多年的实践在多油层、小断块、低渗透和稠油油藏进行注水开发方面逐步形成了适合油藏特点的配套技术，特别是近些年来，对注水油田高含水期为实现“控水稳油”发展了以注水井调剖为核心的注水配套新工艺。,选择合适的注水时机对于充分利用天然能量，提高注水开发效果具有重要意义,一、注水时间,地层中原油的少量脱气会减少水相的相对渗透率，使得水油比降低，从而减少高渗透层的产水量,地层中强烈脱气是有害的，因为它可使原油粘度上升，导致最终采收率下降,,第一节注水方案设计,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,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,注水井分布在含油区上,1、边缘注水,注水井