油气开采的方法

【专家解说】：油气的开采方法有两种（陆地）开采和（海上）开采.两者的方法大同小异！石油开采   石油开采技术的发展  石油和天然气的大规模开采和应用，是近百年的事。美国和俄国在19世纪50年代开始了他们各自的近代油、气开采工业。其他国家稍晚一些。石油开采技术的发展与数学、力学、地质学、物理学、机械工程、电子学等学科发展有密切联系。大致可分三个阶段：   初期阶段  从19世纪末到20世纪30年代。随着内燃机的出现，对油料提出了迫切的要求。这个阶段技术上的主要标志是以利用天然能量开采为主。石油的采收率平均只有15～20％，钻井深度不大，观察油藏的手段只有简单的温度计、压力计等。   第二阶段  从30年代末到50年代末，以建立油田开发的理论体系为标志。主要内容是：①形成了作为钻井工程理论基础的岩石力学；②基本确立了油藏物理和渗流力学体系，普遍采用人工增补油藏能量的注水开采技术。在苏联广泛采用了早期注水保持地层压力的技术，使石油的最终采收率从30年代的15～20％，提高到30％以上，发展了以电测方法为中心的测井技术和钻4500米以上的超深井的钻井技术。在矿场集输工艺中广泛地应用了以油气相平衡理论为基础的石油稳定技术。基本建立了与油气田开发和开采有关的应用科学和工程技术体系。   第三阶段  从60年代开始，以电子计算机和现代科学技术广泛用于油、气田开发为标志，开发技术迅速发展。主要方面有：①建立的各种油层的沉积相模型，提高了预测储油砂体的非均质性及其连续性的能力，从而能更经济有效地布置井位和开发工作；②把现代物理中的核技术应用到测井中，形成放射性测井技术，与原有的电测技术, 加上新的生产测井系列,可以用来直接测定油藏中油、气、水的分布情况，在不同开发阶段能采取更为有效的措施；③对油气藏内部在采油气过程中起作用的表面现象及在多孔介质中的多相渗流的规律等，有了更深刻的理解，并根据物理模型和数学模型对这些现象由定性进入定量解释（见油藏数值模拟），试验和开发了除注水以外提高石油采收率的新技术；④以喷射钻井和平衡钻井为基础的优化钻井技术迅速发展。钻井速度有很大的提高。可以打各种特殊类型的井，包括丛式井，定向井，甚至水平井，加上优质泥浆，使钻井过程中油层的污染降到最低限度；⑤大型酸化压裂技术的应用使很多过去没有经济价值的油、气藏，特别是致密气藏,可以投入开发,大大增加了天然资源的利用程度。对油井的出砂、结蜡和高含水所造成的困难，在很大程度上得到了解决（见稠油开采，油井防蜡和清蜡，油井防砂和清砂，水油比控制）；⑥向油层注蒸汽，热采技术的应用已经使很多稠油油藏投入开发；⑦油、气分离技术和气体处理技术的自动化和电子监控，使矿场油、气集输中的损耗降到很低，并能提供质量更高的产品。   靠油藏本身或用人工补给的能量把石油从井底举升到地面的方法。19世纪50年代末出现了专门开采石油的油井。早期油井很浅，用吊桶汲取。后来井深增加，采油方法逐渐复杂，分为自喷采油法和人工举升采油法两类，后者有气举采油法和泵抽采油法（又称深井泵采油法）两种。 自喷采油法：  当油藏压力高于井内流体柱的压力，油藏中的石油通过油管和采油树自行举升至井外的采油方法。石油中大量的伴生天然气能降低井内流体的比重，降低流体柱压力，使油井更易自喷。油层压力和气油比（中国石油矿场习称油气比）是油井自喷能力的两个主要指标。   油、气同时在井内沿油管向上流动，其能量主要消耗于重力和摩擦力。在一定的油层压力和油气比的条件下，每口井中的油管尺寸和深度不变时，有一个充分利用能量的最优流速范围，即最优日产量范围。必须选用合理的油管尺寸，调节井口节流器（常称油嘴）的大小，使自喷井的产量与油层的供油能力相匹配，以保证自喷井在最优产量范围内生产。   为使井口密封并便于修井和更换损坏的部件，自喷井井口装有专门的采油装置，称采油树（见彩图）。自喷井的井身结构见图。自喷井管理方便，生产能力高,耗费小,是一种比较理想的采油方法。很多油田都采取早期注水、注气（见注水开采）保持油藏压力的措施，延长油井的自喷期。 人工举升采油法：  人为地向油井井底增补能量，将油藏中的石油举升至井口的方法。随着采出石油总量的不断增加，油层压力日益降低；注水开发的油田，油井产水百分比逐渐增大，使流体的比重增加，这两种情况都使油井自喷能力逐步减弱。为提高产量，需采取人工举升法采油（又称机械采油），是油田开采的主要方式，特别在油田开发后期，有泵抽采油法和气举采油法两种。 气举采油法：  将天然气从套管环隙或油管中注入井内，降低井中流体的比重，使井内流体柱的压力低于已降低了的油层压力，从而把流体从油管或套管环隙中导出井外。有连续气举和间歇气举两类。多数情况下，采用从套管环隙注气、油管出油的方式。气举采油要求有比较充足的天然气源；不能用空气，以免爆炸。气举的启动压力和工作压力差别较大。在井下常需安装特制的气举阀以降低启动压力，使压缩机在较低压力下工作,提高其效率,结构和工作原理见图。在油管外的液面被压到气举阀以下时，气从A孔进入油管,使管内液体与气混合,喷出至地面。管内压力下降到一定程度时,油管内外压差使该阀关闭。管外液面可继续下降。油井较深时，可装几个气举阀，把液面降至油管鞋，使启动压力大为降低。 气举采油法：   气举井中产出的油、气经分离后，气体集中到矿场压缩机站,经过压缩送回井口。对于某些低产油井,可使用间歇气举法以节约气量，有时还循环使用活塞气举法。   气举法有较高的生产能力。井下装置简单，没有运动部件，井下设备使用寿命长，管理方便。虽然压缩机建站和敷设地面管线的一次投资高，但总的投资和管理费用与抽油机、电动潜油泵或水力活塞泵比较是最低的。气举法应用时间较短，一般为15～30％左右；单位产量能耗较高，又需要大量天然气；只适用于有天然气气源和具备以上条件的地区内有一定油层压力的高产油井和定向井,当油层压力降到某一最低值时,便不宜采用；效率较低。 泵抽采油法：  人工举升采油法的一种（见人工举升采油法）。在油井中下入抽油泵，把油藏中产出的液体泵送到地面的方法，简称抽油法。此法所用的抽油泵按动力传动方式分为有杆和无杆两类。   有杆泵  是最常用的单缸单作用抽油泵（图1），其排油量取决于泵径和泵的冲程、冲数。有杆泵分杆式泵、管式泵两类。一套完整的有杆泵机组包括抽油机、抽油杆柱和抽油泵（图2）。 泵抽采油法 泵抽采油法   抽油机主要是把动力机(一般是电动机)的圆周运动转变为往复直线运动，带动抽油杆和泵，抽油机有游梁式和无游梁式两种。前者使用最普遍，中国一些矿场使用的链条抽油机属后一种（见彩图）。抽油杆柱是连接抽油机和抽油泵的长杆柱,长逾千米,因交变载荷所引起的振动和弹性变形，使抽油杆悬点的冲程和泵的柱塞冲程有较大差别。抽油泵的直径和冲程、冲数要根据每口油井的生产特征，进行设计计算来优选。在泵的入口处安装气体分离装置——气锚，或者增加泵的下入深度，以降低流体中的含气量对抽油泵充满程度（即体积效率）的影响。 泵抽采油法   有杆泵是一个自重系统,抽油杆的截面增加时,其载荷也随着增大。各种材质制成的抽油杆的下入深度，都是有极限的，要增加泵的下入深度，主要须改变抽油杆的材质、热处理工艺和级次。根据抽油杆的弹性和地层流体的特征，在选择工作制度时，要选用冲程、冲数的有利组合。有杆泵的工作深度在国外已超过 3000m,抽油机的载荷已超过25t，泵的排量与井深有关,有些浅井日排量可以高达400m3,一般中深井可达200m3,但抽油井的产量主要根据油层的生产能力。有杆抽油机泵组的主要优点是结构简单,维修管理方便,在中深井中泵的效率为50％左右，适用于中、低产量的井。目前世界上有85％以上的油井用机械采油法生产，其中绝大部分用有杆泵。   无杆泵  适用于大产量的中深井或深井和斜井。在工业上应用的是电动潜油泵、水力活塞泵和水力喷射泵。