采油机械绪论西南石油大学

1、采油机械概论,采油机械,采油机械概论,第一章 绪 论,采油机械概论,采油机械概论,石油工程五项工程技术： 地球物理勘探技术：,采油机械概论,怎样找石油？ （一）地球地质调查法 （二）地球物理勘探法 （三）地球化学勘探法 （四）放射性勘探法 （五）钻井勘探法,采油机械概论,钻井工程技术：,采油机械概论,钻进中的循环状态示意图循环系统,采油机械概论,采油机械概论,采油工程技术（本门课程重点学习内容）,采油机械概论,油田地面工程技术：,采油机械概论,太阳公司在美国费城的炼厂,炼油技术：,采油机械概论,因此，结合本门课程研究内容，采油工程技术是石油工程技术中的一个重要环节，在该环节中主要研究将地层下方

2、原油采集出来技术与方法。 采油机械是石油开采的重要工具与手段，作为矿机专业的学生，对其的学习与掌握非常必要。因此本门课程在简要介绍部分采油工艺基础上，重点学习常见的采油机械设计要点与方法。,采油机械概论,我国部分油田分布,采油机械概论,采油机械概论,地下岩层中能够聚集并储藏石油或天然气的场所，称为油气藏 。 沉积在有机淤泥中的有机物质，在成岩过程中逐渐变成了石油和天然气，其中能生成并提供工业数量石油的岩石叫生油岩，由生油岩组成的地层称为生油层。,一、油气藏及油气藏形成主要条件,第一节 油气藏,采油机械概论,同时油气藏的形成，必须有油气源和能使之聚集而不逸散的聚集空间圈闭。 油气源和圈闭是油气藏

3、形成的两个关键要素，但是，这两个基本要素仅仅是油气藏形成的必要条件，还不是充分条件。只有当该二要素被一系列地质要素和作用联系起来后，才能形成油气藏。 联系油气源与圈闭的纽带，是油气运移。 决定油气汇聚式运移的条件是盖层和输导层(主要为储集层)，亦即储盖层组合。,采油机械概论,综合起来看，油气藏的存在需具备以下一些条件： 1.生油层 生油层是油气生成的基础，是油气资源评价和油气勘探的依据。 生油层是由生油岩组成的。国内外的研究普遍认为，最好的生油层按岩性可以分为两大类：粘土岩类岩层和碳酸盐岩类岩层。,采油机械概论,2.储油层 储油层是指能够储存和渗滤流体的岩层。 这里只强调具备储存和允许流体通过

4、的能力，而并非指所有的储集层都一定含有油气。 如果储集层中储存了油气则称其为含油气层。已经开采的含油气层称为产层。,目前世界上大部分的油气储量集中在沉积岩储集层中，其中又以碎屑岩和碳酸盐岩储油层最为重要，少数储集在其它沉积岩、岩浆岩和变质岩中。 石油地质学常按岩石类型分为三大类：碎屑储油层、碳酸盐岩储油层和其它岩类储油层。,采油机械概论,3.盖层 盖层是紧邻储集层的不渗透岩层，起阻止油气向上逸散的作用。如石灰岩、石膏等不渗透岩层都可作为良好的盖层。 在油气二次运移中，储盖层组合有重要意义。,采油机械概论,4、圈闭 能阻挡油气继续运移，并能使油气聚集起来形成油气藏的地质场所称为圈闭。它包含有两个

5、含义：要有适于油气运移、聚集和储存的储集层；能够阻止油气溢散的盖层和遮挡层。 根据控制圈闭形成的地质因素，可将圈闭分为三大类：构造型、地层型和复合型圈闭。,采油机械概论,5、油气运移 油气运移在油气聚集中起着极重要的纽带与桥梁作用。 一般认为油气都要经过两次运移：第一次，从生油层运移到储油层，称为初次运移；第二次，油气进入储油层以后的运移，称为二次运移。,采油机械概论,1) 油气的初次运移 油气的初次运移是指油气从富含有机质的生油岩中向储集层的运移，在储集层中，油气聚集为非连续相的滴珠或细流。 压实作用是流体在地下运移的主要动力之一，压实的过程也即排液的过程，压力主要是由上覆沉积岩的重量引起的

6、。,采油机械概论,2) 油气的二次运移 油气的二次运移是指油气以连续相的形式在储集层中的运移，它是沟通油源与聚集区的纽带和桥梁，是工业性油气聚集形成所必需的。,采油机械概论,二、油气藏类型 科学地划分油气藏的类型，是认识油气藏形成和分布规律以及指导开拓新含油气领域的一个重要方面。具有重要的理论和实践意义。油气藏是油气聚集的一个基本单元，存在于单一的圈闭中。它具有统一的热力、压力系统和油(气)水界面。油气藏常按下述方式分类。,采油机械概论,1.油气层储油特征 按照油气储油空间和流体流动主要通道的不同，可将油藏划分为以下几种类型。 1)孔隙型油藏 这类油藏以粒间孔隙为储油空间和渗流通道，故也称为孔

7、隙性渗流，如砂岩储油层、砾岩储油层、生物碎屑岩储油层均属于此类。,采油机械概论,2)裂缝型油藏 这类油藏的裂缝既是主要的储油空间又是渗流通道，称为裂缝性渗流。可能存在原生孔隙或有孔隙而不连通、不渗透。碳酸盐岩储油层、变质岩、泥页岩储油层都可能形成这类油藏。,采油机械概论,3)裂缝孔隙型油藏 这类油藏以粒间孔隙为主要储油空间，以裂缝为主要渗流通道，称为双重介质渗流，裂缝往往延伸较远而孔隙渗透率却很低。我国任丘的碳酸盐岩油田，美国的斯普拉拍雷油田均属此类油藏。,采油机械概论,4)孔隙裂缝型油藏 这类油藏的粒间孔隙和裂缝都是储油空间，又都是渗流通道，也称为双重介质渗流，其裂缝发育而延伸不远，油层孔隙

8、度较低。,采油机械概论,5)洞隙型油藏 这类油藏的溶洞、孔洞、孔隙和裂缝既是储油空间，又是渗流通道。储油层均属可溶性盐类沉积层，基本上没有原生孔隙，只有次生孔隙。,采油机械概论,2.油藏几何形态 油藏按几何形态可分为块状、层状、断块等类。 1)块状油藏 这类油藏的油层有效厚度大(大于10m)，有气顶、底水，油藏具有统的水动力系统和良好的连通性，底水具有一定的补给能力。在选择完井方式时要考虑其有无气顶、底水、井眼是否稳定、是否出砂等，一般采用射孔完井或裸眼完井方式。,采油机械概论,2)层状油藏 这类油藏多属背斜圈闭，构造完整，具有统一的油水界面。油层在纵向剖面上分层性好，层数多。各单层的有效厚度

9、小，单层厚度5-10m为厚层状，1-5m为中层状，小于1m为薄层状，层间渗透率差异较大。 我国大庆萨尔图油田、胜利胜坨油田、长庆马岭油田均属此类油藏。,采油机械概论,3)断块油藏 这类油藏断裂十分发育，构造被切割成为许多大小不等的断块。有些断块面积小于0.5km2，纵向上含油层系多，含油井段长。每个断块甚至同一断块内，不同油层不但有不同的油水界面，而且油气的富集程度、油层的物理性质、天然驱动能量的大小差异都较大。,采油机械概论,其中封闭型的断块，初期依靠弹性能量开采，后期宜采用选择性的点状注水。开启型的断块宜采用边缘或边外注水。出于这类油藏油层层系多，层间差异大，一般都采用射孔完井方式。 我国

10、胜利东辛油田、中原文明寨油田均属此类油藏。,采油机械概论,三、油气藏中油气水的分布 1油气藏中油气水基本分布规律 由于油、气、水三者有显著的密度差异，油、气、水互不混相，因此在储油构造中，通常顶部是天然气，中间是石油，下部是水。气与油接触处称为油气界面，油与水接触处油水界面，如图11所示。,图1-1 油气藏内油、气、水分布示意图 1气；2油；3水；4油气界面；5油水界面,采油机械概论,储油构造中通常还存在含油边界、含水边界、含气边界，如图12所示。在含油边界以外没有含油区，在含水边界以内就没有水，在含气边界以外就没有游离的天然气。,图1-2 油、气、水边界示意图 1含气边界；2含油边界；3含水

11、边界,采油机械概论,2油藏中油、气、水分布的典型情况 在有大量可动水与油气共存的油气藏中，由于气柱、油柱高度及储集层厚度的不同，可以出现底水油藏、边水油藏、气顶油环油藏等类型。,采油机械概论,1)底水油藏 当油藏的油柱高度小于储集层在构造高点处的厚度时，油水界面的海拔高于储集层底面高点处的海拔，从含油面积内任意点钻井，在穿过油柱后都会钻遇底水，这类油藏(或油气藏)称为底水油藏(或底水油气藏)。,采油机械概论,2)边水油藏 当油藏(或油气藏)的油柱(或油气柱)高度大于储集层在构造高点处的厚度时，油水界面的海拔低于储集层底面高点的海拔，油藏高点附近的油柱下面无底水，油水界面在高点附近出现缺损，只有

12、在远离高点适当距离的地方钻井，才会在穿过油柱后钻遇底水，这类油藏(或油气藏)称为边水油藏(或边水油气藏)。,采油机械概论,3)气顶油环油气藏 当油气藏的气柱高度大于储集层在构造高点处的厚度时，油气界面的海拔低于储集层底面高点处的海拔，油气藏高点附近的气柱下面无底油，整个油体部分呈环状位于边水和气顶之间，这类油气藏称为气顶油环油气藏。,采油机械概论,第二节 石油与天然气基本性质 一、石油的组成与性质 1.石油的组成 石油在开采前称为原油。石油主要由碳、氢元素组成，碳占8387%，氢占1014%，还有氧、氮和硫，但含量都不超过1，个别油田含硫量可达34。从石油中可以提炼出汽油、柴油、润滑油及其它一

13、系列石油产品。,采油机械概论,石油是多种烃类(烷烃、环烷烃和芳烃)的复杂混合物，并含有少量的硫、氧和氮的有机化合物。原油中大多含有蜡、胶质、沥青质成分。 蜡为烷烃，碳原子个数为1542左右时呈固态的碳氢化合物。原油中含蜡的百分数称为含蜡量。 胶质为原油中分子量较大的烃类，并含有氧、氮、硫等杂质。,采油机械概论,2. 石油的性质 石油相对密度0.751.0，热值43.546MJ/kg。石油是一种有气味的粘稠液体，其色泽一般是黄色、黑褐色或青色，也有无色透明的。,采油机械概论,用途：,采油机械概论,1)饱和压力 地层原油在压力降低到开始脱气时的压力称饱和压力。原始饱和压力是指油田开采初期，地层保持

14、在原始状况下测得的饱和压力。一般所说的饱和压力即指原始饱和压力。,描述地面和地层石油物理性质主要有以下几项参数：,采油机械概论,2)原始溶解气油比 在地层原始状况下，单位重量(或体积)原油所溶解的天然气量称为原始气油比，单位是“立方米每吨或立方米每立方米”。油井生产时，每采出一吨原油伴随采出的天然气量称生产气液比，单位是“立方米每吨”。,采油机械概论,3)原油密度和相对密度 原油密度是指单位体积原油的质量。单位是“千克每立方米”。原油的相对密度是指原油在温度为20时的密度与温度为4时同样体积纯水密度之比值。 4)原油粘度 石油在流动时，其内部分子之间产生的摩擦阻力称为原油粘度。单位是“毫帕秒”

15、。,采油机械概论,5)原油凝固点 原油冷却到失去流动性时的温度，叫做原油的凝固点。 6)原油体积系数 地层条件下单位体积原油与其在地面条件下脱气后的体积之比值，称为体积系数。,采油机械概论,7)原油收缩率 地层原油取到地面后，天然气逸出使体积缩小，收缩的体积占原体积的百分数称为收缩率。 8)原油压缩系数(又称压缩率) 单位体积的地层原油，压力每增加或减小1帕时体积的变化称为压缩率，单位是“每帕或每兆帕”。,采油机械概论,9)溶解系数 在一定压力范围内，每增加单位压力时，在单位重量原油中所溶解的天然气量。单位是“立方米每吨兆帕”。 我国一些主要油田和部分世界油田的地面原油性质见表1-1和表1-2

16、。 地面原油(脱气石油)的性质主要取决于原油的组成。地下原油由于溶有大量的天然气，其物理性质与地面脱气石油有很大的不同。,采油机械概论,采油机械概论,采油机械概论,二、天然气的组成与性质 1天然气的组成 天然气是烃类和非烃类气体组成的气体混合物。其中烃类气体是碳原子数从C1C4的烷烃，即甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)；非烃类气体有CO2、H2S、N2等。,采油机械概论,当天然气中甲烷含量大于95时称为干气；当天然气中甲烷含量小于95(或乙烷以上的烃类含量大于5)时的天然气称为湿气。一般干气产于纯气藏，湿气多为伴生气。所谓伴生气是指同原油共生、共储、一同采

17、出的气体(即油藏气)。,采油机械概论,2天然气的性质 天然气是以气态碳氢化合物为主的各种气体组成的混合气体。有的从独立的气藏中采出，有的是伴生在石油中被采出。天然气一般无色，有汽油味和硫化氢味，可以燃烧。 天然气是以气态碳氢化合物为主，包括非烃气体在内的多种气体组成的混合气体 。,采油机械概论,描述天然气物理性质主要有以下几项参数： 1） 燃烧性 天然气当达到着火点后就马上燃烧。 2） 爆炸性 天然气在空气中的含量达到5%15%时，当混合气体遇到火源或强光照射就会发生爆炸。,采油机械概论,3） 体积系数 气体在油层条件下所占的体积与在标准状况(20和0.101MPa)下所占体积的比值。,式中：

18、,天然气的体积系数，无量纲量；,天然气在油层条件下所占有的体积，m3；,天然气在地面标准状况下所占有的体积，m3。,天然气的体积系数是一个远远小于1的数值。,(1-1),采油机械概论,4) 弹性压缩系数 当压力每变化lMPa时，天然气体积的变化率称为天然气的弹性压缩系数。,式中：,天然气的压缩系数，MPa-1；,压缩前天然气的体积，m3；,压力改变后天然气体积的变化量，m3；,压力的变化量，MPa。,(1-2),采油机械概论,5) 天然气的粘度 当天然气流动时，由于气体内部分子间相对运动产生的摩擦力，称为天然气的粘度。 6) 天然气的密度和相对密度 (1)天然气的密度 单位体积的天然气所具有的

19、质量称为天然气的密度。,(1-3),式中：,天然气的密度，kgm3；,天然气所具有的质量，kg；,天然气的体积，m3。,采油机械概论,(2)天然气的相对分子质量 1摩尔天然气在标准状况(20和0.101MPa)下所具有的质量称为天然气的分子质量。 (3)天然气的相对密度 天然气的相对密度是指在某一温度、压力下天然气的密度与标准状况(20和0.101MPa)下干燥空气的密度之比。,(1-4),式中：,天然气的相对密度，无量量纲；,天然气的密度，kgm3；,干燥空气的密度,kgm3 。,采油机械概论,第三节、完井方式（完井的定义与要求）,采油机械概论,采油机械概论,固井与完井是油气井建井的重要环节

20、，也是衔接钻井与采油工程且相对独立的一项系统工程。 在钻成的井眼内按设计要求下入一套管串，并在其周围注入水泥浆，这项工作称为固井。 固井是长期维持井眼、构建油流通道的根本手段。,完井主要包括钻开生产层，确定完井方式与方法以及诱导油气流等，这些工作直接与油气井产能相关。 因此，固井与完井质量的优劣会严重影响油气井产后的生产能力和油井寿命，必须千方百计把这项工作做好，为油田的长期稳产奠定基础。,采油机械概论,固井与完井必须与所涉及的井身结构密切联系。,所谓井身结构，包括入井套管层数、下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合，还涉及封固各层套管用的水泥返高等方面的问题，合理的井身结构既要考虑

21、保证优质、快速、安全钻井，又要满足钻井与采油工艺的要求。,采油机械概论,下入井内的套管，根据其功能，可分为导管、表层套管、技术套管（中间套管）和油层套管（生产套管）。,（1）表层套管：用以封隔上部松软的易塌地层和易漏地层；安装井口，控制井喷；支承技术套管和油层套管。,（2）技术套管：用以封隔钻井液难以控制的复杂底层，保证钻井顺利进行。如漏失、高压水层、严重坍塌层，以及非目的层位的油、气层和压力差悬殊的油气层。,（3）油层套管：用以把油、气层与其它地层，以及不同压力的油气层分隔开来，以形成油、气通道，保证长期生产，满足开采和增产措施的要求。,表层套管,技术套管,油层套管,采油机械概论,当设计好井

22、身结构后，就应进行套管柱设计，保证其拉、压强度等多种要求，然后在钻好的井眼内下入满足要求的套管，注入符合要求的水泥浆固井，钻开生产层(该过程既要保护好油气层，又要有效控制油气层，防止事故性井喷发生)，进入到完井与试油工序。,采油机械概论,一、完井方式,采油机械概论,A、钻穿油层直至设计井深； B、然后下油层套管至油层底部注水泥固井； C、最后射孔。 射孔弹射穿油层套管、水泥环，并穿透油层某一深度，建立起油流的通道。,1. 射孔完井方式 射孔完井是目前国内外使用最为广泛的一种完井方式，其中包括套管射孔完井和尾管射孔完井。,（一）垂直井完井方式,(1)套管射孔完井,采油机械概论,1）可选择性地射开

23、不同压力、不同物性的油层，以避免层间干扰; 2）可避开夹层水、底水、气顶和夹层的坍塌; 3）具备实施分层注采和选择性压裂或酸化等分层作业的条件。,套管射孔完井优点:,采油机械概论,（2）尾管射孔完井（如右图所示）,）钻头钻至油层顶界； ）下技术套管注水泥固井； ）而后用小一级的钻头钻穿油层至设计井深； ）用钻具将尾管送下并悬挂在技术套管上； 尾管和技术套管的重合段一般不小于50m再对尾管注水泥固井。 ）最后射孔，打开油层。,采油机械概论,尾管射孔完井优点: 1）有利于保护油层 尾管射孔完井由于在钻开油层以前上部地层已被技术套管封固，因此，可以采用与油层相配伍的钻井液以平衡压力、欠平衡压力的方法

24、钻开油层，有利于保护油层。 2）降低完井成本 可以减少套管重量和油井水泥的用量，从而降低完井成本。 目前较深的油、气井大多采用此方法完井。,图 尾管射孔完井示意图,采油机械概论,射孔作业发生井喷几率最高，因此在射孔作业在射孔前和射孔过程都必须做好防喷及安全防范准备。 射孔方式有： （1）正压射孔（装防喷装置，地面发送射孔信号，用压井液防喷）； （2）过油管负压射孔（安装井口，地面发送射孔信号，用注脂泵泵入密封脂防喷）； （3）油管输送负压射孔（安装井口，打开井口向油管内投棒撞击引爆器起爆射孔（或加套压使引爆器起爆射孔），没有采用电缆传输信号，但弹渣与枪身留在井内）。 以上三种方式中都必须安装地

25、面防喷管汇。,采油机械概论,1-射孔作业车,2-高滑轮,3-钻机转盘,4-套管头,5-底座法兰,6-油层套管,7-表层套管,8-电缆,9-发火机构,10-导爆索,11-射孔弹,12-弹架,13-加重,射孔作业车示意图,14-水泥环,15-油气层,射孔弹,采油机械概论,2、裸眼完井方式 裸眼完井方式有两种完井方式 方式1 直接裸眼完井 ）钻头钻至油层顶界附近； ）下技术套管注水泥固井，水泥浆上返至预定的设计高度； ）再从技术套管中下入直径较小的钻头，钻穿水泥塞，钻开油层至设计井深完井。,采油机械概论,方式2复合型完井方式 当油层上部有气顶或顶界附近有水层时，可将技术套管下过油气界面，使其封隔油层

26、的上部分，然后裸眼完井，必要时再射开其中的含油段。,采油机械概论,裸眼完井的最主要优点: 油层完全裸露，因而油层具有最大的渗流面积,其产能较高。 裸眼完井的最主要缺点: 1）不能克服井壁坍塌对油井生产的影响; 2）不能克服油层出砂对油井生产的影响； 3）不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰； 4）无法进行选择性酸化和压裂。,采油机械概论,3、割缝衬管完井方式 1）钻头钻至油层顶界后； 2）下技术套管注水泥固井； 3）再从技术套管中下入直径小一级的钻头钻穿油层至设计井深； 4）最后在油层部位下入预先割缝的衬管。 依靠衬管顶部的衬管悬挂器（卡瓦封隔器），将衬管悬挂在技术套管上，并密

27、封衬管和套管之间的环形空间，使油气通过衬管的割缝流入井筒。,采油机械概论,割缝衬管完井方式优点： 1）油层不会遭到固井水泥浆的损害，可以采用与油层相配伍的钻井液或其它保护油层的钻井技术钻开油层； 2）当割缝衬管发生磨损或失效时也可以起出修理或更换。,采油机械概论,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式。其步骤如下： 1）先将绕丝筛管下入井内油层部位； 2）再用充填液将在地面上预先选好的砾石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，以阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井的目的。 砾石充填完井一般都使用不锈钢绕丝筛管而不用割缝衬管。,4、砾石充

28、填完井方式,3-筛管,1-技术套管,2-铅封,4-扶正器,5-砾石,4-扶正器,6-管堵,采油机械概论,（1）裸眼砾石充填完井方式,为了适应不同油层特性的需要，裸眼完井和射孔完井都可以充填砾石，分别称为裸眼砾石充填和套管砾石充填。,1)钻头钻达油层顶界以上约3m； 2)下技术套管注水泥固井； 3)再用小一级的钻头钻穿水泥塞，钻开油层至设计井深； 4)然后更换扩张式钻头将油层部位的井径扩大到技术套管外径的1.5至2倍，以确保充填砾石时有较大的环形空间，增加防砂层的厚度，提高防砂效果。 一般砾石层的厚度不小于50mm。,裸眼砾石填充完井示意图,3-筛管,1-技术套管,2-铅封,4-扶正器,5-砾石

29、,4-扶正器,6-管堵,采油机械概论,（2）套管砾石充填完井方式,1) 钻头钻穿油层至设计井深后下油层套管于油层底部； 2) 注水泥浆固井； 3) 然后对油层部位射孔； 要求采用高孔密（30孔m左右，目前正常情况常用16孔）、大孔径（20mm）射孔，以增大充填流通面积。 4) 有时还把套管外的油层砂冲掉，以便于向孔眼外周围的油层填入砾石，避免砾石和地层砂混和增大渗流阻力。,采油机械概论,5、其他防砂筛管完井 (1)预充填砾石绕丝筛管 预充填砾石绕丝筛管是在地面预先将符合油层特性要求的砾石填入具有内外双层绕丝筛管的环形空间而制成的防砂管。,采油机械概论,使用该防砂方法的油井产能低于井下砾石充填的

30、油井产能，防砂有效期不如砾石充填长，不像砾石充填能防止油层砂进入井筒，只能防止油层砂进入井筒后不再进入油管。但其工艺简便、成本底，在一些不具备砾石充填的防砂井，仍是一种有效方法。因而国外仍普遍采用，特别在水平井中更常使用。,采油机械概论,(2)金属纤维防砂筛管 金属纤维防砂筛管的基本结构如图1-7所示。,图1-7 金属纤维防砂筛管结构 1-基管；2-堵头；3-保护管；4-金属纤维；5-金属网,采油机械概论,(3) 陶瓷防砂滤管 胜利油田研制的陶瓷防砂滤管，其过滤材料为陶土颗粒，其粒径大小以油层砂中值及渗透率高低而定，陶粒与无机胶结剂配成一定比例，经高温烧结而成。形状为圆筒形，装入钢管保护套中与

31、防砂管连结，即可下井防砂。 该滤砂管具有较强的抗折抗压强度，并能耐高矿化度水、土酸、盐酸等腐蚀。现已在油田现场推广使用。,采油机械概论,(4)多孔冶金粉末防砂滤管 这种防砂滤管是用铁、青铜、锌白铜、镍、蒙乃尔合金等金属粉末作为多孔材料加工而成的。它具有以下特点： a.可根据油层砂粒度中值的大小，选用不同的球形金属粉末粒径(20300)烧结，从而形成孔隙大小不同的多孔材料，因而其控砂范围大，适用广。,b一般渗透率在10左右，孔隙度在30左右。不仅控砂能力强，而且对油井产能影响较小。 c一般采用铁粉烧结，因而成本低。 d用铁粉烧结的防砂管，其耐腐蚀性较差，应采取防腐处理。,采油机械概论,(5) 多

32、层充填井下滤砂器 美国保尔(Pall)油井技术公司推荐一种多层充填井下滤砂器，它是由基管、内外泄油金属丝网、三四层单独缠绕在内外泄油网之间的保尔(Pall)介质过滤层及外罩管所组成。该介质过滤层是主要的滤砂原件它是由不锈钢丝与不锈钢粉末烧结而成的。因此可根据油层砂粒度中值、选用不同粒径的不锈钢粉末烧结，其控制范围广。,采油机械概论,(6)外导向罩滤砂筛管 贝克休斯公司推出的外导向罩滤砂筛管，是绕丝筛管与滤砂管结合于一体的新产品。既具有绕丝预充填筛管，又具有滤砂管的性能，而且优于其各自的性能。 该滤砂筛管由4个部件组成，带孔的基管外面是绕丝筛管，但钢丝由原来的梯形改为圆形的断面。筛管外面包以由细

33、钢丝编织绕结的网套，代替原先的预充填砂粒，再外面是一外导向罩，用于保护滤砂筛管。,采油机械概论,6）化学固砂完井 化学固砂是以各种材料(水泥浆、酚醛树脂等)为胶结剂，以轻质油为增孔剂，以各种硬质颗粒（石英砂、核桃壳等）为支撑剂，按定比例拌合均匀后，挤入套管外堆集于出砂层位。凝固后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁防止油层出砂。或者不加支撑刑，直接将胶结剂挤入套管外出砂层中，将疏松砂岩胶结牢固防止油层出砂。,采油机械概论,采油机械概论,（二）水平井完井方式,1、裸眼完井方式 裸眼完井是一种最简单的水平井完井方式。 ）技术套管下至预计的水平段顶部； ）注水泥固井封隔； ）然后换小一级钻头钻水平井段

34、至设计长度完井。 裸眼完井主要用于碳酸盐岩等坚硬不坍塌地层，特别是一些垂直裂缝地层。,图 裸眼水平井示意图,1- 9 5/8in套管,2- 造斜点,3- 8 1/2in 井眼,4- 油层,采油机械概论,2、割缝衬管完井方式 ）将割缝衬管悬挂在技术套管上。 ）依靠悬挂封隔器封隔管外的环形空间。 ）割缝衬管要加扶正器，以保证衬管在水平井眼中居中。 割缝衬管完井主要用于不宜用套管射孔完井，又要防止裸眼完井时地层坍塌。 因为完井方式简单，既可防止井塌，还可将水平井段分成若干段进行小型措施，当前水平井多采用此方式完井。,图 割缝衬管完井示意图 1-封隔器；2- 9 5/8in套管；3-造斜点 4-悬挂器

35、；5- 5 1/2in套管；6-8 1/2in井眼 7-扶正器；8-油层,采油机械概论,3、 射孔完井方式 ）技术套管下过直井段注水泥固井后； ）在水平井段内下入完井尾管并注水泥固井，完井尾管和技术套管应重合100mm左右； ）最后在水平井段射孔。 这种完井方式将层段分隔开，可以进行分层增产及注水作业，可在稀油和稠油层中使用，是一种非常实用的完井方法。,图 水平井射孔完井示意图,1-9 5/8in套管；2-悬挂器；3-造斜点 4-8 1/5in井眼；5-射孔孔眼；6-油层,采油机械概论,4.管外封隔器完井方式 管外封隔器完井是依靠管外封隔器实施层段的分隔，它可以按层段进行作业和生产控制。 管外

36、封隔器的完井方法，可以分三种形式：,割缝衬管,图 套管外封隔器及割缝衬管完井示意图 1-套管外封隔器；2-割缝衬管,图 套管外封隔器及滑套完井示意图 1-悬挂器；2-套管外封隔器； 3-滑套；4-油层,滑套,图 套管外封隔器及衬套射孔完井示意图 1-套管外封隔器；2-水泥封固段 3-射孔段；4-油层,衬套射孔,采油机械概论,二、完井井口装置 在油气井进行测试和生产过程中，都必须有一套安全可靠的井口装置，以便能有控制、有计划地进行井内作业和生产。完井井口装置是装在地面用以悬吊和安放各种井内管柱及控制和导引井内油气流出或地面流体注入的井口设备。 完井井口装置通常包括套管头、油管头和采油树三大主要部

37、件，(在下一章深入讲解)。,采油机械概论,井口装置是用来控制升举到井口的高压油、气、水的流动方向，调节油井产量和方便修井作业。 由套管头、油管头和采油(气)树三部分组成。,（一）井口装置,采油机械概论,1套管头 套管头在井口装置的下端，其作用是将表层套管与油层套管连接起来，并使管外空间严密不漏，表层套管外用水泥封固。 自喷井口装置利用法兰连接在套管头上。,采油机械概论,套管头是连接套管和各种油管头的一种部件。用以支持技术套管和油层套管的重力，密封各层套管间的环形空间，为安装防喷器、油管头和采油树等上部井口装置提供过渡连接，并且通过套管头本体上的两个侧口，可以进行补挤水泥、监控井沉和注平衡液等作

38、业。,采油机械概论,套管头由本体、套管悬挂器和密封组件组成。套管头按悬挂套管的层数分为单级套管头、双级套管头、三级套管头等。 套管头按本体间的连接型式分为卡箍式和法兰式。套管头按本体的组合形式分为单体式和组合式。,采油机械概论,单体式为一个本体内装一个套管悬挂器，组合式为一个本体内装多个套管悬挂器。 套管头按套管悬挂器的结构型式分为卡瓦式和螺纹式。图1-17图1-20为单级、二级、三级及组合三级套管头示意图。,采油机械概论,图1-17 单级套管头示意图,1-油管头；2-套管头；3-套管悬挂器（卡瓦式）；,4-悬挂套管；5-连接套管（表层套管）,采油机械概论,图1-18 双级套管头示意图,1-上

39、部套管头；2-下部套管头；3-油管头；,4-上部套管悬挂器（卡瓦式）；5-上部悬挂套管；,6-下部套管悬挂器（卡瓦式）；7-下部悬挂套管；,8-连接套管（表层套管）,采油机械概论,图1-19 三级套管头示意图,1-油管头；2-上部套管头；3-中部套管头；,4-下部套管头；5-上部套管悬挂器（卡瓦式）；,6-上部悬挂套管；7-中部套管悬挂器（卡瓦式）；,8-中部悬挂套管；9-下部套管悬挂器（卡瓦式）；,10-下部悬挂套管；11-连接套管（表层套管）,采油机械概论,图1-20 组合式三级套管头示意图,1-油管头；2-上部组合式套管头；3-下部套管头；,4-上部套管悬挂器（螺纹式）；5-上部悬挂套管

40、；,6-中部套管悬挂器（螺纹式）；7-中部悬挂套管；,8-下部套管悬挂器（卡瓦式）；9-下部悬挂套管；,10-连接套管（表层套管）,采油机械概论,2. 油管头 油管头装在套管头和釆油树之间。 包括： （1）大四通(套管四通) （2） 油管悬挂器 常用锥座式油管头见图。,油管悬挂器用来悬挂井下自喷油管柱，封隔油管和套管间的环形空间。 大四通左、右端与井口闸门(套管闸门)连接，可用于观测套管压力和进行各项修井、测试作业。,图 锥面悬挂单法兰油管头,1-顶丝；2-压帽；3-分流悬挂器；4-油管头大四通；5-“O”型密封圈；6-紫铜圈,采油机械概论,采油机械概论,3、几种典型完井管柱 下入完井管柱使生

41、产井或注入井开始正常生产是完井的最后一个环节。 目前的采油方式主要有自喷采油和人工举升(有杆泵、水力活塞泵、潜油电泵、气举)采油，相应的完井管柱有自喷井完井管柱、有杆泵井完井管柱、水力活塞泵井完井管柱、潜油电泵井完井管柱等。,采油机械概论,1）自喷井完井管柱 自喷井完井管柱分全井合采管柱和分层开采管柱。 全井合采管柱结构简单，就是一根光油管，下接喇叭口，下至油层中部。 它适用于单层系的油井或层数不多、层间差异不大的油井。,采油机械概论,分层开采管柱结构较复杂，主要由封隔器、配产器和其他配套的井下工具组成。 主要用于层间差异大的自喷井，解决层间的干扰和矛盾，充分发挥各层段的潜力，提高采油速度。,

42、采油机械概论,2）有杆泵井完井管柱 有杆泵井完井管柱主要由泵(有杆泵)、杆(抽油杆)、管(油管)和其他井下工具组成。为提高泵效，有杆泵深抽管柱的油管需用油管锚锚定。 有杆泵井完井生产管柱还可分为封下采上、封上采下、封中间采两头、封两头采中间等几种结构型式。常见有杆泵井生产管柱型式如图1-21所示。,采油机械概论,图1-21有杆泵井生产管柱型式,采油机械概论,第四节 试 油,采油机械概论,一、试油（气）的目的和任务 为了认识和鉴别油(气)层，掌握油(气)的客观规律，为油、气田的开发和开采提供可靠的科学依据，因此我们在找到油、气层后，还需进行试油(气)工作。,试油工作就是利用一套专用的设备和方法，

43、对井下油、气、水层进行直接测试，并取得有关地下油、气、水层产能、压力、湿度和油、气、水样物性资科的工艺过程。,采油机械概论,在勘探的不同阶段，油、气井的试油、试气有着不同的目的和任务： (1)探明新地区、新构造是否有工业性油、气流； (2)查明油、气田的含油面积及油水或气水边界以及油、气藏的产油、气能力和驱动类型; (3)验证对储集层产油、气能力的认识和利用测井资料解释的可靠程度；,(4)通过分层试油、试气，取得有关分层的测试资料，为计算油、气田储量和编制油、气田开发方案提供依据。 总之，试油是油、气勘探取得成果的关键，是寻找新油、气田并初步了解某些地下情况的最直接的手段，也是为开发提供可靠依

44、据的重要环节。,采油机械概论,二、 试油层位的选择 试油层位的选择是一件严肃、认真的工作，要有严格的审批制度。试油层位以不漏掉一个油、气层为原则，坚持分层试油，但又要防止分层过细、层位过多的偏向。,采油机械概论,对各类探井的试油要求如下： (1)参数井(区域探井)，主要钻探目的是了解地层层序、厚度、岩性及生、储油层情况。如遇有油、气显示时应进行试油。 (2)预探井，主要钻探目的是探明构造的含油(气)性，查明油(气)层位及其工业价值。试油层位主要选择有利的油、气层为重点试油层。,(3)详探井，主要钻探目的是探明含油(气)边界，圈定合油(气)面积。以试油层位的选择应以搞清油、气、水的分布，产能变化

45、特征及压力系统为前提。 (4)资料井，试油的主要目的是搞清岩性、含油性、油层物性与电性关系，落实油水层电性参数。,采油机械概论,三、中途测试试油 1、中途测试试油工艺 中途测试是一种既可用于钻井过程中，或未下套管以前的裸眼井中的试油，也可用于下套管后井中的试油工艺。,通过对中途测试试油所得到的资料进行处理和分析，可以及时而又准确地评价油层，在未下套管以前确定该井有无经济开采价值，并为该层进一步的勘探和开发提供重要的资料。,采油机械概论,使用中途测试工具进行试油，有着下述几个优点: (1)能够较早地、直观地给出准确的勘探开发资料，增强勘探开发工作的预见性，提高了打井的成功率。 (2)提高试油速度

46、，加快勘探进程。,(3)应用中途测试方法试油，其所获得的资料要比常规试油取得的项目多、齐全准确，受外界影响小，比经过长期泥浆侵入和污染影响的资料更能真实地代表地层的性质。 (4)能节省大量钢材和水泥，降低了钻井成本。 (5)通过中途测试所得的资料，有助于选择合理的完井技术及增产处理设计。,采油机械概论,图1-22 膨胀双封隔器式中途测试工具管柱结构示意图,2、中途测试试油工具 1)膨胀双封隔器式中途测试工具 (1)测试工具的组成 莱因斯公司所生产的膨胀双封隔器式中途测试工具的管柱示意图如图1-22所示。,采油机械概论,膨胀双封隔器式中途测试工具除井口装置外，井下工具由12部分组成，现将各部分的

47、结构及其作用介绍如下： A阻力弹簧（21）：当测试工具下井后，依靠其弹簧支撑于井壁上，并产生一定的阻力，这样在旋转钻杆使井下泵工作时，可以阻止泵以下的工具产生转动。,采油机械概论,B下封隔器（19）：下封隔器坐封在测试层段的下部，用来封隔测试层段以下的地层。 封隔器内部下有旁通光滑管，此光滑管一直伸出封隔器下接头，当膨胀液从接头与光滑管之间的环形空间进入时，由于光滑管由封隔器下接头内的密环所密封，使进入的膨胀液不会泄漏。,采油机械概论,C内记录器安置短节（9）：内记录器安置短节有三个装载室，其中长的装载室用来装温度计，而两个短的装载室用来装井下压力计，它们可以直接记录测试层段的温度及压力。,采

48、油机械概论,D带孔接头（15）：带孔接头的结构图。带孔接头上有三个通道： 测试通道，测试层段中产出的流体经过此通道流入钻杆内； 膨胀通道，膨胀液通过此通道进入下封隔器的膨胀通道；,采油机械概论,平衡通道，它下接旁通管、上接上封隔器的平衡通道，使流过上部工具平衡通道的环形空间的泥浆经此通道流入旁通管到达下封隔器的底部，使上封隔器顶部与下封隔器底部的压力平衡。,采油机械概论,E上封隔器（14）：上封隔器坐封在测试层段以上，用来封隔测试层段以上的地层。 内中心管与外中心管之间为平衡通道。外中心管与上接头之间为膨胀通道。 当与带孔接头连接后，将分别与其平衡和膨胀通道相连通。,采油机械概论,F滤管（13

49、）：环形空间的泥浆经过滤管过滤后再进入泵内，经滤管过滤后的泥浆进入泵的吸入通道； G膨胀泵（12）：膨胀泵的主要作用是吸入经过滤管过滤后的环形空间的泥浆，然后泵进上、下封隔器内，使封隔器的胶皮筒膨胀坐封，在测试完毕后，能平衡、收缩和释放封隔器；,采油机械概论,H安全接头（11）：当工具遇卡时它可以供倒扣打捞用； I震击器（10）：当工具被卡时，用来对工具震击以解卡； J外记录器安置短节（16）：可用来装置一支K-3型井底压力计，以记录钻杆内压力的变化；,采油机械概论,K水力开关工具（8）：水力开关工具是用来降低泥浆柱对测试层段的回压以及在测试中作为开关井使用。当下井时水力开关工具关闭，以保持钻

50、杆内是空的。 当下到预计井深，封隔器坐封好后，加压将工具打开，使测试层段所产流体进入钻杆内，上提钻杆又可将水力工具关闭，测关井压力，可反复进行，记录出关井及流动压力曲线。当起钻时，可取得最后一次流动的流体样品；,采油机械概论,图1-24 反循环接头,M反循环接头（7）：反循环接头用在测试完毕后进行反循环压井用。 在接头本体上装有一个空心循环塞并伸入接头内部，从井口投入一撞击杆(此撞击杆挂在旋转头内部)，将其打断后，使环形空间与钻杆内连通，即可进行反循环，其结构如图1-24所示。,采油机械概论,(2) 膨胀双封隔器式中途测试工具的测试程序 膨胀坐封封隔器 测试 关井测压 释放封隔器,采油机械概论

51、,膨胀双封隔器式中途测试工具在井下装有一个井下膨胀泵，由井口旋转钻杆来驱动泵的四个活塞，将环形空间的泥浆泵入封隔器的胶皮简内，使封隔器坐封。 这种测试工具具有下述优点： 在测试中使用双封隔器将所测试层段与上、下层位隔开，因此可用于大段裸眼井的选层测试；,采油机械概论, 封隔器为液压坐封，不用钻具加压和使用尾管，封隔器胶皮筒长达1606毫米，所以密封面长。胶皮筒对井径适应范围较广，如7英寸的胶皮筒可用于81 /2-10英寸的井眼，所以可应用在井径不规则或过长的裸眼井段。 这种封隔器的缺点是工作压差只有35MPa，使用井深受到限制，另外井下工具结构复杂，操作、维修及保养工作要求比较高。,采油机械概

52、论,2) 常规支撑式中途测试工具 (1) 常规支撑式中途测试工具的组成 常规支撑式中途测试工具，除旋转开关工具外，其他工具与膨胀式中途测试工具通用，井下工具组成如图1-25所示。,图1-25 常规支撑式中途测试工具组成,采油机械概论,A旋转开关工具 旋转开关工具，是可以取得三次流动和三次关井压力的装置，其开关是借右旋钻杆来操作的，每改变一次位置要旋转10圈。 B支撑式封隔器 支撑式封隔器封隔胶皮是通过钻杆加压向外膨胀，而贴紧于井壁上的。,采油机械概论,(2) 常规支撑式中途测试工具测试程序 测试程序可分下述几个步骤： A测试工具下井 B进行测试 C关井测压 D平衡及起封隔器 E反循环,采油机械

53、概论,四、封隔器分层试油 封隔器分层试油工艺的特点是： (1) 可以一次射开多个油层，然后下入多级封隔器将测试层段分成单层、二层、三层，最多可达到五个层段，可同时进行多层测试； (2) 测试时除地面计量外，在井下管柱内配置有分层压力计、产量计和取样器，测取分层的地层压力、扰动压力、分层产液量及分层流体样品。,采油机械概论,(3) 在多层测试时如发现出水层段，可以不起出油管管柱，投入堵塞器堵水后继续测试其它层段。 用于分层试油的井下封隔器，主要有151型支撑式封隔器，254型卡瓦封隔器，752、755水力压缩式封隔器、2251型水力压缩式双卡瓦封隔器。上述封隔器用于下有套管井中分层试油。在裸眼井

54、中则使用671型水力密闭式封隔器。用于控制分层段开关的工具为6253型配产器、偏心配产器等。,采油机械概论,1用单封隔器分试两层 单封隔器分试两层的管柱示意图如图129所示，当测试下层产量时，将带有井下压力计的配产器乙的堵塞器投入井内封闭上层油流通道，测上层压力恢复曲线。,图1-29 单封隔器分试两层 1配产器乙；2Z15-5型封隔器；3配产器丙；4丝堵,采油机械概论,2用双级封隔器分试一层、两层或三层 如图1-30，1-31所示，下双级封隔器将射孔层段分隔成三段。如果需要单独测试某层，则可以用双封隔器卡在该层上、下部位直接求此层的产量、压力、含水比等。 如果欲求二层或三层的资料，则如图1-3

55、0所示分路为三个层段，先求出三层合试的产液量及产油量，然后分别测试。,图1-30 双级封隔器分试三层,1-配产器甲；2、4-封隔器；3-配产器乙；,5-配产器丙；6-丝堵,采油机械概论,图1-31 偏心配产器试油管柱,1、3、5、7-偏心配产器；2、4、6-封隔器；,8-丝堵,采油机械概论,3用三级封隔器分试三层、四层 用三个封隔器将射开油层分隔成三个或四个层段。如分为三个层段则下入三个配产器；如分为四个层段就需要下入四个配产器即甲(54毫米)、乙(48毫米)、丙(42毫米)、丁(37毫米)。可以采取求某两个层段油层压力，另两个层段求产量；也可以一个层段下入压力计求油层压力，另外三个层段都下入

56、流量计求产量。,采油机械概论,五、试油设备 在钻井发现油、气层后，还需要使油、气层中的油、气流从井底流到地面，并经过测试而取得油、气层产量、压力等动态资料，以及油、气、水性质等工作，称做试油(气)。 试油工作是依靠一套专门的设备和工具来完成的，其中主要设备包括：井架、通井机、修井机、捞油车、洗井循环设备、井口设备及一些专用的小型工具。,采油机械概论,第三节 采油方式 投入正式开发的油田，在工艺方面首先面临的问题就是采油方式的选择。采油方式选择的好坏直接关系到油田开发效果的优劣。 为此，需通过油田开发前期的试油、试采资料及油藏工程资料，对整个油田将应用的采油方式在宏观上作出技术上可行、经济上合理

57、的科学决策。在油田开发过程中，根据其具体情况，选择最佳的采油方式。,采油机械概论,一、采油方式优选的一般原则 (1)充分发挥油井的生产能力，满足开发方案的配产指标； (2)所选择的举升设备工作效率较高； (3)所选择的举升设备最经济； (4)所选择的采油方式对油井生产状况变化具有一定的适应性； (5)易于进行油井的维修与管理； (6)适应油田的野外工作环境。,采油机械概论,二、采油方式的分类 1）按开采方式分类 按石油开采方式有自喷采油和机械采油。 自喷采油是由于地下含油层压力较高，凭其自身压力就可以使原油从井口喷出的采油方式。 机械采油则是利用各种类型的泵把原油从井中抽出。 目前我国石油开采以机械采油为主。,采油机械概论,不同的地质情况不同的油品性质采用不同的机械开采方式。 对粘度小于50mPa.s，密度小于0.934的原油（称为稀油），一般用常规开采。常规开采一般包括有杆泵采油和无杆泵