海洋开发技术1-2章

1、海洋开发技术课件海洋开发技术课件 Ocean Engineering 第一篇第一篇 海洋油气田生产系统海洋油气田生产系统第一章绪论第一章绪论第第1-3节节计划学时计划学时4h第第1章章 绪论绪论 1.1 海洋开发概况海洋开发概况海洋是人类可持续发展的重要基地，海洋是人类未来的希望，开发利用海洋是解决当海洋是人类可持续发展的重要基地，海洋是人类未来的希望，开发利用海洋是解决当前人类社会面临的人口膨胀、资源短缺和环境恶化等一系列难题的极为可靠的途径。前人类社会面临的人口膨胀、资源短缺和环境恶化等一系列难题的极为可靠的途径。海洋开发利用的前景诱人，世界上许多国家视海洋为开拓地，制定面向海洋、开发海海

2、洋开发利用的前景诱人，世界上许多国家视海洋为开拓地，制定面向海洋、开发海洋、向海洋进军的国策。人们开始认识到，海洋是洋、向海洋进军的国策。人们开始认识到，海洋是21世纪确立国家地位和经济实力的世纪确立国家地位和经济实力的决定性因素之一，发展海洋事业已成为大趋势和各国的战略抉择。不仅如此，国际区决定性因素之一，发展海洋事业已成为大趋势和各国的战略抉择。不仅如此，国际区域也是各国关注的重要战略目标。位于国管辖区域以外的国际海底区域内蕴藏着丰富域也是各国关注的重要战略目标。位于国管辖区域以外的国际海底区域内蕴藏着丰富的金属、能源和生物资源，是人类共同财产，是的金属、能源和生物资源，是人类共同财产，是

3、21世纪重要的陆地可接替资源。上世世纪重要的陆地可接替资源。上世纪纪50年代始，美、德、英、日等一些发达国相继开展了海底多金属结核资源勘探活动，年代始，美、德、英、日等一些发达国相继开展了海底多金属结核资源勘探活动，使最具商业潜力的太平洋多金属资源富矿区至使最具商业潜力的太平洋多金属资源富矿区至80年代几乎瓜分完毕，同时，商业性开年代几乎瓜分完毕，同时，商业性开采的采矿冶炼试验及技术发展工作也有较大进展。我国于采的采矿冶炼试验及技术发展工作也有较大进展。我国于70年代末开始国际海底区域年代末开始国际海底区域勘查活动。勘查活动。1991年，中国大洋矿产研究开发协会在联合国登记注册为国际海底开发先

4、年，中国大洋矿产研究开发协会在联合国登记注册为国际海底开发先驱投资者，申请在太平洋划定驱投资者，申请在太平洋划定1.5万平方千米的海底区域开发。据大洋协会提供的资料，万平方千米的海底区域开发。据大洋协会提供的资料，我国拥有的我国拥有的7.5万平方专属勘探区位于东太平洋海盆万平方专属勘探区位于东太平洋海盆C-C断裂带，水深断裂带，水深4900-5000米，初米，初步估算约有步估算约有4.2亿多吨金属结核、亿多吨金属结核、11175万吨锰、万吨锰、406万吨铜、万吨铜、514万吨镍、万吨镍、98万吨钴。万吨钴。年我国开始启动海洋高技术计划。该计划重点是海洋探测、年我国开始启动海洋高技术计划。该计划

5、重点是海洋探测、 海洋生物、海洋石海洋生物、海洋石油勘探开发油勘探开发3个领域，为海洋开发保护做技术储备。个领域，为海洋开发保护做技术储备。第第1章章 绪论绪论 1.2 我国海洋开发的现状和目标我国海洋开发的现状和目标1.发展现状发展现状1)我国海洋油气资源开发装备已进入产业化发展阶段我国海洋油气资源开发装备已进入产业化发展阶段,是未来是未来10年海洋工程装年海洋工程装备的发展重点备的发展重点,海上风能、海水淡化等技术装备前景较好。海上风能、海水淡化等技术装备前景较好。2)十一五期间十一五期间,全球全球海洋油气开发装备年市场规模约海洋油气开发装备年市场规模约500600亿美元亿美元,中国油气开

6、发装备年销售额中国油气开发装备年销售额约约300亿人民币亿人民币,占世界市场份额占世界市场份额7%。3)我国已基本实现潜水油气装备的自主我国已基本实现潜水油气装备的自主设计设计,但整体海工装备制造行业仍处于产业链低端但整体海工装备制造行业仍处于产业链低端,配套能力严重不足配套能力严重不足,核心设核心设备和系统主要依靠进口。备和系统主要依靠进口。4)未来未来510年是产业发展关键期。年是产业发展关键期。2.发展目标发展目标1)2015年、年、2020年年,海工装备制造业年销售规模达到海工装备制造业年销售规模达到2000、4000亿元亿元(油气开发油气开发装备规模约装备规模约1000亿元亿元),工

7、业增加值率工业增加值率(总产值扣除消耗和转移的物质产品和劳总产值扣除消耗和转移的物质产品和劳务价值务价值/总产值总产值,类似利润率类似利润率)分别提升分别提升3个百分点个百分点,国际市场份额达到国际市场份额达到20%、35%。2)重点培育重点培育56个总承包商个总承包商,2015、2020年单个年销售规模达到年单个年销售规模达到200亿、亿、400亿元亿元;3)关键设备配套率关键设备配套率2015、2020年分别达到年分别达到30%、50%以上。以上。3.主要任务主要任务1)加快提升产业规模加快提升产业规模,打造环渤海、长三角、珠三角产业集聚区。打造环渤海、长三角、珠三角产业集聚区。 2)加强

8、产业加强产业技术创新。技术创新。3)提高产品配套能力提高产品配套能力,以总承包为牵引带动中小企业走专业化发展以总承包为牵引带动中小企业走专业化发展道路道路,在深海锚泊系统、平台甲板机械、海洋平台电站、海洋钻在深海锚泊系统、平台甲板机械、海洋平台电站、海洋钻/修井设备、修井设备、油气水分离处理设备等具备较好发展基础的领域油气水分离处理设备等具备较好发展基础的领域,提高系统集成能力。提高系统集成能力。4)提升提升对外合作水平。对外合作水平。5)实施重大创新工程。实施重大创新工程。第第1章章 绪论绪论 1.3 新型海洋工程装备新型海洋工程装备 发改委、科技部、工信部和国家能源局发布的发改委、科技部、

9、工信部和国家能源局发布的海洋工程装备产业创海洋工程装备产业创新发展战略（新发展战略（20112020）提出，海洋工程装备产业是我国当前加提出，海洋工程装备产业是我国当前加快培育和发展的战略性新兴产业，未来十年处于快速发展的关键时期，快培育和发展的战略性新兴产业，未来十年处于快速发展的关键时期，为提高产业的设计制造能力和发展速度，将针对战略发展重点，依托为提高产业的设计制造能力和发展速度，将针对战略发展重点，依托优势企业，加大国家投入力度，努力实现核心技术重大突破。优势企业，加大国家投入力度，努力实现核心技术重大突破。 新型海洋工程装备、主力海洋工程装备、关键配套设备和系统新型海洋工程装备、主力

10、海洋工程装备、关键配套设备和系统等被列为战略重点。其中，新型海洋工程装备是指近年来国际上新发等被列为战略重点。其中，新型海洋工程装备是指近年来国际上新发展起来的、我国目前尚处于空白状态的、有广阔市场前景的海洋工程展起来的、我国目前尚处于空白状态的、有广阔市场前景的海洋工程装备，主要包括液化天然气浮式生产储卸装置（装备，主要包括液化天然气浮式生产储卸装置（LNG-FPSO）、深吃）、深吃水立柱式平台（水立柱式平台（SPAR）、张力腿平台（）、张力腿平台（TLP）、浮式钻井生产储卸）、浮式钻井生产储卸装置（装置（FDPSO）、自升式生产储卸油平台、深海水下应急作业装备）、自升式生产储卸油平台、深海

11、水下应急作业装备及系统等。及系统等。第第1章章 绪论绪论 1.4 深海开发中机械与电子关键技术深海开发中机械与电子关键技术1. 水下分离器关键技术水下分离器关键技术 研究适用于研究适用于2000米深水环境下的紧凑型水下分离器，形成一套适应米深水环境下的紧凑型水下分离器，形成一套适应深水环境的分离器结构设计方法，制造深水海洋环境下水下分离器。深水环境的分离器结构设计方法，制造深水海洋环境下水下分离器。 2. 深水油气田智能完井关键技术深水油气田智能完井关键技术 研制适合具有自主产权的适用井深大于研制适合具有自主产权的适用井深大于5000米的深水油气智能完井米的深水油气智能完井技术及其关键装备，完

12、成智能井系统集成测试，并编制智能井完井设技术及其关键装备，完成智能井系统集成测试，并编制智能井完井设计指南。计指南。 3. 海上天然气液化存储关键技术研究海上天然气液化存储关键技术研究 开展海上天然气液化存储关键技术研究，初步形成海上天然气液化开展海上天然气液化存储关键技术研究，初步形成海上天然气液化与存储装置的设计与制造技术。与存储装置的设计与制造技术。 4. 通用型深水水下生产系统连接关键技术与装备通用型深水水下生产系统连接关键技术与装备 研究适用于研究适用于2000米深水环境下水下生产系统非潜水员用的通用型连米深水环境下水下生产系统非潜水员用的通用型连接系统设计、制造、安装、测试技术，制

13、造接系统设计、制造、安装、测试技术，制造2000米水深的水下连接器米水深的水下连接器及及专用安装工具工程样机，进行高压舱测试及海上海试。及及专用安装工具工程样机，进行高压舱测试及海上海试。 第第1章章 绪论绪论 1.4 深海开发中机械与电子关键技术深海开发中机械与电子关键技术 5. 应用于海底长期观测网的新型海洋探测传感器应用于海底长期观测网的新型海洋探测传感器 研发适用于海底长期观测网的海洋物理、化学、生物等深海环境原研发适用于海底长期观测网的海洋物理、化学、生物等深海环境原位观测新型传感器工程样机，完成接入海底观测示范网测试。位观测新型传感器工程样机，完成接入海底观测示范网测试。 6. 深

14、海移动平台与海底观测网接驳技术深海移动平台与海底观测网接驳技术 研发适用于深海海底观测网与移动观测平台系统对接设备，实现海研发适用于深海海底观测网与移动观测平台系统对接设备，实现海底观测网试验系统与移动观测平台的能源补给和信息传输底观测网试验系统与移动观测平台的能源补给和信息传输,完成海上完成海上测试试验。测试试验。 7. 重载作业型遥控潜水器作业系统重载作业型遥控潜水器作业系统 针对南海深水油气开发的需求，特别是针对海上油气田水下设施应针对南海深水油气开发的需求，特别是针对海上油气田水下设施应急维修作业需求，研制具有强作业能力的最大作业水深急维修作业需求，研制具有强作业能力的最大作业水深30

15、00米的重载米的重载作业型遥控潜水器及其配套的水下安装、井口作业、水下维修等作业作业型遥控潜水器及其配套的水下安装、井口作业、水下维修等作业工具，完成海上试验并形成油田开发水下设施安装、维修等作业能力。工具，完成海上试验并形成油田开发水下设施安装、维修等作业能力。 8. 基于基于AUV的小型合成孔径声纳探测系统研制的小型合成孔径声纳探测系统研制 针对不同规格的针对不同规格的AUV平台，研制适用水深平台，研制适用水深3001000米、小型化、米、小型化、模块化的合成孔径探测系统工程样机并完成海试。模块化的合成孔径探测系统工程样机并完成海试。第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识 21 石油

16、钻井石油钻井 要了解地下地质情况，证实已探明的构造是否有油要了解地下地质情况，证实已探明的构造是否有油(气气)、含油含油(气气)面积和油面积和油(气气)储量，并把石油天然气从地下开采储量，并把石油天然气从地下开采出来，就需要钻井。因此，钻井是寻找和开发石油的主要出来，就需要钻井。因此，钻井是寻找和开发石油的主要手段。钻井就是利用一定的机械设备将地层钻开一个井眼手段。钻井就是利用一定的机械设备将地层钻开一个井眼的过程。的过程。 钻井是地质勘探和矿藏开发的一个重要环节。钻好的井钻井是地质勘探和矿藏开发的一个重要环节。钻好的井对石油、天然气来说是沟通油、气层至地面形成油气生产对石油、天然气来说是沟通

17、油、气层至地面形成油气生产的惟一通道，也是人们对油、气藏进行观察和施加影响的的惟一通道，也是人们对油、气藏进行观察和施加影响的惟一通道。根据岩石破碎方式和所用工具类型，有以下几惟一通道。根据岩石破碎方式和所用工具类型，有以下几种钻井方法。种钻井方法。第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识 2.1.1顿钻顿钻 用钢丝绳把顿钻钻头送到井底，由动力机驱动游梁机构，用钢丝绳把顿钻钻头送到井底，由动力机驱动游梁机构，使游梁一端上下运动，并带动钢丝绳和钻头产生向下的冲使游梁一端上下运动，并带动钢丝绳和钻头产生向下的冲击作用，从而破碎岩石。顿钻又称冲击钻，图击作用，从而破碎岩石。顿钻又称冲击钻，图14

18、所示是所示是一种古老的钻井方法。顿钻钻机的天车台有一种古老的钻井方法。顿钻钻机的天车台有3个滑轮，各个滑轮，各通过一根钢丝绳，用来下套管、捞砂和起、下钻具。用顿通过一根钢丝绳，用来下套管、捞砂和起、下钻具。用顿钻钻井，钻进和捞砂必须相间进行。顿钻钻速慢，效率低，钻钻井，钻进和捞砂必须相间进行。顿钻钻速慢，效率低，不能适应井深日益增加和复杂地层的钻探要求，逐渐被旋不能适应井深日益增加和复杂地层的钻探要求，逐渐被旋转钻代替。但它有设备简单、成本低、不污染油层等优点，转钻代替。但它有设备简单、成本低、不污染油层等优点，可用于一些浅的低压油、气井及漏失井等。所以在美国等可用于一些浅的低压油、气井及漏失

19、井等。所以在美国等国家仍有一定数量的油、气井用顿钻法钻井，中国陕北延国家仍有一定数量的油、气井用顿钻法钻井，中国陕北延安地区油井和四川自贡地区的盐井，绝大多数是用顿钻法安地区油井和四川自贡地区的盐井，绝大多数是用顿钻法打成的。打成的。第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识 2.1.2旋转钻旋转钻利用钻头旋转时产生的切削或研磨作用破碎岩石，它是当前最通用的利用钻头旋转时产生的切削或研磨作用破碎岩石，它是当前最通用的钻井方法，如图钻井方法，如图15所示。所示。1901年美国首先使用。中国于年美国首先使用。中国于20世纪世纪30年年代中期开始使用，它比顿钻钻速快，并能处理井塌、井喷等复杂情况；

20、代中期开始使用，它比顿钻钻速快，并能处理井塌、井喷等复杂情况；按动力传递方式不同，分转盘钻和井下动力钻两种。按动力传递方式不同，分转盘钻和井下动力钻两种。 (1)转盘钻转盘钻 在钻台的井口处装有转盘，转盘中心旋转部分有方孔，钻在钻台的井口处装有转盘，转盘中心旋转部分有方孔，钻柱最上端的方钻杆穿过该方孔，方钻杆下接钻柱和钻头。动力机驱动柱最上端的方钻杆穿过该方孔，方钻杆下接钻柱和钻头。动力机驱动转盘时带动钻柱和钻头一起旋转，破碎岩石，井眼随钻柱不断加长而转盘时带动钻柱和钻头一起旋转，破碎岩石，井眼随钻柱不断加长而加深，岩屑随循环泥浆返至地面。加深，岩屑随循环泥浆返至地面。(2)井下动力钻井下动力

21、钻 利用井下动力钻具带动钻头破碎岩石。特点是钻进时利用井下动力钻具带动钻头破碎岩石。特点是钻进时钻柱不转动，磨损小、使用寿命长，特别适于打定向井。井下动力钻钻柱不转动，磨损小、使用寿命长，特别适于打定向井。井下动力钻有涡轮钻、螺杆钻、电动钻具等。前两种靠高压泥浆驱动，后一种是有涡轮钻、螺杆钻、电动钻具等。前两种靠高压泥浆驱动，后一种是用电驱动。用电驱动。20世纪世纪30年代初前苏联首先使用涡轮钻钻井，中国从年代初前苏联首先使用涡轮钻钻井，中国从50年年代起先后使用涡轮钻和螺杆钻，主要用于钻定向井。电动钻需要特殊代起先后使用涡轮钻和螺杆钻，主要用于钻定向井。电动钻需要特殊的带电缆的钻柱，尚未大量

22、使用。的带电缆的钻柱，尚未大量使用。第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识 2.1.3新钻井方法新钻井方法20世纪世纪50年代以来，有的国家研究了一些新的钻井方法，其中激光法、年代以来，有的国家研究了一些新的钻井方法，其中激光法、爆炸法、电弧法、电子束法、电火花法等都处于试验研究阶段，投人爆炸法、电弧法、电子束法、电火花法等都处于试验研究阶段，投人工业试验的有下列工业试验的有下列3种。种。 (1)冲旋钻冲旋钻 把冲旋钻具接在钻头上，利用循环的液体或气体推动冲把冲旋钻具接在钻头上，利用循环的液体或气体推动冲旋钻具的心轴，使钻头同时以冲击和旋转两种

23、动作破碎岩石。冲旋钻旋钻具的心轴，使钻头同时以冲击和旋转两种动作破碎岩石。冲旋钻适用于中硬地层。适用于中硬地层。 (2)柔杆钻柔杆钻 用钢丝橡胶结构的柔杆代替钻杆，并接以井下动力钻具，用钢丝橡胶结构的柔杆代替钻杆，并接以井下动力钻具，用具有大直径滚筒的特殊地面装置起下柔杆，可缩短起下钻时间，并用具有大直径滚筒的特殊地面装置起下柔杆，可缩短起下钻时间，并可于起下钻时不停地循环泥浆。柔杆钻井法的工业试验井深已达可于起下钻时不停地循环泥浆。柔杆钻井法的工业试验井深已达2330m。 (3)冲蚀钻冲蚀钻 利用高压驱动带磨料的洗井液，使洗井液通过钻头的耐利用高压驱动带磨料的洗井液，使洗井液通过钻头的耐磨喷

24、嘴时达到磨喷嘴时达到200m/s左右的高速，用冲蚀作用破碎岩石。左右的高速，用冲蚀作用破碎岩石。第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识 22 固井与完井固井与完井2.2.1固井固井固井是油气井建井过程中的一个重要环节。简单来说就是在已钻出的井眼中固井是油气井建井过程中的一个重要环节。简单来说就是在已钻出的井眼中下人一定尺寸的套管，并在套管与井壁或套管与套管之间的环形空间内注入下人一定尺寸的套管，并在套管与井壁或套管与套管之间的环形空间内注入水泥的工艺过程。注入的水泥将套管柱与井壁岩石牢固地固结在一起，可以水泥的工艺过程。注入的水泥将套管柱与井壁岩石牢固地固结在一起，可以将油、气、水层及复

25、杂层位封固起来，以利于进一步钻进或开采。固井质量将油、气、水层及复杂层位封固起来，以利于进一步钻进或开采。固井质量好杯直接影响油气产量和生产管理。好杯直接影响油气产量和生产管理。 1井结构及套管规范井结构及套管规范 (1)井身结构井身结构 井身结构包括以下几方面的内容：所下套管的层次、直径、井身结构包括以下几方面的内容：所下套管的层次、直径、各层套管下入的深度、井眼尺寸各层套管下入的深度、井眼尺寸(钻头尺寸钻头尺寸)、各层套管的、各层套管的 水泥返高等。合理的井身结构是钻井工程设计水泥返高等。合理的井身结构是钻井工程设计 的重要内容，其主要根据是底层压力和地层破的重要内容，其主要根据是底层压力

26、和地层破 裂压力剖面。裂压力剖面。 正常压力系统的井通常仅下三层套管：导正常压力系统的井通常仅下三层套管：导 管、表层套管和生产套管。异常压力系统的管、表层套管和生产套管。异常压力系统的 井，至少多下一层技术套管。尾管则是一种不井，至少多下一层技术套管。尾管则是一种不 延伸到井口的套管柱，如图延伸到井口的套管柱，如图16所示。所示。 第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识 导管导管 导管的作用是在钻地表井眼时把导管的作用是在钻地表井眼时把 钻井液从地表引导到钻井装置平面上。其长度钻井液从地表引导到钻井装置平面上。其长度 变化较大，在坚硬的岩层中约变化较大，在坚硬的岩层中约1020m，在松

27、，在松 软易塌地层可能上百米。软易塌地层可能上百米。 表层套管表层套管 表层套管下人深度约在表层套管下人深度约在301500m。通常，泥浆返至。通常，泥浆返至地面，用它来防止浅水层污染，封隔浅层流砂、砾石层及浅层气。同地面，用它来防止浅水层污染，封隔浅层流砂、砾石层及浅层气。同时也用来安装井口防喷器，它也是井口设备时也用来安装井口防喷器，它也是井口设备(套管头和采油树套管头和采油树)的惟一的惟一支撑部件，并且承受依次下人的各层套管支撑部件，并且承受依次下人的各层套管(包括采油管柱包括采油管柱)的载荷。的载荷。 技术套管技术套管 用来封隔坍塌地层及高压水层，防止井径扩大，以便用来封隔坍塌地层及高

28、压水层，防止井径扩大，以便继续钻进。技术套管还用来分割不同的压力层系，以便能够建立正常继续钻进。技术套管还用来分割不同的压力层系，以便能够建立正常的钻井液循环。它也为井控设备的安装、防喷、防漏、悬挂尾管提供的钻井液循环。它也为井控设备的安装、防喷、防漏、悬挂尾管提供了条件。了条件。 第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识 生产套管生产套管(多数是指油层套管多数是指油层套管)油层套管的主要作用是把储集层中油层套管的主要作用是把储集层中的油气从套管中采出来，并用来保护井壁，隔开各层的流体，达到油的油气从套管中采出来，并用来保护井壁，隔开各层的流体，达到油气井分层测试、分层开采、分层改造的目的

29、。通常，水泥返高至产层气井分层测试、分层开采、分层改造的目的。通常，水泥返高至产层顶部顶部200m以上。以上。 尾管尾管 尾管分为钻井尾管和采油尾管，其实就是一段短套管。它尾管分为钻井尾管和采油尾管，其实就是一段短套管。它的优点是下人长度短、费用低、节约成本。的优点是下人长度短、费用低、节约成本。 (2)套管和套管柱套管和套管柱 油井套管是优质钢材制成的无缝管或焊接管，两油井套管是优质钢材制成的无缝管或焊接管，两端均加工有锥形螺纹。大多数的套管是用套管接箍连接组成套管柱。端均加工有锥形螺纹。大多数的套管是用套管接箍连接组成套管柱。套管柱用于封固井壁的裸露岩石。常用的标准套管外径从套管柱用于封固

30、井壁的裸露岩石。常用的标准套管外径从1143mm到到502mm，共有，共有14种。套管的壁厚范围为种。套管的壁厚范围为5211613mm。，套。，套管钢级目前管钢级目前API标准有标准有10种，即种，即H、J、K、M、N、C、L、T、P、Q。常用钢级为常用钢级为P110、N90、J55。 套管柱套管柱(套管串套管串)通常是由同一外径、相同或不同钢级及不同壁厚的通常是由同一外径、相同或不同钢级及不同壁厚的套管用接箍连接组成的，应符合强度及生产的要求。套管用接箍连接组成的，应符合强度及生产的要求。第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识 2. 固井工艺过程固井工艺过程 固井工艺过程主要有下套管

31、和注水泥两个步骤。固井工艺过程主要有下套管和注水泥两个步骤。 (1)下套管下套管 下套管前根据井身设计，将要下人井内的套管运到平台，对套下套管前根据井身设计，将要下人井内的套管运到平台，对套管逐根进行检查是否有暗伤、变形，然后丈量长度，编好顺序排放好，清洗管逐根进行检查是否有暗伤、变形，然后丈量长度，编好顺序排放好，清洗螺纹，以待下井；对机器设备及辅助工具认真检查，保证下套管时不出故障，螺纹，以待下井；对机器设备及辅助工具认真检查，保证下套管时不出故障，调节好泥浆性能，起出井中钻具；逐根将套管下人井中，下完后以循环泥浆调节好泥浆性能，起出井中钻具；逐根将套管下人井中，下完后以循环泥浆洗井，然后

32、接注水泥管汇洗井，然后接注水泥管汇(水泥头水泥头)准备注水泥。准备注水泥。 (2)注水泥注水泥 注水泥的主要目的在于封隔油、气、水层，保护生产层。为实注水泥的主要目的在于封隔油、气、水层，保护生产层。为实现这一目的，要解决以下两个方面的问题：一是如何使环形空间充满水泥浆；现这一目的，要解决以下两个方面的问题：一是如何使环形空间充满水泥浆；二是如何使水泥浆在凝结过程中压稳油、气、水层和封隔好油、气、水层。二是如何使水泥浆在凝结过程中压稳油、气、水层和封隔好油、气、水层。根据固井设计，将所需固井用的水泥、淡水、化学添加剂运到井场；检查根据固井设计，将所需固井用的水泥、淡水、化学添加剂运到井场；检查

33、注水泥的机器设备，使之处于良好的工作状态；配制水泥、注水泥；当水泥注水泥的机器设备，使之处于良好的工作状态；配制水泥、注水泥；当水泥注满套管后，用泥浆把水泥浆迅速顶替到井筒环形空间的预定高度，此过程注满套管后，用泥浆把水泥浆迅速顶替到井筒环形空间的预定高度，此过程叫替泥浆。在下套管前，按设计位置在最下端设一阻流环，用于替泥浆时承叫替泥浆。在下套管前，按设计位置在最下端设一阻流环，用于替泥浆时承受胶塞碰压，替泥浆前先把胶塞压人套管内，胶塞起到阻止泥浆相泥的隔离受胶塞碰压，替泥浆前先把胶塞压人套管内，胶塞起到阻止泥浆相泥的隔离作用，同时又像一个活塞，替泥浆时，泥浆顶着胶塞，胶塞顶着水泥浆在套作用，

34、同时又像一个活塞，替泥浆时，泥浆顶着胶塞，胶塞顶着水泥浆在套管中下行，水泥浆被顶人环形空间，在环形空间水泥浆顶着泥浆上返。当胶管中下行，水泥浆被顶人环形空间，在环形空间水泥浆顶着泥浆上返。当胶塞与阻流环相碰时，封闭了环形通道，此时替泥浆的泵压突然升高，叫做碰塞与阻流环相碰时，封闭了环形通道，此时替泥浆的泵压突然升高，叫做碰压。碰压是水泥浆返到环形空间预定高度的信号。至此替泥浆结束，待水泥压。碰压是水泥浆返到环形空间预定高度的信号。至此替泥浆结束，待水泥凝固后固井工作完成。凝固后固井工作完成。第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识 第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识2.2.2完井

35、完井完井是指从打开生产层到把井交付给采油生产期间的全部生产过程。完井是指从打开生产层到把井交付给采油生产期间的全部生产过程。完井主要包括钻开生产层，确定完井方法，安装井底和井口装置，建完井主要包括钻开生产层，确定完井方法，安装井底和井口装置，建立油气流通道。立油气流通道。1.钻开油气层钻开油气层 生产层多是具有孔隙的碎屑岩或碳酸盐岩。在钻开生产层的过程中，生产层多是具有孔隙的碎屑岩或碳酸盐岩。在钻开生产层的过程中，若井内液柱压力小于油气层的压力时，会发生井喷；但若井内液柱压若井内液柱压力小于油气层的压力时，会发生井喷；但若井内液柱压力比油气层的压力大时，钻井液力比油气层的压力大时，钻井液(实称

36、实称“完井液完井液”)中的水和黏土便进中的水和黏土便进入到油气层，形成入到油气层，形成“水侵水侵”和和“泥侵泥侵”，堵塞油流通道，使油层渗透，堵塞油流通道，使油层渗透率下降，严重时会使油井丧失生产能力。因此，在钻开生产层时，保率下降，严重时会使油井丧失生产能力。因此，在钻开生产层时，保护油气层、防止井喷是两项重要的工作。要做到这两点，选择合适的护油气层、防止井喷是两项重要的工作。要做到这两点，选择合适的钻井液是关键。对低压低渗透性油气层，最好选用油基钻井液和油包钻井液是关键。对低压低渗透性油气层，最好选用油基钻井液和油包水乳化钻井液。它们可以从根本上避免水侵和泥侵的危害。但它们成水乳化钻井液。

37、它们可以从根本上避免水侵和泥侵的危害。但它们成本高、易燃，配置和使用不如水基钻井液方便。对高压高渗透率油气本高、易燃，配置和使用不如水基钻井液方便。对高压高渗透率油气层，可以采用低固相水基钻井液。这类钻井液常加有高黏度特性的高层，可以采用低固相水基钻井液。这类钻井液常加有高黏度特性的高分子化合物提高黏度，加有盐类物质分子化合物提高黏度，加有盐类物质(如如CaCl2、ZnCl2等等)增加其密度，增加其密度，加有表面活性剂提高地层渗透率的恢复率。加有表面活性剂提高地层渗透率的恢复率。 第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识2.完井方法完井方法 完井方法是指油、气层与井底的连通方式，以及井底结

38、构和完井工完井方法是指油、气层与井底的连通方式，以及井底结构和完井工艺。为了满足各种油、气层的开采需要，有很多种完井方法。艺。为了满足各种油、气层的开采需要，有很多种完井方法。 (1)裸眼完井法裸眼完井法 裸眼完井法可分为先期裸眼和后期裸眼。先期裸眼裸眼完井法可分为先期裸眼和后期裸眼。先期裸眼完井法是先钻至油、气层顶部后，下套管固井，然后再钻开油、气层。完井法是先钻至油、气层顶部后，下套管固井，然后再钻开油、气层。后期裸眼完井法是在钻穿油、气层后，将油层套管下至油、气层顶部后期裸眼完井法是在钻穿油、气层后，将油层套管下至油、气层顶部固井。固井。 裸眼完井法虽然保证了油层和井底具有良好的连通性，

39、但不能克服裸眼完井法虽然保证了油层和井底具有良好的连通性，但不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响，不能防止油、气、水层互相井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响，不能防止油、气、水层互相窜扰。因此，它只适用于岩性坚固而稳定，又无气、水夹层的单一油窜扰。因此，它只适用于岩性坚固而稳定，又无气、水夹层的单一油层或一些油层性质相同的多油层。层或一些油层性质相同的多油层。(2)射孔完井法射孔完井法 射孔完井法属于非裸露式完井法。其实质是钻穿油层射孔完井法属于非裸露式完井法。其实质是钻穿油层后，将套管下至油层底部固井，然后用射孔枪将套管和水泥石射穿，后，将套管下至油层底部固井，然后用射孔枪将套管和水泥

40、石射穿，使油气沿孔道流至井底。使油气沿孔道流至井底。第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识2.完井方法完井方法 射孔完井法的优点是能够封隔油、气、水层，防止互相窜通，能消除射孔完井法的优点是能够封隔油、气、水层，防止互相窜通，能消除井壁坍塌对油井生产的影响。因此这种完井方法特别适用于井壁严重井壁坍塌对油井生产的影响。因此这种完井方法特别适用于井壁严重坍塌的疏松生产层、含有水层的生产层、油层压力和原油性质均不相坍塌的疏松生产层、含有水层的生产层、油层压力和原油性质均不相同而需要分层试采的多油层。射孔完井法的缺点是油气层被钻井液和同而需要分层试采的多油层。射孔完井法的缺点是油气层被钻井液和水

41、泥浆侵害较严重；其次是油流面积小，孔眼处油流密度大，油流阻水泥浆侵害较严重；其次是油流面积小，孔眼处油流密度大，油流阻力大。力大。 (3)割缝衬管完井法割缝衬管完井法 割缝衬管完井是在裸眼完井的基础上，在裸眼割缝衬管完井是在裸眼完井的基础上，在裸眼井内下人割缝衬管。在直井、定向井、水平井中都可采用。井内下人割缝衬管。在直井、定向井、水平井中都可采用。 (4)砾石充填完井法砾石充填完井法 对于胶结疏松出砂严重的地层，一般应采用砾对于胶结疏松出砂严重的地层，一般应采用砾石充填完井方法。它是先将绕丝筛管下入井内油层部位，然后用充填石充填完井方法。它是先将绕丝筛管下入井内油层部位，然后用充填液将在地面

42、上预先选好的砾石液将在地面上预先选好的砾石(砾石可以是石英砂、玻璃珠、树脂涂砾石可以是石英砂、玻璃珠、树脂涂层砂或陶粒层砂或陶粒)泵送至绕丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环形空泵送至绕丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环形空间内，构成一个砾石充填层，以阻挡油层砂流人井筒，达到保护井壁、间内，构成一个砾石充填层，以阻挡油层砂流人井筒，达到保护井壁、防砂人井之目的。砾石充填完在直井、定向井中都可使用。但在水平防砂人井之目的。砾石充填完在直井、定向井中都可使用。但在水平井中应慎用，因为搞不好易发生砂卡，从而使砾石充填失败，达不到井中应慎用，因为搞不好易发生砂卡，从而使砾石充填失败，达不到有效防砂的

43、目的。有效防砂的目的。第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识23 石油开采石油开采2.3.1 油田开发方式油田开发方式 由于油藏的多样性，决定了油田开发方式的多样性。人们通过长期的实践由于油藏的多样性，决定了油田开发方式的多样性。人们通过长期的实践和科学的探索，目前对油田实行有效开发的方式、方法有很多种。和科学的探索，目前对油田实行有效开发的方式、方法有很多种。 归纳起来大体有下列四个方面的开发方式：一是保持和改善油层驱油条件归纳起来大体有下列四个方面的开发方式：一是保持和改善油层驱油条件的开发方式；二是优化井网有效应用采油技术的开发方式；三是特殊油藏的的开发方式；二是优化井网有效应用采

44、油技术的开发方式；三是特殊油藏的特殊开发方式；四是提高采收率的强化开发方式。具体可分为以下几种。特殊开发方式；四是提高采收率的强化开发方式。具体可分为以下几种。 1利用天然油层能量的开发方式利用天然油层能量的开发方式 油气需要有一定的能量，驱使它从油层流到井内，并上升到地面。这种能油气需要有一定的能量，驱使它从油层流到井内，并上升到地面。这种能量在各个油藏中的存在条件是不一样的。一般来说，一个油气藏中，由于地量在各个油藏中的存在条件是不一样的。一般来说，一个油气藏中，由于地层压力的作用，油气和岩石都具有一定的弹性能量；油中含有较多的天然气，层压力的作用，油气和岩石都具有一定的弹性能量；油中含有

45、较多的天然气，当压力下降到一定程度后，这些溶解在油中的天然气就会逸出，而产生气驱当压力下降到一定程度后，这些溶解在油中的天然气就会逸出，而产生气驱油的能量；还有油藏中的水油的能量；还有油藏中的水(边水或底水边水或底水)随着采油过程中会发生流动，产生随着采油过程中会发生流动，产生水驱油的能量。这些在油藏中自然具备的能量，在油藏开发初期，它们都能水驱油的能量。这些在油藏中自然具备的能量，在油藏开发初期，它们都能很好地发挥作用，在油田开发中都应该充分地加以利用。但是实践又告诉人很好地发挥作用，在油田开发中都应该充分地加以利用。但是实践又告诉人们，一个油藏中这种天然能量是有限的，它能发挥作用的时间是很

46、短的，尤们，一个油藏中这种天然能量是有限的，它能发挥作用的时间是很短的，尤其是油中的溶解气，随油一起被采出以后，地下原油就会收缩，黏度增大，其是油中的溶解气，随油一起被采出以后，地下原油就会收缩，黏度增大，这样就会直接加大采油的难度，最终降低了原油的采收率。因此，现在油田这样就会直接加大采油的难度，最终降低了原油的采收率。因此，现在油田开发中，对天然能量只利用弹性驱油能量，对溶解气驱能量是不可利用的，开发中，对天然能量只利用弹性驱油能量，对溶解气驱能量是不可利用的，并要给以保护，使得天然气在油层条件下，不从油中分离出来。这样，就产并要给以保护，使得天然气在油层条件下，不从油中分离出来。这样，就

47、产生了保持或改善油层驱油条件的问题。生了保持或改善油层驱油条件的问题。第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识2保持和改善油层能量的开发方式保持和改善油层能量的开发方式 从油藏中采出了油和气，就会使得地下发生亏空，从而降低地下原从油藏中采出了油和气，就会使得地下发生亏空，从而降低地下原有的能量。为保持地下足够的驱油能量，势必就得向油藏中再注入相有的能量。为保持地下足够的驱油能量，势必就得向油藏中再注入相应体积的东西去弥补采出的亏空。现代油田开发中，一般采用注水或应体积的东西去弥补采出的亏空。现代油田开发中，一般采用注水或注气的办法来保持油层能量。因为水和气比较容易注入油层，来源又注气的办法

48、来保持油层能量。因为水和气比较容易注入油层，来源又比较丰富，一般都可以就地取得，自然也就比较经济，以水换油或以比较丰富，一般都可以就地取得，自然也就比较经济，以水换油或以气换油是很值得的。注气，一般就是用油藏中采出的天然气，通过专气换油是很值得的。注气，一般就是用油藏中采出的天然气，通过专门的注气井再回注到油层的高部位中去。往地下注水又可分为：边部门的注气井再回注到油层的高部位中去。往地下注水又可分为：边部注水、底部注水和内部注水三种。边部注水和底部注水，即分别从油注水、底部注水和内部注水三种。边部注水和底部注水，即分别从油藏的边水里和底水里注入，来弥补地下亏空，使注入水与原来的边水藏的边水里

49、和底水里注入，来弥补地下亏空，使注入水与原来的边水和底水一起来驱油到采油井里去；油田内部注水是因为边水和底水一起来驱油到采油井里去；油田内部注水是因为边水(或底水或底水)离采油井太远，在边部和底部里注入难以发挥作用的情况下，则采取离采油井太远，在边部和底部里注入难以发挥作用的情况下，则采取在油层内部注水，以水挤油，驱油向采油井流动。无论是注气或注水，在油层内部注水，以水挤油，驱油向采油井流动。无论是注气或注水，都要根据不同油藏的具体地质条件，以及实际的需要和可能来进行，都要根据不同油藏的具体地质条件，以及实际的需要和可能来进行，而且在油藏的什么部位注人，注入的水或气的具体要求及处理，以及而且在

50、油藏的什么部位注人，注入的水或气的具体要求及处理，以及注入技术工艺、注入量多大为适宜等等，都需要经过专门的研究和设注入技术工艺、注入量多大为适宜等等，都需要经过专门的研究和设计，并通过现场试验后，逐步实施完成。计，并通过现场试验后，逐步实施完成。第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识3自喷井采油开发方式自喷井采油开发方式 凡是油井能够自喷采油的油田凡是油井能够自喷采油的油田(或油藏或油藏)，其油层压力比较大，驱油，其油层压力比较大，驱油能量比较足，油层的渗透率比较高。这是油田开发中最为理想的一种能量比较足，油层的渗透率比较高。这是油田开发中最为理想的一种开采方式。因为自喷采油易于管理，采

51、油成本比较低。所以，这样的开采方式。因为自喷采油易于管理，采油成本比较低。所以，这样的油田油田(或油藏或油藏)，更应该及时地实行注水，以保持油层内的足够驱油能，更应该及时地实行注水，以保持油层内的足够驱油能量，使油井能延长自喷期。但是，一个油田的自喷期毕竟也是有限的，量，使油井能延长自喷期。但是，一个油田的自喷期毕竟也是有限的，之后总是要转到用机械采油的方式来继续开采。之后总是要转到用机械采油的方式来继续开采。4机械采油开发方式机械采油开发方式 机械采油有两种情况，一种情况是有的油藏能量低，渗透性差，油机械采油有两种情况，一种情况是有的油藏能量低，渗透性差，油井开始即不能自喷；还有一种情况是起

52、初自喷开采的油藏，在油井含井开始即不能自喷；还有一种情况是起初自喷开采的油藏，在油井含水达到一定程度后就不再自喷了。在这两种情况下只能用机械开采的水达到一定程度后就不再自喷了。在这两种情况下只能用机械开采的方式来进行。机械采油的方法和技术又有很多种，后面还要专门谈到。方式来进行。机械采油的方法和技术又有很多种，后面还要专门谈到。5热力采油开发方式热力采油开发方式 这主要是针对稠油油藏这主要是针对稠油油藏(在油层温度条件下，地下原油黏度大于在油层温度条件下，地下原油黏度大于lOOmPas)的开发而采用的一种方式。其基本原理主要是通过向油层的开发而采用的一种方式。其基本原理主要是通过向油层注入热水

53、或蒸汽提高油藏温度而降低原油的黏度，提高原油的流动性，注入热水或蒸汽提高油藏温度而降低原油的黏度，提高原油的流动性，然后把它开采出来。热力采油又可分为：然后把它开采出来。热力采油又可分为： 第第2章章 石油开发基础知识石油开发基础知识 (1)蒸汽吞吐法蒸汽吞吐法 先向生产井内注入蒸汽半个月左右先向生产井内注入蒸汽半个月左右(每天注每天注150m左右的水左右的水烧成的蒸汽烧成的蒸汽)，然后关井几天，使注入的热量在井筒周围的油层中扩散，再开，然后关井几天，使注入的热量在井筒周围的油层中扩散，再开井生产。此为一个蒸汽吞吐周期，以此循环往复进行，但随着周期次数的增井生产。此为一个蒸汽吞吐周期，以此循环往复进行，但随着周期次数的增加，注汽量也应逐渐增加，而产油量下降，且周期也越来越短。加，注汽量也应逐渐增加，而产油量下降，且周期也越来越短。 (2)蒸汽驱油法蒸汽驱油法(含热水驱含热水驱) 由注入井向油层内注入若干倍于油层孔隙体积的由注入井向油层内注入若干