石油工程导论3

1、第七章第七章 固井、完井和试油固井、完井和试油第一节第一节 固固 井井 固井是在钻出的井眼中下入套管，并用水泥注入在套管和井眼的环形空间，进行封固的工艺环节。固井可以分为下套管和注水泥两个工艺环节。一、固井的目的一、固井的目的1、安装井口装置 在井口安装防喷器，并且是安装其它管柱的基础。2、封闭地表和复杂层 封闭地表的疏松层，封堵水层等，保证钻进的顺利进行。 3、控制井口 控制井下液体的溢出，防止井喷事故的发生。4、封隔地下各层 钻进中会遇到各种压力和不同流体的岩层，下套管封固可以避免各层的相互干扰。5、建立油气通道 在油层建立永久的生产通道，开采油气资源。或通过封固的井筒进行各种增产作业。

2、在油井钻到预定深度后，完成钻进目的，有使用价值，在起出钻具后下入套管，称为下套管。在套管与井眼的环形空间中注入水泥，封固套管和地层岩石，称为注水泥。二、井身结构二、井身结构 一口井往往不止下一层套管，井身结构是指一口井根据需要下几层套管，每层套管直径大小、下多深，用多大钻头钻进等。井身结构就决定一口井如何钻。 下入的套管按照功能有不同用途。1、各层套管的作用： 导管：钻井井场基础的一部分，人工挖出，用于导出钻井液，深几米。导管实际不是井身结构的一部分。 表层套管：封固地表疏松地层，安装井口设备，并是其它套管和管柱的基础，深度在几十米到几百米。 技术套管：也称中间套管。根据钻井需要用来封固特殊地

3、层（高压层、漏失层）的套管。技术套管可根据需要下入一层或多层。 油层套管，也称生产套管，往往是最后一层套管，用来分隔不同产层，开采油气或注水。2.套管与钻头的配合 各层套管下入顺序是先钻表层井段，称为第一次开钻。下表层套管，固井。表层套管的直径最大。 穿过表层套管继续钻进为二次开钻，钻头直径应小于表层套管的内径。钻进到一定程度下技术套管并封固。 类似，继续钻进，下油层套管封固，全井完成。 钻头和套管有相应配合关系，已经有标准。3.井身结构的确定 按地层压力和地层破裂压力（强度）决定下入的表层套管、技术套管和油层套管的层次、深度、直径和钻头配合。 井身结构是钻井的计划。三、下套管三、下套管1、套

4、管 套管是高强度钢管，应当符合一定标准。套管的外径、钢级（钢材强度）、壁厚等应当按照标准加工。常用标准是美国石油工程师协会标准（API标准）。 套管两端带外螺纹，一端有接箍。 多根套管通过螺纹和接箍连接成为套管柱。套管柱的设计应当符合一定的强度准则。一般套管柱的外径是一致的，壁厚和钢材强度是变化的。 2、套管串下部结构 为保证固井注水泥的需要，套管下部有一系列工具，有套管鞋(引鞋)、旋流短节、回压凡尔、承托环、扶正器等。这一系列工具称为套管串下部结构。 为注水泥，在套管内有胶塞，顶部有水泥头等。四、注水泥四、注水泥 就是将水泥注入到环形空间封固套管和岩石的工艺过程。一般是从套管内注入水泥浆，用

5、其它液体将水泥浆顶出，挤入套管与岩石的环形空间，进行封固。1、油井水泥： 特殊的硅酸盐水泥，高强度，细颗粒。2、水泥浆： 油井水泥混水形成，有流动性。主要性能指标是：密度、失水量、稠化时间和凝固时间、早期强度等。3、注水泥流程 从套管内注入，从井底返出，将井筒中的钻井液替出，水泥占据环形空间，封固套管和井壁岩石。流程见下图。第二节第二节 完完 井井一、钻开油气层一、钻开油气层 从钻开油层就进入完井阶段。 钻开油气层应当使用合理的钻井液体系、采用平衡压力钻井技术，减少产层的污染。二、完井的井底结构二、完井的井底结构 油井完成应当根据不同的油藏条件和采油工艺选用适当的完井井底结构。 完井井底结构就

6、是指完井中井底的油气层与井筒连接的方式。基本由两大类组成，分别是敞开式和封闭式完井井底结构。 1、裸眼完井 裸眼完井是敞开式完井井底结构。它多用于比较坚硬的油层岩石和某些水平井。裸眼完井有较高的油井产量。 裸眼完井的形式有许多种，左图仅仅是其中一种。 裸眼完井的总用量比较少。2、射孔完井 射孔完成的油气井结构见左图： 将油层钻穿，下入油层套管，用水泥封固后，井眼与油气层岩石隔绝，油井不能生产。用射孔的方法在油层段将套管和水泥射穿，并在油气层岩石中穿透一定深度，油气流通过射开的孔道产出。 这是最多用的完井方法。三、完井井口三、完井井口 油井完成后不能立刻投产，要在油井中下入油管和采油用工具，使油

7、气流通过油管开采到地面。因此，在井筒中，在油层套管内有一套油管生产系统。 生产管柱包括油管、泵、封隔器或悬挂器、过滤装置和配产装置等。 生产管柱用油管头（油管悬挂器）固定在井口，重量坐在表层套管的顶部。井口与采油部件组成采油井口。可以用机械方式抽油，或用自喷方式生产。第三节第三节 试试 油油 试油的目的是测试油井每一层的油气水产出能力，产出物的比例，井下的压力和随产量的变化等。可以为油藏开发提供资料。一、试油的方式一、试油的方式 逐层射孔、逐层试油，封隔器试油。二、诱导油流二、诱导油流 下油管、降液面、替喷、提捞或气举、测试。三、酸化或压裂投产三、酸化或压裂投产 压裂和酸化的实验。四、取资料四

8、、取资料 流量、井口压力、地层压力和井底流动压力。第八章第八章 采油工艺基础采油工艺基础 采油方法有自喷采油和机械抽油，并为保持油层能量实行注水和增产措施。第一节第一节 自喷采油自喷采油一、油井流入动态过程一、油井流入动态过程(一) 油气流进入井筒的流动过程1、从油层到井底井筒的渗流 约占油层总能量的1050，与油藏岩石的渗透性能有关。2、从井底到井口的垂直(倾斜)管流 约占总能量的3080，与井眼直径和井深有关，与含水量有关。3、经油嘴的喷流 约占总能量的530。4、从井口到集油站的近似水平管流 约占总能量的10。(二) 流入动态： 与油藏类型有关，与总能量有关，与井底流压有关。 产量与油层

9、压力、与井底动压力的关系见左图： 二、气液混合流在垂直管中流动规律二、气液混合流在垂直管中流动规律1、流动特点： 液体基本不膨胀；气体膨胀，占据井筒空间，影响流动。2、流型： 自井底而上：均匀泡流，段塞流，环流，雾流。三、自喷井生产三、自喷井生产1、生产分析 自喷井的生产条件：油层压力大于在一定流量下的渗流阻力、举升压耗和阻力和管路损耗，可自喷。 油井自喷生产是效益最高的采油生产方式。2、自喷井的生产管理 管理生产压差、取全取准资料、保证油井正常生产。 合理生产制度：高采油速度、注采平衡、稳定采油指数、合理生产压差。 尽量延长油井自喷生产周期。第二节第二节 深井泵采油深井泵采油 用于能量下降，

10、不能自喷的井。深井泵采油有许多种方式，常见的是游梁式抽油和电泵抽油。一、有杆泵抽油装置和原理一、有杆泵抽油装置和原理1、游梁式抽油机 我国抽油设备最多的就是游梁式抽油机。游梁抽油机系统由地面设备（电机、减速箱、曲柄连杆机构、游梁）、油管和抽油杆、深井泵(活塞泵)等部件组成，见下图。 地面设备由动力、变速箱、曲柄连杆机构、游梁等组成。按照油井的不同，可以有大型的，冲程长达34米，也有小型的，冲程只有1米。 2、地面设备 游梁式抽油机由电机产生动力，经过皮带传动传递到减速箱减速。在减速箱的低速轴端有一套曲柄连杆机构，将带动游梁在支架上做上下的摇摆运动。游梁的摇摆带动抽油杆在油管内上下运动，使深井泵

11、中的活塞上下运动，抽取井筒中的原油并携带到地面。 游梁上下运动一次，就是一个冲程。冲程的长短由曲柄的臂长决定。游梁上下一次的时间，由电机的转速和减速箱的减速比决定。3、深井泵的结构和工作原理 用于抽取原油的泵是柱塞泵，也称深井泵。它接在油管柱的底部，一般在接近油层的深度。 深井泵结构由缸筒、活塞、上凡尔（装在活塞上）、底凡尔和密封机构组成。 一般，缸筒与油管柱连接，是固定的。活塞在缸筒内部，与抽油杆连接，可以被抽油杆带动上下运动。活塞上有密封材料。 缸筒底部有一个单向阀（底凡尔），只允许油流进入缸筒，不允许油流从缸筒底部返回井筒。 在活塞底部也有一个单向阀，只允许缸筒内的油进入活塞上部，进入油

12、管柱，不允许倒流回缸筒下部。深井泵的工作原理：深井泵的工作原理： 油流进入缸筒内部的方式与针管抽药液的原理一样。排油的过程也与针管注射原理类似。也与用打气筒打气的道理类似，见下图。 上冲程：柱塞上的上凡尔关闭，活塞上部的油被提出，缸筒下部的下凡尔打开，井底的油进入缸筒内部。上冲程是排油过程 下冲程：活塞下行，活塞底部上凡尔打开，油流进入活塞上部；缸筒下凡尔关闭，进入缸筒的油到达活塞上部。下冲程是进油过程二、影响泵效的原因二、影响泵效的原因 深井泵的工作效率要受到许多因素影响，往往是不能达到100的。其影响因素有： 抽油杆和油管柱的弹性伸缩，影响游梁的有效冲程的利用。 气体的压缩和充满程度的影响

13、，占据泵筒体积。 泵的漏失：活塞、凡尔的泄漏。 提高泵效的措施：调整抽油机的工作参数(冲程长度、次数、泵径)；使用油管锚固定油管，防止油管变形；增加泵的下深以减少气体的进入等。三、泵的示功图三、泵的示功图 泵的工作好坏在地面难以直接观察。例如，泵失效，但是地面设备仍工作，难以判断。可以利用泵示工图判断泵工作。 原理：根据泵上下冲程的负荷，测量游梁钢丝绳受力判断。 上冲程时，要将井下的抽油杆、活塞和油管柱内的油提出，钢丝绳受力大。下冲程是下放活塞和抽油杆，是进油冲程，钢丝绳受力小。可以据此建立泵正常工作的示功图，见下图。 测量示功图，发现图形偏离正常，就说明泵的工作不正常。 游梁抽油机的冲程长度

14、有限，如果使用更大冲程长度可使用链条抽油机。链条抽油机的冲程长度可达6米，见左图。链条抽油机在丛式井组的使用四、四、 潜油电泵潜油电泵 也称为电动潜油离心泵。是将多级离心泵和电动机组合，接在油管柱底部，将电缆紧贴油管柱连接井下电机和地面电网，提供电力，驱动离心泵抽油。 潜油电泵多适用于排液量大、井眼直径大的油井。例如在进入高含水期的油藏，为提高油井产量，需要加大排液量。杆式泵不能满足。电泵就可增加排液量，达到200立方米日以上。 也比较适合海洋平台采油，节省平台空间。 使用费用较高，维护难度大，电缆经常更换，费用很大。五、螺杆泵五、螺杆泵 在井口用电机驱动抽油杆转动，抽油杆带动井下的螺杆泵。螺

15、杆旋转，可以将油流提升到地面。使用螺杆泵的优点是节省地面面积，对海洋平台和丛式井组有用。第三节第三节 注水开发注水开发 注水开发的目的是保持油藏能量、补充地层压力。是目前最多使用的油田开发方法。将淡水海水或油井产出的水分离净化后回注，通过注水井箱油层补充能量。一、水源和水质一、水源和水质1、水源： 淡水、海水、油田废水2、水质： 机械杂质、细菌、含氧量、钙铁镁离子3、水处理： 沉淀、过滤、杀菌、脱氧、暴晒。二、注水系统和流程二、注水系统和流程1、注水站 将来水加压。主要设备是储水罐、高压泵组和控制闸门及管线。来水 计量 水处理 水罐 加压泵出2、配水间 调节一口井的注入量。可以为多口注水井调节

16、水量。3、注水井 专门用来把水注进入油层的井。三、注水井投注过程三、注水井投注过程1、排液 排除井筒污物，排空井筒中的油层地带。2、洗井 清洗井筒和地层岩石。3、试注 确定每一层油层岩石的吸水能力和注入量。4、转注 正式转入注水开发。四、油井吸水能力四、油井吸水能力 吸水能力指数：每一层的吸水情况 对油井生产的影响：吸水性不同，油层内的水推进速度不同。应对每层有不同注入量，保持水的均匀推进。五、分层注水五、分层注水 意义：保持水推进均匀。 方法：封隔器配水，各个层用水嘴配注。 第四节第四节 提高采收率方法提高采收率方法一、提高采收率的基本方法一、提高采收率的基本方法1、化学驱油： 聚合物驱油：高分子聚合物增粘，聚丙烯酰胺类。 碱水驱油