采油技术手册-1章方案设计

1、第一章 采油工程方案设计概要采油工程方案是油田开发总体方案的核心，它是完成油藏工程方案开发指标的重要保障，也是地面工程建设的依据和工作出发点。采油工程方案设计的科学合理与否直接涉及油田开发的重要决策和经济效益。第一节 概述一、油田开发总体建设方案油田开发总体建设方案的编制是在地质勘探成果和试油、试采工作的基础上进行的，它包括油藏地质研究、油藏工程设计、钻井工程设计、采油工程设计、地面工程设计、总体方案经济评价和总体方案决策等七个方面，其构成与相互间的联系见图1-1。图1-1 油田开发总体建设方案构成简图油藏地质研究是对油藏认识和描述，并提供油藏地质模型，是总体方案设计的依据和基础。油藏工程设计

2、是依据油藏地质模型和试油、试采资料，通过一系列动态实验和模拟，确立开发方式和规模、划分开发层系、部署开发井网、应用油藏工程方法和数值模拟技术预测开发动态指标，并在技术经济分析的基础上编制出油藏工程方案。采油工程设计是依据油藏地质研究成果，评价油藏工程方案的技术可行性，并制订一系列工艺措施方案，以确保油藏工程方案拟定开发指标的实现。钻井工程设计和地面工程设计是根据油藏工程、采油工程方案的要求，建立地层流体的流动通道，并实现油气生产的控制、调节与流体的分离、计量等。总体经济评价是对工程方案进行技术经济分析，以评价技术方案的经济可行性。总体方案决策是上述研究成果的总结与集成。二、采油工程方案的基本构

3、成、设计原则与要求1采油工程方案的基本构成根据采油工程在油田开发过程中的任务，采油工程方案的基本构成见图1-2。图1-2 采油工程方案基本构成图油田开发总体部署及方案编制原则与要求，是采油工程方案编制的指导。方案编制的基础资料是采油工程方案设计的依据。开发全过程中系统保护油层的要求与措施，是影响油井产能和开发效果的关键。完井工程设计、采油方式优选、注水工艺设计、油层改造、配套工艺设计与动态监测等，是采油工程方案的主体。措施与作业工作量预测、经济评价等，是实施采油工程方案、制定作业规划和经济评价的依据。采油工程方案的具体设计与编制，见石油工业标准化委员会制定的SY/T6081-94标准采油工程方

4、案设计编写规范。2采油工程方案设计的基本原则1）设计方法要具有较强的科学性在开发方案设计中，油藏工程、采油工程、地面工程必须进行平行研究，相互结合、相互渗透，充分发挥各自的优势，提高总体方案设计水平。采油工程方案必须紧密结合油藏实际，兼顾地面工程要求，借鉴国内外同类油藏和类似地面条件的油田开采的成功经验，充分利用试油、试采中取得的基本数据和前期各项研究成果，采用先进的数值模拟、物理模拟方法，使方案设计有坚实的实验和理论基础，提高方案决策的科学性。2）方案设计既全面又重点突出按照石油行业规范，借鉴其他成功采油工程方案的经验，结合本油田采油工程特点，既要考虑图1-1-2所规定的采油工程方案基本构成

5、的内容，又要根据油田具体情况对所采用的基本措施和关键技术进行重点论证，对特殊性油藏还应开展专题研究。3）要满足油藏工程和地面建设要求采油工艺设计起码要遵循下述原则：（1）技术先进成熟，工艺成龙配套，对油藏有良好的适应性，既能完成开发方案配产目标，又能满足油田开发各阶段生产的需要。（2）有良好的可操作性，在开发推移过程中可灵活调整，充分发挥油井潜能。（3）要最大程度的减少井下作业工作量。4）加强敏感性研究并进行多方案优化对采油工程方案中的重要研究专题，要进行多方案的敏感性分析对比研究，优化选择最佳方案。5）坚持“少投入多产出”的经济原则对方案要综合进行技术评价和经济评价，使得优化的方案既要充分发

6、挥油井产能和采油设备效率，又要尽可能地降低油田开发成本，提高油田开发的总体经济效益。3方案编制步骤1）收集和分析油藏地质和试油、试采以及钻井、完井等相关资料，熟悉和掌握油藏特点。2）结合油藏特点和总体部署的要求进行技术调研。3）拟订编制大纲，确定重点，提出试采工艺要求和需要开展的研究课题。4）在进行工程设计计算的同时，针对油田的某些特殊问题开展专题研究或现场工艺试验。5）对各部分内容进行定期协调，对部分成果进行审查。6）提出方案报告，进行方案评审。第二节 采油工程方案技术设计内容一、采油举升方式选择举升方式选择的依据和要求为：1预测不同含水阶段的油井产液指数和产油指数。2研究油井产能分布，按油

7、井产能进行油井分类，确定不同含水阶段各类井井数的变化，分析各类油井在油藏上的分布情况。3模拟油井生产动态，预测不同压力保持水平下，各类油井采用不同举升方式可能获得的最大产量、完成配产要求的生产操作参数及油井生产动态指标。4综合考虑经济、技术及管理等各种因素进行评价，优选举升方式和举升设备。二、采油工程配套工艺1解堵工艺1）对注入井液进行配伍性研究，根据注入井夜的性质，分析可能造成油层伤害的原因、伤害类型及程度。2）针对油藏特点和堵塞原因，分析酸化解堵或压裂解堵的可行性及工艺要求。亦可分析选择其它解堵方法。2防砂工艺1）根据储层特征、试油试采资料、油水井工作制度等进行出砂预测及出砂规律分析。2）

8、针对储层岩石结构、出砂预测结果、各种防砂工艺对油藏的适应性，选择高效、经济、适用的防砂方法，优选工艺参数和配套技术。3防蜡工艺1）在对原油组成、性质、含蜡量、蜡性、结蜡条件等室内实验分析的基础上，结合试采资料进行结蜡规律研究。2）根据室内研究结果，借鉴同类油田的经验，选择经济有效的防蜡工艺措施。4堵水工艺1）根据油藏数据进行理论分析，并借鉴同类油田的经验，提出防水、堵水的措施，确定堵水的合理时机。 2）针对油藏地质及开采特点，选择堵剂与堵水工艺，制定堵水方案。5防垢及防腐工艺对产出、注入流体特性进行结垢和腐蚀性预测，根据预测结果提出相应的防垢、清垢和防腐工艺措施。三、注水工艺方案设计1注水工艺

9、方案的基础分析注水工艺方案的基础分析主要包括油藏工程方案对注水的要求、储层润湿性分析、储层敏感性对注水的影响分析及应采取的技术措施、水源条件分析等。2注水系统压力分析注水系统压力分析主要包括注水井吸水能力分析和预测、注水井破裂压力预测、注水井井底压力与井口压力设计等。3注水管柱设计注水管柱设计主要包括注水管柱结构设计与强度校核、井下配套工具选择、注水井井筒及管柱防腐措施等。4注水井增注与调剖1）针对油藏地质特点、配注要求和吸水能力，分析注水井采取措施的必要性，选择增注措施，并预测保证配注要求的可能性。2）根据油藏地质特征及开发动态预测结果，分析采取调剖工作的必要性，在技术论证的基础上，提出采取

10、相应的调剖措施建议。5注水井投转注1）根据油藏工程方案要求，针对油藏特点提出注水井投注或转注的工艺技术方案。2）按注水井和注水站管理的有关规程提出日常管理要求，并针对本油田的开发特点提出维持注水井及地面系统正常工作的某些特殊要求和措施。四、油田生产动态监测1根据油藏工程和采油工程要求，论证开发过程中需要实施的动态监测项目，制定油田动态监测总体方案，明确监测目标、测试方法和工艺要求。2选择配套测试仪器和设备。3根据有关规定进行测试，取全取准各项测试资料。五、作业工作量预测1作业工作量预测作业量预测，首先是根据采油工程方案相关部分提出的措施要求，确定进行作业种类和估算需要实施的作业次数。然后，采用

11、统计法或折算标准工作量法进行工作量预测。 2作业队伍需要按照总公司有关标准和规定，根据预测的作业工作量，提出作业队伍需求规划。3配套厂站预测根据经营模式和方案内容，遵循“因地制宜”、“避免重复”和“少投入，多产出”的原则，通过分析论证，预测配套厂站建设规模。第三节 采油方式综合评价与决策分析一、采油方式选择的基本内容1以油藏或开发区块为对象，根据油藏工程设计预测的单井产能建立不同开发阶段的油井产能分布模型，进行油井分类。2根据地面生产条件、油藏地质条件和各种举升方式可能的适应范围，初步确定可供选用的各种采油方式，以便进一步进行计算和分析。3应用油井生产动态模拟器预测不同阶段、不同类型油井以不同

12、举升方式生产时的油井动态，包括机械采油方式转换时机、各种方式在不同产液指数与不同含水情况下的可能产量、所用设备的工作参数及工况指标等。4评价不同采油方式对不同油藏工程方案的适应程度，对油藏工程方案提出修正或选择建议。5计算不同举升方式的举升费用和投入产出比。6进行技术经济综合评价，对不同含水阶段采用的举升方式作出选择，对油藏工程方案提出反馈建议。二、采油方式综合评价与决策模式1油田开采和采油方式应用特点1）油田开采是一个庞大而复杂的系统工程，油、水井生产系统则是油田开发系统的中心环节，油井生产系统则是注采系统的重要组成部分。因此，必须在充分研究各种采油方式组成的生产系统生产规律的基础上，把油井

13、生产系统放在高一级系统的大环境中研究它对整个开采系统的影响，才能对采用何种采油方式作出正确评价和选择。2）油田开采是一个动态过程，原油生产又必须通过单井来实现。所以，采油方式的选择，也必须综合考虑油田动态变化和单井产能分布规律。3）工程投资、机采设备、管理维护等，是油田投入开发后的主要投入，而不同采油方式的投入产出比不同，为此，也需要在技术经济综合评价的基础上选择采油方式。2采油方式综合评价与决策的基本模式1）采油方式综合评价决策系统的概念框架（1）系统目标在进行各种采油方式对油田或区块适应性研究、完成油藏工程设计产量指标的可行性分析的基础上，要选择技术上可行、经济上合理的采油方式，并确定举升

14、设备、操作参数和预测工况指标。（2）系统范围处于不同开发阶段的各类油井可能采取的举升系统。（3）约束条件油藏地质特征和油藏工程设计的油田开发指标，以及油井与地面条件和举升设备工作参数指标的许用值。（4）系统组成采油方式综合评价与决策系统的组成见图1-3。图1-3 采油方式综合评价与决策基本模式2）油井生产系统生产过程动态模拟建立油井生产系统动态预测模型和确定计算方法，应用节点分析方法预测和分析不同举升方式的油井生产动态指标。3）综合评价与决策建立包括经济、技术和管理等多因素、多层次的综合评价体系和应用模糊评判方法进行综合评价的决策模型。二、油井生产系统及其动态模拟1油井生产系统油井生产系统由油

15、藏、井筒和地面三个依次衔接、互相影响而又具有不同流动规律的子系统所组成。1）油藏子系统反映原油从油藏中向井底的流动过程，从根本上决定着油井产能的大小。通过对各井点的产能及其变化的分析，即可得到整个油藏系统中油井供液能力在空间（处于不同位置的油井）上的分布和在时间（不同含水阶段）上的变化状况。油井生产系统中油藏子系统的工作由流入动态关系（IPR）来描述。2）油井子系统描述流入井底的原油被举升到地面的过程。不同采油方式组成不同的井筒举升系统。图1-4为有杆泵生产系统。图1-4 抽油井生产系统简图3）地面子系统描述油气举升到地面后流向油气分离器的过程，它遵循水平或倾斜多相管流规律。2油井生产系统的动

16、态模拟采用相应的模拟器对各种采油方式的油井生产系统动态进行模拟，是举升方式选择的核心。模拟方案（条件）根据油藏地质条件、油田开发指标进行选定。1）油井生产系统动态模拟模型（1）最大产量模型不同采油方式在一定含水、产液指数及举升设备下，可获得的最大产量，公式为：式中 参与评价计算的第个油藏压力保持水平，一般 根据模拟方案确定的参与计算的产液指数，1，2，6； 参数计算的含水，含水随开发时间而变，； 模拟方案初选的采油方式,为参与评价的采油方式数; 第种采油方式举升设备的操作性能参数，为举升设备操作性能参数数量。（2）优化数学模型优选各种采油方式工作参数，可获得每种采油方式可能的最大举升产量。这是

17、一个有约束非线性混合离散量最优问题，优化数学模型一般表达形式为：X式中 目标函数； 优化变量；，相应采油方式的工作参数；变量的可行域，由每种采油方式举升设备的技术性能指标给定；第个约束函数；连续变量；离散变量； 约束函数的个数。（3）约束条件的处理举升系统工作参数优化的主要约束条件，是每种采油方式的举升设备技术指标的许用值。若某工况指标不能满足其中之一，便进行目标函数的惩罚，于是就将问题转化成无约束最优化，其数学形式为： （在可行性域内） （在可行性域外）式中 原目标函数；惩罚目标函数；X优化变量。目标函数和约束函数的计算是交叉进行的，在运算中一旦出现不满足约束的情况，则停止目标函数和以后约束

18、函数的计算，并进行目标函数的惩罚。2）油井生产动态模拟系统的基本流程不同采油方式的油井生产动态模拟器，主体流程基本相同，主要差别在于工作参数、优化变量和工况指标计算模型的不同。图1-5为典型的油井生产动态模拟器的主体流程。 图1-5 典型的油井生产动态模拟器流程图三、采油方式综合评价因素及模型1综合评价因素由于评价过程中涉及到众多不同层次的模糊因素，因此一般采用三级模糊评判法。评价中所考虑的各级因素如下：2三级综合评判模型三级综合评判将众多因素分为三个层次，首先，全部因素分为大类，构成因素集：其中每一个因素子集又分为细类，即：式中 各大类的权重集； 三级模糊评判集； 模胡评判矩阵； 因素大类；

19、 因素细类。各大类中的细类数目可能不同，即对不同的可以有不同的。然后各类又分为多个元素，并构成三个层次的因素集。模型中，为各大类的权重集：在第大类中，各细类的权重集为：， ()备择集是以总评判的各种可能的结果为元素所组成的集合：模型中的为一级模糊综合评判矩阵，它是第大类、第细类中各因素在级上的隶属度构成的评判矩阵。模型中是二级模糊评判矩阵。为三级模糊评判集：评判指标处理在得到评判指标之后，使用加权平均法选择最优评判对象。评判结果为：在采油方式优选中，评判对象有有杆泵、水力活塞泵、电泵和气举。备择集为：在各评判对象中评判结果值最大者便为最佳采油方式。四、决策分析步骤1需要的主要技术资料1）地面及

20、地下流体性质；2）试油试采产能资料；3）油层及井身资料；4）与原油生产费用有关的数据；5）油藏工程方案确定的开发方式及预测的不同开发阶段的动态指标。2决策分析工作步骤决策分析流程见图1-6。其步骤如下：图1-6 采油方式综合评价与决策流程决策分析的步骤为：1）根据掌握的油藏地质研究和油藏工程资料确定计算方案，例如初步选择需要计算的采油方式、用于计算的油藏压力保持水平、油井初步分类等。2）确定油井产能分布及不同开发阶段的变化，即确定各类井不同阶段的产液指数，绘制曲线，并确定产液指数的计算范围和间隔。产液指数可由油藏数值模拟提供，也可用归一化相渗透率曲线计算。3）利用模拟器计算初选的举升方式在各种

21、采液指数、不同含水条件下可能获得的最大产量图版、曲线，同时确定出相应条件的设备、工作参数及工况指标。4）由各类油井的曲线与不同举升方式的、图版，确定各类油井采用各种方式，在不同含水开发阶段的最大产量曲线，并确定泵型、工作参数及油井工况指标。5）计算经济指标并进行综合评判，绘制各采油方式在各开发阶段的决策系数曲线。6）根据决策系数和总体方案要求，通过进一步分析，确定推荐的采油方式和接替方案。第四节 采油工程方案经济评价一、评价基础数据与指标的确定1评价基础数据经济分析的基础数据包括:油水井数、采油设备投资、折旧年限及燃料材料成本、注脱水单价、电费、人月工资、井均工人数、标准作业价、管理费、商品油

22、气价格等基本单价指标，年油气产量、年注水量等油田生产指标预测结果，作业项目及工作量预测结果，动态监测工作量预测结果，作业费用与标准作业井次预测结果等。2评价指标包括财务内部收益率、投资回收期、财务净现值和财务净现值率、投资利润率和投资利税率以及单位采油（气）成本等。1） 财务内部收益率财务内部收益率是指项目在计算期内各年净现金流量现值累计等于零时的折现率。式中 为现金流入量；为现金流出量；第年的净现金流量；计算期(评价年限)，年；财务内部收益率，小数。根据评价基础数据可获得现金流入量CI、现金流出量CO。财务内部收益率FIRR主要用于项目可行性研究和方案比选，若FIRR不小于部门基准收益率（目

23、前一般取基准收益率为12），则认为项目在财务上是可以考虑接受的。在进行方案比选时，一般认为财务内部收益率越大，方案的经济效果越好。2）投资回收期投资回收期是以项目净收益抵偿全部投资所需要的时间。式中 投资回收期，年。投资回收期可利用财务现金流量表(全部投资)求得。计算方法为：式中 累计净现金流量开始出现正值的年份；项目至T-1年累计净现金流量的绝对值；第T年的净现金流量。投资回收期是反映项目财务上投资回收能力的重要指标。若项目评价求出的投资回收期不大于部门基准值（原油开采一般取为10年），即认为项目在财务上具有较好的投资回收能力。3）财务净现值和财务净现值率财务净现值是指项目在计算期内各年净现

24、金流量按设定折现率（或规定的基准收益率）贴现的现值之和。财务净现值率指项目净现值与全部投资现值之比，也即单位投资现值的净现值。式中 为财务净现值；为折现率，小数；为财务净现值率；为投资（包括固定资产投资和流动资金）的现值。财务净现值、财务净现值率反映项目在计算期内财务效果的动态评价指标，当0时，项目在财务上是可以考虑接受的。在方案比选时，应选择净现值大的方案。当各方案投资额不同时，需进一步用净现值率来衡量，应选择财务净现值率大的方案。4）投资利润率及投资利税率投资利润率指项目生产期内年平均利润总额与总投资的比例。投资利税率则指项目生产期内年平均利税总额与总投资的比例。其中：年利润总额年销售收入-年总成本-年销售税金-年技术转让费-年资源税-年营业外净支出年利税总额年利润总额+年销售税金+资源税投资利润率及投资利税率都是反映项目投资效果的静态评价指标。在进行项目财务评价时，若投资利润率及投资利税率大于或等于其基准值，则表明项目具有较好的经济效