《采油基础知识培训》PPT课件.ppt

采油基础知识培训 第一部分油井的基本结构 第一节 油井的井身结构一 油井的井身结构二 生产井完钻井身结构三 注水井结构第二节 自喷井井口流程与设备2 1自喷井井口流程2 2自喷井井口装置2 3采油树的类型 2 4自喷井井口装置上的主要附件 第二部分油井生产的基本知识 第一节 油气藏及其油 气 水一 油气藏概念及类型 二 油气藏中油 气 水的分布第二节 油 气 水的物理性质和化学性质一 石油的物理 化学性质二 地层水 油田水 的物理 化学性质第三节 自喷与气举采油一 油井诱喷二 气举的方法及原理第四节 油井自喷的基本原理一 自喷采油的过程二 油气混合物在井筒中的流动形态三 油井自喷的基本原理第五节 嘴流的基本规律 第三部分油田开发基础知识 第一节 开发方式及布井一 油田开发方式二 井网布署第二节 油田注水方式第三节 油田开发的主要指标一 原油产量二 油田注水三 地层压力 第四部分采油工基础知识 第一节 油水井结构及原理一 注水井生产原理二 自喷井结构及生产原理三 抽油机井结构及采油原理第二节 计量间及其辅助设备一 计量分离器二 阀组 第五部分油水井站管理 第一节 油水井开关一 油水井开关的概念二 抽油机的开关及抽油设备的启停第二节 注水井的开关第三节 油水井资料录取及整理分析一 油水井资料全准的内容及标准二 油水井资料的录取与整理分析 第六部分油井结蜡 结垢原因及处理 一 油井中的蜡二 油井结蜡的原因三 油井结蜡现象和结蜡规律四 防止结蜡的措施五 清蜡方法六 油井结垢的原因 表现形式及处理办法 第一部分油井的基本结构 第一节 油井的井身结构一 油井的井身结构井身结构是指一口井内下入的套管层数 套管直径 下入深度以及相应井段的钻头直径和各层套管外水泥的返回高度 各层套管分为表层套管和技术套管和油层套管 常用的套管管径为339 73 244 48 193 68 139 7等序列 在表层套外常下一层导管 导管 井身结构中第一层的套管叫导管 主要作用是建立开钻的泥浆循环系统 一般下的很浅 通常下入深度为2 40米 表层套管 井身结构中第二层套管叫表层套管 用以封隔上部松软地层和水层 供井口安装封井器 下入深度一般为300 400米 管外水泥返至地面 技术套管 在表层和油层套管之间的一层套管叫技术套管 用来封隔表层套管以下的复杂的地层 下入深度视地层复杂情况而定 油层套管 井内下入的最后一层套管叫油层套管 保护井壁 封隔油 气 水层 下入深度视生产层位和完井方法来定 有的下到生产层顶部 有的则穿过生产层几十米 管外水泥的上返高度一般为需要封隔的油 气 水层以上50 100米 注水井要更高一些 在确保安全钻进的条件下可以不下技术套管以简化井身结构 节约钢材 过去我国打三千米左右的探井一般要下三层套管 现在 只要地层情况允许 钻井工艺技术措施得当 只下表层套管和油层套管 大大节约了钻井成本 二 生产井完钻井身结构 井身结构通常是指完钻井深和相应井段的钻头直径 下入的套管层数 直径和深度 各套管外的水泥返高和人工井底等 要记住是 井和油层是靠套管联系起来的 套管外从井底至井口的整个高度都是由水泥固的井 井筒和油层是凭射孔枪射的孔来实现连通的 要掌握的数据有以下6项 1 套补距 钻井时的方补心与套管头的距离 单位为米 m 2 套管深度 下入油层套管的深度 单位为米 m 3 套管直径 下入油层套管的公称直径 单位为毫米 mm 人工井底深度 完井时套管内最下部水泥顶界面至方补心的距离 单位为米 m 4 射开油层顶部深度 射孔井段最上部至方补心的距离 单位为米 m 5 射开油层底部深度 射孔井段最下部至方补心的距离 单位为米 m 以上几项数据中 需要注意的是套补距 它在钻井架一撤之后现场就不存在了 但在以后的生产过程中 如补孔 下泵 抬高井口 修井等措施时丈量管柱都要用到它 三 注水井结构 注水井结构通常是指在完钻井基础上 在井筒套管内下入油管 配水管柱 再配以井口装置 以上称为注水井结构 1 套管规范 即下入的套管直径与壁厚 如 141 7 72mm 2 油管规范及下入深度 油管规范指下入油管的直径与壁厚 如 62mm 5 5mm 3 下入深度指下入油管的底部到方补心的距离 单位为米 m 4 注水管柱深度及级数 即下入管柱有几级几段封隔器 5 油层中部深度 主力油层深度至方补心的距离 单位为米 m 6 井口装置 所采用的采油树型号 第二节 自喷井井口流程与设备 2 1自喷井井口流程为使自喷井保持正常的稳定高产 必须有井口装置能控制 调节油 气量和把产出的油 气集输的一些设备 并用管件把这些设备连接成一个系统 油气在井口所通过的这套管路 设备 称为自喷井的井口流程 一般自喷井井口流程有以下的作用 1 控制和调节油井的产量 2 录取油井的动态资料 如记录油压 套压 计量油 气产量 井口取样等 3 对油井产物和井口设备进行加热保温 油 气汇集方法的不同 油 气计量的地点不同 以及加热保温方式的不同 自喷井井口流程也有所不同 一般最简单的井口流程是一套能控制 调节油 气产量的采油树 及油 气混输的管线和设备 2 2自喷井井口装置 自喷井井口装置 在石油矿场上统称为采油树 有的人又把采气井上的井口装置叫做采气树 实际上一般都由套管头 油管头和采油树三大部分组成 1 套管头 套管头是组成井口装置的最下面的部分 其作用是连接井内的各层套管 密封各层套管的环形空间 表层套管法兰与套管头下法兰连接 油层套管用丝扣与套管头内丝扣连接 近年来 有的油井已不用套管头了 而是将表层套管和油层套管直接焊在一个套管法兰盘上 不下表层套管的井 只需把油层套管焊在套管法兰盘上即可 然后再用双头螺栓将套管法兰和套管三通或四通的下法兰连接起来 在这两个法兰之间用钢圈密封 除上述方法外 还可在油层套管上端连接一个套管接箍和一根套管短节 再用丝扣将套管三通或四通和套管短节连接在一起 2 油管头在整个井口装置中 位于套管头以上总闸门以下的组成部分统称为油管头 包括套管三通或四通 法兰大小头 又称异型法兰短节 油管悬挂器 俗称萝卜头等 老式油管头套管四通的下法兰与套管头的上法兰通过双头螺栓连接在一起 该四通的上法兰亦通过螺栓与异型法兰短节连接在一起 法兰与法兰之间均用钢圈密封 在异型法兰短节的内丝扣上接一根油管短节 再将油管短节和井内油管柱相连接 这样就将井内的油管柱全部悬挂在油管头上了 新式油管头是在套管三通或四通上安装一个顶丝法兰盘 使油管悬挂器坐在顶丝法兰盘的圆锥形开口座里 所以又把这种油管头叫做座式油管头 其中的油管悬挂器 简称油管挂 是一个中心带孔的圆锥体 在中心孔里车有内丝扣 以便上接采油树 下接油管短节 油管短节再和井内油管柱相连接 因此 可以利用油管柱的重力来挤压油管悬挂器上的盘根 从而达到密封油 套管环形空间的目的 顶丝尖端为圆锥形 其圆锥面与油管悬挂器的上斜面紧密接触 使其固定平稳压帽同时还可以防止在油管被堵时 因井内压力蹩得过高而将油管柱上顶的现象发生 随着采油工艺技术的不断发展 井口装置也在不断地简化和改进 近几年来 已经制造出将单层套管的套管头和油管头合并成为一个整体的井口悬挂密封装置 其油管悬挂器先和油管短节相连后 再和井内的油管柱连接 然后坐在套管三通的圆锥体内 仍然是依靠油管柱重力压紧密封圈来密封油 套管环形空间 并拧紧四条防顶顶丝 将油管悬挂器固定在套管三通上部的圆锥体内 同时 也可以防止因井内压力蹩得过高时而产生的油管柱上顶现象 从上述可知 无论什么样的油管头 其作用都是悬挂井内的油管柱 密封油 套管之间的环形空间 采油树在井口装置中 油管头以上的组成部分叫做采油树 又称为采油井口闸 采油树的组成 一般均由油管 三通或四通 总闸门 生产闸门 清蜡闸门和油嘴三通等部件组成 采油树的作用 采油树实际上是井口装置的控制调节部分 其作用是控制调节油井的油 气产量 引导井中的产物流向出油管线 便于某些井下作业的施工等 3 1采油树的类型按照出油翼数来分 可分为单翼式和双翼式两种 按照连接型式来分 可分为以下三种 以法兰联接的采油树 这种采油树除了压力表 考克是以丝扣连接的以外 其余各个大闸门 三通或四通之间均用法兰连接 这种采油树属于老式采油树 其特点较多 如体积庞大 笨重 结构复杂 操作不便等 因此 这种类型的采油树将被逐渐淘汰 松 型等均属于此种类型的采油树 以丝扣连接的采油树 这种采油树的各大小闸门 三通或四通之间均以丝扣相连接 体积较小 重量较轻 但在拆装和修井过程中丝扣容易损坏 工作压力较低 不能满足高压油井的要求 所以目前用得较少 如胜251型采油树 以卡箍连接的采油树 这种采油树的套管闸门 生产闸门 总闸门和清蜡闸门均用卡箍连接 体积小 重量轻 结构简单 拆装方便 配用了锥形油管挂 密封性能好 能满足多种井下作业的要求 3 2自喷井井口装置上各个闸门的作用套管闸门 装在套管四通的两侧 通过它可以进行正 反循环洗井 观察压力以及实施经过油 套管环形空间的各项井下作来 总闸门 装在油管头与油管三通或四通之间 是控制油井油气混合物喷出的总开关 油井正常生产时一直全开着 只有在油井长期停产 维修 更换生产闸门等特殊情况下才关闭它 生产闸门 装在油管三通的一侧或油管四通的两侧 是控制油气混合物流向出油管线的开关 油井正常生产时 一直全开着 只有在检查 更换油嘴 测油井静压或油井短时间停产时才关闭它 清蜡闸门 装在油管三通或四通的上面 油井正常生产时 总是关闭着 在往井内下清蜡工具或测压仪表时 才打这个闸门 回压闸门 当油井生产时 一直全开着 只在检查 更换油嘴 维修 更换生产闸门和进行井下作业时才关闭它 目的是为了防止出油管线内的流体倒流 为了达到这个目的 现场也采用单流凡尔代替回压闸门的井口装置 取样 放空闸门 或考克 在油嘴三通外的出油管线上 焊了一根与出油管线垂直相通的短管 在这根短管上装了一个小闸门 这便是取样 放空闸门 其作用是便于进行井口取样和检查 更换油嘴时放空 2 4自喷井井口装置上的主要附件2 4 1油嘴 常用的简易油嘴 是一中心带孔外面车有丝扣的钢质圆柱体 其作用是控制生产压差 调节油井产量 根据油嘴的位置不同 可分为井下油嘴和地面油嘴两大类 井下油嘴安装在分层配产器上 地面油嘴一般安装在生产闸门后面的油嘴三通里 也有少数装在水套加热炉原油出口管线上或计量站进油总机关上 地面油嘴的式样较多 常用的有螺帽式简易油嘴和卡扣式简易油嘴 除此之外 还有滤网式油嘴 多孔油嘴 万能油嘴等 滤网式油嘴是在螺帽式或卡扣式油嘴前边 焊上了一个圆锥形铜丝布滤网 其目的是防止小蜡块堵死油嘴 若有个别小蜡块粘附在滤网上 只能将滤网的部分孔眼堵塞 其余的孔眼仍能通过油流 不会将油嘴堵死 同时 还有另一个作用 如有不结实的小蜡块通过滤网时 在油气压力作用下可使小蜡块破碎 然后通过油嘴孔眼 不致影响油井生产 万能油嘴又叫做可调式油嘴 是在一个闸门的闸板上钻了孔径由小到大的一排孔眼 旋转闸门手轮到一定位置 就可使闸板上不同孔径的孔眼对准闸门孔道 从而达到调节生产压差 控制油井产量的目的 地面油嘴的规格 按油嘴的孔径大小 一般可以分为44种 孔径最小的为1 5毫米 孔径最大的为20毫米 在孔径为1 5 9 5毫米之间 每个孔眼直径相近的油嘴 其孔径相差0 25毫米 在孔径为9 5 10毫米之间 其孔径相差0 5毫米 在孔径为10 20毫米之间 由小到大排列 每两个相邻油嘴的孔径依次相差1毫米 2 4 2压力表 在石油生产中使用着各种压力表 其作用是观察油 气 水和各种承压设备的压力变化 录取各项压力资料 1 压力表的结构和工作原理在各种井口装置上常用单圈弹簧管式压力表 亦称包氏管压力表 单圈弹簧管式压力表主要由外壳 空心丝扣接头 中心柱 中心齿轮 小齿轮 扇形齿轮 连杆 包氏管 单圈扁曲弹簧管 校正螺丝 游丝 指针和刻度盘等组成 其工作原理是 因为扁曲弹簧管的一端为固定端 和空心丝扣接头焊接相通 承压设备内的压力由此传入 而另一端为活动端 通过连杆 齿轮机构与指针衔接 当压力传入扁曲弹簧管时 扁曲弹簧管受压而伸长 承受压力越大 弹簧管伸长越多 在连杆 齿轮机构的带动下 固定在中心轴上的指针发生偏转 从而在刻度盘上指示出压力值的大小 2 压力表的精度等级在实际工作中 除了应该懂得压力表的结构原理以外 还应知道压力表的精度等级 这样才能正确地选用压力表 油矿上常用压力表的精度等级见表1 2 精度为 0 5级的压力表为标准压力表 常用它来校对其它压力表的准确程度 1 0级 1 5级 2 0级精度的压力表误差较小 用到对压力资料要求较高的设备上 3 0级 4 0级精度的压力表误差较大 常用到对压力资料不太严格的地方 压力表的精度等级是指压力表最大量程的误差百分数 例如 某压力表的最大量程为2 107 1 5 3 105帕 3 使用压力表时应注意的事项 注意量程选择 应根据实测压力值的大小 选用量程合适的压力表 使所测得的压力数值在压力表最大量程的30 70 的范围内 因为扁曲弹簧管弯曲的弧度是270 正常工作的压力表 扁曲弹簧管可以转动5 7 扁曲弹簧管转动的这个角度范围 正好使指针对应指到压力表最大量程的30 70 之间 如果超过了这个范围 所取得压力资料的误差就要超过压力表所允许的最大误差 尽量避免读数误差 在实际工作中 常常有几个人同时去看一个压力表 而读出的压力数值各不相同 这都是由于读压力值的方法不对造成的 在读压力数值时 人站的位置应面对压力表表面 使眼睛 指针和刻度在一条垂直于表盘的直线上 才能读得准确的数值 要防止脏物堵塞压力表的引入管和接头的孔眼 否则容易得出错误的判断或造事故 表1 2 油矿常用压力表的精度等级 要防止强烈震动 因为强烈震动压力表容易造成游丝紊乱 固定螺丝松动或压力表损坏等故障 测理蒸汽或腐蚀性液体的压力时 应在压力表接头上接一根灌满机油的弯曲充液管 以防范汽或腐蚀性液体进入扁曲弹簧管 开关压力表考克时 操作要平稳 防止在压力表量程选得不恰当的情况下 突然超高压而损坏压力表 在井口进行修井作业时 应将井口装置上暂时不用的压力表 卸下来保管好 施工完毕后再装上 以防施工过程中碰撞损坏 4 校对压力表的方法压力表的准确度 直接影响到所取压力资料的可靠程度 因此 在生产过程中必须经常对压力表进行检查和校对 油水井井口装置上的压力表 每月至少要校对一次 在油矿上常用以下三种方法校对压力表 落零法 就是在检查时 切断压源 打开放空考克放空后 看压力表指针是否落零 或者关掉压力表下面的考克 慢慢卸下压力表 看压力表指针是否落零 若指针指到刻度盘的零位置上 说明压力是准确的 若不指零 说明压力表产生了误差 需要进行修理 互换法 就是把测同样介质压力的压力表 卸下来互相交换测量 以便从中发现问题的方法 如果现有两个压力表 已知其中一个是准确的 便可用这个准确的表 去校对另一个可能有问题的表 校对时 用这两个压力表去测定同一压力的介质 若两个表读数相同 则说明被校对的那个表是准确的 若读数不相同 则说明被校对的那个表已经产生了误差 需要修理 使用校表器校对 以上介绍的落零法和互换法校对压力表 都是在生产岗位上临时应用的粗略的校对方法 要知道压力表的精度 灵敏度等是否合符要求 就需要将压力表送到仪表室去进行校对和修理 第二部分油井生产的基本知识 采油地质基础知识是采油工认识地下 油藏 油层 了解油田开发基础 管理好油水井的必备基础知识 本章重点介绍油气藏的概念 油 气 水的基本物性和特征等 第一节 油气藏及其油 气 水 每一个刚接触采油的人都会问这样一个问题 油田采出的原油来自地下什么地方 在地下是什么样子呢 这就是通常石油人所说的油藏 形象地说 每个油藏都有是位于地下深浅不一 形状和大小也不一样的封闭空间 里面的原油也不是外行人所说的像个大水泡子 而是如同浸在豆腐里的水一样浸在岩石 如砂岩 里的 一 油气藏概念及类型 一 油气藏概念油气藏的地质含义是 在同一圈闭内具有同一压力系统的油气聚集 圈闭就是能够使油气聚集起来的场所 它具有聚集油气的储集层 阻止油气逸散的盖层 底层 以及阻止油气向四周继续运移和扩散的遮挡条件 同一压力系统是指圈闭内各点的压力都可以向整个空间传递 圈闭容积 场所 的大小决定油气藏的大小 1 构造圈闭 由于构造运动使岩层发生变形和位移造成的圈闭叫构造成圈闭 包括背斜圈闭和断层遮挡圈闭 2 地层遮挡圈闭 由于地层因素造成遮挡条件的圈闭 3 岩性遮挡圈闭 由于储集层岩性改变或岩性连续中断而形成的圈闭 二 油气藏类型圈闭中只聚集和储存石油和水的叫油藏 圈闭中只聚集和储存天然气的叫气藏 当在采出的1t石油中能分离出1000m3的天然气时 叫油气藏 油气藏分三大类 即构造油气藏 地层油气藏 岩性油气藏 1 构造油气藏 构造油气藏是指油气在构造圈闭中的聚集 主要类型有背斜油气藏 断层遮挡油气藏 裂缝性油气藏 盐丘油气藏和向斜油气藏 2 地层油气藏 地层油气藏是指油气在地层圈闭中的聚集 一般有地层不整合遮挡油气藏 地层超覆遮挡油气藏 剥蚀隆起油气藏等 3 岩性油气藏 岩性油气藏是指油气在由于储集层岩性的改变或岩性的连续性中断而造成的岩性遮挡圈闭中的聚集 主要有岩性尖灭油气藏 透镜状岩性油气藏等 由上述可知 1 圈闭是油气藏形成的基本条件之一 圈闭的类型决定着油气藏的类型 圈闭的大小直接影响其中的油气储量 2 油气藏是地层中油气聚集的基本单位 是油气在单一圈闭内 具有独立压力系统和统一的油水界面的基本聚集 二 油气藏中油 气 水的分布 油气藏内油 气 水的分布具有一定规律 如在单一背斜圈闭内 由于重力分异作用 油 气 水的分布规律是气在上 油居中 水在油气下面 从而形成油气界面及油水界面 油 气 水在油气藏内的分布特征在油田开发中常用以下术语进行描述 一 油气边界1 外含油边界 油水界面与油层顶界的交线称为外含油边界 也叫含油边界 2 内含油边界 油水界面与油层底界的交线称为内含油边界 也叫含水边界 3 气顶边界 油气界面与油层顶面的交线称为气顶边界 二 含油面积1 含油气面积 内 外 含油边界所圈闭的面积 称内 外 含油面积 外含油面积也常叫含油面积 对油气藏来讲即为含油气面积 2 含气面积 气顶圈闭的面积称为含气面积 对于纯气藏 则为气水边界所圈闭的面积 三 油气藏高度1 油藏高度 油水边界到油藏最高点的高度 称为油藏高度 当有气顶时 油藏高度即为油水接触面与油气接触面之间的高度值 2 气藏高度 气藏高度是指油气界面与油气藏最高点的高度差 对于油气藏 则为气水界面与气藏最高点的差 3 油气藏高度 油藏高度与气顶高度之和为油气藏高度 第二节 油 气 水的物理性质和化学性质 油气藏中的油 气 水实际就是通称的石油 天然气 油田水 学习和掌握它们的物理和化学性质对采油工来说是非常重要的 无论是生产分析还是生产安全都离不开对它们的认识 一 石油的物理 化学性质 一 石油的物理性质石油是由各种碳氢化合物混合而成的一种可燃有机油状液体 分类 石油分天然石油和人造石油两种 天然石油是从油气田中开采出来的 人造石油是从煤或油页岩中干馏出来的 石油在提炼以前称为原油 从原油中可提炼出汽油 柴油 煤油及一系列石油产品 石油一般呈棕黑色 深褐色 黑绿色等 也有无色透明的 石油有特殊的气味 含硫化氢时有臭味 含芳香烃而有香味 地层原油的物理性质 直接影响原油在地下的储存状况和流动性能 研究油田驱动类型 确定油田开采方式 计算油田储量 选择油井工作制度等都必须有准确的地层原油物性分析资料 也叫高压物性资料 作为依据 分析地层原油的物理性质 一般要取得以下几个参数 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 地层保持在原始状况下测得的饱和压力 一般所说的饱和压力均是指原始饱和压力 它是确定开发决策的依据之一 单位为兆帕 mpa 2 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 t m3 或立方米每立方米 m3 m3 油井生产时 每采出1t原油伴随采出的天然气量称生产气油比 单位是立方米每吨 m3 t 分析地层原油的物理性质 一般要取得以下几个参数 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 kg m3 原油相对密度 是指原油在20 0 101mpa的标准状态下脱气原油的密度与温度为4 时同样体积纯水密度之比值 为无因次量 分析地层原油的物理性质 一般要取得以下几个参数 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 mpa s 影响粘度的因素很多 在地层中的原油 由于温度高 压力高 且溶解有大量天然气 所以粘度小 而地面原油温度低 溶解气少 所以粘度比地层条件下大得多 如果原油粘度大于50mpa s 20 时相对密度大于0 920时就叫稠油 分析地层原油的物理性质 一般要取得以下几个参数 5 原油凝固点 原油冷却到失去流动性时的温度 叫做原油凝固点 凝固点在40 以上的原油叫高凝油 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 称为原油体积系数 为无因次量 原油体积系数是用来计算石油地质储量 注采比 地下亏空等主要开发指标的换算系数 它的数值一般都大于1 分析地层原油的物理性质 一般要取得以下几个参数 7 原油收缩率 地层原油采到地面后 天然气逸出使体积缩小 收缩的体积占原体积的百分比称为收缩率 8 原油原缩系数 单位体积的地层原油的压力每增加或减小1pa时 体积的变化率称为压缩系数 又称压缩率 单位是每帕或每兆帕 pa 1或mpa 1 二 石油的化学性质 石油主要由碳 C 氢 H 元素组成 碳占83 87 氢为10 14 二者的比值 C H 一般在6 0 7 5之间 还有氧 氮和硫 但含量都不超过1 个别油田含硫量可达3 4 要说明的是 上述的各元素在原油中不是呈游离状态 而是结合成不同的化合物而存在 多以烃类化合物为主 另外还有少量的含氧 硫 氮的非烃类化合物 原油中烷烃的碳原子个数为15 42时 呈固态的碳氢化合物称为蜡 原油中含蜡的百分数称为含蜡量 胶质是原油中相对分子质量较大的烃类 并含有氧 氮 硫等杂质 它溶解性较差 只能溶解于石油醚 苯 氯仿 乙醚和四氯化碳等有机溶剂中 能被硅胶吸附 石油蒸发或氧化后 胶质成分增加 密度较小的石油一般含胶质4 5 而较重的石油胶质含量可达20 或更多 原油中所含胶质的百分数称为胶质含量 原油中的沥青质为暗褐色至黑色的脆性物质 含有碳 氢 氧 氮硫等元素的高分子多环有机化合物 其相对分子质量比胶质大许多倍 不溶于石油或酒精 可溶于苯 三氯甲烷及二硫化碳 也可被硅胶吸附 原油中所含沥青质的百分数称为沥青质含量 三 天然气的物理 化学性质 一 天然气的物理性质天然气是以气态碳氢化合物为主的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 有汽油味或硫化氢味 易燃烧 天然气的物理性质主要由以下几项参数描述 1 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 为无因次量 其值远小于1 2 天然气压缩系数 是指压力每变化1mpa时气体体积的变化率 单位是每帕或每兆帕 pa 1或mpa 1 3 天然气粘度 是天然气流动时气体内部分子间的摩擦阻力 单位是毫帕秒 mpa s 4 天然气密度和相对密度 单位体积气体的质量称天然气密度 单位是千克每立方米 kg m3 相对密度则是指在某一压力和温度下的天然气密度与在标准状况下同体积干燥空气的密度之比值 为无因次量 二 天然气的化学性质天然气与石油相似 主要由碳 氢 硫 氮 氧及微量元素组成 也是以碳 氢为主 碳约占65 80 氢约占12 20 天然气的化合物主要有甲烷 CH4 乙烷 C2H6 丙烷 C3H8 丁烷 C4H10 等重烃 还有数量不等的二氧化碳 CO2 一氧化碳 CO 氢 CH2 硫 S 和氮 N2 等 甲烷在天然气中含量最多 占42 98 当其含量超过95 时 则称为干气 而乙烷以上的重烃含量超过5 时 称为湿气 干气多产自纯气藏 而湿气则多与石油伴生 天然气分析一般要进行常见的以下几个组分含量的分析 即甲烷 乙烷 丙烷 正丁烷 异丁烷 正戊烷 异戊烷 二氧化碳 硫化氢 氮气和一氧化碳等 二 地层水 油田水 的物理 化学性质 由于地层水在油藏中与油气有密切关系 所以它的存在状态及物理 化学性质都较复杂 对油田开发有很大的影响 对采油工来说 这里只是简单介绍一下各油田有共性的 常见类型地层水的物理性质和化学成分 一 地层水状态地层水在岩石 油层 孔隙中呈油水 气 混合状态 油藏边水和底水呈自由状态 二 地层水化学成分地层水化学成分主要有 Na K Ca2 Mg2 阳离子和Cl SO42 CO32 HCO32 阴离子 各油田都是根据如表1 1 1所列的标准对地层水的水型进行分类 表1 1 1油田常见地层水类型 实际各油田地层水水型通常有 CaCl2型 氯化钙型 又称硬水 一般是封闭条件较好的油藏 NaHCO3型 碳酸氢钠型 又称碱性水 也是油田常见的水型 三 地层水的物理性质1 外观颜色 地层水一般都带有颜色 并视其化学组成而定 通常是透明较差 呈混浊状 2 相对密度 是指单位地层水的密度与同条件下纯水的密度比值 为无因次量 由于地层水溶有数量不等的盐类 矿化度一般较高 故相对密度大于1 在1 001 1 050间不等 3 粘度 地层水粘度一般比纯水高 温度对其影响较大 随温度升高粘度降低 第三节 自喷与气举采油 从钻开油层到固井以及井底完成等的全部过程中 井筒内一直是泥浆等污物浸泡着 这此污物也会或多或少的浸入和污染油层 只有先设法降低井中液柱对井底油层所造成的回压 使井筒内的静液柱压力小于油层压力 并清除其污物和堵塞现象之后 才能使油层中的油 气等流体连续不断地渗流到井底 并被举喷到地面上来 常用的诱导油流的方法有替喷法 气举法 混气水排液法 抽汲法和提涝法 替喷法 替喷法的实质是减小井内液体的相对密度 使液柱回压小于油层压力从而达到诱喷的目的 具体作法是 先用轻泥浆替出井中重泥浆 若不喷再用清水替出轻泥浆 再不喷还可用原油替出清水 但对于探井应尽量不用原油 以免影响取得资料的正确性 现介绍以下两种替喷法 1 一般替喷法 将油管下至油层中 上部 装井口接好循环管线 用泵将地面准备好的替喷液连续替入井内 直到将井内压井液全部替出为止 此法简便 但是 对于油管鞋至井底泥浆替不出来 2 二次替喷法 将油管下至距人工井底1米处 装好井口 先用原压井液循环洗井 达到要求后向井内注入清水 其量等于井底至油层顶部的井筒容积 用压井液将清水替到油层顶部 然后上提油管到油层中 上部 装好井口再按一般替喷法替喷 此法可将井底泥浆替出 但工序复杂一些 可用于底坑 口袋 较长的井 替喷和洗井一样可采用正循环或反循环 替喷时应当观察和记录替喷液的性能 用量 替喷方法 管柱结构及深度 替喷的时间 泵压 排量 漏失情况等 替喷法的优缺点 优点 能缓慢均匀地建立井底压差 不致引起井壁坍塌和油层大量出砂 缺点 建立井底压差小 诱喷能力差 此法适用于高压大产量 油层堵塞不严重井 二 气举的方法及原理 气举法 往井中压入空气 替出压井液 使井中液柱高度很快降低 从而急剧降低井底回压达到诱喷的目的 气举有正 反举之分 正气举 从油管压入空气使液体从套管返出 当高压气体到达油管鞋时便和液体混合进入套管 此时油井被举通 井底压力开始下降 随着液气混合物从套管中迅速上升 井底压力便很快降低使油气流入井内并喷至地面 反气举 从套管压入空气使液体从油管返出 当高压气体到油管鞋时 便和液体混合进入油管 此时油井被举通 井底压力开始下降直到把油井举喷 当泵压和压入井中气体深度相同时 反举压入的气量多 举出的液体多 能使井底压力下降得多些 可根据这个特点和油层的特性来选择气举方式 气举使用的高压压风机有S 10 150或SF 150型 工作压力为14700千帕 能举的最大深度约为1500米水柱 如油管下入深度超过1500米就不可能举通 因此 当用150型压风机 反举法到1500米深度时仍达不到诱喷目的 可采用多级气举凡尔气举诱喷法 多级气举凡尔气举诱喷法 是装有4个气举凡尔的诱喷法 从套管环形空间压入空气 混气液从油管排出 现将多级气举的原理和过程简要说明如下 当套管注入气到达第一个凡尔时 气体通过凡尔孔进入油管 使凡尔以上的油管内充气 形成混气液柱 油管内压力下降 混气液柱从油管排出 当套管中气体到达第二个凡尔并从此进入油管时 由于两个凡尔同时进气 气量增大使混气柱的密度减小 油管内压力进一步下降 于是第一个凡尔关闭 此时只有第二凡尔进气举升液体 当套管中液面被压到第三个凡尔时 此凡尔进气工作 第二个凡尔自动关闭 这样 各凡尔依次工作 直到把井中液面降到预定深度 此时井底压力已大大降低 地层流体将流入井中并从油管喷到地面 气举凡尔有各种不同类型 现介绍一种小巧灵便的QJF 1型气举凡尔 现简要说明它的结构和工作原理 结构 金属圈筒内装有波纹管 管内充氮气 气压为pb 波纹管的横截面积为Ab波纹管下连接一活塞凡尔 当地层大气条件下由于pb的作用 凡尔坐在凡尔座上 金属圆筒下部有进气孔和油管相通 侧面有井气孔和套管相通 工作原理 当气举凡尔在油井中工作时 在下述条件下凡尔便打开进气 Pc Ab Av PtAv pbAb 1 7 在下述条件下凡尔关闭 Pc Ab Av PtAv pbAb 1 8 式中Pc 套管内气体压力 kpaPt 油管内压力 kpaPb 波纹管内气压 kpaAb 波纹管容积的横截面积 mm2Av 凡尔孔截面积 mm2 由式 1 7 1 8 可知 欲使井中预定位置的凡尔打开进气 可事先设计和计算好Pb Pc Pt 使式 1 7 成立 进气后 当油管压力Pt下降到满足式 1 8 时凡尔关闭 气举法诱喷能迅速排出井中液体 使井底回压有比较大的下降 适用于岩层坚硬 不易出砂和坍塌的油井诱喷 混气水排液法 用气水混合物替出井中压井液 由于混合物的密度小于压井液的密度 可使井底回压降低 由于混合物的密度可以调节 所以能够控制井底回压下降的程度 如果替喷法不能替喷 又不适宜用气举法时 可以使用此方法 设压井液的密度为P0 首先注入的混气水密度为P1 P0 井筒中充满密度为P1的混气水不能诱喷时 可把混气水的密度降为P2 如仍不喷可再降低密度 直到注纯气 从混气水排液的井场施工布置流程图中可知道 调节水泥车或者压裂车的注水和压风机的压风量比例 就可调节混气水的密度 P2 P1测气水排液法 在压风机压力不变的条件下 可以大大增加举通深度 控制和调节混气水的密度就可控制井底压力下降的速度 因而弥补了纯气举法的缺点 但是地面配套设备较多施工费用也较贵 抽汲法 用钢丝绳把胶皮抽子下入油井中将压井液抽出一部分 使液柱高度降低 直到井中液柱回压小于油层压力 从而达到诱喷的目的 抽子的结构 主要由中心管 凡尔球的胶皮组成 抽汲过程 用绞车钢丝绳将抽子下入油管一定深度 然后迅速上起钢丝绳 此时 凡尔球紧坐在凡尔球座上 胶皮紧贴油管壁 因此 将抽子以上液体抽出油管 使井筒中液柱高度降低 依此重复进行抽汲直到诱喷为止 抽汲法的抽汲深度受到绞车功率 钢丝绳承载能力的限制 同时 抽子胶皮容易磨损引起漏失 因此 抽汲诱喷的效率较低 抽汲深度愈深 效率愈低 所以用于浅井诱喷较适合 第四节 油井自喷的基本原理 在油田的自喷开采过程中 油藏内的油气混合物 要经过互相衔接在一起的三段路程 即从供油边界流到井底 再从井底喷到井口 接着沿集油管道流到集油站 这三段路程实际上是一个整体的油流通道 所以着重说明自喷井生产流程中的前面两个生产过程 一 油气混合物径向渗流过程在这一过程里 油气从供油边界流到井底 油气通过岩石的连通孔道流动 虽然流经的孔道复杂曲折 但从总体上看 其流动特征还是以水平方向为主 当油井处于生产状态时 油层中的油气便从油井的四周成辐射状态向井底集中 如果把一口油井的井底当作圆心 那么油气就沿着半径的方向向圆心渗流 即 径向渗流 在这一过程中 油气流动将受到很多阻力 例如 由于油层中的岩石颗粒大小不等 形状各异 构成了错综复杂的微小孔隙 当油气流体在油藏能量作用下 通过这些微小孔隙时 流体与岩石孔隙表面之间将产生很大的摩擦阻力 这一阻力的大小主要通过油层渗透率的大小反映出来 油层渗透率越高 油流阻力越小 在油气流入井内的渗流过程中所消耗的能量也就越少 反之 油层渗透率越低 油流阻力越大 在油气流入井内的渗流过程中所消耗的能量也就越多 由于液体流动时 要受到液体本身内部的摩擦阻力影响 这种阻力通过液体粘度大小反映出来 天然石油的粘度差别很大 一般在3 100厘泊 1cp 1 10 3pas 之间 有的甚至可以达到几千厘泊以上 粘度大的石油 其流动阻力就大 在流动过程中所消耗的能量也就多 流动阻力的大小和流体所通过的横断面积大小及距离井底的远近有关 流体距离生产井底越远 在流动过程中所通过的横断面积越小 受到的阻力就越大 消耗的能量也就越多 以是所说的这些阻力 统称为油层的渗滤阻力 所以油气向井内流动的过程 也就是油层压力不断克服渗滤阻力的过程 通常把克服渗滤阻力而损失的这一部分压力叫做生产压差或采油压差 在实际生产中采用下式计算 p ps pf式中 p 生产压差 帕 1at 工程大气压 9 80665 104pa 1兆帕 1000千帕 1000000帕ps 油层静止压力 或叫油层压力 地层压力 是在关井后 压力回升 待压力恢复到稳定时测得的油层中部压力 帕 pf 流动压力 或叫井底压力 是油井在正常生产时测得的油层中部压力 帕 二 油气混合物在垂直管道中的流动过程在这一过程里 油气从井底通过油管或套管喷到井口 其流动特征以垂直方向为主 因此这一流动过程应属于 垂直管道流动 油气混合液体能够在垂直的油 套管里上升 主要有以下两方面的能量在起作用 其能量来源及消耗过程如下 1 井底油流所具有的静水压头能量及其在自喷过程中的消耗油层压力在上面所讲的径向渗流过程里克服了渗滤阻力 使油气流入井底以后 还有相当多的剩余能量 从流动压力的高低上反映出来 所以说流动压力就是推动原油沿井筒上升的动力 如果某井是单纯依靠流动压力所具有的静水压头而自喷的 那么 该井必须具备下列两个条件 1 井底的流动压力必须大于井筒内液柱的压力 即pf Hd 10式中H 油层中部深度 米 d 井内油气混合物的相对密度 10 10米高水柱产生的压强相当于一个工程大气压 2 井口压力必须大于原油的饱和压力 溶解在原油中的气体才不会分离出来 也只有在上述两个条件都同时具备的情况下 油井单纯依靠流动压力的能量进行自喷 才能实现 在上述情况下 如果油井能处于稳定自喷状态 那么 从油层中渗流到井底的液量应等于从井底举升到地面上来的液量 其井底的流动压力 pf 就应和井口回压 pa 井筒内的液柱压力 pL 以及克服液体由井底上升到井口的过程中与油管内壁产生的摩擦损失所消耗的能量 pfr 相平衡 即pf pa pc pfr 三 气体膨胀能量及其在自喷过程中的消耗 根据气体的来源不同 油气混合物从井底上升到井口的过程中 气体的膨胀能量有以下两种 1 随同油流进入井底的自由气的膨胀能量 油流在井内上升过程中 要克服各种阻力而消耗能量 因此压力就要随着油流上升高度的增加而逐渐降低 自由气的体积也就要随着压力的下降而膨胀 同时释放出举油上升的能量 2 从原油中分离出来的溶解气的膨胀能量 原油在井内上升过程中 其井筒内的压力要随着举升高的增加而降低 当压力降低到原油饱和压力时 溶解在油中的溶解气就要开始分离出来 分离出来的溶解气体积 也在随着压力的降低而膨胀 并释放出举油上升的能量 气体的体积膨胀之所以能够举油上升 主要有两种作用 一种是气体膨胀的能量直接作用于液体上 垂直地顶推液体上升 另一种是油气混合物在上升过程中 气体和液体之间产生了摩擦 因为气体的密度比液体密度小 气体上升的速度比液体上升的速度大 所以 气体能够依靠磨擦作用携带液体上升 但是 气体举升液体时 所消耗的能量比较大 因为除了消耗于实际举液出井的能量外 还由于气 液两相流动时 气体与液体产生相对运动 造成了额外的 滑脱损失 同时 还增加了气体与液体之间的摩擦阻力和气液混合物与油管壁之间的摩擦阻力 所以 气 液两相流动时所受到的阻力 要比单相流动时大得多 二 油气混合物在井筒中的流动形态 由于混气液在油管中的两相流动情况比较复杂 在不同的井段 其流动形态 简流态 不同 所受到的阻力大小不同 能量的消耗情况也不同 为了进一步说明以上的这些复杂情况 这里介绍一下油气混合物在井筒中的流动形态 通过大量实验证明 油气混合物在井筒中的流动形态 从井底至井口大致可分为以下五种 1 纯油流 这种流态位于靠近井底的井段 必须是在井底压力高于饱和压力 气体全部溶解在石油之中 油流呈单相流动的情况之下才有可能出现 在此井段的油流速度较低 摩擦阻力较小 2 泡流 此段井筒压力稍低于饱和压力 只有少部分溶解气从原油中分离出来 形成小气泡存在于油流中 由于气 液密度差异 气体上升的速度大于液体上升的速度 于是气 液两相运动开始形成 油为连续相 气为非连续相 此井段 气泡很小 小气泡容易从油中滑脱而自行上移 几乎起不到举升原油的作用 于是产生了较大滑脱损失 但由于流速不大所以摩擦阻力仍然很小 3 段塞流 随着油流上升 压力逐渐下降 使得井筒中的压力比饱和压力低更多 不但溶解气从油中大量分离出来 而且气泡不断膨胀增大 许多小气泡合并成了大气泡 进而由大气泡形成了气柱 于是在井筒内便出现了一段油 一段气的柱塞状态 这时气柱就象一个不严密的活塞一样 快速推举原油上升 使气体的膨胀能量在此井段得以充分发挥 虽然这个 气体活塞 不严密 有少部分液体沿管壁下滑 但滑脱现象不严重 滑脱损失很小 4 环流 随着井筒子压力进一步降低 从油中分离出来的溶解气也越来越多 而且气体体积更加膨胀增大 使得气柱不断加长 直至从油管中心突破 形成中心为连续气流 管壁为液流的状态 在此井段 气流上升的速度增大 油 气之间的摩擦阻力增加 气体携带石油上升的作用得以充分发挥 5 雾流 随着井筒中的气体大量增加 气体全部占据了这段井筒容积 形成连续的气相 而原油则变成了小油滴分散在气体之中 形成分散相 因而 此段井筒内的油气混合物 全部变成了雾流状态 气体以很高的流速携带着小油滴上升 直到喷出井口 由于气流速度很大 所以摩擦损失也很大 上述五种流态 并不是在所有的自喷井中都能够出现 只有在油气比很高 而井筒压力不很高的自喷井中 才有可能出现 在油气比较低 流压较高的自喷井中 通常只能出现纯油流和泡流两种流态 在一般的自喷井中 出现得最多的是纯油流 泡流和段塞流三种状态 我们经常可在自喷井井口听到 刺 刺 刺 出气的声音以后 接着就是 哗哗哗 出油的声音 以后又是这两种声音的不断循环 这就证明了该井井口正处在段塞流的流动状态 三 油井自喷的基本原理 前面讲述了自喷采油的过程 油井自喷的能量来源和能量的消耗以及油气混合物在自喷井井筒中的各种流态变化等知识 至此 我们对油井自喷的原因和混气液流在自喷过程中所受到的各种阻力 已经有所了解 而且知道了混气液体在井筒中的流动情况很复杂 流动速度和流动状态在不断变化 混气液体要克服各种阻力而流动和上升 所受到的影响因素也很多 因此 尽管国内不少研究人员 在近几十年内围绕着如何减少自喷能量的消耗 如何提高举油效率 如何预测自喷井生产变化情况等问题 对混气液体的垂直管流机理加强了研究 做了大量的实验和分析计算工作 但是 直到目前为止 关于自喷采油的机理和许多实际问题都还未弄清楚 正处在研究之中 还没有形成一套完整的理论 为了便于初学者学习 在此简要地将油井自喷的基本原理归纳如下 油井自喷的主要动力是油层压力 油层中的原油依靠消耗一部分油层压力来克服渗滤阻力后流入井内 流入井内的原油又在流动压力的推举下沿井筒向上运动 在上升过程中压力不断降低 当压力降低到原油的饱和压力点时 溶解在原油中的天然气开始分离出来 并随着井筒压力越来越低 分离出来的溶解气也越来越多 这些气体随着油流向上运动 逐渐聚集膨胀 推顶和携带原油上升 所以 井底原油能够在井向中向上运动 一是依靠流动压力所具有的静水压头能量推举原油上升 二是依靠天然气的膨胀能量顶推和携带原油上升 由于以上这些能量 克服了井筒中的液柱重力 摩擦损失的滑脱损失等 才使得原油从井底喷到了地面 第五节 嘴流的基本规律 当油 气混合物从井底到达井口时 在油嘴前的油压pt和油嘴后的压力pB作用下通过油嘴 此时压力的变化由井底的高压到较小的油压 使气体大大膨胀 气体体积流量很大 而油嘴直径却很小 因此 混合物流经油嘴的流速极高 可能达到临界流动状态 即流体的流速呈现压力波在流体介质中的传播速度达到声速时的流动状态 在临界流动条件下 混合物流经油嘴的重量流量与油嘴前 后的压力比的变化关系如图1 35所示 式中K 气体的绝热指数 空气的临界压力比pcr pt 0 528 天然气的临界压力比为0 546 油气混合的流动近似于单相气流动 当在油嘴内发生声速流动时 即在临界流动条件下 流量的变化不受油嘴后压力pB的影响 此时油嘴 油压 产量和油气比之间 近似存在以下基本规律 qm 0 01C1d2Pt 1 13 式 1 13 称为油嘴产状公式 式中C1 油嘴系数 它是与油气比R有关的一个常数 根据国内外几百个井次统计结果 两者间关系为 代入 1 13 式中得 或 式中qm 油产量 t d 或9 8kN d R 油气比 m3 t d 油嘴直径 mm pt 油压kpa 以上嘴流的基本规律是国外油田统计的结果 虽然方次 常数因地而异 各不完全相同 但其基本定量关系是一致的 在油井生产管理中 一口正在生产的自喷井 如果改变油嘴尺寸 产量和油压两个参数都将发生变化 掌握这一变化规律可以有预见性的调整油井的产量 但以上提出的产液量 油嘴尺寸和油压三者之间关系的油嘴产状公式 或简称油嘴公式 即便是在c值不变的条件下 改变油嘴尺寸后油压也要变化 因而并不能算出改变油嘴尺寸后的产油量 经对一些油井进行分析研究后 发现当油气比一定 油嘴直径小于15mm时 油压和油嘴直径 产量与油嘴直径之间存在以下统计关系 图1 36pt与lgd d关系曲线 1 15 1 16 式 1 15 1 16 称为油嘴变换公式 式中C2为油压系数 不同油井或同一油井不同时间 其值是不同的 由式 1 15 作图得图1 36 C2为直线斜率 不同的开采时期 直线的斜率是变化的 C3为产量系数 也是随不同的油井 不同的时间而变化的一个系数 是qm与dlgd关系曲线上的斜率值 式 1 15 1 16 可用于预测换油嘴前后的产量或油压的变化 在换油嘴的短时间内 油气比C2 C3均可认为不变 以上二式则可变为 换油嘴前 C2 pt1d1 lgd1C3 q1 d1lgd1 换油嘴后 将C2 C3代入换嘴前的计算公式消掉C2 C3则得 1 17 1 18 例1 某井换油嘴前 油嘴直径为6毫米 油压为1960千帕 求换成直径为7毫米的油嘴时 其对应的油压是多少 解 由式 1 17 得 例2 某井以8毫米油嘴生产 日产量100吨 问换成10毫米油嘴时 产量是多少 解 由 1 18 得 当其它条件不变 仅油嘴大于15毫米时 可应用下列经验公式估算 式中pt1 pt2 分别为换油嘴前 后的产量 kpad2 d1 分别为换前 后的油嘴直径 mm 式中q1 q2 分别为换油嘴前 后的产量 t d d2 d1 分别为换前 换后油嘴的直径 mm 以上所介绍的油嘴公式只能应用于不产水的自喷油井 当一口自喷井开始产水时 在公式中就要考虑含水率的影响 根据我国一些油井的生产记录进行统计和试验得到以下经验公式 总液量 产液量 式中q0 产油量 t d qw 产水量 t d 产出液体含水率 重量百分比 其余符号同前 当油嘴直径d一定时 通过油嘴的产量q与油压成线性关系 每一个油嘴产量对应着一个油压 将这些点连接起来即为直线G 称为嘴流曲线 如图1 37所示 pfptccPEqABGc1d1图1 37自喷井地层 油管 油嘴三个流动过程关系 pf pt c c P E q A B G c1 d1 图1 37自喷井地层 油管 油嘴三个流动过程关系 q1 图中直线G与油管工作曲线B相交于点C 从C点作垂线交横座标轴于q1 交指示曲线E 产量q1即为在此油管直径d1条件下的油井产量 对应于E点的井底流压pt即为举升此产量到井口所需的管柱压力 对应于点C的油压pt即为举升到油嘴前的剩余压力 油压 油井在此条件下生产是稳定的 地层 油管 油嘴三个流动过程是互相协调的 图中地层压力ps与井底流压之差为从油层流入井底过程的压力损失 pf与pt的差值表示在油管中垂直流动过程压力的消耗 另外 利用油嘴公式得出计算值 然后与生产中取得的计量值进行对比 可分析油井资料是否准确 油井工作是否正常 因此 有助于生产井的分析管理工作