我国采油技术的发展现状及前展望

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中国石油大学（华东）现代远程教育我国采油技术的发展现状及前展望摘要本文章综述了我国采油技术的发展现状及前展望。同时对提高采收率技术进行了阐述，并详细介绍了草有技术存在的问题，并对多种采油技术的优势与不足进行多方位立体式对比，得出不同条件下适合的方式方法。指出发展采油技术存在的问题,并论述其今后发展方向。关键词：采油技术；注水；压裂；微生物采油；14 中国石油大学（华东）现代远程教育目录摘要2第一章概述41.1采油技术概述41.2我国采油技术的发展历程5第二章我国采油技术的发展现状52.1采油技术的分类52.2采油技术62.2.1完井工程技术62.2.2分层注水技术62.2.3人工举升工艺技术72.2.4压裂、酸化工艺技术82.2.5堵水、调剖工艺技术82.2.6稠油及超稠油开采技术92.2.7分层生产测试技术9第三章采油技术发展前景展望103.1目前应用采油技术存在的问题103.1.1常规采油工艺难以满足目前开发的需求103.1.2重复堵水措施效果日益变差113.2采油技术发展趋势及方向123.2.1复合驱油法123.2.2混相法123.2.3微生物法13第四章总结13参考文献14致谢1514 中国石油大学（华东）现代远程教育第一章概述1.1采油技术概述采油是油田开采过程中根据开发目标通过生产井和注入井对油藏采取的各项工程技术措施的总称。它所研究的是可经济有效地作用于油藏，以提高油井产量和原油采收率的各项工程技术措施的理论、工程设计方法及实施技术。采油的任务是通过一系列可作用于油藏的工程技术措施，使油、气畅流入井，井高效率地将其举升到地面进行分离和计量；其目标是经济有效地提高油井和原油采收率。从系统工程观点出发，采油是油田开采大系统中的一个处于中心地位的重要子系统，与油藏工程和矿场油气集输工程有着紧密的联系。采油面对的是不同地质条件和动态不断变化的各种类型的油藏，只有根据油藏地质条件和动态变化，正确地选择和实施技术上可行、经济上合理的工程技术方案，才能获得良好的经济效果。要做到这一点，就必须掌握各种工程技术措施的基本原理、计算与工程设计方法的基础上，进行综合对比分析。我国当前和未来都将面对低渗、稠油等难开发油藏及特高含水期油藏，以及海上和沙漠油田的一系列开采问题。随着油田开采难度的增大，技术要求越来越高，必须运用现代科学技术改造传统开采工艺，以迎接21世纪的挑战。目前，我国大多数油田已处于高含水、高采出阶段，产量递减较快，水油比上升造成的油气田开采难度越来越大。对油田进行措施配置有利于延长油田稳产年限，降低开采难度，从而提高采油速度及提高最终采收率。1.2我国采油技术的发展历程随着20世纪50年代老君庙和新疆克拉玛依油田的开发，我国引进和自我探索了一批适应油田开发的采油工程技术。在20世纪60年代到70年代大庆油田和渤海湾油田的开发过程中，形成了中国的采油工程技术，并在实践中逐步完善配套。80年代以后，在老油田全面调整挖潜和特殊类型油藏开发中，从国外引进和自我研究发展了多种新技术。14 中国石油大学（华东）现代远程教育第二章我国采油技术的发展现状2.1采油技术的分类一次采油：依赖地层天然压力采油称为一次采油。二次采油：随着地层压力的下降，需要用注水补充地层压力的办法来采油，称为二次采油。次采油（通过注水补充能量）后，采取物理一化学方法，改变流体的性质、相态和改变气一液、液一液、液一固相间界面作用，扩大注人水的波及范围以提高驱油效率，从而再一次大幅度提高采收率。三次采油：三次采油提高原油采收率的方法主要分为化学法、混相法、热力法和微生物法等。三次采油的分类：根据作用原理的不同，化学法又可以进一步分为碱驱、聚合物（Polymer）驱、表面活性剂驱以及在此基础上发展出来的碱一聚合物复合驱（AP驱）、碱一表面活性剂一聚合物复合驱（ASP驱）或表面活性剂一碱一聚合物复合驱（SAP驱）。根据混相剂的不同，混相法分为溶剂混相驱、烃混相驱混相驱、混相驱以及其他惰性气体混相驱。在这些混相剂未达到混相压力之前为非混相气驱，近年来又开发出了气一水交替驱（WAG驱）。热力法包括蒸汽驱、火烧油层等。2.2采油技术2.2.1完井工程技术14 中国石油大学（华东）现代远程教育勘探井和开发井在钻井的最后阶段都是完井，我国已掌握和配套发展了直井、定向斜井、丛式井和水平井等的裸眼完井、衬管完井、下套管射孔完井和对出砂井的不同的防砂管如套管内外绕丝筛管、砾石充填等多种完井方法。对碳酸盐岩裂缝油田采用先期裸眼完井方法，保护了生产层段，取得了油井的高产。对注水开发的老油田，由于油田压力高，对加密井用高密度钻井液钻井完井并进行油层保护取得了重大突破，使大庆油田加密钻井完井获得成功。近几年来，我国的水平井钻井和开采技术也得到了发展，对水平井采用下套管射孔完井、裸眼完井、各种衬管完井都获得成功。特别值得提出的是，我国在实践中发展配套了采油、钻井联合协作技术，以保护油层、达到高产为目标，以油层流出动态和油管节点分析为基础，用以解决生产套管直径问题的一套崭新的优化完井设计的新方法，是对完井工程技术的创新，是对传统完井工程概念的更新。2.2.2分层注水技术多层油藏注水开发中的一项关键技术就是要提高注入水的波及效率。50年代克拉玛依油田在调整中对分层注水进行了探索，研究成功的管式活动配水器和支撑式封隔器，在油田分注中发挥了一定的作用。1963年大庆油田采油工艺研究所经过上千次试验，研制成功水力压差式封隔器（糖葫芦封隔器），70年代又研制成功活动式偏心配水器，使1口井分注3~6个层段分层注水工艺完整配套，并在大庆油田大面积推广应用。80年代以来，江汉、胜利、大港、华北等油田对深井封隔器和配水器做了相应的研究和发展，为深井分层注水创造了条件，达到每井分注2~3层的基本目标。90年代大庆油田、河南油田进一步研究成功液压投捞式分层注水管柱，达到了液压投捞一次可测试、调整多层的细分注水的目的。为使分层注水工艺技术系统配套，研制了多种水质过滤装置以提高注入水水质，同时研究了防腐注水管柱以及测试仪表。2.2.3人工举升工艺技术根据各类油田在不同开发阶段的需要，50年中，我国发展配套和应用了多种人工举升工艺技术。1.抽油机有杆泵采油技术该技术是机械采油方式的主导，其井数约占人工举升总井数的95%。我国的抽油机、杆、泵和相应的配套技术已形成系列，其中抽油机有常规游梁式抽油机、异型游粱式抽油机、增距式抽油机、链条机和无游粱式抽油机等8种。抽油杆有各种强度级别的常规实心抽油杆、空心抽油杆、连续抽油杆、钢丝绳抽油杆和玻璃钢抽油杆等。根据开采的要求和流体性质的不同，研制了定筒式顶部固定杆式泵、定筒式底部固定杆式泵、动筒式底部固定杆式泵、整筒管式泵、组合管式泵、软密封泵和抽稠油泵、防砂卡抽油泵、防气抽油泵、防腐蚀抽油泵、双作用泵、过桥抽油泵、空心泵等特种泵，形成了抽油泵全套系列。80年代以来在引进、消化、吸收国外先进经验的基础上，研究和发展了抽油井井下诊断和机杆泵优化设计技术，平均符合率达到85%~90%，提高了抽油机井的效率和管理水平。2.电动潜油泵采油技术14 中国石油大学（华东）现代远程教育电动潜油泵分井下、地面和电力传递3个部分组成。井下部分主要有潜油电机、保护器、油气分离器和多级离心泵；地面部分主要有变压器、控制屏和电泵井口；电力传递部分是铠装潜油电缆。我国的潜油电泵已形成4个系列，适用于套管外径139.7mmA系列，其它套管直径的QYB、QYDB和QQ系列共37种型号，最大扬程3500m，最大额定排量700m3/d，生产了7个型号的电缆额定耐压3kV，研究了电动潜油泵采油设计及参数优选、诊断、压力测试及清防蜡等配套技术。3.水力活塞泵采油技术水力活塞泵是液压传动的复式活塞泵，效率高达40%~60%，扬程高，最大可达5486m；排量大，最大可达1000m3/d；可适应用于直井、斜井、丛式井、水平井等。我国在应用中开发配套了水力活塞泵系列，形成了基本型长冲程双作用泵、定压力比单作用泵、平衡式单作用泵、双液马达双作用泵、阀组式双作用泵，并研究成功水力活塞泵抽油设计和诊断技术，高含水期水力活塞泵改用水基动力液等配套技术，使水力活塞泵采油技术更加完善。4.地面驱动螺杆泵采油技术近年来，我国研制成功用地面驱动头通过抽油杆带动井下螺杆泵采油的成套容积泵，其特点是钢材耗量低，安装简便，适于开采高粘度原油，在出砂量高的井可正常工作。5.气举采油在油井停喷后，用人工方法向井内注入气体（天然气或氮气等）达到举升井下流体的目的。优点是举升管柱简单，井深和井眼轨迹都不受限制，举升深度可达3658m。在中原、辽河、吐哈、塔里木等油田应用此种开采方法。在气举施工中我国研究开发了设计软件和诊断方法，已获得良好应用效果。除以上几种举升方式外，还开发应用了水力射流泵、空心抽油泵和有杆泵无油管采油技术等。2.2.4压裂、酸化工艺技术压裂、酸化是采油工程的主导工艺技术之一。到1997年底全国大约压裂17万井次，年增产油量达200×104t以上，为我国老油田的挖潜和新油田的开发做出了卓越的贡献。我国发展完善了中深井和深井压裂以后，4500~6000m的超深井压裂技术又在塔里木油田的实践中取得成功。相继研究成功和推广应用了限流压裂技术和投球、封隔器、化学暂堵剂选择性压裂技术。水平井限流压裂和化学剂暂堵压裂在大庆和长庆油田取得良好效果。90年代以来的油田整体压裂技术，从油藏整体出发，开发了压前评估、材料优选、施工监测、实时诊断和压后评估等配套技术，使压裂工作创出了新水平。对低渗透的碳酸盐岩气田，在渗透率小于0.01×10-3μm2的条件进行酸压在四川气田取得良好效果。14 中国石油大学（华东）现代远程教育2.2.5堵水、调剖工艺技术我国50年代开始进行堵水技术的探索和研究。玉门老君庙油田1957年就开始封堵水层，1957～1959年6月，共堵水66井次，成功率61.7%。80年代初期进一步提出了注水井调整吸水剖面，改善1个井组1个区块整体的注入水的波及效率的新目标，经过多年的发展，已形成机械和化学两大类堵水、调剖技术，主要包括油井堵水技术，注水井调剖技术，油水井对应堵水、调剖技术，油田区块整体堵水调剖技术和油藏深部调剖技术。相应地研制成功6大类60多种堵水、调剖化学剂。研究了直井、斜井和机械采油井多种机械堵水调剖管柱，配套和完善了数值模拟技术、堵水、调剖目标筛选技术、测井测试技术、示踪剂注入和解释技术、优化工程设计技术、施工工艺技术、注入设备和流程等7套技术，达到年施工2000井次，增产原油60×104t的工业规模，为我国高含水油田挖潜、提高注水开发油田的开采效率做出了重要贡献。同时开展了室内机理研究，进行了微观、核磁成像物模的试验，使堵水、调剖机理的认识深入一步，为进一步发展打下了技术基础。近年来开发的弱冻胶（可动性冻胶）深部调剖和液流转向技术，为实现低成本高效益地提高注水开发采收率指出了一个新方向。2.2.6稠油及超稠油开采技术我国50年代就在新疆克拉玛依油区发现了浅层稠油，于60～70年代进行蒸汽驱和火烧油层的小井组试验。到90年代在我国12个盆地中已发现70多个稠油油田，地质储量超过12亿m3。80年代以来稠油的热力开采逐步走向工业化，1997年稠油热采产量稳定在1100×104t。经过几十年的科技攻关和实践，引进先进技术、设备和自力更生相结合，已形成与国内稠油油藏的特点配套的热采工艺技术。2.2.7分层生产测试技术1、分层产液剖面测试油井生产过程中测试录取分层产液量、产水量、密度、温度、压力等动态资料。2、分层注入剖面测试测试注入井正常注水、注汽、注聚合物等分层注入量和分层注入厚度。3、井下套管技术状况测试包括检测套管损坏、腐蚀及变形。14 中国石油大学（华东）现代远程教育4、措施效果和作业质量测试主要包括固井水泥胶结质量检查、射孔质量、井下作业质量的电视照像及压裂、酸化效果检测等。5、套管外地层流体和地层参数测试主要包括确定油、气和油水界面及地层剩余油饱和度、孔隙度、渗透率等参数测试。6、抽油机计算机诊断技术指抽油机示功图解释到定量分析，对机、杆、泵工况作出科学的解释。7、环空分层测试在生产过程中从偏心井口下入的各类环空测试仪器，测试分层压力、温度、产液量、产水量、环空找水仪、液面探测仪等测试参数，其特点是仪器外径均小于25.4mm。我国研制分层测试仪器时间短，与国外还有很大差距，与油田开发的要求有较大的距离。近年来引进了CP-1型生产测井仪、DDL-V生产数控测井系统、CSU数控测井仪、AT+数控测井仪等40余台套较先进的生产测试仪器设备，对推动我国分层生产测试技术的发展起到了促进作用。14 中国石油大学（华东）现代远程教育第三章采油技术发展前景展望3.1目前应用采油技术存在的问题3.1.1常规采油工艺难以满足目前开发的需求1.大泵提液技术难度越来越大，目前应用的大抽油泵主要有0.70mm泵和0.583mm泵两种。其中由于实施控（停）注降压开采，油藏供液能量下降，从而给以大直径管式泵抽油为主的油藏生产带来困难。突出表现为，抽油系统冲程损失增大，漏失量增大，泵效下降。甚至有些井出现供液不足，泵效大幅度降低。2．有杆泵加深泵挂受到限制，这使得普通D级抽油杆难以完成“以液保油”的重任，即使使用H级高强度抽油杆也只能加深泵挂300m，不能满足整个油藏所有油井生产的需要。3．斜井采抽技术有待突破，由于需要加深泵挂，部分油井的杆、管、泵等抽油设备进入斜井段。特别是近年来增加了侧钻井和定向斜井，使得有杆泵采油需要克服井斜的影响。常用的解决办法是根据井斜资料，对杆、管偏磨井段采取扶正措施。扶正工具主要是抽油杆滚轮扶正器二抽油杆旋转防偏磨器等。由于滚轮扶正器上的扶正轮与油管壁接触面积小，用钢轮则容易损坏油管，若用尼龙轮，其强度又不够。加之滚轮扶正器的轮轴容易断裂，所以下井时间不长，扶正器即失效，而且因滚轮脱落造成卡断抽油杆的事故也时有发生。注塑抽油杆扶正器也同样存在强度问题，因此扶正器只是在一定程度上减缓了杆、管偏磨程度，并没有从根本上解决杆管偏磨问题。3.1.2重复堵水措施效果日益变差目前我国有的油田主要遵循“堵水+酸洗+人工举升”的开发模式，从近年来的工作实践来看，主要表现出三轮后重复堵水措施选井困难、措施有效期短、效果变差，特别是在重复堵水方面，主要存在下列两方面的问题:1．堵剂适应差、成本高，强度小，不能有效地挖掘远井地带剩余油的潜力;2．堵剂耐酸性差，油井堵后酸洗低渗透层段时，容易使堵剂失效，再次沟通底水:3．堵剂进入地层范围小，深度堵水缺乏理论支持及现场实践。14 中国石油大学（华东）现代远程教育4．三次采油工艺技术储备不足石灰岩油藏提高采收率技术的发展在国、内外几乎仍是一个技术很少。项目实施结果初步表明:注气是油藏一种比较有利的三次采油途径，但必须与其它先进的采油工艺技术相结合才能发挥作用，这是由于通过注气可以形成局部分布的气油界面;随着油气界面的下移，油水界面随之下移，在两个界面之间形成了一定厚度的含油富集带;当这一含油富集厚度能够满足防气和防水的双重开井生产要求时，才可以进行开采，而目前的采油工艺技术还不能满足注气后形成的次生富集油带的生产要求。从目前来看，对油藏来说，三次采油技术是一个系统工程，而且投资巨大。投资相对较少的单井或井组的三采技术目前仍很缺乏，其它技术如CO2吞吐技术又需自然资源做保证，因此今后一个时期，油藏三次采油技术发展方向仍不明了。5．集检系统难以满足低产低效井的正常开发，油藏开发初期，油井单井产量高、井口温度高，地面采用无伴热管集输流程，且管径较大。随着开发过程中产液量的不断递减，这种集输模式越来越不适应。一方面，一些井的产液量下降幅度大，温度也随之大幅下降。另一方面，新钻的油藏特殊部位井或扩边井一般产量较低，温度也比较低，这些低温、低产井逐渐成为油藏后期开发的负担。这主要表现在两个方面:①油藏开发后期，不断出现一些低温、低产井，而油藏地面集输一般无伴热系统，这给油井产液进站带来困难。若采用短串集输管线，与附近产量较高的油井串联，可以解决低温低产井进站问题，缓解了计量站容量（进站管线头数）紧张的压力，但又带来了油井计量的问题。②若在低温井口安装电加热器如电阻丝电加热器和陶瓷片电加器，以提高液流温度，保证抽油井的正常进站生产，但又增加了开发成本和油井维护工作量。因此，短串流程和井口电加热的应用范围具有很大的局限性，如何在现有设备基础上力争减少投入，又能解决集输问题是油藏后期开发研究的一个新课题。3.2采油技术发展趋势及方向3.2.1复合驱油法14 中国石油大学（华东）现代远程教育多种驱油方法的组合是由于各种驱油法，都有各自的优缺点，很难完全满足不同环境下油层的驱油。因此近年来，提出了各种驱油法组合的新型采油技术，有二元复合驱和三元复合驱。二元复合驱目前研究较多的是碱/聚合物复合驱、表面活性剂/聚合物复合驱。对于碱/聚合物复合驱，其中的碱与原油中的环烷酸类可形成皂类而自生出主要是狡酸盐类表面活性剂，不但可以除去原油中的酸类，而且能形成表面活性剂/聚合物驱。三元复合驱是碱/聚合物/表面活性剂体系，该技术引人廉价的碱部分或全部替代昂贵的表面活性剂，既减少表面活性剂的用量，又降低了表面活性剂和聚合物的吸附滞留损耗，还可大幅度降低油水界面张力，提高波及系数和驱油效率。由于上述优点，三元复合驱在国外发展很快，国内研究起步较晚但发展更为迅速。3.2.2混相法混相法是将一种流体注人油层，在一定的温度压力下，通过复杂的相变关系与油藏中的石油形成一个混相区段，混相驱在提高采收率的方法中，具有很大的吸引力，因为它可以使排驱剂所到之处的油百分之百的采出。当这种技术与提高波及系数的技术结合起来时，实际油层的采收率就有可能达到95%以上。可用于混相驱油的气体中有烃类气体与非烃类气体。烃类气体有干气、富气和液化石油气（LPG）；非烃类气体有二氧化碳、氮气、烟道气等。气驱能否实现，不仅取决于油藏与设备条件，同样也取决于有无气源。虽然可用于混相的气体有数种，但烃类气体是重要的、昂贵的化工原料。而非烃类气体中的氮气的MP又极高，一般不易达到混相驱，因此混相驱的气体主要采用CO根据混相剂的不同，混相法分为溶剂混相驱、烃混相驱、CO混相驱、NZ混相驱以及其他惰性气体混相驱。在这些混相剂未达到混相压力之前为非混相气驱，近年来又开发出了气一水交替驱（WAG驱）。3.2.3微生物法微生物的应用十分广泛，与石油有关的，如早期前苏联科学家就通过分析地面土壤中细菌的种类寻找油矿；1926年，巴斯丁首次发现地层水中含有硫酸盐还原菌（SRB），这是一种厌氧菌，能引起设备腐蚀和地层堵塞。同年萨勒洛夫斯第一次提出利用微生物在地层中的活动来提高采收率的设想。微生物提高原油采收率技术可用于提高大油田的原油产量，减缓腐蚀，控制原油含硫，改善地层渗透率，减缓气锥、水锥等。三次采油是充分利用石油资源的重要途径，虽然三次采油方法很多和这方面的研究取得巨大的突破，但是除聚合物驱外其它驱油法目前仍处于基础理论研究和先导性试验阶段，特别是现在油价不高的情况下还不宜实现大规模的工业化。随着三次采油技术的不断进步，一些特种表面活性剂成为重要的研究方向，同时各种三次采油的驱油方法，都有不同的适用条件，需要根据不同油田的油藏情况、原油组成、地层状况、盐的种类和含量、经济效益等因素合理选择和充分试验。目前，在三次采油方法中化学复合驱无论是提高采油率幅度，还是降低成本都有很大发展潜力，因此完善化学复合驱采油技术仍是今后三次采油试验研究的主攻方向。14 中国石油大学（华东）现代远程教育第四章总结我国由于国情限制，井数量有限，仅在塔里木、吐哈、中原、辽河、胜利等油田应用，无论在规模上，还是在管理与技术水平上与国外先进水平都有一定的差距。我国近几年新投人开发的难开采储量（低渗透或稠油），虽然在应用捞油工艺、小泵深抽工艺、无油管、小井眼采油工艺等方面取得了一定的进展。根据我国石油和天然气的发展战略，针对西部油区的油井深度大、产量变化范围宽、地质矿藏多样以及复杂、气候恶劣、天然气充足等特点，应采用较先进的开采技术。为了提高开采效率，尽快赶上世界先进水平，应该加强装备的选择，系统优化研究，同时也应该深人研究综合系统工况分析和故障诊断方法。14 中国石油大学（华东）现代远程教育参考文献[1]宋杰鲲，张在旭，张宇油田增产措施配置规划．中国石油大学出版社．2005[2]谷艳荣柔性金属抽油泵排砂采油工艺.2005[3]孙志前生产一线大排量螺杆泵采油技术存在的问题及对策文2003[4]贾贺峰申利春三次采油技术的研究现状化工科技市场.2006[5]姜靖辉微生物采油技术现状分析(长江大学石油工程学院,湖北荆州434023)2009年5月(总第101期)14 中国石油大学（华东）现代远程教育致谢这次毕业论文能够最终顺利完成，归功于各位老师三年间的认真负责，使我能够很好的掌握专业知识，并在毕业论文中得以体现。也正是你们长期不懈的支持和帮助才使得我的毕业论文最终顺利完成。最后，我向大庆石油学院石化系的全体老师们再次表示衷心感谢：谢谢你们，谢谢你们的辛勤栽培！14